日常用语中的蹩脚天文学

日常用语中的蹩脚天文学

领先数光年

当我还是一个小孩儿时，我喜欢天文学的原因之一是它所涉及的数字很大。就连最近的天体——月球，也离我们400 000^[1]千米之遥！我会躲在自己的房间里，辛辛苦苦地用纸笔把那个数字换算成各种不同的单位，比如英尺、英寸、厘米以及毫米。这事儿让人开心，即使这么做会让我看起来像个怪人。当然，现在完全不同了。作为成年人，我使用计算机来做这件事，这个丑八怪比我孩提时代所能做的快100万倍。

那些大数字里的确存在着乐趣。可惜的是，数字变得太大也太快。金星，离地球最近的行星，跟我们离得最近时也有42 000 000千米。太阳离我们平均150 000 000千米，而冥王星则远在大约6 000 000 000（60亿）千米之外。我们所知的离太阳最近的恒星——半人马座比邻星，也远得出奇，远在40 000 000 000 000（40万亿）千米之外。试着把它换算成厘米，你将需要很多个0。

绕开这些使用不便的数字有一个办法。比较一下这两个度量法：（1）我身高17 800 000 000埃，（2）我身高1.78米。很明显，用方法（2）来表示我的身高会好得多。1埃实在是一个非常小的单位：100 000 000埃相当于1厘米。埃被用于测量原子的大小和光的波长，而用到其他事物时则显得十分笨拙。

关键在于，如果将单位转换成很适合于你所涉及的距离时，就能让事情变得简单。在天文学中，那么大的单位并没有几个。但是有一个东西用起来很方便，这就是光！光跑得非常非常快，故而直到19世纪才有人能精确测量它的速度。我们现在知道它大约每秒钟跑300 000千米，是声速的100万倍！这也就不奇怪何以直到最近才有人能够测量它。

因此，天文学家们使用光本身作为一个比较大的单位。阿波罗计划中宇航员乘坐着行动迟缓的太空船花了3天时间才到达月球，而相同的路程，一束光仅花1.3秒就飞奔而至。因此我们说月球距离我们1.3光秒（lightsecond）。光到达太阳要用8分钟，即太阳距离我们8光分（lightminute）。遥远的冥王星距离我们6光时（lighthour）。

1光分或光时对于太阳系也许是有用的，但在银河系的尺度上来说，它则是微不足道的。光在1分钟的时间里跑得还是不够远。用于银河系的计算时，你需要光年（lightyear）——光跑一年的距离。这是一个很长的距离，大约等于10万亿千米^[2]。比邻星距离我们4.2光年；如果光在总统就职典礼时开跑的话，那么直到总统任期结束离开办公室为止，也还没能到达比邻星呢！

光年是天文学家标准的量尺。麻烦在于它的名字里有个“年”字。如果对这个专有名词不熟悉，你可能会认为它是个和一小时或一天一样的时间单位。更糟糕的是，由于它是一个天文学名词，人们会认为它是相当长的一段时间，比如好多年。但它不是，它表示距离。

对它的误用还不止于此。“领先数光年”（Lightyears Ahead）这个短语是一个常用的广告口号，它被用来表现一个产品有多么先进，就好像超前它的时代。

我可以想象某些广告总监与他的团队开会时说，将他们的产品说成是“比对手领先数年”并不足以展示它的品质。广告团队的一位成员怯生生地举手说道：“如果我们用‘光年’取而代之如何？”

我得承认这听上去不错。但它是错的。更蹩脚的天文学就这样诞生了。

还有更糟糕的：一位互联网服务商甚至宣称它“比常规的连接快数光年”。他们把它当成速度来使用了！

毫不奇怪的是，好莱坞在这方面是一个真正的罪魁。例如在电影《星球大战》第一部中，汉·索洛向欧比旺·克诺比（Obi Wan Kenobi）和卢克·天行者（Luke Skywalker）吹嘘说，他能在“不超过12秒差距（parsec）”之内飞越科舍尔航道（Kessel Run）。^[3]像光年一样，秒差距是天文学家所使用的另一个距离单位；它等于3.26光年（这可能听起来像是一个傻乎乎的单位，但它其实建立在以地球公转轨道大小所做的三角测量基础上）。^[4]汉的夸口就好像赛跑者说他们在8千米之内跑了10千米赛程！真可谓不知所云。《星球大战》敏锐的粉丝们或许会注意到，当汉说那句台词时，欧比旺痛苦地看了看他的脸。他可能对这位飞行员的狂妄自大吃惊不小；而我更愿意认为欧比旺知晓这个单位的含义。

