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包郵 中小學(xué)生閱讀文庫(kù):星星離我們有多遠(yuǎn)
作者：卞毓麟
開(kāi)本：
16開(kāi)
頁(yè)數(shù)：
224
本類(lèi)榜單：中小學(xué)教輔銷(xiāo)量榜
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中小學(xué)生閱讀文庫(kù):星星離我們有多遠(yuǎn) 版權(quán)信息
- ISBN：9787569502596
- 條形碼：9787569502596 ; 978-7-5695-0259-6
- 裝幀：80g輕型紙
- 冊(cè)數(shù)：暫無(wú)
- 重量：暫無(wú)
- 所屬分類(lèi)：>
中小學(xué)生閱讀文庫(kù):星星離我們有多遠(yuǎn) 本書(shū)特色
▲入選“統(tǒng)編本”語(yǔ)文教材(八年級(jí))▲中科院國(guó)家天文臺(tái)特邀研究員▲全國(guó)先進(jìn)科普工作者、優(yōu)秀科技工作者▲中國(guó)天文學(xué)會(huì)天文學(xué)突出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)得主科普讀物代表作▲全新修訂，新增3篇首發(fā)篇目
中小學(xué)生閱讀文庫(kù):星星離我們有多遠(yuǎn) 內(nèi)容簡(jiǎn)介
天文學(xué)是一門(mén)奧妙無(wú)窮，令人神往的學(xué)科。作者把歷代天文學(xué)家創(chuàng)造“量天尺”的過(guò)程娓娓道來(lái)，介紹了從近處的月亮到極遠(yuǎn)處的類(lèi)星體的距離的量、估，包含了大量的天文知識(shí)和歷史知識(shí)。作品文筆流暢，故事性強(qiáng)，是難得的天文科普佳作。
中小學(xué)生閱讀文庫(kù):星星離我們有多遠(yuǎn) 目錄
上篇 星星離我們有多遠(yuǎn)
序 曲 …002
大地的尺寸 …009
明月何處有 …020
太陽(yáng)離我們多遠(yuǎn) …030
間奏：關(guān)于兩大宇宙體系 …053
測(cè)定近星距離的艱難歷程 …063
通向遙遠(yuǎn)恒星的**級(jí)階梯 …084
再來(lái)一段插曲：銀河系和島宇宙 …098
通向遙遠(yuǎn)恒星的第二級(jí)階梯 …112
欲窮億年目 更上幾層樓 …134
尾 聲 …156
下篇 海闊天空·外五篇
天文學(xué)與人類(lèi) …170
觀天治水功垂千秋
——紀(jì)念元代杰出科學(xué)家郭守敬逝世700周年 …177
他激勵(lì)所有人挑戰(zhàn)自己和未知
——霍金的人生和宇宙 …185
科學(xué)視角下的千古絕唱
——《水調(diào)歌頭·明月幾時(shí)有》別樣解讀 …197
對(duì)聯(lián)中的日月乾坤 …201
附錄
評(píng)《星星離我們多遠(yuǎn)》/王綬琯 …208
知識(shí)筑成了通向遙遠(yuǎn)距離的階梯
——讀《星星離我們多遠(yuǎn)》/劉金沂 …211
展開(kāi)全部
中小學(xué)生閱讀文庫(kù):星星離我們有多遠(yuǎn) 節(jié)選
測(cè)定近星距離的艱難歷程 恒星不再是“固定的” 按照古希臘人的觀念，恒星固定于*外一層天球上。“恒星”這個(gè)詞本身的意思就是“固定的星星”。連哥白尼也把繁星密布的天空視為籠罩著太陽(yáng)和諸行星的穹廬，伽利略和開(kāi)普勒也這樣想。 于是，當(dāng)哥白尼提出地球在一個(gè)很大的軌道上環(huán)繞太陽(yáng)運(yùn)行時(shí)，他的反對(duì)者就提出這樣運(yùn)行的結(jié)果必然會(huì)產(chǎn)生恒星的視差位移，并以此作為反駁哥白尼的論據(jù)。確實(shí)，當(dāng)?shù)厍驈奶?yáng)的一側(cè)跑到另一側(cè)時(shí)，恒星天球看起來(lái)就應(yīng)該有偏移，這和從不同角度觀看大河對(duì)岸的街燈，或者分別用左眼和右眼觀看放在眼前的手指，道理是一樣的。這種偏移應(yīng)該可以由恒星位置的明顯偏移來(lái)直接證明，換句話說(shuō)，地球本身的軌道運(yùn)動(dòng)將會(huì)造成恒星的視差位移。可是，事實(shí)卻對(duì)哥白尼派大為不利：誰(shuí)也沒(méi)能發(fā)現(xiàn)恒星的位置真有這樣的偏移。 