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回顧:既然恒星在動為什麽我們看不到?而且星座可以保持一副模樣

2024-06-24科學
如果你在晴朗無月的夜晚仰望過星空,你就會有這樣的感受,天上的恒星總是一動不動,在同一個位置不停的閃爍。

在肉眼看來,它們互相之間不會發生明顯的相對運動,整個夜空中的恒星像是鑲嵌在一塊黑色幕布上的亮點一樣。

當然古人也觀察到了這個現象,因此將這種會閃爍、並且相對位置不會發生變化的星星稱為「恒星」。並且將它們的相對位置連線起來,假象出一些我們見到過的圖案形狀,因此就有了星座。

不過夜空不僅僅有恒星,古人還發現了幾顆比較特殊的行星。因此將肉眼可以看到的5顆(水、金、火、木、土)不會閃爍、且會相對於其他恒星(恒星背景)發生位置移動的星星稱為「行星」。

但是天空不總是這麽單調,它還有一個更為特殊且有規律的變化。如果你觀察的夠仔細,你就發現 整個恒星背景 每天晚上的同一時刻會從東向西偏移1°的距離。

還有月亮每天晚上也會從東邊升起然後在西邊落下,且每天晚上特定的時刻,月亮都會向西偏移12°的距離。

太陽也一樣有著相同的運動軌跡。這就產生了一個問題,天空中所有的東西這種規律性的由東向西運動是咋回事?

古人認為是地球在中心不動,這些東西在繞著地球轉,才看到了以上的現象,這就是地心說。當然我們現在知道運動是相對的,當然可以建立一個地心說來解釋觀察到的現象。

但是日心說才是更為簡潔的、正確的太陽系執行模型。由1543年哥白尼提出,經由伽利略1609年對木衛系統、金星相位變化的觀察,以及開普勒1619年三大定律的提出以後確定了太陽系行星運動軌域。

並且利用行星三大定律我們還預測了以前人們從未觀察到的天文現象,金星和水星的淩日,並且在1631年預測的時間人們準確的觀察到了淩日現象。

至此日心說才得到了穩固,以及被人們廣泛的接受。

但是日心說直到19世紀初一直有個問題沒有解決,就是我們今天要說的問題,也是我們普通人都會看到的現象。

既然牛頓定律適用於全宇宙,天空中的恒星也應該在重力的作用下發生運動,為何我們看到的恒星卻是在天幕上一動不動呢?

既然地球在繞著太陽軌域運動,為什麽我們依然看不到因為地球位置變化而發生的恒星相對位置和距離的變化呢?

這兩個問題可以說是那些在19世紀依然堅信地心說,反對日心說最後的堡壘。也是我們普通人常會感到困惑的問題。

原因其實很簡單,我們之所以看不到恒星的位置發生移動,是因為肉眼觀天存在很大的缺陷,對恒星那種微小視差的變化根本就察覺不到。

只有憑借望遠鏡才能看到恒星的運動,望遠鏡第一次被用到天文學是1609年的時候,到了19世紀初已經過去了兩個多世紀。

在這期間天文學的發展離不開望遠鏡的加持,這時我們的望遠鏡口徑已經達到了1米以上、光學器件也更加的精良,已經可以看到很多以前肉眼看不到的昏暗恒星、星雲、甚至是不發光的行星(天王星是1781年威廉·赫歇爾透過望遠鏡發現的)、衛星。

所以觀察恒星是否有位移,當然也不在話下。

人類首次觀察到恒星在運動是在1804年,當時觀察的這顆恒星為天鵝座61星,朱塞普·皮亞齊經過了10年連續的跟蹤觀察,才發現了這顆恒星會在天幕上相對於其他恒星發生緩慢的漂移。

而且這顆恒星也是人類首次透過視差法測量出離地球距離的恒星,當時天文學家認為,這顆恒星肯定是離地球很近,或者是本身自行速度就很快,因此才表現出了可以觀察到的位置變化。

因此利用地球繞太陽公轉的軌域,相隔六個月分別測量了這顆恒星在天空中的位置,發現這個恒星的視差非常小只有0.314角秒。

根據這個視差天文學家算出這顆星距離地球10.3光年,與今天測得的距離11.4光年相差不到10%。

現在我們還知道這顆恒星的自行速度為79公裏/秒,確實很快,但是相對於它離我們距離,這個速度真的不算什麽,就算是讓他運動10年,我們也很難透過肉眼分辨出它在天空中的位置變化。

這就跟我們坐車一樣,我們總是能看到近處的隔離帶在飛速後退,但是看遠處的高山,就會發現它們好像不怎麽動,或者是動的非常緩慢。

把這個日常現象運用到廣闊的宇宙中,就能很自然的解釋為何恒星速度動輒幾十、幾百公裏每秒,但是我們在地球上總是看到它們一動不動。

主要原因還是相比於恒星跟我們的距離,它們執行的速度簡直是太慢了,比蝸牛還要慢。

那麽既然恒星在動,為何古人畫出的星座到今天也沒有變形?

其實我們在夜空中看到的恒星基本上都是銀河系內的恒星,當然我們還可以看到一些深空天體,例如:大小麥哲倫星系、仙女星系,河外星系,它們看起來就是一團模糊狀的雲團。

除了這些星系,我們還能透過望遠鏡看到銀河系中的恒星並不總是孤零零的一個在運動,而是會幾百、幾千、幾萬顆聚集在一起形成疏散星團。

甚至是幾十萬顆恒星聚集在一起形成更大結構的球狀星團。因此大部份恒星的運動一直都會呈現出一定的規律,而不是胡亂的運動。

如果一個星座中的恒星它們之間有著規律性的物理聯系,那麽它們之間的位置會在非常長的時間內保持不變,時間尺度在數千萬年,甚至是數億年。

如果一個星座中的恒星它們之間沒有直接的物理聯系(大部份星座是這樣),那麽它們的位置發生變化的速度就會非常快,時間尺度在幾十萬年,你就會看到一個星座的外形發生改變。

總之一切都在變化,只是人類存在的時間太短了,很難用肉眼察覺這種微小的變化。在未來我們會看到一個完全不一樣的天空。