第四章 认知太阳系（2）
二太阳系的位置
1、太阳系在宇宙中的位置
哥白尼的日心说认为太阳是宇宙的中心，太阳静止不动，这个观点被现代天文学的发展否定了。在宇宙中太阳是极其普通而平凡的天体，是沧海中的一粟。它只能控制太阳系中成员的运动，没有任何力量控制整个宇宙。太阳系在宇宙中的地位，充其量只能算太平洋中的一个小岛。
浩瀚的宇宙中布满了像太阳一样的恒星，朗朗众星组成一个个庞大的星星系统，这就是星系。我们经常听到的有银河系和河外星系。
秋天夜晚，我们抬头望天，总会在缀满星星的天空见到白茫茫一片，好像奔腾不息的江河从南到北流淌。人们叫它天河，天文学上称为银河。古人传说，天河是天上的长河，沿黄河溯流而上是可以到达的。这是不能相信的。银河不是河流。伽利略首先揭开了它的秘密：茫茫的银河在伽利略望远镜里显露出一群密集的繁星，星的数目比肉眼所见到的要多得多。
银河的形状像包围在棉絮团里的两个合在一起的“铜钹”，也有人把它比喻成一个织布的梭子，或者像铁饼。总之是边缘较薄，越到中心越厚。这扁圆的“钹”叫银盘，“钹”中凸起的部分叫银核，也叫银心，周围的“棉絮团”叫银晕。银盘的直径约10万光年，厚1万光年。就是说，从银河系直径一端走到另一端，每天以走50公里计算，至少要走50万亿年；假使乘每小时飞1000公里的飞机，也要飞1000亿年。世界上走得最快的是光和电，它们每秒钟走30万公里。即使是光和电，从银河直径一端走到另一端，也要10万年，从银盘穿过一次要1万年。
不同银河系相比，太阳系还算是个庞然大物。太阳系半径大约是39.5个天文距离单位。一个天文距离单位约等于1.5亿公里，由此不难算出，太阳系半径约为59亿公里。假如太阳系是个圆盘，里面装满地球的话，这个盘子可盛9000亿个地球。但是，同银河系比较一下，太阳系真小得可怜。假如我们把太阳系和银河系各自缩小为原来的一万亿分之一，那么，太阳只有芝麻粒大，太阳系的直径是12米，而银河系的直径竟是100万公里!缩小后的银河系直径还能绕地球赤道25圈。
在银河系中，太阳和它的家族并不是位于银河系的中心，而是位于离银河中心3．3万光年、到银道面距离2.6光年的地方。
银河系是旋涡星系，有两条或更多条旋臂。在研究银河系旋臂时，光学方法受到很大限制。关于银河系旋臂的知识主要来源于射电观测。在太阳附近，射电观测探测到3段旋臂，即英仙臂、猎户臂和人马臂。太阳靠近猎户臂的内侧。20世纪70年代,人们通过探测银河系一氧化碳分子的分布,又发现了第4条旋臂,它跨越狐狸座和天鹅座。它是一条离银心4千秒差距的旋臂，称为3千秒差距臂，正以约50千米／秒的速度向外膨胀。已得知，旋臂是气体、尘埃和年轻恒星集中的地方。但旋臂的起源和演化问题尚未解决。
在我们的银河系内，有着四条长长的“手臂”，它们是各种星体诞生与成长的摇篮。想要了解银河系的全貌，我们就必须“抓住”这些“手臂”，因为它们能画出一张精确的银河结构图。
2、太阳系的运动
在中国科学院紫金山天文台的会议室里，陈列着4尊我国古代天文学家塑像，其中一位是唐代的一行。一行是个和尚，又是一名出色的古代天文学家。一行的第一个贡献就是再次测定了恒星的位置。一行把自己测量的恒星位置和汉代的测量相对照，发现有了较大的变化。这是古人从来没有想过的。很可惜，当时他没有对这种变化的原因作出解释，以致让一项重要发现推迟了1000多年。