如流星般升起

如果在晴朗的夜晚来到远离城市灯光的地方，等待足够长的时间，那么你就有机会看到流星（shooting star）。在英语中，它正式的学名叫作meteor（流星）。当然，流星根本不是星星。它们是一些小石块或是彗星在绕太阳运行的漫长旅程中从其表面蒸发掉的尘埃。有一些是小行星相互碰撞所产生的碎片。它们大多数都很小，一个普通个头儿的流星大约只有一粒砂子那么大。

当这些小家伙们在地球大气层之外的太空时，它们被称作流星体。它们像地球一样绕太阳运行，有时它们的运行轨道与我们的地球轨道相交叉。一旦小碎片进入我们的大气层，在穿过大气的过程中产生的巨大压力会使其温度极大升高，它变得非常热以至于发出光亮。这个发光体就被我们称为流星。如果撞到了地面，就被称为陨星。

这三个名字引起了不少混乱。当流星体穿过地球大气时会发光而成为流星，当它撞到地面时则成为陨星。我有一次和一位朋友就流星在其行程的不同阶段的称谓发生了争论。我说，当它们撞到地面时就成为陨星。他问道：“假如它们撞到一座房子并且停留在二楼的话，该叫什么呢？”我反驳道，房子与地球直接相连，因此它仍然是一颗陨星。他反驳说：“如果它撞到一架飞机并停住了呢？”

我不得不抓抓脑袋结束了这个话题。当飞机着陆时，它是一个陨星吗？如果飞机坠落呢？在这个需要做出裁决的关节点上，我们被搞得头晕脑胀，并且决定即刻出去寻找流星。这可能会挽救我们的友谊。

不管怎么说吧，流星旅行开始于太空并于随后落向地球。它们引人注目地出场，亮闪闪地进入我们的视野，当落入大气层撞向地面时突然燃尽，发光的灰烬有时会在它们身后留下一条长长的尾巴。它们闪亮登场，然后逐渐黯淡。

言归正传，这里要说的是蹩脚天文学。有一天我读一份大都市报纸，当它提到一位俄罗斯官员“如流星般升起”在该国政坛时，我被逗乐了。当然了，记者的意思是说这位官员横空出世并迅速且令人瞩目地上升到巅峰时期。不过，这个短语的真正意思正好相反：如果我们照字面上的意思来解读，他应该是迅速而耀眼地出现于政坛，然后又迅速在政坛销声匿迹。他可能会在身后留下点痕迹，甚至以一次相当大的冲击划上句号！

月球的黑暗面

一天早上，我不幸地被电台吵醒，当时它正在播放歌曲《织梦者》（Dream Weaver）^[5]。我得承认，当我还是一个孩子时，我一向很喜欢这首歌，但是正像我的一位朋友喜欢说的，“我们不必为自己15岁时所喜欢的歌曲负责。”无论如何，当这首听腻了的老歌再次唱起时，其中一句歌词特别地吸引了我：“让我飞离月球明亮的一面，并在月球另一面相遇。”

当然，月球有明亮的一面，并且可以抵达。但如果保持不动，你在那儿最多只能呆上两个礼拜。明亮的一面并不是固定的，而是随月球的自转而移动，黑暗的那一面也是如此。

从地球表面望去，月球似乎不像有自转运动。它似乎总是向我们显露同样的容颜。实际上它的确在转动，它每自转一周也正好绕地球转动一周。它的自转与公转以这种方式相互配合，因此它总是向我们展露同一张面孔。我们称这一面为月球正面。我们从未看到过的另一面被称为背面。月球背面只有探测器以及曾绕月球飞行的宇航员看到过。由于它的遥远与不为人知，月球背面已成为那些非常遥远以及无人探究过的事物的同义词。