哥白尼派為自己辯護(hù)，說(shuō)恒星天球極其遙遠(yuǎn)，因此視差位移小得根本無(wú)法測(cè)量；與恒星天球的大小相比，整個(gè)地球的軌道只不過(guò)是一個(gè)小點(diǎn)而已。也就是說(shuō)，恒星的距離遠(yuǎn)得無(wú)法測(cè)量。 起初，這似乎只是哥白尼派為了使自己免遭失敗而尋找的軟弱遁詞。但是，1718年發(fā)生了一件令人驚異的事件，它終于改變了天文學(xué)家們對(duì)恒星和“恒星天球”的看法。 那一年，哈雷發(fā)現(xiàn)至少有3顆很亮的恒星，即天狼星（大犬α）、大角星（牧夫α）和畢宿五（金牛α）的位置與古希臘天文學(xué)家測(cè)量的結(jié)果明顯不同。好幾位杰出的古希臘天文學(xué)家各自獨(dú)立地工作，他們測(cè)出的這幾顆星的位置是互相吻合的。但是，哈雷的觀測(cè)結(jié)果與他們不一致。 第谷的星圖比古希臘人的星圖更精確，然而，從一個(gè)半世紀(jì)之前的第谷時(shí)代到哈雷的時(shí)候，天狼星的位置也已經(jīng)稍有偏移了。 唯一合乎邏輯的結(jié)論是恒星并不是固定的，它們各有自己的運(yùn)動(dòng)，這叫作恒星的“自行”。倘若全部恒星的自行速度都大致相近的話，那么離我們近的恒星在天穹上的位置變化看起來(lái)就會(huì)比遙遠(yuǎn)恒星的位置變動(dòng)得更快，這就像近處的汽車(chē)仿佛比遠(yuǎn)處的汽車(chē)跑得更快一樣。因此，天狼星、大角星和畢宿五也許比別的恒星離我們更近些吧？況且，這三顆星在全天眾星中又均屬*亮之列，因此它們離我們特別近就越發(fā)可信了。 從此人們才明白：恒星原來(lái)并不是“固定的星星”，恒星天球其實(shí)并不存在，滿天的星星原來(lái)離我們是有近有遠(yuǎn)的。 恒星離我們究竟有多遠(yuǎn)呢？哈雷以及在他之后的許多優(yōu)秀天文學(xué)家，在尋找這個(gè)問(wèn)題的答案時(shí)，統(tǒng)統(tǒng)都失敗了。 恒星實(shí)在離我們太遠(yuǎn)了。如果用三角法來(lái)測(cè)量它們的距離，那么即使將整個(gè)地球的直徑——約12 800千米作為基線，還是嫌太短。再進(jìn)一步，就是干脆拿地球公轉(zhuǎn)軌道的直徑作基線，它幾乎有3億千米那么長(zhǎng)！這樣做的結(jié)果又如何呢？ 倘若恒星離我們有遠(yuǎn)有近，倘若哥白尼的“日心說(shuō)”又是正確的，那么如圖27（甲），某一天地球在E1這個(gè)位置，這時(shí)地球上的人看S1和S2兩顆星，它們幾乎就在同一個(gè)方向上；但由于S1比較近，S2比較遠(yuǎn)，所以當(dāng)6個(gè)月后地球繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)了半圈，跑到E2處再看它們時(shí)，S1和S2的方向就相差較多了。我們可以打一個(gè)比方，如圖27（乙），人站在位置甲看街燈1和街燈2，它們差不多在同一個(gè)方向上，好像緊靠在一起，但跑到位置乙去看，兩盞燈就分開(kāi)了。 圖27 從不同的方向進(jìn)行觀察：（甲）兩顆星 的相對(duì)位置，（乙）兩盞燈的相對(duì)位置 多少年過(guò)去了，誰(shuí)也沒(méi)有見(jiàn)過(guò)星座的形狀竟會(huì)隨著季節(jié)而變化。這實(shí)在是對(duì)哥白尼學(xué)說(shuō)的嚴(yán)重挑戰(zhàn)，它正是維護(hù)“地心學(xué)說(shuō)”的人據(jù)守的*后一個(gè)堡壘。 可是，哥白尼并沒(méi)有錯(cuò)：地球確實(shí)在繞著太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)。 在圖27（乙）中，如果街燈1離開(kāi)位置甲是140米，而位置乙卻僅僅從甲偏開(kāi)1毫米，那么您還能察覺(jué)兩盞街燈方向之間的變化嗎？顯然不能了。 今天我們已經(jīng)知道半人馬α星是離開(kāi)太陽(yáng)*近的一顆恒星，離我們達(dá)41萬(wàn)億千米。這個(gè)數(shù)字與地球軌道直徑3億千米相比，正好與上面所說(shuō)的140米與1毫米的比例相近。因此，單憑肉眼或者普通的儀器，根本無(wú)法察覺(jué)這顆星的方向發(fā)生變化。其他恒星比半人馬α星遙遠(yuǎn)得多，自然也就更難發(fā)現(xiàn)它們的方向因地球公轉(zhuǎn)而造成的偏移了。 