18世纪，发现哈雷彗星的爱德蒙·哈雷完成了这项发现。哈雷是英国著名的天文学家，1718年，他注意到天狼星、毕宿五、大角和参宿四这4颗星的位置同古星表上的位置在黄纬上大不相同。他考虑了各种误差的影响后，很有把握地指出，不仅这4颗星，别的恒星也可能是这样的。哈雷这一精辟的见解引起很大的反响，有的表示赞同，有的举手反对。经过以后的观测，证实了恒星本身的确在运动。
恒星在空间的运动朝各个方向都有，有的朝东，有的朝西，有的接近太阳，有的远离太阳。
恒星都在运动，太阳有没有运动呢?太阳系有没有运动呢?都有。太阳有3种运动，一是自转，像地球那样，围绕自转轴转动，大约27天转一圈。二是带着太阳系成员一道向武仙座方向奔跑，像校长带领学生们去风景区春游似的。这种‘‘奔跑”的速度是每秒20公里。太阳以这样快的速度在银河系内奔驰，会同其他恒星相碰吗?不用担心！银河系里有广阔的空间，这种碰撞的机会极其微小！三是和银河系里其他恒星一道，围绕着银河中心转。天文工作者测定，太阳和它家族相对于银河中心的转动速度是每秒250公里，转一圈大约2.5亿年。目前，太阳正带着它的家族向天鹅座方向前进。
在这里又是说太阳带着太阳系成员向武仙座方向奔跑，又是说太阳带着它的家族向天鹅座方向前进，这是怎么回事呢?原来，太阳和它的家族好比整个蜂群中的一只蜜蜂。“蜂群”在围绕银河中心旋转，这种集体行动使得太阳和它的家族向天鹅座方向前进。同时，“蜂群”里的每一只“蜜蜂”又可自由飞翔。太阳和它家族向武仙座方向奔跑，就是“蜂群”里每一只“蜜蜂”在“蜂群”里的自由飞翔。
3、银河系中的太阳兄弟
在地球上，肉眼所能看到的“繁星”并不多，全天只有6000多颗，况且还有一半在地平线以下，在某一个时间里在天空中能看到的星最多只有3000多颗。不过用望远镜观察，那真是繁星满天了。据推算，在银河系中，大约就有1500亿到2000亿颗星。这些星都是太阳的遥远的兄弟，都是能发热发光的恒星。
在银河系中，太阳是一颗普普通通的恒星，它的大小、亮度、表面温度和结实程度，在恒星中间都没有特殊的地方。在我们看来，太阳比星星亮得多，大得多。这是太阳比所有其他恒星离我们都近的缘故。在宇宙中，比太阳大的星很多，参宿四半径约为太阳半径的800倍，体积和5亿个太阳差不多。参宿四还不是最大的恒星，它出现在天空时，看起来还是一颗很普通的亮星。仙王座VV星的体积是太阳的几十亿倍，但是由于距离太远，肉眼却看不清楚。这颗星体积虽然很大，密度却很低。它的质量并不比太阳大多少，充其量只有太阳的10倍。1立方米的东西还不到亿分之一克，比空气还要稀薄。
恒星世界中的“矮子”是白矮星和中子星。白矮星的体积比地球还要小，中子星更小，直径只有20公里左右。白矮星体积虽小，但它很结实，每立方厘米重到几十吨甚至上百吨。如果在白矮星上取火柴盒大小一块东西拿到地球上用船装，需要巨大的轮船才能装运。中子星比白矮星还要小，但它里面含的东西大体上和太阳差不多。因此，中子星的温度极高、密度也极大。中子星的密度大到每立方厘米5000万吨至1亿吨，比白矮星还要高出几百万倍。假如在中子星上取手指头大一块东西，拿到地球上足足有上亿吨!
