遥望星空：我们的宇宙有多美

夜幕降临，我们遥望星空，天空群星璀璨。星星深处，一条白色的光带像天河一样横跨夜空，这就是银河，是银河系的主体。
    遥望夜空，银河足以引起人们地震撼和遐想：银河系由一千二百亿颗恒星及大量的星团、星云、星际气体、星际尘埃组成。我们生活的太阳系就在银河系之中，因此，从地球上看银河系便是一条狭长的天河，满天的星辰绝大多数也属于银河系，我们能分辨它们，只是因为它们距离我们较近。

转自探索者博客

遥望星空：银河系

夜空中的银河

    银河系的直径约为10万光年，中心厚度约为1.2万光年。光速是宇宙中最快的，每秒约30万公里，一束光从银河系的一端走到另一端需要10万年时间，可以想像银河系是十分巨大的。假如人类乘坐光速火箭在银河系内探寻地外生命，将受到人寿命的限制，不会走得很远。不过，按照爱因斯坦相对论，接近光速的旅行，能使时空弯曲，时间会变慢、空间会缩短，这就扩大了人类的探索范围。还有“虫洞”理论，宇宙中可能存在的连接两个不同时空的狭窄隧道，透过“虫洞”可以做瞬时间的空间转移或者做时间旅行。“虫洞”的本质仍然是时空弯曲，有个形象的比喻：在一张纸上画一条水平直线，直线的两端画两个圆点，两个圆点之间就有一定距离。以水平直线的中心作一条垂直虚线，将纸沿虚线对折，两个圆点上下重叠，这时，两个圆点的距离就很近了。相距10万光年，通过“虫洞”会瞬间到达。

    银河系的年龄大约是130——140亿岁，它的依据是长寿命放射性核的衰变时间（半衰期）及“大爆炸”理论。钍的半衰期是140亿年。用当代最大的天文望远镜，加上高分辨率光谱仪，已经能够检测到恒星的钍，并作出相应的年龄估算；“大爆炸”发生在140亿年前，假定从大爆炸到银河系形成所相隔的时间为10亿年，那么上述由核纪年法测定的银河系年龄与宇宙年龄是相容的。

    银河系的总体结构是：银河系物质的主要部分组成一个薄薄的圆盘，叫做银盘，银盘中心隆起的近似于球形的部分叫核球，这里恒星高度密集，其中心有一个很小的致密区，称银核，银核中心质量极高，引力极大，就是光也会被全部吸收，形成“黑洞”，所有恒星及星际物质围绕着“黑洞”旋转；银盘中心外面是一个范围更大、近于球状分布的系统，恒星密度较低，叫作银晕；银晕外面还有银冕，无恒星分布，但存在一个大致呈球形的巨大射电辐射的区域。

银河系

    银河系是一个旋涡星系，具有旋涡结构，有的天文学家认为银河系是一个棒旋星系，由银心和旋臂组成。银心是恒星高度密集区，银心外是呈顺时针方向旋转的旋臂，从里向外依次是：人马座旋臂，猎户座臂，英仙座旋臂，3000秒差距旋臂（也有资料称天鹅座旋臂）。旋臂由恒星和星际物质组成，我们的太阳系位于猎户座旋臂内侧。关于银河系旋臂有许多版本，现采用的是四大旋臂的说法。

银河系旋臂示意图

    银河系虽然巨大，但它却是整个宇宙的沧海一粟。目前，人类利用哈勃空间望远镜观测，估算出的宇宙星系数量约1250亿个，宇宙中的星系远远大于这个数，因为哈勃空间望远镜并没有看到宇宙的边缘。


