书城科普读物探究式科普丛书-炽热气体组成的恒星
48668700000013

第13章 动漫恒星——恒星知识篇(2)

20 世纪60 年代,天文学家取得了四项非常重要的发现,他们用射电望远镜发现了:脉冲星、类星体、宇宙微波背景辐射、星际有机分子。这在历史上具有重大意义。

5. 哈勃望远镜

目前世界上最着名的天文望远镜应该是哈勃太空望远镜。它是工作在太空卫星上的望远镜,是美国国家航空航天局“大天文台”系列空间天文观察卫星的第三颗。这架望远镜是以美国天文学家埃德温·哈勃的名字来命名的,以纪念他在对星系天文学和宇宙结构组成方面所作出的杰出贡献。

哈勃望远镜是在轨道上环绕着地球的望远镜。它的位置在地球的大气层之上,因此获得了地面望远镜所没有的好处——影像不会受到大气湍流的扰动,视宁度绝佳又没有大气散射造成的背景光,还能观测会被臭氧层吸收的紫外线。于1990 年发射之后,已经成为天文史上最重要的仪器。它已经填补了地面观测的缺口,帮助天文学家解决了许多根本上的问题,对天文物理有更多的认识。

哈勃望远镜研制初期,由于镜片的制造误差,其拍摄质量没有达到设计的要求,令天文学家感到失望。后来,在1993 年12 月,美国“奋进号”航天飞机升入太空,在太空中对哈勃望远镜进行了修复。修复之后,其收集光线的效果比修复前提高了四倍。专家曾经作了这样一个类似比喻:修复后的哈勃望远镜能从美国的华盛顿观察到正在日本东京飞舞的萤火虫发出的光,可见其效果之明显。

此后,哈勃开始发挥它太空千里眼的作用,它发回的每一幅照片都让天文学家惊叹不已。这些照片揭示了宇宙中的一些重大秘密,修正了长期以来一直被视为金科玉律的理论。

1997 年,美国的“发现号”航天飞机再次升入太空,对“哈勃”进行了第二次维修。宇航员一共进行了五次太空行走,他们用造价1.25 亿美元的分光仪换下了原来的暗物体分光仪,还安装了1.05 亿美元的近红外线摄像机,这两台新仪器有助于科学家寻找星系中心的黑洞,以及观察更远的宇宙和新星。

经过两次在轨的修复后,“哈勃”开始走向它事业的巅峰,不断有令天文学家们震惊的新发现问世。从太阳系的行星大气,到新诞生或将死亡的恒星,直至100 多亿光年以前的星系和类星体,“哈勃”向人们揭示了地面望远镜依稀难辨的细节,使人眼辨别天体的能力提高了40 亿倍。1997 年,“哈勃”发现了比太阳亮1000 万倍的恒星,这可能是全宇宙最大和最亮的星体,有望对了解恒星形成与演化提供线索。

虽然哈勃望远镜对我们观察恒星天体有重要的用途,但是,作为一种仪器也有走向尾声的时候。在新的空间望远镜出现的时候也就是它老化和落伍的时候。据悉,下一代空间望远镜体积是“哈勃”的10 倍,重量却是它的1/4。它对红外光的敏感程度是地球上同类仪器的1000 倍,对昏暗物体的分辨率比“哈勃”高400 倍,但是成本却比“哈勃”低。它将继续“哈勃”的使命,为人类进一步揭示宇宙奥秘作出新贡献。

6. 遥望太空的眼睛——天文台

天文台是人类观察天文的专业科学研究机构,天文台通过天文研究来揭示宇宙的奥秘。因此,天文台的选址很重要,大部分的天文台都是建造在山上,因为,山上是一个视野开阔、局部气流平稳、温差小、湿度低、离城市工矿区远的好地方。如紫金山天文台,它就设立在南京城外东北的紫金山上,海拔267 米。

北京天文台设有5个观测站,其中兴隆观测站海拔约940 米,密云观测站海拔约150 米;上海天文台在佘山的工作站,海拔也有98 米;云南天文台在昆明市的东郊,海拔为2020 米。

由本文几张关于天文台的图我们看到,大部分的天文台都是圆顶、白色的房屋,为什么天文台要造成圆顶结构呢?难道是为了好看?

不,天文台的圆顶完全不是为了好看,而是有它特殊的用途。

我们看到的这些银白色的圆顶房屋,实际上是天文台的观测室,它的屋顶呈半圆球形。当我们走近它看时,半圆球上却有一条宽宽的裂缝,从屋顶的最高处一直裂开到屋的地方。当你在走进屋子里去看个究竟时,会发现那不是什么裂缝,而是一个巨大的天窗,庞大的天文望远镜就通过这个天窗指向辽阔的太空。将天文台观测室设计成半圆形,是为了便于观测。

在天文台里,人们是通过天文望远镜来观察太空,天文望远镜往往做得非常庞大,不能随便移动。而天文望远镜观测的目标,又分布在天空的各个方向。如果采用普通的屋顶,就很难使望远镜随意指向任何方向上的目标。天文台的屋顶造成圆球形,并且在圆顶和墙壁的接合部装置了由计算机控制的机械旋转系统,使观测研究十分方便。这样,用天文望远镜进行观测时,只要转动圆形屋顶,把天窗转到要观测的方向,望远镜也随之转到同一方向,上下调整天文望远镜的镜头,就可以使望远镜指向天空中的任何目标了。不用时,只要把圆顶上的天窗关起来,可以保护天文望远镜不受风雨的侵袭。

