如果你在晴朗无月的夜晚仰望过星空,你就会有这样的感受,天上的恒星总是一动不动,在同一个位置不停的闪烁。
在肉眼看来,它们互相之间不会发生明显的相对运动,整个夜空中的恒星像是镶嵌在一块黑色幕布上的亮点一样。
当然古人也观察到了这个现象,因此将这种会闪烁、并且相对位置不会发生变化的星星称为“恒星”。并且将它们的相对位置连接起来,假象出一些我们见到过的图案形状,因此就有了星座。
不过夜空不仅仅有恒星,古人还发现了几颗比较特殊的行星。因此将肉眼可以看到的5颗(水、金、火、木、土)不会闪烁、且会相对于其他恒星(恒星背景)发生位置移动的称为“行星”。
但是天空不总是这么单调,它还有一个更为特殊且有规律的变化。如果你观察的够仔细,你就发现整个恒星背景每天晚上的同一时刻会从东向西偏移1°的距离。
还有月亮每天晚上也会从东边升起然后在西边落下,且每天晚上特定的时刻,月亮都会向西偏移12°的距离。
太阳也一样有着相同的运动轨迹。这就产生了一个问题,天空中所有的东西这种规律性的由东向西运动是咋回事?
古人认为是地球在中心不动,这些东西在绕着地球转,才看到了以上的现象,这就是地心说。当然我们现在知道运动是相对的,当然可以建立一个地心说来解释观察到的现象。
但是日心说才是更为简洁的、正确的太阳系运行模型。由1543年哥白尼提出,经由伽利略1609年对木卫系统、金星相位变化的观察,以及开普勒1619年三大定律的提出以后确定了太阳系行星运动轨道。
并且利用行星三大定律我们还预测了以前人们从未观察到的天文现象,金星和水星的凌日,并且在1631年预测的时间人们准确的观察到了凌日现象。
至此日心说才得到了稳固,以及被人们广泛的接受。
但是日心说直到19世纪初一直有个问题没有解决,就是我们今天要说的问题,也是我们普通人都会看到的现象。
既然牛顿定律适用于全宇宙,天空中的恒星也应该在引力的作用下发生运动,为何我们看到的恒星却是在天幕上一动不动呢?
既然地球在绕着太阳轨道运动,为什么我们依然看不到因为地球位置变化而发生的恒星相对位置和距离的变化呢?
这两个问题可以说是那些在19世纪依然坚信地心说,反对日心说最后的堡垒。也是我们普通人常会感到困惑的问题。
原因其实很简单,我们之所以看不到恒星的位置发生移动,是因为肉眼观天存在很大的缺陷,对恒星那种微小视差的变化根本就察觉不到。
只有凭借望远镜才能看到恒星的运动,望远镜第一次被用到天文学是1609年的时候,到了19世纪初已经过去了两个多世纪。
在这期间天文学的发展离不开望远镜的加持,这时我们的望远镜口径已经达到了1米以上、光学器件也更加的精良,已经可以看到很多以前肉眼看不到的昏暗恒星、星云、甚至是不发光的行星(天王星是1781年威廉·赫歇尔通过望远镜发现的)、卫星。
所以观察恒星是否有位移,当然也不在话下。
人类首次观察到恒星在运动是在1804年,当时观察的这颗恒星为天鹅座61星,朱塞普·皮亚齐经过了10年连续的跟踪观察,才发现了这颗恒星会在天幕上相对于其他恒星发生缓慢的漂移。
而且这颗恒星也是人类首次通过视差法测量出离地球距离的恒星,当时天文学家认为,这颗恒星肯定是离地球很近,或者是本身自行速度就很快,因此才表现出了可以观察到的位置变化。
因此利用地球绕太阳公转的轨道,相隔六个月分别测量了这颗恒星在天空中的位置,发现这个恒星的视差非常小只有0.314角秒。
根据这个视差天文学家算出这颗星距离地球10.3光年,与今天测得的距离11.4光年相差不到10%。
现在我们还知道这颗恒星的自行速度为79公里/秒,确实很快,但是相对于它离我们距离,这个速度真的不算什么,就算是让他运动10年,我们也很难通过肉眼分辨出它在天空中的位置变化。
这就跟我们坐车一样,我们总是能看到近处的隔离带在飞速后退,但是看远处的高山,就会发现它们好像不怎么动,或者是动的非常缓慢。
把这个日常现象运用到广阔的宇宙中,就能很自然的解释为何恒星速度动辄几十、几百公里每秒,但是我们在地球上总是看到它们一动不动。
主要原因还是相比于恒星跟我们的距离,它们运行的速度简直是太慢了,比蜗牛还要慢。
那么既然恒星在动,为何古人画出的星座到今天也没有变形?
其实我们在夜空中看到的恒星基本上都是银河系内的恒星,当然我们还可以看到一些深空天体,例如:大小麦哲伦星系、仙女星系,河外星系,它们看起来就是一团模糊状的云团。
除了这些星系,我们还能通过望远镜看到银河系中的恒星并不总是孤零零的一个在运动,而是会几百、几千、几万颗聚集在一起形成疏散星团。
甚至是几十万颗恒星聚集在一起形成更大结构的球状星团。因此大部分恒星的运动一直都会呈现出一定的规律,而不是胡乱的运动。
如果一个星座中的恒星它们之间有着规律性的物理联系,那么它们之间的位置会在非常长的时间内保持不变,时间尺度在数千万年,甚至是数亿年。
如果一个星座中的恒星它们之间没有直接的物理联系(大部分星座是这样),那么它们的位置发生变化的速度就会非常快,时间尺度在几十万年,你就会看到一个星座的外形发生改变。
总之一切都在变化,只是人类存在的时间太短了,很难用肉眼察觉这种微小的变化。在未来我们会看到一个完全不一样的天空。