书城童书十万个为什么(全集)
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第36章 宇宙大视野(1)

为什么天空中有一条“银河”

在晴朗无月的夜晚,银河像一条淡淡发光的白练,跨越繁星密布的天空,好像流过天空的大河,有的地方宽,有的地方窄,还有的地方分成两股支流,到了某个地方支流又汇合起来。

其实,我们所看到的银河,是由无数大大小小的星星组成的。这些星星离我们非常远,肉眼不可能分辨出一颗颗星星。用天文望远镜观察银河,便可以清楚地看到里面一颗颗的星星。

银河系里星星的数目简直太多了。天文工作者用科学的方法统计了一下,银河系的恒星至少有1000多亿颗。这么多恒星,在宇宙中大致排列成一个扁扁的圆饼形状,从地球上看过去,就像看一个圆饼的侧面,让人自然而然地感到是无数星星组成了一条亮带。

银河是斜躺在天上的,因此随着地球的自转和公转,看起来银河时时改变它在天空的位置。例如夏天的傍晚,银河是朝向北方的;而到了冬天的夜里,银河又变成东西方向了。

知识点:银河、恒星、排列、亮带

为什么有时候太阳和月亮会同时在天空出现

有时候清晨太阳早已出来,甚至已经越过树梢,可是月亮仍旧悬在天空,而有时候下午太阳还没有落山,月亮早已经高高挂在天空了。

为什么会出现这种现象呢?

月亮是地球的卫星,它不停地围绕地球旋转。月亮每绕地球一周,每个月就有一次朔和一次望。在从朔到望这半个月里(就是夏历的上半月),月亮位于太阳的东边,在日落以前就已出现在天空。也就是说,月亮在上半月是日落以前从地平线上升起来的。从望到朔的半个月里(夏历的下半月),月亮位于太阳的西边,在日出以后仍旧逗留于天空。也就是说,下半月的月亮是日出以后才落到地平线一面去的。所以“日未落,月已出”的现象总是发生在夏历的上半月,而“日已出,月未落”的现象总是出现在夏历的下半月。

知识点:太阳、月亮、卫星、地平线

太阳为什么能发光

太阳每时每刻放射出巨大的能量,给我们地球带来光和热。恩格斯说:“我们的地球只是由于有太阳能才得以生存下来。”可是,地球所接受到的太阳能,仅仅只占太阳全部辐射能的约二十亿分之一。从实践中可以知道:天空晴朗时,在与日光垂直的地球表面每平方厘米上,每分钟太阳能使近2克的水温升高一度。太阳每秒钟能发出5000万亿亿马力的辐射!如果在整个太阳表面覆盖一层13米厚的冰层,那么只需一分钟,这层冰就会完全融化掉。

太阳这种取之不尽、用之不竭的能量是从什么地方来的呢?原来太阳上含有极其丰富的氢和氦,也有足够的温度,具备进行热核反应的条件。在太阳中心2000万度的高温下,再加上极高的速度,从而产生四个氢变化成一个氦的聚合反应,这种反应就是热核反应。热核反应的过程能释放出大量的光和热。

根据计算,目前太阳上氢的贮藏量,还足够继续进行热核反应数千亿年,即使太阳上全部变成氦后,还会有别种核反应继续发生,使太阳继续发光、放热!

知识点:太阳、氢、氧、热核反应

天空为什么会出现流星雨

夜间,天空中不仅常常能见到单独流星,有时也会见到整阵的“流星雨”。当天空出现流星雨时,几十条甚至几百条亮光划破天空,好像一个大焰火似的。

出现流星雨的道理和流星一样,不同的是流星雨是地球在运行过程中,遇到一个大群宇宙尘粒(流星群)所造成的一种现象。这大群的尘粒(流星群)是怎样形成的呢?

太阳系里有许多各种各样的小天体,它们各自按照自己的轨道和速度绕太阳运行。这些小天体发生碰撞,碰撞使得大块的碎裂成一大群小块,或者在碰撞后很多小的聚集成群,它们沿着同一轨道运行,形成了流星群。

有的流星群和彗星很有关系。彗星在运行时,由于内部气体爆炸、太阳压力的作用,或和流星体碰撞,而逐渐瓦解。瓦解过程中抛出的尘粒逐渐脱离彗星。

同一个流星雨,差不多总在每年的相同日期内出现。这又是什么道理?这是因为流星群的尘粒沿着椭圆轨道分布,有一定的运转周期。地球的轨道如果和某一流星群的轨道相交,那么地球至少每年在相同的日期穿过这流星群一次,产生了同一个流星雨。

例如,每年8月11日到12日,在英仙座方向出现的流星雨(叫英仙座流星雨),地球上任何地点的观测者每小时都能看到40到50个流星。这证明英仙座流星群的尘粒是均匀分布在整个轨道上的,因此地球每年穿过流星群时遇到的尘粒数差不多。

另一类流星群,它的尘粒物质大量集中在一起,其尘粒只有每公转一周以后,才会重新和地球相遇。例如狮子座流星群,它的公转周期是33年。虽然每年11月19日到20日会出现狮子座流星雨,但在一般年份里,流星雨中出现的流星数很少。过33年才出现一次的流星雨浓密灿烂,有些地方一小时内可以看到几十万个流星。

我们常见的流星群近千个,如英仙座流星群、天龙座流星群、狮子座流星群等。科学家们还对大约几十个大流星群做了详细的研究。

知识点:流星雨、天体、碰撞、运行、彗星、尘粒

为什么星星会眨眼

夏天的晚上,繁星满天,抬头仰望天空,星星都在忽闪忽闪地动,像在眨眼。这是什么缘故呢?

