维多利亚的秘密- 第358部分

　　　　所以托色尼考馆长突发奇想，地球弯曲会使得离亚历山大城800公里的埃及塞伊尼城的正午时间跟亚历山大城不一样，同时测量两城的太阳产生的阴影，就可以得到两个仰角，外加这800公里的距离，就可以估算出地球的直径。

　　　　这叫作‘视差法’。它可以很好地测量地球到月球的距离，最佳的精度是以地球直径为基线，此时除以2就是地心视差。地月距离被托勒密用这种方法测得为57弧分。

　　　　圆周的360分之一为一度，一度的60分之一为弧分。别的星星到地球的距离要比月球到地球远得多，到了远望镜大发展的时候才能够进行极度微小的视差测量，法国天文学家J。D。卡西尼于1673年测出火星的视差。

　　　　从火星开始，人类已经能够很轻松地测定太阳系内行星的距离，最后不断地提高精度，对太阳系的大小的估计也越来越准确。

　　　　人类不能停止探索的步伐，终于把目光投向了太阳系之外，那里的恒星之所以被称为恒星，是因为人们曾经以为它们是永恒不动的。但也有天文学者表示怀疑，认为恒星并不是不动，而是因为距离我们实在是太远，看上去就像不动一般。

　　　　这个遥远真是远超几百年前原始观测手段，在1718年，英国天文学家哈雷第一次观察到了恒星的自行。较远的恒星和较近的恒星之间的运动才有可能被观察到，这叫作恒星的自行。

　　　　哈雷发现天空中最明亮的三颗恒星：天狼星、南河三星和大角星的位置跟希腊天文学家的记录不符，即使考虑到当时古希腊人是以肉眼观察星空，这种差距也太大了，所以应当是一次非常可靠的恒星不永恒稳定的证据。

　　　　这三颗星算是比较近的恒星了，但即使是这样，它们与我们的距离之远，即使是哈雷以地球绕太阳的直径为基线，半年观察一次，竟然仍然测不出任何视差。

　　　　天文望远镜持续改进了100年，每每有天文学家想用新发明的望远镜测一测恒星视差，结果都是无功而返。科学家对恒星距离的估计也越来越远。

　　　　这种情况到了1830年代才发生改变，德国天文学家贝塞尔发明了‘量日仪’，因为最初它是用来测量太阳直径的。不过，量日仪也能测量恒星到恒星的距离。贝塞尔月复一月地注意到恒星间距离地变化，终于测出了历史上第一个恒星的视差。

　　　　他的选择是天鹅座一颗每年的自行都非常大的小星，称为天鹅座61星。他对天鹅座61星持续观察了一年多才得到测量结果。这个结果把天文距离带到了亚弧秒级别，他得到的结果是0。31弧秒。

　　　　这个史诗级的距离数字是100万亿公里。到了用万亿来作单位的时候，我们就知道要发明一新的单位了，否则再发展下去就会很不好记。宇宙中的速度上限光速走一年的时间作为距离单位就派上用场了。

　　　　通过光速，我们可以把天鹅座61星的距离为11光年，很好记忆。

　　　　有了先例，对于附近恒星的测量立即就得到了发扬光大，在贝塞尔成功测量之后的两个月，英国天文学家亨德森就测出了离我们最近的恒星半人马座α星，我想这应当成为人类的常识：4。3光年。

　　　　在我亲自加入观测大军之前，我也资助了大量的天文学家建造更好的望远镜，共有70颗恒星被视差法测量出来。最远的数字约为100光年，这是不太可靠的，因为太远了，100光年大概是视差法的极限。

　　　　我们肉眼能够看到的星星约有6千颗，我们能测出距离来的仅仅70颗，真是任重而道远啊。不过，由于有了这70颗星星的距离数字，有天文学家能够用数数的方式来对我们的银河的大小有一个很粗略的估计。

　　　　当伽利略在1609年把他发明的望远镜对准银河时，他和他的小伙伴们都惊呆了。原本只有6000多颗星星的天空霎时间变得不可计数，像上帝在天空中撒了一把玉米面似的。（玉米面是唐宁喜欢吃的山东煎饼的主料）

