提起天蝎座,希腊神话里有这样一段故事:说的是有个猎户叫奥利翁,夸下海口说,天下任何动物都敌不过他。女神朱诺听罢他的话很生气,放出一只大蝎子,咬伤奥利翁的脚,一下子就把他毒死了。
天蝎座里最亮的星称作阿尔法(α),我国叫作:“心宿二”。我国古代把星空分为三垣二十八宿。“垣”表示区域的意思,“宿”表示宿舍。三垣,指北天极周围的三个区域;二十八宿是指黄道和赤道两旁的28个星群,分成东、南、西、北四宫,每宫有七宿。东宫七宿的星群被形象称为一条苍龙,其中第五宿,象征苍龙的心脏,叫做心宿。心宿二就是心宿的第二颗星,又名“大火”,也称“商”。我国古代以这颗红色亮星作为四季交替的观测标志之一。《左传·襄公九年》写道:“陶唐氏之火正阏伯居商丘,祀大火,而火纪时焉。”“陶唐氏”是古代传说中的帝尧,距现在4000多年。“火正”,是负责观察“大火”星的官职名称。阏伯是人名。那时候,“火正”观测到“大火”星在东方出现,就定这个时令为黄河、淮河流域春耕季节的开始。每年初春的傍晚,东方地平线上,只有“大火”,即心宿二这颗星心明亮的红色光芒向我们的祖先预告着春天的来临。为了酬谢心宿二给人们报春催耕,帝尧火正阏伯的后代——商族人民,年年祭祀这颗星辰,所以“大火”星的另一个名字叫“商”星。
我国的古代天文学正是从观测心宿二,以定春耕时令这样一些科学实践中产生的。
星宿二两侧还有心宿一和心宿三两颗星。千百年来,心宿这3颗星一直被作为异航星群之一。渔民掌握它们在不同季节的出没规律,以及它们在黎明前或黄昏后的天空位置,就能在茫茫大海中判断船舶所在的地理纬度,辨认东、南、西,北,确定航向的。
心宿二也是我国古代文学作品中经常提到的星辰之一。《诗经·豳风》中有一首农事诗《七月》写道:“七月流火,九月授衣”。夏历七月也就是阳历九月,这时正是秋季,心宿二黄昏时偏落到西南天空,就是《诗经》里所说的“七月流火”,意思是“大火”星沉落了,接着秋去冬来,再过两个月天气转冷,就要发寒衣了。
我国着名神话故事“参商寻天兵”就和心宿二有关。“参”是指“参宿”,是西宫白虎七宿的最末一宿,有7颗星,属于猎户座;“商”是心宿二。据《左传·昭公元年》记载,古代高辛氏有两个儿子难以相处,日寻干戈。高辛氏只得命令长子去管理商星,二子去管参星,而商星和参星在天穹上相距大约180°,此起彼落,没有见面机会。唐代诗人杜甫的诗句“人生不相见,动如参与商”,就是取材于这个神话故事,也反映参星和商星永远不能相见这一天象。
那么,心宿二的光芒为什么呈红色呢?原来,恒星的颜色取决于它的表面温度。温度低时,发射暗红色的光,随着温度的升高,从红色光逐渐过渡到橙色、黄色、白色以至蓝色的颜色。如天狼星和织女星的表面温度高达1万度,呈白中带蓝的颜色;牛郎星的表面温度约8千多度,呈白色;太阳表面温度不到6千度,呈金黄色;至于红色的心宿二,表面温度只大约3千多度,因此心宿二的光芒就红得出奇了。
在可见光区,用肉眼观察,心宿二的亮度在恒星世界名列第16,毫不出众。可是,它在红外光区的亮度,却比全天最亮的天狼星还要亮。原来,像心宿二这样温度较低的星体,它辐射出的能量绝大部分集中在红光区和红外光区。由于心宿二体积庞大,辐射的面积也相应增加,于是扩大了可见光区和红外光区的亮度差。
那么,心宿二的体积到底有多大呢?它的直径长达9亿千米。如果我们乘坐喷气式战斗机在这个星球上坐一次“环球旅行”,则需要150多年,大家知道,太阳的直径是地球直径的109倍,体积是地球的130万倍。可是,拿太阳和心宿二比较,那就太小了。心宿二的直径大约是太阳直径的640倍,体积足以容纳26000万个太阳。由此可以理解为什么把心宿二叫做恒星世界。超级红色巨星”了!心宿二是一颗超巨星。这类恒星处在膨胀阶段时,体积庞大无比,但密度很小,除了星体的核心比较密实,其余广阔的区域同地面实验室里的真空差不多。尽管心宿二的体积比太阳大得多,质量却不过是太阳的几十倍,而密度还不到太阳密度的3百万分之一,其稀薄程度也就可想而知了。