这是因为地球周围有大气层。

大气不是静止不动的,空气热了会上升,冷了又会下降,还有风在吹来吹去。如果能够给空气的分子着上一些颜色,你就能看到五彩缤纷的空气正在上下翻腾。

星光在来到我们的眼睛以前,必须经过地球的好几层大气,大气既是动荡不定的,各层大气的温度、密度又各不相同,这样一来,光线的折射程度也不相同。星光已经过多次的折射,时而会聚,时而又分散。正是这层动荡不定的大气,挡在我们面前,使得我们在看星星的时候,总觉得星星在闪烁,就像眨眼睛一样。

知识点:星、地球大气、翻腾、光、折射

为什么月亮会发生圆缺变化

我们看到的月亮,它的形状在一月里天天发生变化,有时像个圆盘,有时像圆盘缺一半,有时又像一把弯弯的镰刀。

月亮为什么会发生圆缺变化呢?

我们知道,月亮是围绕地球运行的一颗卫星,它既不发热,也不发光。在黑暗的宇宙空间里,月亮是靠反射太阳光,我们才能看到它的。同时,月亮在绕地球运动的过程中,它和太阳、地球的相对位置不断发生变化。当它转到地球和太阳中间的时候,月亮正对着地球的那一面,一点也照不到太阳光,这时我们就看不见它,这就是新月,叫做朔。

新月以后两三天,月亮沿着轨道慢慢地转过一个角度,它向着地球一面的边缘部分,逐渐被太阳光照亮,于是我们在天空中看到了一钩弯弯的月牙。

这以后,月亮继续绕着地球旋转,它向着地球的这一面,照到太阳光的部分一天比一天地多,于是,弯弯的月牙也就一天比一天“胖”了起来。等到第七八天,月亮向着地球的这一面有一半照到了太阳光,于是我们在晚上就看到了半个月亮,这就是上弦月。

上弦月以后,月亮逐渐转到和太阳相对的一面去,这时它向着地球的这一面,越来越多地照到了太阳光,因此我们看到的月亮,也就一天比一天圆起来。等到月亮完全走到和太阳相对的一面时,也就是月亮向着地球的这一面全部照到太阳光的时候,我们就看到一个滚圆的月亮,这就是满月,叫做望。

满月以后,月亮向着地球的这一面,又有一部分慢慢地照不到太阳光了,于是我们看到月亮又开始渐渐地变“瘦”。满月以后七八天,在天空中又只能看到半个月亮了,这就是下弦月。

下弦月以后,月亮继续“瘦”下去。过了四五天,又只剩下弯弯的一钩了。之后,月亮慢慢地变得完全看不见,新月时期又开始了。

月亮圆缺的变化,是由于月亮绕着地球运动,它本身又不发光而反射太阳光的结果。

知识点:月亮、新月、朔、上弦月、满月、望、下弦月

为什么天上的星星有的亮有的暗

天上的星星,有的亮有的暗。我们知道,60瓦的电灯比20瓦的电灯亮,是因为它的发光能力强。那么,亮的星星是不是比暗的星星发光能力强呢?实际并非一定如此,决定星星亮度的除了它的发光能力,还有另一个原因,就是星星与我们距离的远近。一般来说,星星离我们越近,看上去就越亮。

以上是星星的视亮度,也就是看起来的亮度。视亮度用视星等来表示。我们看到的那些最亮的星一般都定为1等星,正常视力的人用肉眼能够勉强看到的最暗星定为6等星。天空中的亮星,可能真的是颗发光能力很强的恒星,但也可能只是因为它离我们特别近,才显得很亮。相反,有些暗星也不一定真暗,尽管它们要通过望远镜才能观测到,但它们的发光能力可能极强,只是由于距离我们太遥远,看起来就显得比较暗。

为了比较不同恒星的真实发光能力,应该把它们放在与我们距离相同的地方进行比较。这就像赛跑一样,必须站在同一条起跑线上同时起跑。根据国际规定,恒星的这条“起跑线”定为10秒差距,即32.62光年。规定恒星在这个标准距离处的亮度为它的绝对亮度,用绝对星等来表示。

运动员可以在同一条起跑线上起跑,恒星则无法都挪到10秒差距的距离处,所以,绝对星等都是计算出来的。

太阳的视亮度是绝对冠军,一旦把它放到比现在远206万多倍远的10秒差距处,它的绝对星等只有+4.8等。按视星等顺序排列的以下这5个天体,如果按绝对星等排列的话,则应该倒个个儿。

知识点:视宽度、视星等、绝对亮度、绝对星等

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,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,觉得船行得很快。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,会觉得船行得很慢。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,海岸距离较远,于是我们觉得船行得十分迟缓。

地球这艘宇宙间的“大船”,在运行的轨道旁如果也像江河里的船那样,我们就很容易觉察出地球的转动了。可是地球的质量太大,只有远处的星星这些参照物可以帮我们看出地球转动的行踪。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,我们完全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。而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要比两极大,就使得地球成为两极稍扁、赤道略鼓的扁球体。

知识点:地球、扁球、自转、惯性、正比

为什么天文学家要观测日食和月食

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,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,还可以通过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,有时是在白天出现,有时是在清晨出现,有时是在黄昏出现,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