遙望星空：我們的宇宙有多美

夜空中的銀河 銀河系的直徑約為10萬光年，中心厚度約為1.2萬光年。光速是宇宙中最快的，每秒約30萬公里，一束光從銀河系的一端走到另一端需要10萬年時間，可以想像銀河系是十分巨大的。假如人類乘坐光速火箭在銀河系內探尋地外生命，將受到人壽命的限制，不會走得很遠。不過，按照愛因斯坦相對論，接近光速的旅行，能使時空彎曲，時間會變慢、空間會縮短，這就擴大了人類的探索範圍。還有「蟲洞」理論，宇宙中可能存在的連接兩個不同時空的狹窄隧道，透過「蟲洞」可以做瞬時間的空間轉移或者做時間旅行。「蟲洞」的本質仍然是時空彎曲，有個形象的比喻：在一張紙上畫一條水平直線，直線的兩端畫兩個圓點，兩個圓點之間就有一定距離。以水平直線的中心作一條垂直虛線，將紙沿虛線對摺，兩個圓點上下重疊，這時，兩個圓點的距離就很近了。相距10萬光年，通過「蟲洞」會瞬間到達。 銀河系的年齡大約是130——140億歲，它的依據是長壽命放射性核的衰變時間（半衰期）及「大爆炸」理論。釷的半衰期是140億年。用當代最大的天文望遠鏡，加上高解析度光譜儀，已經能夠檢測到恆星的釷，並作出相應的年齡估算；「大爆炸」發生在140億年前，假定從大爆炸到銀河系形成所相隔的時間為10億年，那麼上述由核紀年法測定的銀河系年齡與宇宙年齡是相容的。 銀河系的總體結構是：銀河系物質的主要部分組成一個薄薄的圓盤，叫做銀盤，銀盤中心隆起的近似於球形的部分叫核球，這裡恆星高度密集，其中心有一個很小的緻密區，稱銀核，銀核中心質量極高，引力極大，就是光也會被全部吸收，形成「黑洞」，所有恆星及星際物質圍繞著「黑洞」旋轉；銀盤中心外面是一個範圍更大、近於球狀分布的系統，恆星密度較低，叫作銀暈；銀暈外面還有銀冕，無恆星分布，但存在一個大致呈球形的巨大射電輻射的區域。

銀河系 銀河系是一個旋渦星系，具有旋渦結構，有的天文學家認為銀河系是一個棒旋星系，由銀心和旋臂組成。銀心是恆星高度密集區，銀心外是呈順時針方向旋轉的旋臂，從裡向外依次是：人馬座旋臂，獵戶座臂，英仙座旋臂，3000秒差距旋臂（也有資料稱天鵝座旋臂）。旋臂由恆星和星際物質組成，我們的太陽系位於獵戶座旋臂內側。關於銀河系旋臂有許多版本，現採用的是四大旋臂的說法。

銀河系旋臂示意圖 銀河系雖然巨大，但它卻是整個宇宙的滄海一粟。目前，人類利用哈勃空間望遠鏡觀測，估算出的宇宙星係數量約1250億個，宇宙中的星系遠遠大於這個數，因為哈勃空間望遠鏡並沒有看到宇宙的邊緣。遙望星空：北極星北極星是小熊星座中最亮的一顆恆星，又稱小熊座a星、紫微星或紫微垣。北極星偏離北天極只有45分，幾乎正對著地球自轉軸的北極，從地球北半球上看，它的位置幾乎不變，直指正北，因此可以靠它來辨別方向。 地球是圍繞著地軸進行自轉的，而北極星正處在地軸的北部延長線上，所以夜晚看天空北極星是不動的，而且在頭頂偏北方向。雖然在一年四季里，由於地球繞太陽公轉，地軸傾斜的方向也發生變化，但是北極星距地球距離遠遠大於地球公轉半徑，所以地球公轉帶來的地軸變化可以忽略不計。於是一年四季里，我們看到在天空的北極星位置好像都是在正北方不動的，其實只是我們肉眼觀察不到細微的變化，覺得地軸一直指向於北極星。 北極星距離地球約323光年，質量大約是太陽的5倍。它是一個三合星系統，較遠的伴星（Polaris B）使用小型望遠鏡就可以清楚觀測到，較近的那顆伴星（Polaris）因距離北極星太近而且太暗而無法看見。

