行星（三）

第二十一讲 行星（三）

↓1.天王星、天王星的发现、天王星的年、天王星的季节、天王星的卫星。

↓2.行星之间的相互吸引。

↓3.天王星的摄动、通过理论推算出来的一颗行星、计算的眼睛与海王星的发现。

↓4.海王星、海王星的距离、海王星的年、海王星的质量、看上去就像一颗太阳的星星、太阳管辖的最后区域、瓦尔甘行星。

↓5.天体矿物学。

↓6.流行、一颗星星不会从天空中落下来。

↓7.8月10日与11月12日、圣劳伦的眼泪、一些流星雨。

↓8.陨星、陨星的体积与速度。

↓9.小行星的环形漩涡、误入我们地球大气层的小行星。

↓10.陨石、天上掉下的一颗重达12.5万千克的石头、地球外的物质。

↓1.从最遥远的古代起，人们就已经认识了水星、金星、火星、木星与土星，不过还不认识它们的卫星。小行星、木星的卫星与土星的卫星、天王星、海王星都是近代天文学才认识的东西。天王星是由赫歇尔在1781年发现的，赫歇尔是天体物理学中最杰出的天文学家之一，他那强大的天文望远镜所看到的天王星，看上去仿佛是发出均匀灰光的小圆盘，天王星在周围的星星中不断地变化着自己的位置，于是我们知道这是一颗游移不定的星星但是现在。在它被赫歇尔发现之前，由于它的光亮非常微弱，人们并不能看到它。但是现在人们已经测量过这颗星的体积、质量、它的轨道，也已经计算过它与太阳之间的距离，还有，人们也发现了它的卫星。

不借助于天文望远镜，我们很难看到天王星。在有利的情形下，我们用肉眼看它，它顶多是一颗第六等亮度的星。我们看不到天王星，并不是因为它的体积小，其实这颗行星是地球的52倍大，而是因为它距离我们地球太远了。天王星到太阳的距离是29.2亿千米，它在轨道上绕太阳运行一周，需要84年。因此，天王星一年的长度就能比得上一个人的寿命了。表面看上去，它以极快的速度绕着自身转动，因为在天文望远镜上，我们能够看到它的两极扁平非常严重，它的扁平程度是其直径的十分之一。但是由于这颗行星距离我们太遥远了，所以我们就看不清它的小细节，看不到它的圆盘上有什么斑点，也没有任何参考点来观测它的自转时间。人们猜测，它自转的轴稍微倾向于它的轨道平面，因此，这颗行星每过42年，就要使它的一个极受到太阳光线的直射，由此它产生出的四季比金星上的四季还要奇怪。最后，我们知道，从天王星上看，太阳的圆盘是从地球上看到的太阳圆盘的1/400到1/300。我们知道，天王星上的物质的平均密度比水的密度稍微小一些。最后我们还知道，有八个月亮绕着天王星在垂直于它轨道的平面上转动。我们所认识到的仅限于此，因为它太遥远了。

↓2.海王星的发现，是近代天文学理论精确性的一个最强有力的证据。我们试着来了解一下。

引力是所有物体（无论是大的物体还是小的物体）所共有的一个特性，并且引力的大小与物体的质量成正比。太阳，由于它质量上的绝对优势，因此，将它的行星都吸引到自己周围，让它们不断地保持下坠的趋势，从而使它们绕着自己旋转。同样的，行星也会将它们的卫星吸引住，使它们绕着自己转动。地球吸引月球，就跟太阳吸引地球是一样的。但是很明显，地球的引力尽管能施加到月球的公转轨道平面之外，但它的引力大小却是随着距离平方的增加而减弱的。那它的引力会出于什么原因而突然消失吗？显然不会。因此，地球也能对它周围的行星——比如说火星、金星与其他的行星施加作用。只不过它的这种作用由于距离遥远而非常小，不能与太阳的引力作用相提并论。但是无论如何，我们的地球对火星等具有一定的影响，不管这种影响从本质上来说是多么的小。如果火星顺从地球的召唤，那么会发生什么样的情形呢？它就会离开它绕着太阳旋转的轨道，向着地球靠近，并且绕着它转动，于是我们就会多了一个月亮，这颗迷途的星星就会失去原先的地位，从行星的行列走到了卫星的行列中。然而天空中的法则是严格公平的，在另一方面，地球也会被火星所吸引，向着火星飞去。因此火星也会吸引着地球，努力使得后者成为自己的月亮。巨大的木星也在吸引着我们地球，以增加它的卫星数目；土星吸引着我们地球，想让我们地球成为它圆环上的一员……总之，其他的所有行星，金星、水星，直到那些最小的小行星，都极力地要把地球从它的轨道中拉出来，吸引到它们的旁边。我们不必自惭形秽，地球同时也在一定范围内对木星、土星以及其他的星球施加着同样的作用力，就像这些行星吸引着地球一样。因此，行星之间存在着无止境的斗争，每一颗行星都根据它们的质量成正比、并跟它们之间的距离平方成反比来互相施加作用，想要把对方据为己有。但是，主宰者还是力量最强大的那个统治者太阳，它所管辖的这些星球始终被它维持在各自的行列中，这使得从来没有任何一个变成其他行星的卫星。我们还要注意另外的一个事实，当一个星球受到周围的质量非常大的另一颗星球的吸引时，它会略微偏离它的运行轨道，但是最终它还是会因为受到太阳引力的作用会回到原先的轨道上来。行星由于受到周围行星的吸引而偏离它们原先轨道的这种现象，我们将它称为摄动。作为摄动者的那个星球离得越近、质量越大，那么这颗行星所产生的偏移也会越大。

