第46章 宇宙(2)

　　为什么我们感觉不到地球在转动

　　我们乘船坐车，很容易觉察出车船在行进。可是为什么我们一点也感觉不到地球在转动呢？地球转动的速度是非常快的，绕太阳公转，每秒钟要跑30公里。在赤道上的速度每秒钟达456米，坐地日行八万里，一天要转上8万华里，跟车船的速度比起来，真不知快多少哩！

　　当我们乘船在江河里航行时，船身在江河中前进，两岸景色后移，觉得船行很快。如果乘轮船在大海里航行，站在甲板上，海天一色，白浪滔滔，海鸥追逐着行船，仿佛钉在船舷边，那时候，会觉得船行很慢。原来乘江河里的船时，因为江岸离我们比较近，因此我们看到两岸迅速移动，就意识到船在行进。乘轮船在大海里航行时，水天茫茫，外界没有什么东西可判断轮船在迅速行进，于是我们觉得船行得十分迟缓，有时好象是停着没有动似的。

　　地球这艘宇宙间的“大船”，在运行的轨道旁，如果也有像江河两岸那样的景致，我们就很容易觉察出地球的转动了。可是近处没有，只有远处的星星，这些参照物可以帮我们看出一点转动的行踪。但星星距离我们实在太远了，在短时间里，比如说几分钟，几秒钟里，由于我们失却了可以对照的上界事物，所以感觉不到地球在转动。但不要忘记，我们每天看到的太阳、月亮、星星的东升东西落，就是地球转动的结果。

　　知识点：地球、转动、运行空间、参照物、距离

　　为什么地球是一个扁球

　　地球并不是一个标准的圆球。如果站在人造卫星上去看，就能发现地球是一个南北间较短的扁球，赤道的半径比两极的半径大21公里。

　　那么地球为什么是一个扁球呢？

　　由于地球在自转，地球上每部分都在作圆周运动。这和汽车在转弯时，乘客也都在沿圆周运动一样。经验告诉我们，汽车转弯时，乘客都有向远离圆心方向倾倒的趋势，这种趋势是由于乘客受到惯性离心力的作用，因而也都具有一种离开地轴向外跑的趋势。

　　人们经过实践证明，地球上各部分所受惯性离心力的大小，与它离开地轴的距离成正比，也就是说，距离地轴愈远的地方，所受的惯性离心力愈大。赤道部分比两极部分距离地轴远得多，所以赤道部分所受到的惯性离心力的差别，就使得它的两极扁而赤道突出了。

　　知识点：地球、扁球、自转、惯性、正比

　　为什么地球会绕轴自转

　　地球同太阳系其他八大行星一样，在绕太阳公转的同时，绕着一根假想的自转轴在不停地转动，这就是地球的自转，昼夜交替现象就是由于地球自转而产生的。

　　几百年前，人们就提出了很多证明地球自转的方法，著名的“傅科摆”使我们真正看到了地球的自转。但是，地球为什么会绕轴自转?以及为什么会绕太阳公转呢?它们之间又有什么样的关系？

　　现代天文学理论认为，太阳系是由所谓的原始星云形成的。原始星云是一大片十分稀薄的气体云，50亿年前受某种扰动影响，在引力的作用下向中心收缩。经过漫长时期的演化，中心部分物质的密度越来越大，温度也越来越高，终于达到可以引发热核反应的程度，最终变成了太阳。在太阳周围的残余气体则逐渐形成一个旋转的盘状气体层，经过收缩、碰撞、捕获、积聚等过程，在气体层中逐步聚集成固体颗粒、微行星、原始行星，最后形成一个个独立的大行星和小行星等太阳系天体。

　　我们知道，要测量一个直线运动的物体运动快慢，可以用速度来表示，那么物体的旋转状况又用什么来衡量呢?一种办法就是用“角动量”。对于一个绕定点转动的物体而言，它的角动量等于质量乘以速度，再乘以该物体与定点的距离。物理学上有一条很重要的角动量守恒定律，它是说：一个转动物体，如果不受外力矩作用，它的角动量就不会因物体形状的变化而变化。例如一个芭蕾舞演员，当他在旋转过程中突然把手臂收起来的时候(质心与定点的距离变小)，他的旋转速度就会加快，因为只有这样才能保证角动量不变。这一定律在地球自转速度的产生中起着重要作用。

　　形成太阳系的原始星云原来就带有角动量，在形成太阳和行星系统之后，它的角动量不会损失，但必然发生重新分布，各个星体在漫长的积聚物质的过程中分别从原始星云中得到了一定的角动量。由于角动量守恒，各行星在收缩过程中转速也将越来越快。地球也不例外，它所获得的角动量主要分配在地球绕太阳的公转、地月系统的相互绕转和地球的自转中。这就是地球自转的由来，但要真正分析地球和其他各大行星的公转运动和自转运动，还需要科学家们做大量的研究工作。

　　知识点：地球自转、原始星云、角动量、角动量守恒

　　为什么地球的自转有时快有时慢

　　长期以来，人们一直以为地球均匀不变地绕着自转轴旋转，大约每23小时56分旋转1周。实际上，地球并不是那么老老实实地按照均匀速度自转，在一年内，它有时快，有时慢。

　　地球的自转运动不仅在一年中是不均匀的，在许多世纪的过程中也是不均匀的。在最近2000年来，每过100年，1昼夜就要加长0．001秒。而且，每过几十年，地球还会来一个“跳动”，有几年转得快，有几年又转得慢。

　　地球为什么会有这种“调皮行为”呢?