遥望星空：北极星

北极星是小熊星座中最亮的一颗恒星，又称小熊座a星、紫微星或紫微垣。北极星偏离北天极只有45分，几乎正对着地球自转轴的北极，从地球北半球上看，它的位置几乎不变，直指正北，因此可以靠它来辨别方向。
    地球是围绕着地轴进行自转的，而北极星正处在地轴的北部延长线上，所以夜晚看天空北极星是不动的，而且在头顶偏北方向。虽然在一年四季里，由于地球绕太阳公转，地轴倾斜的方向也发生变化，但是北极星距地球距离远远大于地球公转半径，所以地球公转带来的地轴变化可以忽略不计。于是一年四季里，我们看到在天空的北极星位置好像都是在正北方不动的，其实只是我们肉眼观察不到细微的变化，觉得地轴一直指向于北极星。
    北极星距离地球约323光年，质量大约是太阳的5倍。它是一个三合星系统，较远的伴星（Polaris B）使用小型望远镜就可以清楚观测到，较近的那颗伴星（Polaris）因距离北极星太近而且太暗而无法看见。

北极星

    茫茫夜空，怎么寻找北极星呢？这需要借助北斗星定位。北斗星由七颗明亮的星星组成，形似斗勺，在北部天空大熊座，易于辨认。
    北斗星又称北斗七星，这七颗星星的中国名称分别是：天枢、天璇、天玑、天权、玉衡、开阳、摇光。北斗星由两部分组成：天枢、天璇、天玑、天权四星组成“斗魁”，又叫“璇玑”；玉衡、开阳、摇光三星组成“斗柄”，又叫“斗杓”。从天璇过天枢作一条延长线，大约五倍距离那颗明亮的星星就是北极星。

通过北斗星寻找北极星

    由于北极星几乎正对着地球自转轴的北极，地球的公转和自转，使生活在北半球的人看到天空中的星辰都围绕它按顺时针方向旋转，北极星成为整个夜空的中心。人类围绕北极星观测天象，不仅能判断方向，还可以推测时间，甚至确定季节。北斗星一年绕北极星旋转可以显现一年四季，古人云：斗柄东指，天下皆春；斗柄南指，天下皆夏；斗柄西指，天下皆秋；斗柄北指，天下皆冬。
    认识了北极星，我们就能以它为参照系，在广缈的夜空中翱翔，探寻88个星座中的奥秘。




遥望星空：仙女座星云

仙女座位于天空北半球，它由仙女座α：壁宿二、仙女座β：奎宿九、仙女座γ：天大将军一（它是一个双星系统，主星为黄色，伴星为蓝色）、仙女座δ：奎宿五、仙女座ε：奎宿四、仙女座ζ：奎宿二、仙女座η：奎宿一等7颗主星组成，它的中心还有一个椭圆形白色云团，这就是著名的仙女座星云。
    仙女座星云又称仙女座星系、M31或NGC224，它不属于银河系，是和银河系一样的星系，距离我们220万光年。它比银河系还要大，大约16万光年，由4000多亿颗恒星和星际物质组成，这些恒星可以划分成20多个群落，这可能是仙女座星系“吞噬”的较小星系。

    仙女座星系是个一巨型旋涡星系，中间是恒星密集区，从亮核伸展出两条细而紧的旋臂。周围还有几个很小的星系，它们构成该星系群中的一个次群，即仙女星系次群。
    1924年，哈勃在照相底片上认出仙女座星系旋臂上的造父变星，并根据周光关系算出距离，确认它是银河系之外的恒星系统。造父变星是变星的一种，它的光变周期（即亮度变化一周的时间）与它的光度成正比，因此可用于测量星际和星系际的距离。

    仙女座星系、银河系和其他30多个星系共同组成一个更大的星系集团--本星系群。本星系群中的全部星系覆盖一块直径大约1000万光年的区域。本星系群又属于范围更大的室女座超星系团。

