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第29章 发现星空(10)

(1)脱罗央小行星群

著名的脱罗央小行星群,与太阳的平均距离以及围绕太阳公转的周期都与木星很相近,它们分为两组,各在木星前后60度的地方,与太阳和木星形成了两个几乎是等边的三角形。早在脱罗央群小行星发现之前,1772年法国数学家、力学家拉格朗日(1736~1813)就从理论上讨论了三体运动的规律。他证明,如果三个天体恰好位于等边三角形的三个顶角上,其中的一个质量相比起来很小,那么这三个天体就会保持相对稳定的位置。后来,脱罗央群小行星的发现,证实了拉格朗日的理论。

(2)阿莫尔型小行星

阿莫尔型小行星的转道在火星轨道之内,但比地球的大,它们有时能进入地球轨道外侧的近旁,很少进入地球轨道之内。据估计,太阳系内的阿莫尔型小行星共有上千颗,现已发现了90多颗。

(3)阿波罗型小行星

阿波罗型小行星的轨道也比地球的大,但它们有时能深入到地球轨道之内甚至深入到水星轨道之内,原因是它们的椭圆形轨道很扁,即轨道偏心率很高。天文学家估计太阳系内的阿波罗型小行星的总数也有1000多颗,可能比阿莫尔型小行星的数目还要多。目前已发现近100颗。由于阿波罗型小行星的轨道面与地球轨道面相交,所以也称它们为掠地小行星。

(4)阿登型小行星

阿登型小行星的轨道与地球轨道非常相似,它们的公转周期与地球的一年很相近。估计这类小行星比阿莫尔型和阿波罗型小行星都少得多,总数也就100多颗,现已发现10多颗。

阿莫尔型、阿波罗型和阿登型三类小行星的轨道都与地球轨道接近,它们都有和地球近距相遇的相会,因此它们又都被称做近地小行星。近地小行星会不会撞击地球呢?19世纪内已有许多次近地小行星与地球近距离相遇的记载,距离最近的一次是1991BA小行星从地球近旁飞驰而过的时候,距离地球只有17万千米,还不到月地距离的一半。

星云有哪些种类

西方有一个关于“火凤凰”古老的美丽神话。火凤凰原本是在阿拉伯沙漠中生活的一只神鸟,寿命可长达几百年。当它感觉自己生命即将衰竭时,就筑起了一个由香木组成的巢窝,并在里面发光自焚。它身上的污秽被烈火烧尽,于是在一片灰烬中它又获得了新生……这样循环不已,神鸟就得到了永生。

18世纪,德国著名哲学家康德就把天体及天体系统比做“火凤凰”。他认为,大自然的火凤凰自焚是为了能从它的灰烬中恢复青春,从而得到永生。可以说,从星云中脱胎而出的恒星,就是一只“火凤凰”,在漫长的岁月里,它经历过主序星、红巨星、变星(有时候是超新星)、致密星(即白矮星、中子星及黑洞),然后终结自己的一生,有的又变成了星云物质。经过这样的过程,新的恒星又会从这些灰烬(星云)中孕育出来。当然新诞生的第二代恒星严格来说在化学组成上与第一代恒星是不一样的,第二代的重元素含量比较多,而且恒星“辈分”越后,重元素的含量就越多。也有人把鸡和蛋比喻星云和星的关系,星云中生出了恒星,恒星又转化为星际间的弥漫物质……如此循环不已。

由此可见,宇宙中耀眼的星星固然十分重要,但也不应冷落了表面暗淡的星云。

星云的发现

1758年8月28日晚,法国天文学爱好者梅西耶在巡天搜索彗星的观测中,突然发现一个云雾状斑块在恒星间没有位置变化。根据经验梅西耶判断,这块斑形态类似彗星,但它显然又不是彗星,因为在恒星之间没有位置变化。

这是什么天体呢?在没有揭开答案之前,梅西耶详细地记录下这类发现(截止到1784年,共有103个)。把在金牛座中第一次发现的云雾状斑块列为第一号,即M1(“M”是梅西耶名字的缩写字母)。

现在,我们仍然在被使用梅西耶当年建立的星云天体序列,他于1781年发表了不明天体记录(梅西叶星表),这引起了英国著名天文学家威廉·赫歇尔的高度注意。在经过长期的观察核实后,赫歇尔将这些云雾状的天体命名为星云。

现今,凭肉眼我们只能看见4个云絮状光斑,分别是猎户大星云(M42)、仙女大星云(M31)、大麦哲伦云和小麦哲伦云,但其中却有3个是“冒牌货”。因为仙女大星云及大、小麦哲伦云都是庞大星系,是由万千恒星、星团组成的,与银河系处于相同的层次,因此过去称它们为河外星云不合适的,现在这个叫法也被废弃了,取而代之的名称是河外星系,简称星系。惟有M42才是真正的银河系中的云状物质。