　　科学家孜孜不倦地找寻原因，答案已逐步明朗：南极的巨大冰川，现在正在慢慢融化，这就意味着南极大陆的冰块在减少，南极大陆的质量在减轻。正是地球质量分布的变化影响了地球的自转速度。

　　月亮能引起地球上海水的涨落，这种涨落是和地球旋转的方向相反的，这样就使地球的自转速度逐渐变慢。

　　每年冬天，风从海洋吹到大陆上，夏天，风又从大陆吹回海洋，这些流动空气的质量大得难以相信，竟有300万亿吨!这么大质量的空气，从一处移到另一处，过一阵，又从另一处移回来，这就使地球的重心起了变化，结果旋转速度也就时快时慢。

　　地球自转速度还与海洋洋流、地壳板块运动、地核物质的重新分布等原因有关，它们都或大或小地影响了地球自转速度。因此，影响地球自转速度变化的原因很复杂，这已经成为天文学的一个重要研究课题。

　　知识点：地球自转、南极大陆、月球引力、流动空气

　　为什么日食和月食每隔一

　　定时间后重复一次

　　古代中国、巴比伦和埃及的一些研究天象的人，他们从实际的观测和研究工作中，知道了日食和月食每隔6585天8小时会重复一次。这就是说，这次出现的日食（或月食），隔了18年11天又8小时（如果在这段时期内有5个闰年，那么是18年10天又8小时），它又会重现一次。古代人们就利用这个周期来预言日食和月食发生的日期。但是，他们并不明白为什么日食和月食会这样周期性地出现。

　　随着科学的发展，人们对日月食的周期性问题，从感性认识上升到理性认识阶段，才弄清楚了运动的规律。

　　我们知道，日食和月食只有当太阳、月亮、地球或者太阳、地球、月亮的位置，正在或近于一条直线上的时候，才会发生。又由于地球绕太阳的轨道面和月球绕地球轨道面并不重合，所以只有当时朔月或望月落在月球绕地球运行轨道和际球绕太阳运行轨道的交点附近，才会发生日食和月食。根据测定，月球在它的轨道上从“交点”开始绕地球一周，再回到这个交点所需的进间的是27.2123日（天文学上称为“交点月”），很显然，如果今天出现日食，要这个日食在下一次与今天的一样出现，所经过的时间，必须是整数的朔望月和整数的交点月，这个时间大约是6585天8小时即18年11天8小时。这就是说，如果今天出现的日食（或月食），那么，它一定又会在18年11天8小时后重复出现。当然对于地球上来说，不会发生在同一地方。因此天文工作者可以准确地计算出今后若干年内发生日食和月食的次数和时间。

　　知识点：日食、月食、交点月

　　为什么天文学家要观测日食和月食

　　太阳是地球上生命的源泉，太阳上发生的一切变化，都和我们的日常生活有着非常密切的关系。例如，太阳大气发生爆炸时，对地球上的天气变化、短波无线电通信等都有剧烈的影响。因此，弄清楚太阳的本质，摸清太阳的脾气是很有意义的。

　　要了解它，就要观测它。但是，观测太阳并不是毫无阻碍的。通常我们见到的强烈的太阳光，绝大部分是太阳大气最底层发出的，这一层叫做光球层。太阳大气外层的光很微弱，在地面上观测太阳时，由于地球大气散射太阳光，使天空变得很亮，它完全掩盖了太阳外层大气的光，使我们看不见那里的各种现象。用一般的仪器只能看清楚光球层。

　　日全食时，月球遮住了太阳的光球，天空变暗了，太阳外层大气的光才显露出来，露出了“庐山真面目”，使我们能看到平时看不见或者看不清楚的现象。

　　色球层、日珥、日冕都是太阳外层大气的组成部分。前面谈到的地球上的天气变化、短波无线电通信受干扰，都和它们的活动有密切关系。因此，色球层、日珥、日冕都是天文学家感兴趣的对象。虽然平时在一定条件下也可以观测到色球层、日珥、日冕，但在日全食时，这些现象可以看得特别清楚。这时，进行研究得到的结果非常有价值。所以，每逢发生日全食的时候，科学家们总要千里迢迢地带上许多笨重的仪器，赶到可以见到日全食的地方去进行观测。

　　那么为什么要观测月食？天文学家在月全食时，通过研究月球的亮度和颜色，可以判断地球大气上层的成分。月食时测定月面温度的变化，可以帮助研究月球表面的构造。此外，还可以从月食的过程，仔细研究地球和月球的运动规律。相比起来，日食观测要比月食观测更有科学意义。