心宿二实际上是一颗。双星”,它的。主星”就是红色超巨星,其近旁有1颗蓝色的“伴星”,一红一蓝交相辉映。
本世纪40年代以来,自从人们知道太阳不断辐射无线电波后,就试图去探测其他恒星和无线电波,但由于距离太远而没有接收到。进入60年代,随着射电望远镜接收技术的提高,人们已经陆续探测到其他的一些能发射强度较大的无线电波的恒星。1970年,人们终于发现心宿二不仅发射光波,还发射比较强的无线电波,当时以为无线电波是心宿二的红色主星发射的。1971年,人们经过进一步研究,才发现无线电波来自那颗蓝色伴星,伴星周围还有个气壳。在主星和伴星之间有明显的物质交换,无线电波就是在这个过程中产生的。
心宿二是第一个被发现的无线电双星。几年来,射电天文学家们又陆续发现近20个无线电双星,它们的电波强度变化多端,各主星和伴星之间,存在物质交换的现象。从这些现象中,人们可以进一步探索这类无线电波的起源,了解双星系统的演化规律。
人类对心宿二的观测和研究已经有几千年的历史,它总是不断地将新的宇宙奥秘展现在人们的眼前,大自然是没有穷尽的,人的认识也是没有穷尽的。
白矮星
1844年,德国天文学家贝塞耳发现了一颗他自己没法看见的星。
我们在天空中见到的所有恒星都在四处运动着,但是它们实在太遥远了,以致于这样运动看上去显得极其缓慢。只有通过天文望远镜进行仔细的测量,这种运动才会通过天体位置的微小变化而呈现出来。
其实,即使用了望远镜,情况也好不了多少。只有那些最近的恒星才会显示出可察觉的位置变化。那些幽暗而遥远的恒星,看起来好像根本没有运动一般。
天狼星是离我们最近的恒星之一,它离我们大约有肋万亿千米那么远。对于恒星而言,那就算很近的了。天狼星是天空中最亮的星,其部分原因是由于它非常近,以致于通过望远镜很容易就可以测量出它的运动。
贝塞耳打算仔细地研究这种运动,因为地球绕着太阳运行,所以我们观望群星时的角度总是不断地变化着。由于地球在运动,我们便看到一颗恒星运动时不是走笔直的直线,而是沿着一条稍稍摆动的线前进。恒星越近,这种摆动就越大。如果进行仔细的测量,就可以根据这种摆动的大小计算出恒星的距离,贝塞耳对此特别感兴趣。事实上,他正是有史以来首先计算出一颗恒星距离的天文学家,那是1838年的事情。
随后,他又对测量天狼星运动时的摆动发生了兴趣。他夜复一夜地测量天狼星的位置,终于发现天狼星运动时的摆动尚有事先料想不到的情况。由于地球在环绕着太阳公转,所以天狼星在改变着它的位置,但是也还有一种更加缓慢的位置变化,它与地球无关。
贝塞耳把注意力集中到这种新的运动上,他发现天狼星正在环绕着某个东西的轨道上运动,运动的方式恰好和地球在环绕太阳的轨道上运动一般。贝塞耳算出,天狼星绕此轨道转一周需要50年。
然而,使天狼星在此轨道上运动的到底是什么东西呢?
地球绕着太阳运动,是由于太阳强大的引力拉住它,使它保持在轨道上。天狼星必定也是被某种强大的引力拖住的。可是,天狼星是一颗质量达太阳质量两倍半的恒星(一样东西的质量是它所包含物质的数量)。根据天狼星的运动方式可以知道,一定有一个天体正在用引力拉它,这个天体应该大得同样可以成为一颗恒星。换句话说,天狼星必定正在与一颗伴星互相绕转。我们可以将天狼星称作“天狼A星”,其伴星则称为“天狼B星”。根据天狼A星运动的方式,可以知道其伴星(天狼B星)的质量必定与太阳大致相当。贝塞耳并不能看见天狼B星,但是既然引力拉曳必然来自于某个物体,那么这颗恒星就一定在那儿,虽然贝塞耳根本无法看见,贝塞耳称它为天狼星的暗伴星。
后来,他又注意到另一颗恒星南河三的运动方式,它同样必定有一颗暗伴星,即“南河三B星”。
1862年,美国的望远镜制造家阿尔万·格雷厄姆·克拉克正在为一具新望远镜制造透镜。这种透镜必须尽善尽美,以便透过它看到清晰明亮的星象。他完成工作以后,为了检验这块透镜的质量,便用它来观看天狼星,看它是否呈现为一个明锐的光点。
就在这么做的时候,克拉克惊讶地发现天狼星附近有一个微弱的光点。如果它是一颗恒星的话,那么就是他手头的所有星图上均未记录在案的一颗星,它会不会是抛光透镜时造成的疵瑕呢?