　　　　1785年，W。赫歇耳估计了一下银河系的恒星数目，约一亿颗。我们用灯火做个小实验就能印证一个著名的定律：A星的亮度是B星的九分之一，A星的距离便是B星的3倍。

　　　　赫歇耳姑且假定所有恒星的亮度都一样的，就能对银河的大小得出一个非常粗糙的数字。他根据这些恒星的亮度等级，断定银河系的直径约为到明亮的天狼星距离的850倍，而银河系的厚度是这个距离的150倍。

　　　　根据最新测出来的天狼星距离的数据，赫氏的估计是银河系的直径为7500光年，厚度为1300光年。以我们现在的望远镜制造工艺和计算手段，我们所知道的银河系恒星的数目远不止一亿，恒星的亮度（大小）也不可能是一样的。

　　　　不过，这是人类第一次将对宇宙的想象有理有据地延伸到了近万光年的级数。我为什么会介入恒星测量呢？那是因为有一个天文学家来问我，最近通过太阳光谱发现太阳是由氢和氦构成的，这有什么意义吗？

　　　　我说，太阳有氦，说明氦在恒星中比较普遍，可以用来解释造父变星。在1784年9月10日，爱德华皮戈特检测到天鹰座η的光度变化，这是第一颗被描述的经典造父变星。

　　　　几个月后由约翰古德利克对息发现的变星造父一进行了精确地测量。造父一的视星等最亮时为3。7等，最暗时为4。4等，光变周期为5天8小时47分28秒。

　　　　怎么解释这罕见的变星现象呢？氦，正常情况下拥有两颗电子，在高温下电离，失去电子，恒星表面全是电离的氦。根据温度的高低，又可以把电离分为单电子电离和双电子电离。

　　　　双电子电离的氦的透明度相对于单电子电离的氦有显著的差异，随着恒星不断地给氦外壳加热，氦的双电离也就越来越多，其不透明度增加，让恒星更加高温，于是，恒星开始膨胀。

　　　　这时，我们就看到变星的光度增加了。恒星膨胀到一定的程度把内部冷却下来，双电离的氦纷纷变身回单电离，透光度增加，更增加了冷却的速度，于是，变星又慢慢地缩回去，这是黯淡过程。

　　　　变星的数量并不多，因为它需要恒星大小、组成元素的机缘巧合。不过，一旦它的周期性出现，就会比较稳定。这种罕见的恒星成了测量恒星距离的一个契机。因为越大的变星期周期也越长，这意味着我们可以通过观察周期来确定恒星的大小（绝对亮度）。

　　　　不管恒星有多远，它被观察到的周期都是不变的，同样的周期的变星，越暗就越远，它成为了我们在浩淼的星空中不变的座标。”

　　　　原本期待的政治演说居然似乎变成了硬科学天文交流会，除了那些连基本科学原理都不承认的家伙之外，那些被测量天文距离所吸引的人都听得津津有味，果然是科技大帝的作风，没有半点伟大、光荣、正确的排场，只有硬硬的硬道理。

　　　　不是核心天文团队的天文学家这时才知道这种测量方法，立刻就明白了造父变星这个星际座标的厉害之外，这是天体测量的划时代事件。如果造父变星发现得足够多，也许天文学家们能够发现它的奥秘，像唐宁这样从氦组成逆推出变星周期的意义的简直是神来之笔。

　　　　。。。

　第461章　小宇宙

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　　　　“离地球最近的造父变星——北极星也有几百光年之遥远，不过，越远的恒星其自行就越小，利用这种办法，经过复杂的计算，我们终于计算出了含有变星的各种星群的近似距离。

　　　　其计算过程将在《自然》期刊上发表，诸位在这里听到的天文学上最前沿的发展，在我演讲之前，天文学界并没有银河系的确切大小数据。而有了造父变星这个大绝招，我们可以很肯定地测量它。

　　　　我们甚至可以把望远镜对准与邻近的天文环境大不相同的球状星团，发现它们的密度很高，假如地球出现在球状星团中，仅靠恒星的闪耀就能把黑夜变成白昼一样亮堂。

　　　　而我们可以很肯定地说，这些怪星团与我们的距离超过了之前所有的天文尺度——不到一万光年。球状星团在银河系中被观察到的有100个左右，可能还有差不多的数量没有被看到。距离我们大约有2万到20万光年。

　　　　我们终于把尺度拓展到了20万光年。而且我们能够把大量的恒星的自行过程距离还原成围绕着银河的中心旋转的图景。我们使用的是计算机全自动追踪上百万颗恒星的自行，于是，诞生了这幅想象图。”

