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中小學生閱讀文庫:星星離我們有多遠 版權信息
- ISBN：9787569502596
- 條形碼：9787569502596 ; 978-7-5695-0259-6
- 裝幀：80g輕型紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
中小學生閱讀文庫:星星離我們有多遠 本書特色
▲入選“統編本”語文教材(八年級)▲中科院國家天文臺特邀研究員▲全國先進科普工作者、優秀科技工作者▲中國天文學會天文學突出貢獻獎得主科普讀物代表作▲全新修訂，新增3篇首發篇目
中小學生閱讀文庫:星星離我們有多遠 內容簡介
天文學是一門奧妙無窮，令人神往的學科。作者把歷代天文學家創造“量天尺”的過程娓娓道來，介紹了從近處的月亮到極遠處的類星體的距離的量、估，包含了大量的天文知識和歷史知識。作品文筆流暢，故事性強，是難得的天文科普佳作。
中小學生閱讀文庫:星星離我們有多遠 目錄
上篇 星星離我們有多遠
序 曲 …002
大地的尺寸 …009
明月何處有 …020
太陽離我們多遠 …030
間奏：關于兩大宇宙體系 …053
測定近星距離的艱難歷程 …063
通向遙遠恒星的**級階梯 …084
再來一段插曲：銀河系和島宇宙 …098
通向遙遠恒星的第二級階梯 …112
欲窮億年目 更上幾層樓 …134
尾 聲 …156
下篇 海闊天空·外五篇
天文學與人類 …170
觀天治水功垂千秋
——紀念元代杰出科學家郭守敬逝世700周年 …177
他激勵所有人挑戰自己和未知
——霍金的人生和宇宙 …185
科學視角下的千古絕唱
——《水調歌頭·明月幾時有》別樣解讀 …197
對聯中的日月乾坤 …201
附錄
評《星星離我們多遠》/王綬琯 …208
知識筑成了通向遙遠距離的階梯
——讀《星星離我們多遠》/劉金沂 …211
展開全部
中小學生閱讀文庫:星星離我們有多遠 節選
測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和諸行星的穹廬，伽利略和開普勒也這樣想。 于是，當哥白尼提出地球在一個很大的軌道上環繞太陽運行時，他的反對者就提出這樣運行的結果必然會產生恒星的視差位移，并以此作為反駁哥白尼的論據。確實，當地球從太陽的一側跑到另一側時，恒星天球看起來就應該有偏移，這和從不同角度觀看大河對岸的街燈，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。這種偏移應該可以由恒星位置的明顯偏移來直接證明，換句話說，地球本身的軌道運動將會造成恒星的視差位移。可是，事實卻對哥白尼派大為不利：誰也沒能發現恒星的位置真有這樣的偏移。 哥白尼派為自己辯護，說恒星天球極其遙遠，因此視差位移小得根本無法測量；與恒星天球的大小相比，整個地球的軌道只不過是一個小點而已。也就是說，恒星的距離遠得無法測量。 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年發生了一件令人驚異的事件，它終于改變了天文學家們對恒星和“恒星天球”的看法。 那一年，哈雷發現至少有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家測量的結果明顯不同。好幾位杰出的古希臘天文學家各自獨立地工作，他們測出的這幾顆星的位置是互相吻合的。但是，哈雷的觀測結果與他們不一致。 第谷的星圖比古希臘人的星圖更精確，然而，從一個半世紀之前的第谷時代到哈雷的時候，天狼星的位置也已經稍有偏移了。 唯一合乎邏輯的結論是恒星并不是固定的，它們各有自己的運動，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就會比遙遠恒星的位置變動得更快，這就像近處的汽車仿佛比遠處的汽車跑得更快一樣。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可信了。 從此人們才明白：恒星原來并不是“固定的星星”，恒星天球其實并不存在，滿天的星星原來離我們是有近有遠的。 恒星離我們究竟有多遠呢？哈雷以及在他之后的許多優秀天文學家，在尋找這個問題的答案時，統統都失敗了。 恒星實在離我們太遠了。如果用三角法來測量它們的距離，那么即使將整個地球的直徑——約12 800千米作為基線，還是嫌太短。再進一步，就是干脆拿地球公轉軌道的直徑作基線，它幾乎有3億千米那么長！這樣做的結果又如何呢？ 倘若恒星離我們有遠有近，倘若哥白尼的“日心說”又是正確的，那么如圖27（甲），某一天地球在E1這個位置，這時地球上的人看S1和S2兩顆星，它們幾乎就在同一個方向上；但由于S1比較近，S2比較遠，所以當6個月后地球繞太陽轉了半圈，跑到E2處再看它們時，S1和S2的方向就相差較多了。我們可以打一個比方，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方向上，好像緊靠在一起，但跑到位置乙去看，兩盞燈就分開了。 圖27 從不同的方向進行觀察：（甲）兩顆星 的相對位置，（乙）兩盞燈的相對位置 多少年過去了，誰也沒有見過星座的形狀竟會隨著季節而變化。這實在是對哥白尼學說的嚴重挑戰，它正是維護“地心學說”的人據守的*后一個堡壘。 可是，哥白尼并沒有錯：地球確實在繞著太陽轉動。 在圖27（乙）中，如果街燈1離開位置甲是140米，而位置乙卻僅僅從甲偏開1毫米，那么您還能察覺兩盞街燈方向之間的變化嗎？顯然不能了。 今天我們已經知道半人馬α星是離開太陽*近的一顆恒星，離我們達41萬億千米。