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1700873760 太阳和它的行星绕着银河系中心的黑洞在轨道上运行。整个太阳系沿轨道运行的速度为200千米/秒(125英里/秒)。虽然速度如此之快,但太阳系绕银河系旋转一周,仍需2.25亿年左右。以这样的速度,你觉得地球已经绕银河系中心旋转多少次了呢?(提示:你得知道太阳和地球形成于约45亿年前。)
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1700873762 不过,为什么速度如此之快,我们却感受不到呢?奥妙就在地球外围的大气层是随地球而动的。跟我们一样,大气层受地球引力的吸引。由于同样的原因,地球日复一日绕轴自转或年复一年绕太阳公转,我们都没有感觉。我们自以为坐在那里一动不动,但实际上,我们同时朝多个方向快速运动。想到这一点,你“晕地球”了吗?
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1700873764 之前提过,距离太阳最近的恒星是比邻星,它在4.24光年之外。也就是说,比邻星的光以接近每秒30万千米的速度,还需要4.24年的时间才能到达地球,而太阳光到达地球,平均需要8分18秒。(地球绕太阳公转的轨道是椭圆形的,离太阳的距离是有变化的。)
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1700873766 地球距太阳与地球距最近的恒星两者相比是什么情况,可以做下面这个三步走思维实验。[感谢理查德·道金斯(Richard Dawkins),他从约翰·卡西迪(John Cassidy)的《地球寻找》(Earthsearch)中借来了这个主意。]
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1700873768 1.想象在足球场中间,放一只足球,足球代表太阳。
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1700873770 2.走25米之后,放一粒胡椒,代表地球,与太阳相比,大小和距离都是成比例的。
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1700873772 3.再想象另一只足球,稍微小点,代表比邻星。你需要把它放在6500千米(4038英里)之外,这个距离相当于整个南美洲的长度。
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1700873774 恒星最初出现时,从某种程度上说,是完全新兴的事物。引力作用在氢原子上产生新的、更为复杂的原子结构,并将分布于本区域、稳定热点的能量流集中起来。这些恒星点产生大量的能量,将临近的天空都照亮了。它们代表了宇宙中局部秩序的快速增长。
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1700873776 宇宙从诞生之初就一直在膨胀,这是件好事,不然就会有大麻烦。如果恒星是在小而又不膨胀的宇宙内燃烧,整个空间的温度就会越来越高。热力学第二定律表明,局部或区域秩序的出现,必然造成别的地方的无序。(表示这种无序的专有名词是“熵”。)有些系统,比如恒星,会变得越来越有序,但代价是,别的地方越来越混乱。没有空间容纳这种无序,没有真空区倾倒多余的热量,恒星就会因产生的热量窒息,无法保持稳定。
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1700873778 (同样的,我们的身体会散热、排尿和粪便,这也是把无序排掉,这些是比我们摄入的热量质量更差的热量。如果人体不能散热、排泄废物,人就无法存活。)
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1700873780 下一章中,我们将了解恒星的生命周期——它们如何形成、存在,又如何在令人目瞪口呆的爆炸中,产生生命所需的化学元素。
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1700873782 今天的天文学家如何进行研究
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1700873784 首先,先了解一点天文学历史。在茫茫宇宙的众多星系中,我们处在其中一个星系里——对于这一点,我们仅仅知道了90年左右。到1924年末,才获得这一认识的确凿证据。
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1700873786 天文学家埃德温·哈勃是收集并分析此项证据的人。他使用的是当时世界上最大的望远镜,坐落在帕萨迪纳市附近的威尔逊山上,毗邻加州的洛杉矶。这架望远镜口径达100英寸,是由钢铁行业和慈善事业的巨头安德鲁·卡内基(Andrew Carnegie)提供经费建造的。
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1700873788 1917年,望远镜建造好,可以投入使用了。那时候,天文学家能看到的最远的距离只是一些光的斑点,这种斑点叫作“星云”,或是气体云和尘埃云。之所以可见,是因为它们反射附近恒星的光。当时天文学家都在争论,这些星云到底属于银河系,还是属于银河系之外的其他“岛宇宙”。
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1700873790 要想解决这些争议,就必须知道这些星云距离我们有多远。哈勃将威尔逊山上的望远镜的焦点对准最近的星云——仙女座星云。这架望远镜功能强大,可以聚焦到该星云里的某颗恒星上。在那个星云里,他发现了一颗恒星的亮度呈现周期性的变化。由于这类恒星的亮度会发生变化,同时第一颗此类恒星是在仙王星座(Cepheus)被发现的,因此英语中将其称为“Cepheid variable”,即“Cepheid变星”,中文是“造父变星”。(星座指的是人们根据自己的主观判断,将若干恒星看成是一个群体。)
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1700873792 早前,天文学家已经观测过造父变星,了解到这种恒星亮度变化的周期越长,恒星的实际亮度就越大。哈勃发现的造父变星的周期是31.45天,这意味着它的亮度是太阳的7000倍。哈勃将表观亮度(非常弱)与实际亮度进行对比,估算出距离有90万光年——这太远了,不可能是在银河系之内。哈勃说服了其他天文学家,让他们认识到造父变星一定存在于另一个星系内。现在,天文学家估算出仙女座距离我们249万光年。
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1700873794 埃德温·哈勃
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1700873796 探索遥远恒星的先锋
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1700873801 威尔逊山天文台的天文学家哈勃证明还有其他星系存在,而且宇宙正在膨胀。
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1700873803 埃德温·哈勃在天文学领域做出了两个巨大突破,他证明了银河系之外还有其他星系,还发现了星系正在互相远离的证据,这意味着宇宙在膨胀。
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1700873805 哈勃比阿尔伯特·爱因斯坦小10岁,在美国伊利诺伊州的惠顿(芝加哥郊区)长大,是一位天才运动员。垒球、足球和跑步样样都擅长,但也耽误了高中学习。然而,校长发现他天赋异禀,给了他一份奖学金,送他到芝加哥大学学习。哈勃在芝加哥大学学习了数学和天文学,随后他获得罗氏奖学金,到英国牛津大学学习。但是就在那时候,从事保险行政工作的父亲生命垂危。由于父亲希望他日后当律师,于是哈勃在牛津大学选择了学习法律。
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1700873807 回国后,哈勃发现他根本无意从事法律职业。在高中教了一年课后,为了成为一名职业天文学家,他开始重新读研究生。1917年,他获得了芝加哥大学的博士学位,论文题目是《微弱星云的照相调查》。
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1700873809 1919年,哈勃在威尔逊山天文台谋得一份职位,并在那里度过了余生。在5年时间里,哈勃对仙女座星云中一颗明亮的恒星的距离做了充分的研究,足以说服当时的天文学家,仙女座距离已经足够远,应该是另一个星系,而不是银河系的一部分。
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