既然恒星在动,为什么我们看不到?而且星座总可以保持一副模样?

  如果你曾经在晴朗无月的夜晚仰望星空,你会有这样一种感觉,天上的星星总是一动不动,在同一个位置闪烁。

  在肉眼看来,它们之间并没有明显的相对运动,整个夜空中的星星就像镶嵌在黑色幕布中的亮点。

  

  当然,古人也观察到了这种现象,所以把这种闪烁不定、相对位置不变的星体称为“星”。并把它们的相对位置连起来,想象出一些我们见过的图案和形状,于是就有了星座。

  不过,夜空中不仅有星星,古人还发现了几颗特殊的行星。因此,肉眼可见的5颗星体(水、金、火、木、土)相对于其他星体(恒星背景)不闪烁、不运动的称为“行星”。

  

  不过天空并不总是那么单调,它还有更特别有规律的变化。如果你足够仔细地观察,你会发现整个恒星背景每晚都在同一时间从东向西移动1°。

  月亮也是每晚从东边升起西边落下,而且每晚的某个时间,月亮会向西偏12°。

  

  太阳也有同样的轨迹。这就引出了一个问题,天空中一切事物的这种有规律的东向西运动是怎么回事?

  古人认为地球是不在中心运动的,这些东西是围绕着地球转的,所以才看到了上面的现象。这就是地心说。当然我们现在知道运动是相对的,当然可以建立地心说来解释观察到的现象。

  但日心说是更简洁正确的太阳系运行模型。1543年哥白尼提出,1609年伽利略观测木星系统和金星相变,1619年开普勒提出三大定律后,确定了太阳系行星的运行轨道。

  

  并且利用行星三定律,我们还预测了人们从未观测到的天文现象,金星凌日和水星凌日,人们在1631年预测的时间准确地观测到了凌日现象。

  至今日心说得到稳定并为人们广泛接受。但是日心说有个问题直到19世纪初才解决。就是我们今天要说的问题,也是普通人都会看到的现象。

  

  既然牛顿定律适用于整个宇宙,天上的星星也应该在引力作用下运动,为什么我们看到天上的星星一动不动呢?

  既然地球是绕着太阳转的,那为什么我们看不到因地球位置的变化而导致的星星的相对位置和距离的变化呢?

  这两个问题可以说是19世纪那些仍然相信地心说、反对日心说的人最后的堡垒。这是一个经常让我们普通人感到困惑的问题。

  

  道理其实很简单。之所以看不到星星移动的位置,是因为肉眼观测天空存在很大的缺陷,根本无法察觉到星星微小的视差变化。

  星星的运动只有用望远镜才能看到。望远镜于1609年首次用于天文学,距19世纪初已经过去了两个多世纪。

  这一时期,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1米多,光学设备也更加精密。我们已经可以看到很多以前肉眼看不见的暗星。星云,甚至不发光的行星(天王星是威廉·赫歇尔在1781年通过望远镜发现的)、卫星。

  所以观察星星有没有错位当然不是问题。

  

  人类第一次观测到恒星的运动是在1804年,当时观测到的恒星是天鹅座61。经过10年的持续跟踪和观察,朱塞佩·皮亚齐发现这颗恒星会相对于其他恒星缓慢地在天空中漂移。

  而这颗星也是人类第一次通过视差法测量到地球的距离。可以观察到位置的变化。

  于是,利用地球绕太阳公转的轨道,间隔六个月测量了这颗恒星在天空中的位置,发现这颗恒星的视差很小,只有0.314角秒。

  

  根据这个视差,天文学家计算出这颗恒星距离地球10.3光年,与今天测得的11.4光年距离相差不到10%。

  现在我们知道这颗恒星的速度是79公里/秒,确实很快,但是比起它离我们的距离,这个速度真的不算什么。肉眼很难分辨它在天空中的位置。这就像我们坐车一样。我们总能看到附近的隔离带在快速后退,但是再看远处的高山,就会发现它们似乎没有太大的动静,或者说移动的非常缓慢。

  

  把这个日常现象套用到浩瀚的宇宙中,自然可以解释为什么恒星的速度是每秒几十上百公里,而我们却总是在地球上看到它们一动不动。

  主要是因为星星和我们的距离比起来,它们的速度简直太慢了,比蜗牛还慢。

  那么既然星辰都在运动,为什么古人画的星座到今天还是不变形呢?

  

  其实我们在夜空中看到的星星,基本上都是银河系的星星。当然,我们也可以看到一些深空天体,比如大麦哲伦星云、仙女座星系、河外星系等。它们看起来像模糊形状的云。

  除了这些星系,我们还可以通过望远镜看到,银河系中的恒星并不总是单独运动,而是成百上千、甚至上万颗恒星聚集在一起,形成疏散的星团。

  

  甚至数十万颗恒星聚集在一起形成一个更大结构的球状星团。因此,大多数恒星的运动一直表现出一定的规律性,而不是随机运动。

  如果一个星座中的星星之间有规律的物理联系,那么它们之间的位置会在很长一段时间内保持不变,时间尺度是几千万年,甚至几亿年。

  如果一个星座中的星星之间没有直接的物理联系(大多数星座都有),它们的位置变化非常快,在几十万年的时间尺度上,你会看到一个形状星座变化。

  总之,一切都在变化,只是人类存在的时间太短了,肉眼很难察觉到这么细小的变化。未来我们将看到完全不同的天空。