问题是，人们把月球的背面与黑暗面混为一谈。你几乎从未听说过“月球背面”这个短语，人们总是说“月球的黑暗面”。这一短语实际上算不得错，只是不准确。

跟地球一样，月球也有自转。地球每24小时自转一周，因此，站在地球表面的人会看到太阳每天升起和落下一次。从地球之外望去，当他或她处于地球远离太阳那一面时，他/她就在地球黑暗的那一面。但是黑暗的一面并不是不变的！等待几个小时，地球自转就会将人带回到阳光之下。此时，他/她处于地球明亮的一面。地球上并没有一块地方会永远处于黑暗面。

同样的情况也适用于月球，只是它的一天有我们地球上的29天之长。月球上的人会看到太阳升起两个礼拜后才落下！既然月球一半在阳光下而另一半在黑暗中，从技术上说，月球有一个黑暗面，但这个黑暗面会随着月球的自转而变化。除了极点附近，月球上的某一点从处在阳光下到进入黑暗中的周期是两周。

你会发现，月球黑暗的一面只是月球上处于夜晚的一面。它与地球上处于夜晚的一面一样不是固定不变的。有时背面就是黑暗面，但有时也是明亮面。这完全取决于你在何时打量它。

有一张一直非常畅销的音乐唱片是平克·弗洛伊德（Pink Floyd）的《月球的黑暗面》（Dark Side of the Moon）。它也许很流行，但从天文学上来说则黯然失色。

附带一提，在这张唱片的最后有一段平静的话外音：“月球没有黑暗面，它其实是全黑的。”在一定意义上来说，这段话没错儿：月球其实完全是黯淡无光的，它只反射了照到它的不到10%的阳光。这使得它几乎像板岩一样黑！它看起来如此明亮，因为它完全处于阳光之下，因而有大量的阳光照射着。具有讽刺意味的是，即使阿波罗计划曾6次登陆月球正面，也仅仅探测了月球表面极小的一部分。其实，就连月球正面也大部分尚未探测到，它依旧非常遥远。

现在，诚实地说，月球上可能存在总是处于黑暗之中的区域。在月球的两极附近有一些深环形山，它的四周边缘很高。从这片区域看，太阳总是在地平线附近，就像在地球两极附近的情况一样。由于月球环形山可能很深，太阳也许总是被环形山的边缘所遮蔽。阳光从未照射到此类环形山的底部！这些从未得到过阳光温暖照耀的环形山底部有难得的冰的形迹。如果事实如此，那么它有两大意义。一是冰可以用作拓殖月球时所需的空气和水，而不必从地球上一路带过来。这就节省下大量的资金、燃料，省去了诸多麻烦。

另一重意义是，“月球的黑暗面”其实是一个有条件限定的实情——只要你能探到环形山的黑暗底部！而我也许有必要开一个“不那么蹩脚的天文学”网站了。

量子跃迁

我们在前面讨论过的广告总监，有时并不满足于比他们的对手“领先数光年”。他们拿出的产品是如此具有革新性，将其他产品都远远地抛在身后。这是一个全新的产品，比领先数光年还要牛。如何去形容它呢？

有时他们说它相比于其他产品是一个“量子跃迁”。但是，真正的跃迁有多大呢？

物质的性质数千年来曾是一个谜（实际上现今仍然是）。现代人往往倾向于认为，古时候的人并不像我们现在这样聪明；事实与此相反，古希腊人建立了关于原子存在的理论。思想家德谟克利特（Democritus）推论说，如果你将一个石头一劈两半，然后再分、再分、再分，最终你会到达简直不可再分的那一点。那个最小的部分他称作一个原子，其意为“不可分”。