    仙女座星系是距离我们银河系最近的大星系，这两个星系正在相互靠近对方，在大约30亿年后两者可能会碰撞，在融合过程中将会暂时形成一个明亮的、结构复杂的混血星系。一系列恒星将被抛散，星系中大部分游离的气体也将会被压缩产生新的恒星。大约再过几十亿年后，星系的旋臂将会消失，两个螺旋星系将会融合成一个巨大的椭圆星系。不过，两星系的碰撞、融合只发生在遥不可及的未来，人类大可不必为此“忧天”。
    在没有月亮的晴朗夜空，我们可以看到仙女座星云，这是人类用肉眼看到的最远的天体了。寻找仙女座星云要通过仙后座，仙后座五颗主星组成一个“W”形，挂在北部天空，很好识别。从北极星引一条线，通过仙后座一颗叫王良四的恒星，向前延伸，就可以看到仙女座星云。几颗围绕在仙女座星云影像旁的亮星，其实是我们银河系里的星星，比起背景白色云团要近得很多。
    美丽的仙女座星云！

仙女座星云


寻找仙女座星云

遥望星空：牛郎织女

中国古代牛郎织女的故事记载于《荆楚岁时记》：天河之东有织女，天帝之女也，年年机杼（zhù)劳役，织成云锦天衣。天帝怜其独处，许嫁河西牵牛郎，嫁后遂废织纫。天帝怒，责令归河东，许一年一度相会。涉秋七日，鹊首无故皆髡（kūn），相传是日河鼓舆织女会於汉东，役乌鹊为梁以渡，故毛皆脱去。

    后来这个故事有了一些变化：南阳城牛家庄有一个孤儿牛郎，和哥嫂分家后，靠一头老牛自耕自食。这条老牛很通灵性，有一天，织女和众仙女下凡在河里洗澡，老牛劝牛郎去取拿织女的衣服，织女便做了牛郎的妻子。婚后，他们男耕女织，生了一儿一女，生活美满幸福。不料王母娘娘知道此事大怒，派遣天神捉织女回天庭问罪。老牛以死相救，牛郎披着牛皮，担着两个儿女追赶。眼看就要追上织女了，王母娘娘拔下头上的金簪，在天空划出了一条波涛滚滚的银河，牛郎无法过河，只能在河边与织女遥望对泣。王母娘娘无奈，只好允许牛郎织女每年七月七日会面一次。他们坚贞的爱情感动了喜鹊，七夕那天，无数喜鹊飞来，用身体搭成一道跨越天河的鹊桥，让牛郎织女在天河上相会。农历的七月七日正当雨季，这一天常常下雨，人们便说这是牛郎织女的眼泪。还有一些少男少女趴在葡萄架下面，据说可以听到牛郎织女的悄悄话。

    从此，牛郎和他的儿女就住在了天上，隔着一条天河，和织女遥遥相望。在秋夜天空的繁星当中，我们可以看见银河两边有两颗较亮的星星，晶莹地闪烁着，那就是牵牛星和织女星。

    牵牛星，又称牛郎星、河鼓二，属天鹰座的恒星，是非常著名的亮星，呈银白色，亮度在夜空中排名第十二。它距地球16.7光年，直径为太阳直径的1.6倍，表面温度在7000℃左右，自转一周为7小时。

    牵牛星左右各有一颗小星星（河鼓一和河鼓三），好像一个人挑着扁担。人们说：这是牛郎挑着他的两个儿女。

    织女星，又称织女一，椭球形，是天琴座中最明亮的恒星，呈青白色，亮度在夜空中排名第五。它距地球25.3光年，直径为太阳直径的2.26（半短轴）至2.78（半长轴）倍，表面温度在9600℃左右，每12.5小时自转一周。

