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通俗天文学
1.6.3 第三节 恒星的距离

夏季星座

这个星座的东边是武仙座(Hercules),有些人觉得它像是展翅飞翔的蝴蝶。这里有一个肉眼能够看见的球形星团,更是望远镜中的壮观景象。在北纬地区,这个球形星团是恒星构成的这类东西中最壮观的天界风景。在武仙座中,“太阳向点”(Solar apex)是值得注意的地方,太阳系的全体成员都在向着这一点靠近。

武仙座的东边是天琴座(Lyra),星座中包含着明亮的蓝色星星织女一(Vega)。继续往东是北方大十字形,中轴沿着银河,这就是天鹅座(Cygnus),里面最亮的星星是天津四(Deneb),位于大十字的顶端。在这个地方,银河变成两条平行的支流,我们顺着河流往南走去。

我们会从两个小星座的附近经过,它们是天箭座(Sagitta)和海豚座(Delphinus)。接下来是大一些的天鹰座(Aquila),其中的三颗星星排列成一条直线,最明亮的星星是河鼓二(Altair,也就是牛郎星),其余两颗星星比较暗淡。在此之前,银河的西支流一直非常明亮,但在此处变得暗淡直到消失不见,然后在南方重现。同时,银河的东支流变得明亮起来,在人马座中聚集成了许多大星云。这个黄道星座的主要特点是,6颗星星一起构成倒转的勺子。

人马座的西边是天蝎座,这同样是一个黄道星座,而且是夏季中最美丽的星座之一。大约在7月晚上的9点,它会经过子午圈。其中,最明亮的红色星星是星心宿二(Antares),它是已知的最大恒星,直径大约是太阳直径的400多倍。在南北低空的天蝎座和此时将要接近天顶的北冕座之间有着巨大的空间,这个空间中含有两个星座——巨蛇座(Serpens)和蛇夫座(Ophiuehus)。

现在,大家会发现认识天空中的星座并不是一件困难的事情,而且有着重要的意义。当我们仰望夜晚的天空中,看见的不再是群星无意义的堆积,而是有着鲜明的形象,有着具体的名称,我们会觉得夜空变得更加美丽,更加吸引人。这时候,我们可能会惊讶夜空中有着那么多趣事,而我们从前怎么没有发觉呢!

第二节 恒星的本质

在很长的时间中,人们始终将星辰当作夜晚天空中的点缀,一群闪闪发光的亮点。古时候,有些人观察到星辰会聚集起来组合成各种形状,而且星空能够告诉人们夜晚的时间和季候。

在天文学出现之后,天文学家在几个世纪一直研究地球周围的天体,即太阳、月球、行星。这些物体的明亮程度和它们在天空中的运行引起了大家的注意。虽然远处的恒星看起来固定不变,但它们可以作为指示标,标示出不断流浪的天体。正是由于这个原因,所以很早就出现了星图。

当哥白尼发表了日心说之后,不仅确立了太阳在星星系统中的地位,而且让大家明白了太阳仅仅是一颗恒星,因为它和地球之间的距离非常近,所以看起来很明亮。于是,大家将遥远的恒星看作又大又亮的太阳,而且可能有行星和卫星绕着它们运行。

我们研究太阳时得到的资料,大概可以用在恒星上。它们都是高温气体构成的巨大球形,分为光球、色球、日冕、日珥等。它们一直在向空中释放能量,但恒星显然不是太阳的复制品,因为恒星分为蓝色星、红色星、黄色星,而太阳属于黄色星。

除了几个显著特征之外,望远镜并没有带领我们认识恒星的本质。不过,望远镜让我们观察到了许多肉眼无法看见的星星,但最好的望远镜也不能让我们看清楚恒星的内部结构。当其他仪器出现之后,我们才慢慢了解了恒星的本质。最早用于恒星研究的设备是分光仪。

星光的分析

在天文学中,分光仪是分析天体的光的一种仪器。分光仪上安装着一枚或者多枚棱镜,或者添加一个光栅,将光分解成一条色带,这就是所谓的“光谱”(spectrum),光谱中的颜色和七色彩虹一样。从光谱的一端到另一端出现的颜色依次是:紫色、靛色、蓝色、绿色、黄色、橙色、红色,而且还包含着渐次的等级。

将两个小望远镜对准棱镜。将第一个小望远镜中的目镜替换为一道狭缝,这里是接收光线的地方。将分光仪连接到望远镜上,此时的狭缝位于目镜的焦点上。当光经过狭缝之后,第一个小望远镜中的透镜让它成为平行的光线,然后通过棱镜形成了光谱。通过第二个小望远镜进行观察,但常常用于摄影。借助于安装在一部分狭缝上的反射望远镜,可以随着天体的光谱拍摄一些已知元素(如氢、铁等)的光谱。只有通过狭缝分光仪才能拍摄这种比较光谱,但有一点非常麻烦,那就是一次只能显示一颗星星的光谱。

物端棱镜分光仪是另一种分光仪器,它可以同时显示许多颗星星的光谱。这种仪器是在大型望远镜的物镜前面添加一个大棱镜,拍摄出来的图片是望远镜观察到的区域中的星星光谱,每一段短光谱都代表一颗星星。

实际上,最先开始进行天体光谱分析的是夫琅和费,他还是制作大型望远镜的先驱,我们在前文已经介绍过了。1814年,夫琅和费通过自制的分光仪研究日光,第一次发现许多细暗线会从光谱中经过。在光谱中,他将从紫色到红色中的明显暗线用字母标记出来,这个系统一直保留到今天。这样一来,黄色区域中两条相邻的暗线被命名为D线(如下图所示)。