这个见识很有趣，但直到数千年后才具有根本意义。在更好的技术出现以后，我们得以研究这些微小的原子。起初，人们认为原子看起来像一个实心的小球，但是不久之后实验就揭示了它由两个独立的部分组成——中间部分的原子核由被称作质子和中子的粒子构成，外层的部分包含被称作电子的粒子。模型显示，原子看起来就像一个微缩的太阳系——原子核如同太阳，而电子则像小号的行星一样绕原子核运行。

这个模型激发了科幻小说的灵感。在这些故事中，太阳系本身就是一个更大的物质宇宙中的一个原子。这个概念其实只是一个模型，并非是要绘制成真正的实在图景。不过，这一思想今天仍存在于许多人的头脑中。

但是，这个模型被证明是不正确的。正是在20世纪之初，一门新物理学诞生了。它被称作量子力学，以一些不可思议的理论为前提。其中之一是电子并不能自由选择它们所希望的轨道，而是由它们与原子核的特定距离所限定。这些距离就好像楼梯的台阶。你可以站在最底层的台阶或者站在第二级或第三级台阶，但不能站在第二级半台阶上；这样的位置是没有的。如果你在最低台阶上并试图到达第二级台阶，要么就要有足够的能量以到达那个位置，否则就原位不动。

电子的情形与此相同。它们固守在其特定的轨道上，除非获得足够的能量跳到下一个的轨道上，即使是拥有跳到下一个轨道所需能量的99%也不行。要跳到下一个台阶，也就是下一级，就得不多不少正好达到所需要的能量值才行。这一跳跃就是人们所知的量子跃迁。

事实上，量子跃迁是一个极小的跳跃。这个距离小得难以想象，要用厘米的十亿分之一或更小的单位来测量。

由此，你可以推断出吹嘘一个产品相比于其他产品是一个量子跃迁的广告真是愚蠢，因为这意味着它仅仅领先0.000 000 000 01厘米！

你可能会惊奇地发现我对这一短语并无异议。我根本不认为这很糟糕！跃迁的真正距离可能很小，但这只是在我们的尺度标准上来说的。对于一个电子来说，从一个能级快速跳到下一个能级，这的确是一个量子跃迁。这个词组本身与电子移动的绝对距离无关，更重要的是，它跳过中间空间并到达与它所在能级位置相去甚远的更高能级位置，这是一个大跨越式的前进。

有时候人们说，如果某个事情很容易，这说明它正好就不是什么难事儿。但是在这个例子中，可能就是难事儿！

【注释】

[1]准确地说是384 000千米。——译者

[2]准确地说是9.46万亿千米。——译者

[3]这是电影《星球大战之新希望》（1977）中的一个情节。汉·索洛大谈他如何驾驶飞船千年隼飞越科舍尔航道——这是离开科舍尔星球跳入光速之前必经的一条危险通道。——译者

[4]我们在日常生活中都有这样的经验：轮流用两只眼睛分别观察眼前的同一物体，就会发现被观察的物体相对于远处的景物似乎是在左右移动着的。同样道理，如果在不同地点观看同一目标，会发现所观看的目标有着不同的方向。目标越近、两个地点相隔越远，差别也就越大。这就是视差。在天文学中，恒星周年视差是因地球绕太阳公转的周年运动而引起的。既然地球是在绕太阳运动的，那么在地球上观察恒星就会因处于地球公转轨道上的不同位置而发现它相对于遥远星空背景的视差。三角视差法就是建立在此基础上的一种测量恒星距离的方法，它所依据的原理是三角关系，以恒星的距离r为弦，以地球和太阳的平均距离（即地球公转轨道半径）d为最小边，这个直角三角形内的最小角π即为该恒星的周年视差。这样，恒星的周年视差与恒星的距离之间存在的关系即为：sinπ=d／r。当天体的周年视差为1″时，它与地球的距离被定义为1秒差距；秒差距是周年视差的倒数，当天体的周年视差为0.1″时，它的距离为10秒差距，当天体的周年视差为0.01″时，它的距离便为100秒差距，依次类推。——译者

[5]《织梦者》是加里·赖特（Gary Wright）1976年发行的一张单曲，是1976年美国《公告牌》（Billboard）杂志排行三周亚军曲。——译者