　　　　第一次，人类是从银河的圆盘的垂直角度“观看”银河，演讲台上的大银幕一颗一颗地把几百万颗恒星渐次闪现出来，闪耀地展现着瑰丽的银河的本来面貌。

　　　　就连看热闹的人也感觉很好玩儿，天文学家们更是心神皆醉，他们还是头一回见到天文学知识也能够拿来在普通人面前得瑟的。

　　　　银河系还第一次出现了美艳的旋臂，我们的太阳系就处在其中一个旋臂上，不是像以前人们一厢情愿相信的那样是银河系的中心，而是在银河的边缘。

　　　　唐宁把追踪之外的恒星补足，使银河想象图更完美，并指出了太阳系所在的具体位置，说：“不要以为在中央是好事儿。如果是这样，为什么我们不住在太阳上？为什么我们不生活在地球中心？有时候，边缘更美好。

　　　　就像大洋中的暖流与寒流相交的边缘，波涛汹涌，把大量的营养物质带到海面，那里的生命最丰饶，边缘之美，不可言喻。银河中心……呵呵，我猜想那里引力巨大，连光都被引进去出不来，一些生命都将会在那样恐怖的引力之下撕成基本粒子。”

　　　　这最后一句话就像小刀一样划在人们的心坎儿上，引起一阵骚动与耳语。

　　　　听唐宁说说这个数字大家就能体会什么是恐怖引力了：“我们根据银河旋转的速率而推算，占有银河绝大部分质量的银心的质量远超太阳质量的1000亿倍（此处有惊呼声），进而估计银河系大概有2000亿到3000亿颗恒星，是第一个估算这个数目的w。赫歇耳先生数字一亿颗的3000倍。（此处又有惊呼声）

　　　　我们的银河系，真实直径约10万光年，像个圆盘，盘子的厚度在中心处为2万光年，我们所处的位置约银心到边缘三分之二之处，要是理解为黄金分割线之处也行。这里的厚度约3000光年。

　　　　我们银河有两个小邻居，与银河系同属于星系级的天体，一个是小麦哲伦云，一个是大麦哲伦云。大麦哲伦云离我们15万光年，小麦哲伦云离我们17万光年。

　　　　小麦哲伦云对天文学还有非凡的意义，因为它有足足25颗造父变星，且离我们如此地遥远，造父变星之间的距离已经不重要了，于是形成了很规律的亮度，使我们能够画出变星的周期律曲线，成为星际座标对比的依据。

　　　　天文学界的先贤们曾经猜测一些暗淡的星斑可能是遥远到难以置信的恒星所组成，但是直到我们出手之前，最好的望远镜也无法看到它的内部结构，只知道那儿偶然会出现一颗光度极弱的星。

　　　　我个人推测那是恒星演化过程中最后一次能量大爆发，其喷发的能量能够照亮整个星系，也就是说，如果我们银河系中来这么一颗大爆发恒星，其能量相当于整个银河系恒星能量之和。

　　　　不过，这个理论不重要，因为我们已经制造出了最大口径的光学望远镜，达到了200英寸，终于把先贤的猜想变成了真切的观察结果，这是著名的经常出超级恒星大爆发的仙女座星云内部。”

　　　　联大会议与会者便有幸在这个意外从政治会议变成科学会议的场合看到了远离银河系的星系，它同样拥有造父变星，从而能够得到准确的距离数据——250万光年。

　　　　“难道这就是最远的吗？当然不是，还有很多的类似仙女座星云的远方星系，比仙女座更遥远，至此，我们已经把宇宙的尺度跟地质证据所证明的地球年龄超过20亿年对应了起来。最远的星系在被我们的望远镜看到的时候，已经在浩淼的太空中行驶了几十亿年。

　　　　只要想想我们目睹的华丽星空是20亿年前的图景，我们的心中自然而然地就升起一股对宇宙的宏大的敬意，以及对人类渺小的叹息。

　　　　这20亿年并不是我们宇宙的最大年龄，将来我们还有更强有力的工具。大家知道，光的波长短，容易碰到障碍物，而电磁波的波长长，可以绕过障碍物。我们身处银河系的边缘，按理来说往银心高密度看去的时候能够看到丰富得多的繁星。

　　　　但事实却是无论我们从哪外方向看，星空的密度都差不多。所以我们以前的天文学家会以为我们太阳系是在