北極星 茫茫夜空，怎麼尋找北極星呢？這需要藉助北斗星定位。北斗星由七顆明亮的星星組成，形似斗勺，在北部天空大熊座，易於辨認。 北斗星又稱北斗七星，這七顆星星的中國名稱分別是：天樞、天璇、天璣、天權、玉衡、開陽、搖光。北斗星由兩部分組成：天樞、天璇、天璣、天權四星組成「斗魁」，又叫「璇璣」；玉衡、開陽、搖光三星組成「斗柄」，又叫「斗杓」。從天璇過天樞作一條延長線，大約五倍距離那顆明亮的星星就是北極星。

通過北斗星尋找北極星 由於北極星幾乎正對著地球自轉軸的北極，地球的公轉和自轉，使生活在北半球的人看到天空中的星辰都圍繞它按順時針方向旋轉，北極星成為整個夜空的中心。人類圍繞北極星觀測天象，不僅能判斷方向，還可以推測時間，甚至確定季節。北斗星一年繞北極星旋轉可以顯現一年四季，古人云：斗柄東指，天下皆春；斗柄南指，天下皆夏；斗柄西指，天下皆秋；斗柄北指，天下皆冬。 認識了北極星，我們就能以它為參照系，在廣緲的夜空中翱翔，探尋88個星座中的奧秘。遙望星空：仙女座星雲仙女座位於天空北半球，它由仙女座α：壁宿二、仙女座β：奎宿九、仙女座γ：天大將軍一（它是一個雙星系統，主星為黃色，伴星為藍色）、仙女座δ：奎宿五、仙女座ε：奎宿四、仙女座ζ：奎宿二、仙女座η：奎宿一等7顆主星組成，它的中心還有一個橢圓形白色雲團，這就是著名的仙女座星雲。 仙女座星雲又稱仙女座星系、M31或NGC224，它不屬於銀河系，是和銀河系一樣的星系，距離我們220萬光年。它比銀河系還要大，大約16萬光年，由4000多億顆恆星和星際物質組成，這些恆星可以劃分成20多個群落，這可能是仙女座星系「吞噬」的較小星系。 仙女座星系是個一巨型旋渦星系，中間是恆星密集區，從亮核伸展出兩條細而緊的旋臂。周圍還有幾個很小的星系，它們構成該星系群中的一個次群，即仙女星系次群。 1924年，哈勃在照相底片上認出仙女座星系旋臂上的造父變星，並根據周光關係算出距離，確認它是銀河系之外的恆星系統。造父變星是變星的一種，它的光變周期（即亮度變化一周的時間）與它的光度成正比，因此可用於測量星際和星系際的距離。 仙女座星系、銀河系和其他30多個星系共同組成一個更大的星系集團--本星系群。本星系群中的全部星系覆蓋一塊直徑大約1000萬光年的區域。本星系群又屬於範圍更大的室女座超星系團。 仙女座星系是距離我們銀河系最近的大星系，這兩個星系正在相互靠近對方，在大約30億年後兩者可能會碰撞，在融合過程中將會暫時形成一個明亮的、結構複雜的混血星系。一系列恆星將被拋散，星系中大部分遊離的氣體也將會被壓縮產生新的恆星。大約再過幾十億年後，星系的旋臂將會消失，兩個螺旋星系將會融合成一個巨大的橢圓星系。不過，兩星系的碰撞、融合只發生在遙不可及的未來，人類大可不必為此「憂天」。 在沒有月亮的晴朗夜空，我們可以看到仙女座星雲，這是人類用肉眼看到的最遠的天體了。尋找仙女座星雲要通過仙后座，仙后座五顆主星組成一個「W」形，掛在北部天空，很好識別。從北極星引一條線，通過仙后座一顆叫王良四的恆星，向前延伸，就可以看到仙女座星雲。幾顆圍繞在仙女座星雲影像旁的亮星，其實是我們銀河系裡的星星，比起背景白色雲團要近得很多。 美麗的仙女座星雲！