　　知识点：日食、月食、太阳大气、光球层

　　为什么夏天晚上看到的星星比冬天的多

　　在晴朗的夏夜，我们一抬头，就看到天空繁星密布，总是比冬天晚上的星星多一些。这是什么道理呢?这和我们的银河系有关，因为我们所看到的星星，差不多都是银河系里的星星。

　　整个银河系至少有1000亿颗恒星，它们大致分布在一个圆饼状的天空范围里，这个“圆饼”的中央比周围厚一些。光线从“圆饼”的一端跑到另一端要10万年。

　　太阳系是银河系里的一员，太阳系所处的位置并不在银河系的中心，而是在距银河系中心约2．5万光年的地方。当我们向银河系中心方向看时，可以看到银河系恒星密集的中心部分和大部分银河系，因此看到的星星就多；向相反的方向看时，看到的只是银河系的边缘部分，看到的星星就少得多。

　　地球不停地绕太阳转动，北半球夏季时，地球转到太阳和银河系中心之间，银河系的主要部分——银河带，正好是夜晚出现在我们头顶上的天空；在其他季节里，这段恒星最多最密集的部分，有的是在白天出现，有的是在清晨出现，有的是在黄昏出现，有时它不在天空中央，而是在靠近地平线的地方，这样就不容易看到它。

　　所以，在夏天晚上我们看到的星星比冬天晚上看到的要多一些。

　　知识点：星、银河系、银河系、冬天、夏天

　　为什么天文学上要用光年来计算距离

　　日常生活中我们，一般都用厘米、米、千米来作为计算长度的单位。在表示较小距离时，一般用小一点的单位；在表示较大距离时，一般用大一点的单位。

　　天文学上也有用千米作单位的。例如，我们经常说，地球的赤道半径是6378千米，月亮的直径是3476千米，月亮离地球是38万千米，等等。但是，如果拿千米来表示恒星与恒星之间距离的话，这个单位就显得太小太小了，使用起来很不方便。

　　人们发现光的速度最快，1秒钟可以走30万千米(精确数是299792．458千米)，光在1年里差不多走10万亿千米，说得精确些，就是94605亿千米。能不能用光在1年里所走的路程——光年，来作为计算天体之间距离的单位呢?当然。现在，天文学家就是用光年来计算天体之间距离的，光年已经成为天文学上的一个基本单位。

　　如果用光年来表示离地球最近的恒星比邻星与我们的距离，就是4．22光年。再如，牛郎星离我们是16光年，织女星是26．3光年，银河系以外的仙女座星系离我们约220万光年，目前已观测到的离我们最远的天体距离在100亿光年以上，银河系的直径是10万光年，等等。这些都是很难用千米来表示的。

　　天文学上还有别的计算距离的单位。有的比光年小，如天文单位，1天文单位就是地球到太阳的平均距离(14960万千米)，主要用于计量太阳系范围内天体间的距离；也有比光年大的，如秒差距(1秒差距相当3．26光年)、千秒差距、兆秒差距等。

　　知识点：光年、天文单位、秒差距、方便、远距离

　　为什么没有南极星

　　北极星的大名无人不知，无人不晓。即使是住在南半球的人，虽然无缘直接看到北极星，但对小熊星座的这颗2等星，也是心驰神往，颇为熟悉的。

　　北极星即“小熊”星，由于它离北天极很近，自然被看作北天极的标志，而享有盛名。在北半球的人，只要找到了北极星，就找到了正北方向。南天极附近也有类似的这么一颗南极星吗?

　　南天极位于南极星座内。南极星座是个很暗的星座，多数是肉眼刚能看到的6等星。有一颗“南极”星，按常理来说，它完全有可能赢得南极星的光荣称号，因为它离南天极的距离，与“小熊”星离北天极的距离基本相当，都不足1°。可惜的是“南极”星很暗，亮度只有5．48星等，视力极佳的人也必须定睛细看，仔细辨认，才能把它找到。稍稍有点薄云和月亮，它就隐匿不见。这样的一颗星，尽管其实际光度是太阳的7倍，却因其与我们有着120光年的距离，才使它的亮度如此暗淡，而不足以被尊称为南极星。

　　南极星座里有没有别的亮些的星可以被称为南极星呢?最亮的“南极”星是3．74星等，这样的亮度与北极星的1．99星等比起来要逊色许多，更遗憾的是它离南天极足足有12．5°，这就很难起到为人们指示南天极准确位置的作用。

　　看来，目前还没有南极星的合格候选者，只能虚位以待。有朝一日，全天第二亮星——“船底座”星即老人星，由于岁差现象而逐渐靠近南天极的时候，人们自然会很高兴地给它戴上“南极星”的桂冠。

　　知识点：北极星、南极星座、北天极、南天极、老人星

　　为什么天空中星座的位置会随时间而变化

　　晴朗五月的夜晚，站在空旷的地方，你就会看见繁星闪在深黑的天空里。如果你不断地观看天象，就会发现星星从东方升起，慢慢地掠过天空，再落于西方，正和我们每天所看的太阳的东升西落一样。其实，这也是由于地球自西向东自转的结果。