    织女星对着银河的一面有四颗小星星（天琴ζ、天琴β、天琴γ、天琴δ）组成一个菱形，好像织布的梭子。这是织女一边织布，一边抬头望着银河对岸的牛郎和她的两个儿女。

    牵牛星和织女星都比太阳大，织女星又比牵牛星大，它们的表面温度都比太阳高得多。

    牵牛星和织女星相距16光年，它们隔银河相望，却十分遥远，就是乘坐光速火箭，在鹊桥中心见面，也得足足8年时间。

    要在夜空中找到牵牛星和织女星，最好是选择夏季夜晚。以北极星为中心，在北斗星斜对面，先找到银河，就会看到三颗明亮的星星天鹰座牵牛星、天琴座织女星和天鹅座天津四组成的近似的直角三角形，这就是著名的“夏季大三角”，其中牵牛星两边有两颗小星星，织女星一边有四颗星星组成的菱形。

    七夕夜晚，望着天空上的牵牛星和织女星，那个古老的故事仿佛又显现在眼前，挥之不去……

夜空中的牵牛星和织女星


夏季大三角

遥望星空：太阳系

行星，通常指自身不发光，环绕着恒星运行的天体。

    太阳系有八大行星，依次是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。曾经的第九大行星冥王星，因其质量太小，2006年08月24日被国际天文学联合会降为矮行星。

    在地球上用肉眼可以直接观测到的行星有水星、金星、火星、木星、土星五颗，天王星、海王星因距离地球太远，只能通过望远镜才能看到它们。

    恒星在夜空中的相对位置是固定的，而行星则不同，它们相对位置并不固定，像匆匆行走的来客在夜空中漫步，因此才把它们叫作行星。行星反射太阳的光，由于离地球很近，因此它们看上去比恒星亮一些。

怎样才能在夜空中找到水星、金星、火星、木星和土星呢？

    水星和金星在地球之内，属于内行星，靠近太阳，只有在太阳升起前或者太阳落山后在东方和西方地平线附近看到这两颗行星。

    水星在太阳系最内侧，是八大行星中最小的，直径约4879公里，自转周期58.646天，公转周期87.969天。它是一颗岩石球体，几乎没有大气。水星离太阳的距离很近，一年中有几个月被太阳挡住无法看到，它的亮度不是很大,与天上普通亮星差不多，一般人很难看到。

    金星在水星和地球之间，和地球很相似，直径约12103.6公里，自转周期243天，公转周期224.71天，它的自转周期比公转周期还长，是主要行星中自转最慢的；它的自转方向与其它大行星相反，自东向西旋转。金星也是一颗岩石球体，有浓厚的大气层，由二氧化碳和少量的氮气组成，能很好地反射阳光，它的亮度比最亮的恒星天狼星还要亮，是夜空中是仅次于月亮的天体。清晨升起时人称启明星，傍晚降落时人称长庚星。

    火星、木星和土星在地球之外，属于外行星，它们在夜空中的位置与地球及火星、木星、土星的运行轨道和位置有关，都在黄道附近，细心观察黄道12星座，有三颗星星的位置每天都在变动，那就是火星、木星和土星。

    火星在地球外侧，与地球相邻，它比地球略小，直径约6790公里，自转周期24小时37分22.6秒，公转周期687天。火星基本上是沙漠行星，地表沙丘、砾石遍布，没有稳定的液态水体，沙尘悬浮其中，每年常有尘暴发生，它有稀薄的大气，主要是二氧化碳。火星有一个明显的特征，它的光发红色，像燃烧的火。2013年12月公布的探测资料表明，火星上存在已干涸远古湖泊，或有生命出现证据。

    木星在火星以外，是太阳系中最大的行星，它的质量是其它七个行星质量的总和的2.5倍，赤道直径为142984公里，自转周期9小时50分30秒，是太阳系中自转最快的行星，公转周期11.86年。木星是一个液态行星，最外层是木星的大气。木星体积巨大，反射太阳光的能力也强，是夜空中仅次于月亮和金星的亮星。木星并不是正球形的，而是两极扁，赤道鼓的三轴不等椭球体，它有66颗卫星，其中最大的一颗卫星木卫三，直径5262千米，比水星还要大。