当然,并不是所有的天文台的观测室都要做成圆形屋顶,有些天文观测只要对准南北方向进行,观测室就可以造成长方形或方形的,在屋顶中央开一条长条形天窗,天文望远镜就可以进行工作了。

天文台的内部结构仪器和构造比较复杂,它拥有各种类型的天文望远镜和测量计算装置,用以观测天体、分析资料,并利用观测结果编制各种星表和历书,进行授时工作,计算人造卫星轨道,进而揭示宇宙奥秘,探索自然规律。天文台按分工特性、设备状况可分为:光学天文台、射电天文台、空间天文台、教学天文台和大众天文台。中国自古以来就有观测天象的传统,中国古代的天文台也是享有盛誉的。

光学天文台:主要装备各光学天文仪器,如光学天文望远镜、太阳镜等,从事方位天文学或天体物理学方面的研究。

射电天文台:一般主要由巨型甚至超巨型的无线接收设备和基站等构成,装备射电望远镜,观察的范围更大,受干扰小,从事射电天文学的研究。

空间天文台:主要有一些用于空间观测的人造卫星组成,配备非常先进的光学观测系统。

7. 天象馆

天文台是观测真实天体的场所,但是它的观测工作却是“被动”的,只能是天体升到太空后才能进行,而有些天体在当地是永远看不到的,若逢天阴下雨,天文台的一般光学观测就更是没法进行了。

比起天文台来,天象馆却是一个“主动”映示天象的场所。

天象馆的基本设施是天象厅和天象仪。天象厅是一个安装半球形穹顶放映天幕的大厅,天象仪就安装在穹顶天幕的中心。观众可以坐在天象厅四周,抬头观看投影在穹顶天幕上的人造星空节目表演。天象仪的光学系统能映出日月星辰等天体和天文学中的各种坐标系,它的机械部分能够使这些放映出来的天体形象模拟自然界的运行状态。运用天象仪配合其他放映设备,在穹顶天幕上可以表演从地球到太阳系、银河系直到总星系以外任何地点的,从宇宙大爆炸的瞬间到未来的岁月里的,自然界中看不到、摸不着、到不了的宇宙事物。

天象仪能够提前展示2009 年的日全食和12000 年后织女星担任未来世界的北极星;也能使时光倒流,重现1054 年天关客星爆发;演示太阳一天内的变化情况更是简单。它还能让观众乘上火箭登临月球,远征比邻星,甚至飞出银河系去寻找外星人。天象馆就像是一个神奇的魔法屋,展现出我们想要的和不知道的未来世界。

第三节 中国在天文学方面的贡献

我国历史悠久,对天文星象很早就有研究了。其中犹为着名的是干支记时法、太初历、大衍历,以及有关太阳黑子的最早记录等。

1. 干支纪时法

干支是天干、地支的总称。我国古代用干支计时,已有很长的历史了。天干是:甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸,也叫十天干;地支是:子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥,也称十二地支。干支还有阴阳之分:甲、丙、戊、庚、壬为阳干,乙、丁、己、辛、癸为阴干;子、寅、辰、午、申、戌为阳支,丑、卯、巳、未、酉、亥为阴支。以一个天干和一个地支相配,排列起来,天干在前,地支在后,天干由甲起,地支由子起,阳干配阳支,阴干配阴支,这样把天干、地支相配排列起来,共有六十个组合。这就是人们平时所说的六十甲子。过去人们就用这种方法纪年、纪日、纪时的。

(1)干支纪年法

如甲子为第一年,乙丑为第二年,丙寅为第三年……六十年为一周。一周完了,再由甲子年起,周而复始,循环下去。例如1929 年为农历己巳年,1930 年是农历庚午年……到1989 年又是农历己巳年。我们在日历上看到的己巳年、庚午年,就是按干支纪年这种方法排列下来的。阳历年份除以60 的余数减3 便得该年农历干支序号数,再查上面的干支表便得干支年纪。如果序号数小于、等于零则干支序号数加60。例如,求1991 年干支:1991÷60=33 余11,年干支序号数=11 - 3=8。查干支表知该年为辛未年。又如求1983年干支:1983÷60=33 余3,干支序号=3-3=0,加上60,查干支表知该年为癸亥。

①干支纪月法

干支纪月法未普遍实行,主要为星相家推算八字用。其方法为:若遇甲或己的年份,正月是丙寅;遇上乙或庚之年,正月为戊寅;丙或辛之年正月为庚寅,丁或壬之年正月为壬寅,戊或癸之年正月为甲寅。正月之干支知道了,其余月可按六十甲子的序推知。

②干支纪日法

甲子为第一日,乙丑为第二日,丙寅为第三日……60 日为一周。一周完了再由甲子日起,周而复始,循环下去。例如农历己巳年(1989年)正月初一是丁酉日,初二是戊戌日……到三月初七正好是60 天,因此三月初二又是丁酉日。

③干支纪时法

一天中时辰的地支也是确定的,所以二十四小时配十二地支,由夜间十一点至一点为子时,一点至三点为丑时,其余照推。时的天干由该日所对天干推求,其歌诀如下:

甲己还生甲,乙庚丙作初,

丙辛从戊起,丁壬庚子居,

戊癸何方发,壬子是真途。

即若该日是甲或己的,在子时上配上甲为甲子;该日是乙或庚的,在子时上配上丙为丙子;丙辛日子时配上戊为戊子;丁壬日为庚子;戊癸日为壬子。知道了子时的天支,便可推知其余。