仙女座星雲

尋找仙女座星雲遙望星空：牛郎織女中國古代牛郎織女的故事記載於《荊楚歲時記》：天河之東有織女，天帝之女也，年年機杼（zhù)勞役，織成雲錦天衣。天帝憐其獨處，許嫁河西牽牛郎，嫁後遂廢織紉。天帝怒，責令歸河東，許一年一度相會。涉秋七日，鵲首無故皆髡（kūn），相傳是日河鼓輿織女會於漢東，役烏鵲為梁以渡，故毛皆脫去。 後來這個故事有了一些變化：南陽城牛家莊有一個孤兒牛郎，和哥嫂分家後，靠一頭老牛自耕自食。這條老牛很通靈性，有一天，織女和眾仙女下凡在河裡洗澡，老牛勸牛郎去取拿織女的衣服，織女便做了牛郎的妻子。婚後，他們男耕女織，生了一兒一女，生活美滿幸福。不料王母娘娘知道此事大怒，派遣天神捉織女回天庭問罪。老牛以死相救，牛郎披著牛皮，擔著兩個兒女追趕。眼看就要追上織女了，王母娘娘拔下頭上的金簪，在天空划出了一條波濤滾滾的銀河，牛郎無法過河，只能在河邊與織女遙望對泣。王母娘娘無奈，只好允許牛郎織女每年七月七日會面一次。他們堅貞的愛情感動了喜鵲，七夕那天，無數喜鵲飛來，用身體搭成一道跨越天河的鵲橋，讓牛郎織女在天河上相會。農曆的七月七日正當雨季，這一天常常下雨，人們便說這是牛郎織女的眼淚。還有一些少男少女趴在葡萄架下面，據說可以聽到牛郎織女的悄悄話。 從此，牛郎和他的兒女就住在了天上，隔著一條天河，和織女遙遙相望。在秋夜天空的繁星當中，我們可以看見銀河兩邊有兩顆較亮的星星，晶瑩地閃爍著，那就是牽牛星和織女星。 牽牛星，又稱牛郎星、河鼓二，屬天鷹座的恆星，是非常著名的亮星，呈銀白色，亮度在夜空中排名第十二。它距地球16.7光年，直徑為太陽直徑的1.6倍，表面溫度在7000℃左右，自轉一周為7小時。 牽牛星左右各有一顆小星星（河鼓一和河鼓三），好像一個人挑著扁擔。人們說：這是牛郎挑著他的兩個兒女。 織女星，又稱織女一，橢球形，是天琴座中最明亮的恆星，呈青白色，亮度在夜空中排名第五。它距地球25.3光年，直徑為太陽直徑的2.26（半短軸）至2.78（半長軸）倍，表面溫度在9600℃左右，每12.5小時自轉一周。 織女星對著銀河的一面有四顆小星星（天琴ζ、天琴β、天琴γ、天琴δ）組成一個菱形，好像織布的梭子。這是織女一邊織布，一邊抬頭望著銀河對岸的牛郎和她的兩個兒女。 牽牛星和織女星都比太陽大，織女星又比牽牛星大，它們的表面溫度都比太陽高得多。 牽牛星和織女星相距16光年，它們隔銀河相望，卻十分遙遠，就是乘坐光速火箭，在鵲橋中心見面，也得足足8年時間。 要在夜空中找到牽牛星和織女星，最好是選擇夏季夜晚。以北極星為中心，在北斗星斜對面，先找到銀河，就會看到三顆明亮的星星天鷹座牽牛星、天琴座織女星和天鵝座天津四組成的近似的直角三角形，這就是著名的「夏季大三角」，其中牽牛星兩邊有兩顆小星星，織女星一邊有四顆星星組成的菱形。 七夕夜晚，望著天空上的牽牛星和織女星，那個古老的故事彷彿又顯現在眼前，揮之不去……