可是,无论他多么仔细地继续抛光透镜,这个光点总是消除不了,而当他观看其他亮星时,却并没有类似的光点。
最后,克拉克注意到这个光点恰好在天狼星的暗伴星应该在的位置上,他明白自己正在观看的就是它。归根到底,天狼B星并不是一颗完全死了的星星,它依然在发光,但是它发出的光仅为天狼A星的万分之一。
1895年,旅美德国天文学家舍贝勒注意到南河三附近有一个微弱的光点,它正是“南河三,B星”,它同样也没有完全死亡。
然而,到了舍贝勒的时代,天文家们对于恒星已经比先前了解得更多了。
光由许许多多长度不同的、极其微小的波组成,天文学家已经学会如何将星光分解成一条由这些波长各异的波组成的带子,这样的光波带就叫做光谱。
1893年,德国科学家维恩提出了光谱怎样随着光源的温度而变化。例如他指出:如果一颗恒星已趋残年而行将熄灭,那么当它冷却下来时颜色就应该转红。如果天狼B星是一颗垂死的恒星、它就应该是红的,可实际上却不是,天狼B星的光是白色的。
为了进一步验证这一点,就得仔细地研究天狼B星的光谱。可是,天狼B星非常幽暗,况且它又非常靠近极其明亮的天狼A星,以致于人们很难逮住这颗小星射来的光,并将它展成一条光谱。
1915年,美国天文学家亚当斯设法获得了天狼B星的光谱。他发现天狼B星的表面温度达8000℃,比太阳还热。太阳的表面温度仅为6000℃。
如果一颗像太阳那样的恒星位于天狼B星的距离上,它就应该成为一颗天空中明亮照耀的星星,那时它虽然不如天狼A星那么亮,但也还是很亮的。由于天狼B星比太阳还热,所以它在那样的距离上就应该比太阳更亮——但是实际上却不是这样。如果我们的太阳也和天狼B星一样远,那么天狼B星看起来就只有太阳的1/400那么亮。
怎么可能出现这样的情况呢?
事情一定是这样的:虽然天狼B星的表面亮得令人眩目,可是它的整个表面却非常之小。天狼B星必定是一颗非常小的星星。
天狼B星的温度虽然很高,但是却那么幽暗,这就使它的直径小到只有48000千米,一点也不比一颗大的行星更大。29颗像天狼B星那么大小的星星,一颗挨着一颗地排成一条直线,才和太阳的直径一样。正因为天狼B星既是白热的,同时又那么小,所以人们就称它为白矮星。这里所说的“矮”,就是个儿小的意思。南河三B星也是一颗白矮星。
今天,人们认为白矮星是很常见的。天文学家们认为每40颗恒星中就有一颗是白矮星。可是,白矮星那么小又那么暗,所以只有离我们最近的极少数白矮星才能用望远镜观看到。
虽然天狼B星那么小,它的质量却与我们的太阳一般大,否则它就不能使天狼A星来回摆动了。
如果你把太阳的质量挤到一个像天狼B星那么大的物体中去,那么它的密度就会高得惊人(一个物体的密度是指在某个一定的体积中挤进去了多少质量)。
天狼B星上一立方厘米的物质,如果拿到地球上来,就会有2900000克重,这也就是说,天狼B星的密度是每立方厘米2900000克。地球的平均密度是每立方厘米5.5克。组成天狼B星的物质要比组成地球的物质致密530000倍以上,这可真叫人吃惊。在19世纪初,科学家们认为原子是坚硬的实心小球,只要它们相互接触,就无法使它们再挤得更紧。假如真是这样的话,那么地球上物质的密度就应该差不多能达到任何东西所能达到的任何密度。
但是1911年,出生于新西兰的科学家卢瑟福,证明了原子并不是坚硬的实心体。在原子中,坚硬的实心部分只是一个非常非常微小的原子核。100000个原子核一个挨着一个地排列成它的直径才会有一个原子的直径那样长。
原子核虽然微小,却差不多包含了原子的全部质量。
在每个原子核周围,有着一个或者好几个电子。电子的质量微乎其微,它们在原子核外一层一层地分布着,这叫做电子壳层。
当两个原子相遇时,一个原子最外面的电子壳层与另一个原子最外面的电子壳层相互接触,它们就像减震器一样,防止两个原子更紧密地挤在一起。