宇宙究竟有多大?——讀《通俗天文學》,與大師一起探秘宇宙

2020-12-03 瑞讀

仰觀宇宙之大,俯察品類之盛,所以遊目騁懷,足以極視聽之娛,信可樂也。——王羲之《蘭亭序》

天高地迥,覺宇宙之無窮;興盡悲來,識盈虛之有數。——王勃《滕王閣序》

一、

本書是一百多年前寫的書,對於天文學,一百多年前的理論是否過時?

答案得翻開書,看完它。個人的斷論是,不光沒過時,還熠熠生輝,令人大開眼界,能略習不少天文學知識。

天文學是一門古老神秘的科學,也是極具趣味性的科學,自有人類文明以來,天文學就具有重要的地位。但由於天文學知識的晦澀難懂,這門科學在很長時間以來並未得到大眾化的普及,還讓不少裝神弄鬼的「先知」用來坑蒙拐騙,常常把不懂科學知識的大眾唬得一愣一愣的(「大眾」是上至中外平民百姓,下至古今帝王將相,只要不懂科學知識,都容易被「偽科學」唬住)。

《通俗天文學》的出現,大大地促進了這門科學的普及,被《大英百科全書》譽為「那個時代最顯赫的天文學家之一」的西蒙·紐康最為經典的著作,該著作自出版以來,不斷加印、重印,高達上千次。

作者西蒙·紐康(下圖)1835年生於加拿大,1909年卒於美國華盛頓。

西蒙·紐康的父親是位鄉村教師,1853年,隨其父到馬裡蘭州任教。1858年從哈佛大學畢業。1861年,被時任美國總統的林肯委任為美國海軍的數學教授,在海軍天文臺開始長達16年的天文觀測。1897~1898年,出任美國數學學會會長。1899年,創建美國天文學會並任第一任會長。

紐康教授著作頗豐、涉獵廣泛,書籍與論文就達541種之多,而所論及的範圍異常複雜,其中包括他所精通的財政學,甚至還有小說。他還每天堅持長時間的散步,並想到了用通俗易懂的語言來陳述天文學知識。他對學問的研究精神、對生活的熱情、對時間的巧妙安排、對個人精力的保持都頗值得學習,曾一度被認為是「傳奇人物」,也是個「能深入淺出地把學問做活了的明白人」。

《通俗天文學》全書分五篇,畢竟是一百多年前的書,所以譯者劉娟女士在保持原書通俗、嚴謹的前提下注入了一些新發現的天文學知識,將新近的新發現和數據通過注釋呈現,同時在最後也增補了「附篇」,為原書無法涉及的近一百來年的天文學新知。

二、

第一篇 天體運行

光的速度大約30萬千米/秒,1秒內可繞地球7圈。

按比例,如果把地球想像成一粒芥子(直徑1.5~2.5毫米),月球就是直徑相當於芥子1/4大的微塵,這粒微塵距離芥子2.5釐米。這個時候太陽就相當於一個大蘋果,蘋果與芥子相距12米。按比例,太陽系中的其它行星大小各異,最小的猶如一粒看不見的微塵,最大的仿佛一粒豌豆(木星),與太陽(蘋果)的平均距離大約在4.5米到360米。我們想像這些小不點都在圍繞著大蘋果慢慢繞圈,它們各自繞一圈所花的時間也不同,3個月到165年不等。按照這個比例,整個太陽系就不到2.6萬平方千米了,可是呢,想找一顆像太陽一樣大的星(蘋果),最近的一顆都得在幾千萬千米之外。在宇宙中,按照這個比例,在像地球這麼大的空間中,像蘋果這樣的太陽只有兩三個。(而我們的地球是比例中的一粒芥子,我們是芥子上面的芥子中的芥芥芥……子,我們這是有多渺小?所以,如果遇到天大的煩心事,想想,其實天也沒多大,當然,這個天只是指地球的天而不是宇宙那個天!)

當今國際公認的經度的計算起點是以格林威治皇家天文臺的子午圈為標準的,它也是歐美大部分鐘表時間的參照標準。我們的標準時制度直到1883年才成立,以這一制度為標準,太陽在每小時內經過的15°就有一條標準的子午圈。美國便有4種時間,分別是東部時間、中部時間、山區時間、太平洋時間,依次相差1小時。(我國東西跨過5個子午圈,東西部的太陽升起時間差5個小時左右,我國統一用的是北京時間)

第二篇 望遠鏡及天文攝影

介紹一百多年前的望遠鏡知識及如何利用照相技術拍攝難以觀察到的天文照片。

第三篇 太陽系的行星及相關知識

太陽系主要由太陽、大行星(共8大行星,距太陽由近及遠為水、金、地、火、木、土、天王、海王)、小行星(在火星和木星之間有一段廣闊的間隙把靠近太陽的四顆分為類地行星,外面四顆分為類木行星,而這個間隙是小行星的旋轉帶,紐康寫這本書時已經發現超過上萬顆的小行星,小行星與大行星比,體積十分渺小)、矮行星(目前已知五顆)、行星的衛星(如月球)、彗星、流星體所組成。