在冬天的晴夜,如果观测条件良好,从猎户的悬挂宝剑中我们可以见到一团“云气”。根据测定,M42(或称NGCl976)的距离为460秒差距,其直径约5秒差距,质量为300M。在M42那儿,我们发现了许多原恒星、红外星、天体及球状体,这是它的最引人之处,可见正是它,孕育出了新的恒星,因而备受天文学家的注目。

星云的种类

星云是银河系内一切非恒星状的气体尘埃云,就形态来说,银河系中的星云物质可以分为弥漫星云、行星状星云和超新星遗迹;就发光性质来说,可分为发射星云、反射星云和暗星云。

正如它的名称一样,弥漫星云没有明显的边界,形状犹如天空中的云彩,常常很不规则,但一般都得使用望远镜才能观测到它们,很多时候要显示出它们的美貌,只有用天体照相马头星云机作长时间曝光。弥漫星云的直径在几十光年左右,平均密度为10~100个原子/立方厘米,主要在银道面附近分布。比较著名的弥漫星云有猎户座大星云、马头星云等。

在几十个已知的弥漫星云中,只有一个蜘蛛星云位于大麦哲伦云(星系)中,而不在银河系内。蜘蛛星云也是迄今所知的最大的星云。据测定,它的直径是猎户星云的34倍,达170秒差距,总质量为106M。

行星状星云呈圆形、扁圆形或环形,有些很像大行星,但和行星没有任何关系。也不是所有行星状星云都呈圆面,有些行星状星云(如位于狐狸座的M27哑铃星云及英仙座中M76小哑铃星云等)的形状十分独特,中心是空的,样子就有点像吐的烟圈,且在行星状星云的中央往往有一颗很亮的恒星,称为行星状星云的中央星(是正在演化成白矮星的恒星)。中央星不断向外抛射物质,形成星云。可见,恒星的晚年演化产生了行星状星云,是恒星(质量和太阳差不多)演化到晚期,核反应停止后,走向死亡时的产物。其中宝瓶座耳轮状星云和天琴座环状星云比较著名,在性质上这类星云与弥漫星云完全不同,它们的体积一直都在膨胀之中,最后趋于消散。行星状星云的“生命”十分短暂,通常这些气壳会在数万年之内逐渐消失。

超新星遗迹这种星云也与弥漫星云的性质完全不同,它们是超新星爆发后抛出的气体形成的。这类星云与行星状星云一样,体积也在膨胀之中,最后也趋于消散。金星座中的蟹状星云是最有名的超新星遗迹,它是由一颗在1054年爆发的银河系内的超新星留下的遗迹。在这个星云中央,已经发现了一颗中子星,但中子星的体积非常小,即使用光学望远镜看不到。它的被发现是因为被观测到有脉冲式的无线电波辐射,并在理论上被确定为中子星。

虽然星云的边界不是很明显,但直径大致为1300光年,平均约为几十光年。星云中的物质主要是氢和氦,比例与恒星中相仿,此外,还有少量的氟、硫、氧、氯、碳、氩及钠、钙、镁、钾、铁等元素,甚至还有一些有机分子,只是它们的密度仅比星际空间高几十一几百倍,都极其稀薄,每立方厘米中仅有几十到几百个粒子。但因其体积庞大,所以在银河系中,质量的小星云也有太阳质量的十分之几,大的甚至可达太阳质量的几千倍,平均为10M左右。

相关链接——发射星云、反射星云和暗星云

发射星云发光是因为受到附近炽热光量的恒星激发,这些恒星所发出的紫外线会使星云内的氢气电离,令它们发光。一颗年轻的恒星通常在诞生过程中都会造成周围部分气体游离,虽然只有质量大且热的恒星才能产生大量的游离,但一群年轻的星团往往也可以造成相同的结果。

多数发射星云都是红色的,如果有造成其他元素游离的更高的能量,那么也可能出现绿色和蓝色的云气。天文学家经由对星云光谱的研究,对星云的化学元素进行推断,认为大部分的发射星云都有90%的氢,其余则是氦、氧、氮和其他的元素。

反射星云发光(呈蓝色)是靠反射附近恒星的光线。以天文学的观点看,反射星云只是由尘埃组成,单纯地对附近恒星或星团光线的云气进行反射。这些邻近的恒星没有足够的热让云气因被电离而发光(就像发射星云那样),但却有足够的让尘粒因散射光线可见的亮度。因此,反射星云显示出的频率光谱与照亮它的恒星相似。

如果气体尘埃星云附近没有亮星,则星云将是黑暗的,这就形成了暗星云。由于暗星云本身不发光,也没有供它反射的光,但可以对来自它后面的光线进行吸收和散射,因此在恒星密集的银河中以及明亮的弥漫星云的衬托下可以被发现。