夜空中的牽牛星和織女星

夏季大三角遙望星空：太陽系行星，通常指自身不發光，環繞著恆星運行的天體。 太陽系有八大行星，依次是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。曾經的第九大行星冥王星，因其質量太小，2006年08月24日被國際天文學聯合會降為矮行星。 在地球上用肉眼可以直接觀測到的行星有水星、金星、火星、木星、土星五顆，天王星、海王星因距離地球太遠，只能通過望遠鏡才能看到它們。 恆星在夜空中的相對位置是固定的，而行星則不同，它們相對位置並不固定，像匆匆行走的來客在夜空中漫步，因此才把它們叫作行星。行星反射太陽的光，由於離地球很近，因此它們看上去比恆星亮一些。怎樣才能在夜空中找到水星、金星、火星、木星和土星呢？ 水星和金星在地球之內，屬於內行星，靠近太陽，只有在太陽升起前或者太陽落山後在東方和西方地平線附近看到這兩顆行星。 水星在太陽系最內側，是八大行星中最小的，直徑約4879公里，自轉周期58.646天，公轉周期87.969天。它是一顆岩石球體，幾乎沒有大氣。水星離太陽的距離很近，一年中有幾個月被太陽擋住無法看到，它的亮度不是很大,與天上普通亮星差不多，一般人很難看到。 金星在水星和地球之間，和地球很相似，直徑約12103.6公里，自轉周期243天，公轉周期224.71天，它的自轉周期比公轉周期還長，是主要行星中自轉最慢的；它的自轉方向與其它大行星相反，自東向西旋轉。金星也是一顆岩石球體，有濃厚的大氣層，由二氧化碳和少量的氮氣組成，能很好地反射陽光，它的亮度比最亮的恆星天狼星還要亮，是夜空中是僅次於月亮的天體。清晨升起時人稱啟明星，傍晚降落時人稱長庚星。 火星、木星和土星在地球之外，屬於外行星，它們在夜空中的位置與地球及火星、木星、土星的運行軌道和位置有關，都在黃道附近，細心觀察黃道12星座，有三顆星星的位置每天都在變動，那就是火星、木星和土星。 火星在地球外側，與地球相鄰，它比地球略小，直徑約6790公里，自轉周期24小時37分22.6秒，公轉周期687天。火星基本上是沙漠行星，地表沙丘、礫石遍布，沒有穩定的液態水體，沙塵懸浮其中，每年常有塵暴發生，它有稀薄的大氣，主要是二氧化碳。火星有一個明顯的特徵，它的光發紅色，像燃燒的火。2013年12月公布的探測資料表明，火星上存在已乾涸遠古湖泊，或有生命出現證據。 木星在火星以外，是太陽系中最大的行星，它的質量是其它七個行星質量的總和的2.5倍，赤道直徑為142984公里，自轉周期9小時50分30秒，是太陽系中自轉最快的行星，公轉周期11.86年。木星是一個液態行星，最外層是木星的大氣。木星體積巨大，反射太陽光的能力也強，是夜空中僅次於月亮和金星的亮星。木星並不是正球形的，而是兩極扁，赤道鼓的三軸不等橢球體，它有66顆衛星，其中最大的一顆衛星木衛三，直徑5262千米，比水星還要大。 土星在木星和天王星之間，是太陽系中第二大行星，直徑為119300公里，自轉周期10小時32分35秒，公轉周期29.4年。土星是液態行星，有一個較厚的液態金屬層，其次是一層液體氫和氦，外圍的大氣層包括96.3%的氫和3.25%的氦，還有氨、乙炔、乙烷、磷化氫和甲烷。土星外有一個美麗的光環圍著它旋轉，由直徑在7.6厘米——9米之間的冰塊組成，土星環只有藉助望遠鏡才能看到。土星的亮度有些變化，當土星光環有最大視面積時，土星顯得亮一些；當視線正好與光環平面重合時，光環便呈現為一條直線，土星就顯得暗些，二者之間的亮度大約相差3倍。