然而，大望遠(yuǎn)鏡的問(wèn)世，精密測(cè)量?jī)x器的誕生，在長(zhǎng)期的實(shí)踐中積累起來(lái)的豐富經(jīng)驗(yàn)，終于使人們戰(zhàn)勝了這種幾乎無(wú)法測(cè)量出來(lái)的微小變化。 這又是一段動(dòng)人心弦的精彩故事。 泛舟泰晤士河的收獲 人們是這樣測(cè)量恒星視差或距離的： 在圖28中，S代表太陽(yáng)，某一時(shí)候的地球位于E1，6個(gè)月后它運(yùn)動(dòng)到了E2。絕大多數(shù)恒星極其遙遠(yuǎn)，所以無(wú)論什么時(shí)候，它們的相對(duì)位置仿佛總是不變的，就像在一塊無(wú)窮遠(yuǎn)的天幕上鑲嵌著無(wú)數(shù)閃閃發(fā)光的寶石一般。這塊天幕又叫“遙遠(yuǎn)星空背景”，在圖28中用字母M表示。天幕上每顆星的方向仿佛都是不變的，它們可以很準(zhǔn)確地予以測(cè)定；因此，任何兩顆星之間相距多大的角度也可以量得十分準(zhǔn)確。 圖28 一顆近星P在“天幕”上的投影（P1、P2）和它的視差 圖28中的P代表一顆比較近的星。從E1處看，它仿佛在遙遠(yuǎn)星空背景上的P1處；從E2處看，它又好像在那塊天幕上的P2處。這兩個(gè)方向之差異是∠E1PE2或∠P1PP2；就好像P1處有一顆星，P2處又有一顆星一般。因?yàn)闇y(cè)量?jī)深w星之間的角度是不難辦到的，所以我們能夠得知∠E1PE2的大小。它的一半，即∠E1PS或∠E2PS，叫作恒星P的“周年視差”，通常也將它更簡(jiǎn)單地直接稱(chēng)為恒星的“視差”。容易看出，視差也就是站在恒星處觀看到的地球軌道半徑所張開(kāi)的角度。顯然，越近的恒星視差就越大；恒星越遠(yuǎn)，視差就越小。已經(jīng)講過(guò)，*近的恒星是半人馬α，它的視差是0.76″，比任何其他恒星的視差都大。 一枚1元硬幣的直徑是2.5厘米，將它放到100米以外，我們看到它張開(kāi)的角度是51.6″。這個(gè)角，比0.76″要大67.8倍。將1元硬幣放在5千米以外，它對(duì)我們的張角減小到1.03″，這還比0.76″大了35％。 對(duì)于近星，可以測(cè)出∠E1PE2的大小，也就是可以測(cè)出該星的視差。在△SPE1（或△SPE2）這個(gè)直角三角形中，既然已經(jīng)知道視差角的大小以及一條直角邊SE1（或SE2）的長(zhǎng)度——它正是前面已經(jīng)求出的一個(gè)天文單位之長(zhǎng)，我們就可以立刻算出P這顆近星的距離了。 然而，要實(shí)際測(cè)量這么小的角度，技術(shù)上的困難是極大的，即使對(duì)于*近的恒星，也好像測(cè)量幾千米外的一枚硬幣的直徑那么難。對(duì)于哈雷那個(gè)時(shí)代的儀器而言，這是完全不能勝任的。 哈雷的同時(shí)代人、愛(ài)爾蘭天文學(xué)家莫利紐克斯（Samuel Molyneux，1689—1728年）做了這樣的嘗試：1725年，他在倫敦郊外自家的地產(chǎn)上安裝了一架透鏡直徑9.4厘米、長(zhǎng)7.3米的折射望遠(yuǎn)鏡。它筆直地豎起來(lái)，活像個(gè)大煙筒。當(dāng)天龍γ星從天頂附近經(jīng)過(guò)時(shí)，它就會(huì)進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡的視場(chǎng)中。望遠(yuǎn)鏡固定得非常好，在鏡筒中成像的焦平面上安裝著一組極細(xì)的“叉絲”，可以用來(lái)很精密地確定星像越過(guò)它們的位置和時(shí)刻。 莫利紐克斯由于過(guò)多的政治活動(dòng)不得不經(jīng)常放棄觀測(cè)，他那位年輕的合作者布拉德雷則始終堅(jiān)守崗位。布拉德雷從1725年12月14日開(kāi)始做一系列觀測(cè)，到12月28日他就注意到天龍γ星的位置已經(jīng)稍稍向南偏移了。 布拉德雷喜出望外，緊緊追隨著這顆星毫不懈怠。日復(fù)一日，月復(fù)一月，只要夜空中這顆星進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡的視野，他就記錄下它的方位。天龍γ星繼續(xù)朝南移動(dòng)，然后又回向北方。一年中，它來(lái)回?cái)[動(dòng)了40″。 這不是視差嗎？很像，然而卻又不是視差。