太陽,與地球相距14906萬千米,太陽的直徑大約139萬千米,是地球的110倍,體積是地球的130萬倍。平均密度是地球的25%,是水的0.4倍。重力是地球的28倍,如果人能到太陽上,那體重將達到兩噸。

地球南北極直徑為12713千米,赤道直徑為12756.5千米,比兩極直徑長43.5千米(據說世界上最深的海底是一萬多米深,這麼一比也沒多深,都還是地球的表面)。

月球到地球的平均距離是38.6萬千米,因為月球繞地球運行的軌道呈橢圓形,所以實際距離會出現偏差。

太陽直徑大約是月球直徑的400倍,同時,它與地球的距離恰好也是月球的400倍左右遠,所以在我們地球上看來,完全不同的兩個天體卻如雙胞胎一般大小,無非就是月有圓缺(此事古難全)。

後面各章包含各大行星的講解,通俗易懂,比喻形象生動、有趣。

第四篇 彗星與流星

彗星具有特殊的形狀、離心率巨大的運行軌道以及極低的出現率。用肉眼觀察100年內都只能看到二三十顆,若用天文望遠鏡,就隨處可見了。

人類發現的第一顆按照周期回歸的彗星是天文史上著名的哈雷彗星,這顆彗星於1682年8月出現,歷時一個月才消失,哈雷通過觀測推算出它的運行軌道和出現周期。

彗星是會分解和消亡的(嚴格說,宇宙所有的星體包括宇宙本身都會分解、消亡,只是時間長短的區別)。

(彗星在古代科學不昌時最受世人忌怕,如我國古人把它形容為掃把星,不光光是它形如掃把還覺得它的出現會帶來黴運、災難,古代西方人也把彗星當為災難、災害的降臨,其實彗星就是一種很自然尋常的天文現象。)

流星是直到19世紀才被人們弄清楚來源。原來,太陽系中除了行星、衛星、彗星外還有許多望遠鏡看不清的微小物體在圍繞著太陽運動,它們中大部分可能和小石礫或者細沙差不多大小。在環繞太陽運動的過程中,地球不斷與它們相遇,此時其相對速度高達幾十千米,甚至達到100千米以上。如此巨大的速度使它們在與厚厚的大氣層接觸時因為巨大的摩擦力而被加熱到高溫狀態,無論其本身如何固若金湯,都會在高溫下化作一道亮光划過。呈現在我們眼前的,就是它們在高層的稀薄大氣中燃燒的過程。

流星更是一種尋常肉眼就能天天見的天文現象,在一年中的任意一個晴朗的夜空下,人們都能在一小時之內看到三四顆流星。(小時候不懂,夜晚在陽臺納涼,一抬頭看到流星還炸呼「有厲害人物過世了」,我們那傳說星星掉落是接厲害的人物上天去。)

在8月10日到15日之間,會出現比平時更多更亮的流星,每年11月中旬,會出現流星雨,如「獅子座流星雨」,大規模流星雨每隔30幾年就會發生一次。

第五篇 恆星與星雲

我們夜晚抬頭看到的天上星星幾乎都是恆星,跟太陽一個級別的,無非就是離我們太遠,所以看起來太陽那麼大,星星那麼小,光還弱,其實若同樣距離,大部分星星可能都比太陽看起來要大要耀眼。

我們肉眼能看見的全方位恆星的數量約為5000~6000顆(實際光銀河系就有幾千億顆恆星),而其中只有一半會同時出現在地平線上,並且這一半還會有不少被大氣層所掩蓋,所以在晴朗的夜空中,肉眼能看到的恆星數約為1500~2000顆(這就是我們每天抬頭能看到的星星)。

附篇 增補知識

本篇增補了當今望遠鏡的構造、鑑別、使用知識,以及宇宙大爆炸、銀河系、恆星的演化(紅矮星、白矮星、黑矮星、中子星)、黑洞(能吞噬一切,包括光,目前還處於探索階段)、暗物質、矮行星(2006年才把之前認為是大行星的冥王星劃為矮行星,目前已知太陽系有5顆矮行星,其體積介於大行星和小行星之間)、UFO的幾種歸類、蟲洞(這相當於時光機器,目前也處於探索中)。

三、

天文學,或稱宇宙學,一種令人感知自身的渺小,又能對廣遨的未知領域充滿好奇與探索的崇高感。

關於宇宙,王羲之《蘭亭序》有「仰觀宇宙之大。」王勃《滕王閣序》有「天高地迥,覺宇宙之無窮。」

如果你不是一個詩人,就不要跟詩人比感性。

比理性,學天文學知識,在物理概念上,你知道的宇宙要比王羲之、王勃的宇宙要大,要無窮。

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