這個數字與地球軌道直徑3億千米相比，正好與上面所說的140米與1毫米的比例相近。因此，單憑肉眼或者普通的儀器，根本無法察覺這顆星的方向發生變化。其他恒星比半人馬α星遙遠得多，自然也就更難發現它們的方向因地球公轉而造成的偏移了。 然而，大望遠鏡的問世，精密測量儀器的誕生，在長期的實踐中積累起來的豐富經驗，終于使人們戰勝了這種幾乎無法測量出來的微小變化。 這又是一段動人心弦的精彩故事。 泛舟泰晤士河的收獲 人們是這樣測量恒星視差或距離的： 在圖28中，S代表太陽，某一時候的地球位于E1，6個月后它運動到了E2。絕大多數恒星極其遙遠，所以無論什么時候，它們的相對位置仿佛總是不變的，就像在一塊無窮遠的天幕上鑲嵌著無數閃閃發光的寶石一般。這塊天幕又叫“遙遠星空背景”，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，它們可以很準確地予以測定；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。因為測量兩顆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”，通常也將它更簡單地直接稱為恒星的“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的角度。顯然，越近的恒星視差就越大；恒星越遠，視差就越小。已經講過，*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，我們看到它張開的角度是51.6″。這個角，比0.76″要大67.8倍。將1元硬幣放在5千米以外，它對我們的張角減小到1.03″，這還比0.76″大了35％。 對于近星，可以測出∠E1PE2的大小，也就是可以測出該星的視差。在△SPE1（或△SPE2）這個直角三角形中，既然已經知道視差角的大小以及一條直角邊SE1（或SE2）的長度——它正是前面已經求出的一個天文單位之長，我們就可以立刻算出P這顆近星的距離了。 然而，要實際測量這么小的角度，技術上的困難是極大的，即使對于*近的恒星，也好像測量幾千米外的一枚硬幣的直徑那么難。對于哈雷那個時代的儀器而言，這是完全不能勝任的。 哈雷的同時代人、愛爾蘭天文學家莫利紐克斯（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上安裝了一架透鏡直徑9.4厘米、長7.3米的折射望遠鏡。它筆直地豎起來，活像個大煙筒。當天龍γ星從天頂附近經過時，它就會進入望遠鏡的視場中。望遠鏡固定得非常好，在鏡筒中成像的焦平面上安裝著一組極細的“叉絲”，可以用來很精密地確定星像越過它們的位置和時刻。 莫利紐克斯由于過多的政治活動不得不經常放棄觀測，他那位年輕的合作者布拉德雷則始終堅守崗位。布拉德雷從1725年12月14日開始做一系列觀測，到12月28日他就注意到天龍γ星的位置已經稍稍向南偏移了。 布拉德雷喜出望外，緊緊追隨著這顆星毫不懈怠。日復一日，月復一月，只要夜空中這顆星進入望遠鏡的視野，他就記錄下它的方位。天龍γ星繼續朝南移動，然后又回向北方。一年中，它來回擺動了40″。 這不是視差嗎？很像，然而卻又不是視差。因為，恒星視差是由于地球繞太陽運動而造成的，所以恒星應該在12月份時處于*南面，而布拉德雷觀測天龍γ星的結果卻是它在3月份*偏南。1727年，布拉德雷又豎起一架較小的望遠鏡，也發現了類似的擺動。但是直到1728年，他還是無法解釋自己的觀測結果。 我們還記得，在前文談到測量火星的視差時，布拉德雷這個人物已經出場了。他在青年時代即以自己的數學才能贏得了牛頓和哈雷的友誼，并于1718年入選英國皇家學會。在天文學上，他的主要志趣正是測量恒星的視差。1728年，布拉德雷有一次泛舟于倫敦的泰晤士河上，注意到桅頂的旗幟并不是簡單地順風飄揚，而是按照船與風的相對運動變換著方向。他意識到，這種情況與你打著傘在雨中行走時是一樣的。如果你將雨傘垂直地撐在頭上，你就會走進從傘上往下滴的雨點中。但是，只要將雨傘稍稍朝你前進的方向傾斜些，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的速度之比決定雨傘應該傾斜的程度（圖29）。 圖29 雨中的行人覺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，他在寫給哈雷的信中說道：“我終于猜出以上所說的一切現象是由于光線的運動和地球的公轉所合成的。因為我查明，如果光線的傳播需要時間的話，一個固定物體的視位置，在眼睛靜止的時候，跟眼睛在運動但運動方向又不在眼睛與物的連線上時，將有所不同；而且，當眼睛朝各個不同方向運動時，固定物體的視方向也就有所不同。”換句話說，布拉德雷已經清楚地意識到：在這里，天文學家的望遠鏡是“傘”，而恒星射來的光線則是“雨點”，在行走的那個人便是我們的地球。望遠鏡必須像雨傘一樣朝著地球前進的方向略微傾斜，這才能使星光筆直地落到它的鏡筒里，布拉德雷把這個傾斜角度稱作“光行差”（圖30）。 ……
中小學生閱讀文庫:星星離我們有多遠 作者簡介
卞毓麟，科普作家、中國科學院國家天文臺客座研究員、上海科技教育出版社編審。曾任中國科普作家協會副理事長、中國天文學會常務理事、上海市天文學會副理事長、上海市科普作家協會副理事長等。著譯科普圖書30余種，主編和參編圖書百余種。作品屢獲*家級、省部級獎。曾獲全國先進科普工作者、全國優秀科技工作者、上海科普教育創新獎科普貢獻獎一等獎、上海市科技進步獎二等獎、上海市大眾科學獎、中國天文學會九十周年天文學突出貢獻獎等多種表彰或獎勵。
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