    土星在木星和天王星之间，是太阳系中第二大行星，直径为119300公里，自转周期10小时32分35秒，公转周期29.4年。土星是液态行星，有一个较厚的液态金属层，其次是一层液体氢和氦，外围的大气层包括96.3%的氢和3.25%的氦，还有氨、乙炔、乙烷、磷化氢和甲烷。土星外有一个美丽的光环围着它旋转，由直径在7.6厘米——9米之间的冰块组成，土星环只有借助望远镜才能看到。土星的亮度有些变化，当土星光环有最大视面积时，土星显得亮一些；当视线正好与光环平面重合时，光环便呈现为一条直线，土星就显得暗些，二者之间的亮度大约相差3倍。

太阳及八大行星

    太阳系中还有许多小行星，大部分小行星的运行轨道在火星和木星之间，称为小行星带。另外在海王星以外也分布有小行星，这片地带称为柯伊伯带。小行星是类似行星环绕太阳运动，但体积和质量比行星小得多。
至今为止，在太阳系内一共已经发现了约70万颗小行星，但这可能仅是所有小行星中的一小部分，绝大多数的小行星都集中在火星与木星轨道之间的小行星带，最大的小行星直径也只有1000公里左右，微型小行星则只有鹅卵石般大小，99%的小行星的直径小于100公里。
    小行星运行轨道很不规则，它们在空中横冲直撞，一些小行星的轨道与地球轨道相交，威胁着地球的安全，有许多小行星与地球擦肩而过，只有这惊心动魄的时刻，我们才能在夜空中看到它们。

小行星的运行轨道

遥望星空：月亮

月球，俗称月亮，古称太阴，是天空中除了太阳之外最明亮的天体。

    月球是地球的卫星，绕地球公转和自转一周同步，是27.32天，因此月球永远都是一面朝向地球。

    地球上农历一个月时间大体上是月球绕地球公转一周，但又不完全相同。一个朔望月平均为29.53059天，这是由于太阳、地球、月球三者的相对运动造成的。月球本身并不发光，只反射太阳光。地球围绕太阳公转，月球围绕地球公转，地球遮挡太阳的阳光，月球会出现盈亏变化，我们看到的月球就有圆盘、半圆、月牙，有时还会出现月食。

    一个朔望月为月相盈亏的周期，在地球上看月球，会出现新月（农历初一）、上弦（农历初八左右）、满月（农历十五左右）、下弦（农历廿三左右），另外农历月最后一天称为晦日，即不见月球。月球每天升起的时间不一样，大约每天推迟52分钟，农历初一、初二6：00，和太阳同时升起；农历初七、初八12：00，正午，我们看不到它；农历十五、十六18：00，傍晚升起，像明亮的圆盘，是人们赏月的好时机；农历廿二、廿三24：00，人们已经入睡，悄悄挂在夜空。

    月球直径约3474.8公里，大约是地球的1/4、太阳的1/400。月球到地球的距离相当于地球到太阳的距离的1/400，所以从地球上看去月亮和太阳一样大。

    月球的体积大概有地球的1/49，质量约7350亿亿吨，差不多相当于地球质量的1/81左右，月球表面的重力约是地球重力的1/6。

    月球没有大气，表面被巨大的玄武熔岩层所覆盖，布满了陨石坑，有丰富的矿产资源，地球上最常见的17种元素，月球上都有，是人类宝贵的资源宝库。

    月球是离地球最近的星球，对地球有很大的影响：月球的引力能使地球自转轴的倾斜角保持平稳，从而使地球的气候相对稳定；月球能引起地球海洋的潮汐变化，军事、远洋航海、海上捕鱼、海洋工程及沿岸各类生产活动都受潮汐的影响；月光给地球的夜晚带来光明，方便了人类活动；月球还为地球遮挡空中的陨石，减少它们对地球的撞击……

    人类对月球进行不断地探索，美国、前苏联和中国是世界三个登陆月球的国家，为人类走向宇宙迈出第一步。