暗星云的密度很高,足以遮蔽来自背景的发射或反射星云(比如马头星云)的光,或是遮蔽背景的恒星。通常这些暗星云的形成并无规则可循,外型和边界也没有被明确定义,有时会形成复杂的蜒蜒形状。以肉眼就能看见巨大的暗星云,在明亮的银河中会呈现出黑暗的补丁。

流星是怎么回事

流星是分布在星际空间的细小物体和尘粒,叫做流星体。它们飞入地球大气层,跟大气摩擦发生了光和热,最后被燃尽成为一束光,这种现象叫流星。(如果没有燃尽就是陨星)。通常所说的流星指这种短时间发光的流星体。俗称贼星。大约92.8% 的流星的主要成分是二氧化硅(也就是普通岩石),5.7% 是铁和镍,其他的流星是这三种物质的混合物。

偶发流星

说起流星,大概许多人都看到过。晴朗的夜晚,天空中突然发出一道亮光,小的一闪即逝,大的会在天空中飞过很长一段路程。这就是流星现象。银河系中有许许多多直径从10微米到几十厘米、甚至几米的尘粒和固体物质,统称流星体。

流星体也像太阳八大行星一样,沿椭圆轨道围绕太阳运动。有些流星体的轨道与地球的轨道比较接近,当它们经过地球附近时,由于受到地球的引力作用,改变了原来的运行轨道,闯入地球的大气层。由于双方的运动速度都很大,流星体便因为和空气发生激烈的摩擦而燃烧、发光,这就是我们看到的流星现象。这种流星现象,是由于流星体和地球在太空中偶然相遇所产生的,天文学家也称它们为“偶发流星”。流星的亮度与流星体的质量有关,一般流星体都比较小,和沙粒差不多。也有较大的流星体,它们形成的流星又大又亮,而且可以听到它们在空气中燃烧时所发出的轰隆的声音,这种流星现象称为火流星。火流星也属于偶发流星。偶发流星出现的时间和方向都是没有任何规律的。

流星雨

除了偶发流星之外,还有一种更壮观、更漂亮的流星现象,即“流星雨”。

顾名思义,流星雨即天空中的流星在一段时间内多得像下雨一样。流星雨是由于流星群进入地球大气层而产生的。流星群不同于一般的流星体,它们是许许多多流星体成群结队,沿着同一条轨道,顺着同一个方向围绕着太阳运行。当流星群和地球相遇时,就会有许多流星体同时或陆陆续续闯入地球的大气层。这时,我们就能够欣赏到壮丽的流星雨现象了。

流星雨出现时,我们会看到,所有的流星好像都是从天空中的某一点散发出来的,天文学家称这个点为流星雨的“辐射点”。实际上,这些流星在天空中所走过的路线都是平行的,把它们看成出自一个点是我们的一种错觉,这就如同我们看到火车的两条铁轨在很远的地方就好像会聚在一点是同样的道理。

流星雨的出现不同于偶发流星,它们总是在每年的某些固定不变的日子里出现。这又是什么原因呢?

天文学家发现,许多流星群都与彗星有着密切关系。彗星在围绕太阳运行的过程中,每次经过近日点附近时,都会向外抛出大量物质,有的甚至会完全碎裂,这些被抛出的物质和分裂瓦解后的碎渣,就成为流星群,它们慢慢地分布在彗星的整个轨道上,形成一个个椭圆形的环。由于彗星的轨道各不相同,所以这些流星群的椭圆形轨道也各不相同。这些各不相同的流星群轨道和地球轨道分别相交于一点。这样地球每年就会在不同的日期与不同的流星群相遇。如果流星群在其轨道上的分布是均匀的,那么地球上每年所看到的这个流星雨的规模也应该是大致相同的。如果流星群在其轨道上的分布并不均匀,而是在某一小范围内密集,那么地球上每年所看到的这个流星雨则会有周期性的变化,当地球与流星群的密集部分相遇时,这一年的流星雨就会格外强烈,达到高潮。

延伸阅读——如何区别流星群和流星雨

天文学家目前所发现的流星群共有1000个以上,每年可以看到的流星雨共约四五十次。这么多的流星群和流星雨,怎么区分它们呢?

天文学家规定,以流星雨辐射点所在的星座名称来给它们命名,如天琴座流星群(雨)、狮子座流星群(雨),等等。如果同一星座中有两个或两个以上流星雨的辐射点,那么就再在星座名称后面加上辐射点最靠近的恒星的名字来区分它们。

我们每年能够看到的流星雨次数不少,每次流星的亮度以及在单位时间内所出现的流星数目都是各不相同的。当然,流星的亮度越强,单位时间内出现的流星数目越多的流星雨看起来就越壮观。

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