太阳系中，只有太阳一个核心，但是在其它恒星世界中，也有许多由恒星互相结合而成的双星系统，它们彼此靠近，形影不离，互相吸引，互相绕着转圈子，甚至还互相抛射东西，你把身上的东西抛给我，我把身上的东西抛给你。这种有物理上联系的两颗星才是双星。在望远镜中，有时会看到两颗恒星彼此靠得很近，天文学家开始时把它们当作双星。奇怪的是，怎么也找不到它们互相绕着转的痕迹。原来，它们只是大体上在同一方向，实际上是一前一后，彼此相距很远的，根本没有物理上的联系。这类双星称为光学双星，以区别前面说的物理双星。
太阳的兄弟们，除了成双成对的外，还有三个成群、五个结“伙”的。三颗星靠在一起，互相吸引，互相绕着转的叫三合星。四颗星以上直到一二十颗星聚集在一起的叫做聚星。还有更多的星聚集在一起的，叫做星团。例如在北风凛冽的初冬，天黑后不久在东方天空有一个“七姐妹”星，视力好的人可以看到七颗星，视力差的人可以看到六颗星，用望远镜看可以看到几百颗星聚集在一起。“七姐妹”被称为昴星团。昴星团是一个最著名的星团，它离地球约400光年，在它里面大约有300颗星聚集在13光年的空间区域里。在昴星团附近，还有一个毕星团。像昴星团和毕星团那样，许多恒星疏疏散散结合在一起、形状很不规则的星团，天文学上称为疏散星团。到目前为止，在银河系里已发现1000个疏散星团。
另外一种星团叫球状星团。球状星团是恒星密集的星团，几百甚至几百万颗星星密密麻麻地集中在一起，构成一个球状或扁球状的恒星集团。目前已发现100多个球状星团，它们中最明亮的是半人马座α球状星团，位于半人马座内，我国南方能见到。还有一个武仙座球状星团，形状很美丽，像节日里在空中散开的焰火，我国北方能见到。
在银河系里，除了恒星和星团以外，也有稀稀拉拉的云雾状的东西，用望远镜看，它们呈雾状斑点，有的明亮，有的晦暗。天文学家对它们一一照了相，由于都是些无规则的形态，使它们获得了弥漫星云的称号。你看这些照片，猎户座马头星云很像回头长嘴的马头，麒麟座玫瑰星云很像一朵绽开的玫瑰，天鹅座网状星云很像一张五彩缤纷的云网。这些星云是由气体和尘埃组成的，它们有的在慢慢收缩形成恒星，有的是恒星到了老年，支撑不住了，发生爆炸，把它外面的东西抛了出去，只留下一个非常密集的星核。
4、河外星系
银河系虽然纷繁复杂，但它不是整个宇宙。在整个宇宙中，银河系只是一个小小的岛屿。
1518～1520年，葡萄牙人麦哲伦率领船队作环球旅行，在到达南美洲南端的一个海峡时，船上的人发现天顶附近有两个大星云。回到欧洲后，麦哲伦公布了这个发现，因此取名为大麦哲伦星云和小麦哲伦星云，简称大麦云和小麦云。这两个星云位于银河系之外，和银河系里的星云大不相同。银河系内的星云是气体和尘埃组成的，而这里所说的星云是许许多多恒星组成的。因为看起来都是模模糊糊的一片，所以都叫它们星云。像大、小麦哲伦云这样的星云，是和银河系一样的宇宙岛，称为河外星系。
大、小麦哲伦云是银河系的近邻，大麦云在剑鱼座，小麦云在杜鹃座，南半球的人很熟悉它们。它们离我们大约16～18万光年。大麦云直径约3万光年，小麦云约2.5万光年。
在北半球，用望远镜可以看到的著名星云是仙女座大星云，它距离我们220万光年，直径13万光年。
河外星系是很多的，目前的大望远镜可以看到100亿光年远的河外星系，在这样的范围内，大约可以看到10亿个。在这些星系中，有的像水中旋涡，有的呈棒旋形，有的像椭圆，还有一些是不规则的。按照它们的形状，分别叫它们旋涡星系、椭圆星系、棒旋星系和不规则星系。这些星系是用照相方法“看到”的。到目前为止，用照相方法所能“看到”的河外星系所分布的空间区域，叫做总星系。