因?yàn)椋阈且暡钍怯捎诘厍蚶@太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)而造成的，所以恒星應(yīng)該在12月份時(shí)處于*南面，而布拉德雷觀測(cè)天龍γ星的結(jié)果卻是它在3月份*偏南。1727年，布拉德雷又豎起一架較小的望遠(yuǎn)鏡，也發(fā)現(xiàn)了類(lèi)似的擺動(dòng)。但是直到1728年，他還是無(wú)法解釋自己的觀測(cè)結(jié)果。 我們還記得，在前文談到測(cè)量火星的視差時(shí)，布拉德雷這個(gè)人物已經(jīng)出場(chǎng)了。他在青年時(shí)代即以自己的數(shù)學(xué)才能贏得了牛頓和哈雷的友誼，并于1718年入選英國(guó)皇家學(xué)會(huì)。在天文學(xué)上，他的主要志趣正是測(cè)量恒星的視差。1728年，布拉德雷有一次泛舟于倫敦的泰晤士河上，注意到桅頂?shù)钠鞄貌⒉皇呛?jiǎn)單地順風(fēng)飄揚(yáng)，而是按照船與風(fēng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)變換著方向。他意識(shí)到，這種情況與你打著傘在雨中行走時(shí)是一樣的。如果你將雨傘垂直地?fù)卧陬^上，你就會(huì)走進(jìn)從傘上往下滴的雨點(diǎn)中。但是，只要將雨傘稍稍朝你前進(jìn)的方向傾斜些，那你就依然能保持干燥。你走得越快，雨傘就必須往前傾斜得越厲害，雨滴的下落速度與你行進(jìn)的速度之比決定雨傘應(yīng)該傾斜的程度（圖29）。 圖29 雨中的行人覺(jué)得雨滴是傾斜地往下落的 布拉德雷找到了天龍γ星位置偏移的正確解釋?zhuān)趯?xiě)給哈雷的信中說(shuō)道：“我終于猜出以上所說(shuō)的一切現(xiàn)象是由于光線的運(yùn)動(dòng)和地球的公轉(zhuǎn)所合成的。因?yàn)槲也槊鳎绻饩的傳播需要時(shí)間的話，一個(gè)固定物體的視位置，在眼睛靜止的時(shí)候，跟眼睛在運(yùn)動(dòng)但運(yùn)動(dòng)方向又不在眼睛與物的連線上時(shí)，將有所不同；而且，當(dāng)眼睛朝各個(gè)不同方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，固定物體的視方向也就有所不同。”換句話說(shuō)，布拉德雷已經(jīng)清楚地意識(shí)到：在這里，天文學(xué)家的望遠(yuǎn)鏡是“傘”，而恒星射來(lái)的光線則是“雨點(diǎn)”，在行走的那個(gè)人便是我們的地球。望遠(yuǎn)鏡必須像雨傘一樣朝著地球前進(jìn)的方向略微傾斜，這才能使星光筆直地落到它的鏡筒里，布拉德雷把這個(gè)傾斜角度稱(chēng)作“光行差”（圖30）。 ……
中小學(xué)生閱讀文庫(kù):星星離我們有多遠(yuǎn) 作者簡(jiǎn)介
卞毓麟，科普作家、中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)客座研究員、上海科技教育出版社編審。曾任中國(guó)科普作家協(xié)會(huì)副理事長(zhǎng)、中國(guó)天文學(xué)會(huì)常務(wù)理事、上海市天文學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)、上海市科普作家協(xié)會(huì)副理事長(zhǎng)等。著譯科普?qǐng)D書(shū)30余種，主編和參編圖書(shū)百余種。作品屢獲*家級(jí)、省部級(jí)獎(jiǎng)。曾獲全國(guó)先進(jìn)科普工作者、全國(guó)優(yōu)秀科技工作者、上海科普教育創(chuàng)新獎(jiǎng)科普貢獻(xiàn)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、上海市科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、上海市大眾科學(xué)獎(jiǎng)、中國(guó)天文學(xué)會(huì)九十周年天文學(xué)突出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)等多種表彰或獎(jiǎng)勵(lì)。
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