太陽及八大行星 太陽系中還有許多小行星，大部分小行星的運行軌道在火星和木星之間，稱為小行星帶。另外在海王星以外也分布有小行星，這片地帶稱為柯伊伯帶。小行星是類似行星環繞太陽運動，但體積和質量比行星小得多。至今為止，在太陽系內一共已經發現了約70萬顆小行星，但這可能僅是所有小行星中的一小部分，絕大多數的小行星都集中在火星與木星軌道之間的小行星帶，最大的小行星直徑也只有1000公里左右，微型小行星則只有鵝卵石般大小，99%的小行星的直徑小於100公里。 小行星運行軌道很不規則，它們在空中橫衝直撞，一些小行星的軌道與地球軌道相交，威脅著地球的安全，有許多小行星與地球擦肩而過，只有這驚心動魄的時刻，我們才能在夜空中看到它們。

小行星的運行軌道遙望星空：月亮月球，俗稱月亮，古稱太陰，是天空中除了太陽之外最明亮的天體。 月球是地球的衛星，繞地球公轉和自轉一周同步，是27.32天，因此月球永遠都是一面朝向地球。 地球上農曆一個月時間大體上是月球繞地球公轉一周，但又不完全相同。一個朔望月平均為29.53059天，這是由於太陽、地球、月球三者的相對運動造成的。月球本身並不發光，只反射太陽光。地球圍繞太陽公轉，月球圍繞地球公轉，地球遮擋太陽的陽光，月球會出現盈虧變化，我們看到的月球就有圓盤、半圓、月牙，有時還會出現月食。 一個朔望月為月相盈虧的周期，在地球上看月球，會出現新月（農曆初一）、上弦（農曆初八左右）、滿月（農曆十五左右）、下弦（農曆廿三左右），另外農曆月最後一天稱為晦日，即不見月球。月球每天升起的時間不一樣，大約每天推遲52分鐘，農曆初一、初二6：00，和太陽同時升起；農曆初七、初八12：00，正午，我們看不到它；農曆十五、十六18：00，傍晚升起，像明亮的圓盤，是人們賞月的好時機；農曆廿二、廿三24：00，人們已經入睡，悄悄掛在夜空。

月球直徑約3474.8公里，大約是地球的1/4、太陽的1/400。月球到地球的距離相當於地球到太陽的距離的1/400，所以從地球上看去月亮和太陽一樣大。 月球的體積大概有地球的1/49，質量約7350億億噸，差不多相當於地球質量的1/81左右，月球表面的重力約是地球重力的1/6。 月球沒有大氣，表面被巨大的玄武熔岩層所覆蓋，布滿了隕石坑，有豐富的礦產資源，地球上最常見的17種元素，月球上都有，是人類寶貴的資源寶庫。 月球是離地球最近的星球，對地球有很大的影響：月球的引力能使地球自轉軸的傾斜角保持平穩，從而使地球的氣候相對穩定；月球能引起地球海洋的潮汐變化，軍事、遠洋航海、海上捕魚、海洋工程及沿岸各類生產活動都受潮汐的影響；月光給地球的夜晚帶來光明，方便了人類活動；月球還為地球遮擋空中的隕石，減少它們對地球的撞擊…… 人類對月球進行不斷地探索，美國、前蘇聯和中國是世界三個登陸月球的國家，為人類走向宇宙邁出第一步。
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