总星系也不是整个宇宙，而是宇宙的一个小区域，是目前所能看到的宇宙空间。宇宙是无限的，没有边，没有沿。望远镜所能看到的范围以外是什么样子，有待大家去探索。
知识点：中子星
中子星，又名波霎，是恒星演化到末期，经由重力崩溃发生超新星爆炸之后，可能成为的少数终点之一。简而言之，即质量没有达到可以形成黑洞的恒星在寿命终结时塌缩形成的一种介于恒星和黑洞的星体，其密度比地球上任何物质密度大相当多倍。
中子星的密度为10的11次方千克/立方厘米， 也就是每立方厘米的质量竟为一亿吨之巨！对比起白矮星的几十吨/立方厘米，后者似乎又不值一提了。
事实上，中子星的质量是如此之大，半径十公里的中子星的质量就与太阳的质量相当了。
同白矮星一样，中子星是处于演化后期的恒星，它也是在老年恒星的中心形成的。只不过能够形成中子星的恒星，其质量更大罢了。根据科学家的计算，当老年恒星的质量大于十个太阳的质量时，它就有可能最后变为一颗中子星，而质量小于十个太阳的恒星往往只能变化为一颗白矮星。
但是，中子星与白矮星的区别，不只是生成它们的恒星质量不同。它们的物质存在状态是完全不同的。
简单地说，白矮星的密度虽然大，但还在正常物质结构能达到的最大密度范围内：电子还是电子，原子核还是原子核。而在中子星里，压力是如此之大，白矮星中的简并电子压再也承受不起了：电子被压缩到原子核中，同质子中和为中子，使原子变得仅由中子组成。而整个中子星就是由这样的原子核紧挨在一起形成的。可以这样说，中子星就是一个巨大的原子核。中子星的密度就是原子核的密度。中子星的质量非常大由于巨大的质量就连光线都是呈抛物线挣脱。
在形成的过程方面，中子星同白矮星是非常类似的。当恒星外壳向外膨胀时，它的核受反作用力而收缩。核在巨大的压力和由此产生的高温下发生一系列复杂的物理变化，最后形成一颗中子星内核。而整个恒星将以一次极为壮观的爆炸来了结自己的生命。这就是天文学中著名的“超新星爆发”。
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中国科学院紫金山天文台，是我国最著名的天文台之一。始建于1934年，建成于1934年9月，位于南京市东南郊风景优美的紫金山上。
紫金山天文台是我国自己建立的第一个现代天文学研究机构，前身是成立于1928年2月的国立中央研究院天文研究所，至今已有80年的历史。
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中国现代天文学的许多分支学科和天文台站大多从这里诞生、组建和拓展。由于她在中国天文事业建立与发展中作出的特殊贡献，被誉为“中国现代天文学的摇篮”。
1913年10月，日本在东京召开亚洲各国观象台台长会议，他们邀请法国教会在上海的观象台代表中国，消息传出，举国哗然，而知识界尤甚。当时的中央观象台台长高鲁，发誓建造一座能与欧美并驾齐驱的天文台，后高鲁转任法国公使，由厦门大学天文系主任余青松接任。当时的总理陵园管理委员会提出，天文台必须按照中式风格设计，中式风格主要体现在屋顶和房檐，但天文观测却需要圆形屋顶，这一棘手的问题被交给杨廷宝领衔的基泰工程司。最终建成的紫金山天文台位于南京东郊紫金山风景秀丽的第三峰上。牌楼采用毛石作三间四柱式，覆蓝色琉璃瓦，跨于高峻的石阶之上。建筑间以梯道和栈道通连，各层平台均采用民族形式的钩阑，建筑台基与外墙用毛石砌筑，朴实厚重，与山石浑然一体。
紫金山天文台拥有射电天文实验室、空间天文实验室、天体物理研究部和天体力学研究部四个主要研究单元。有青海、青岛、赣榆、盱眙四个野外台站，其中青海观测站是我国目前唯一的大型毫米波射电天文观测站，装备了具有国际先进水平的13.7米毫米波射电望远镜；新建的盱眙观测站将是我国唯一的应用天体力学实测基地。