↓3.由此我们可以想到，为了要准确确定一颗行星所走过的路程，并且提前计算出在某一个时期它在天空中的位置，那么，天文学家不仅仅要考虑太阳的引力，同时也要考虑它周围行星的摄动影响。如果我们的计算是准确的，如果我们已经考虑到了所有行星的作用力，那么，我们的观察就应该与力学理论保持一致。一颗移动的天体，在任意一个时刻，都应该出现在科学所预测到的位置处。但是自从天王星被发现以来，这颗叛逆的星星却从来没有在我们所预测的位置出现。即使人们已经考虑到了它附近两颗巨大的星星即土星与木星所产生的摄动影响，但它仍然没有在应该出现的位置出现。因此，肯定存在着一种我们并没有预测到的偏移，它使得我们的计算出现了错误。于是在天文学家的心中，都产生了一种新猜想，他们根据天王星被弄乱的运行轨迹这一事实，推测出在太阳系的最边缘，还有一个新的世界。在天王星之外，应该还存在着一颗我们未知的行星，它对天王星施加着吸引力，使得它偏离它的运行轨道。法国著名的几何学家勒维黑耶，提出要单纯借助理论的力量来修正这一猜想，同时要发现这颗摄动星球，其实一直到那时为止，天文学观察还是通过耐心地探测天空来完成的，但是这位聪明的理论家改变了这种方法。他拿起了他的笔来进行研究，他用计算的眼睛来观测，他将所知的公式综合运用，来表达出天空中的法则。那些无扰动的有序运行的星星，以及有扰动的无序运行的星星，它们的质量、体积、速度、距离这些数字，无论是已知还是未知的，这位理论家都将它们记录了下来综合分析。这种高度的构思所得出的结果是令人称奇的。1846年8月31日，勒维黑耶在欧洲宣称，有一颗摄动的行星应该会出现在天空中的某一个点，它的星等是哪一等。几天之后，柏林天文台的台长加勒将他的天文望远镜指向勒维黑耶所指定的天空位置，那边果然有一颗星星，它恰好位于理论的手指所指向的那个确切位置。我们甚至都不用向天空中看一眼，科学就能准确地看到天空的深处！从来没有一次胜利像这次一样完全归功于几何学的永恒法则。

↓4.由此，我们将海王星又称为勒维黑耶行星。我们从来不能用肉眼看到这颗行星，尽管它比地球大110倍。在天文望远镜中，它看上去就是一个发亮的小点，亮度跟一颗八度星的亮度差不多，最好的天文望远镜都不能观测到它的大小。它与太阳之间的距离是44亿千米。它绕着太阳公转一周，需要164年的时间。海王星有一颗卫星，这颗卫星绕着它转动一周需要5天21个小时。根据这颗卫星的转动速度，运用我在前文中向你们讲过的那种方法，我们可以推算出海王星的质量与密度。由此我们得知，海王星的质量是地球的21倍，它的平均密度与木星的平均密度差不多，也就是刚刚超过水的密度。尽管这颗星星比地球大110倍，但由于它距离我们如此遥远，因此它看上去非常的小，即使用最好的天文望远镜，我们所看到的也只是很小的一点。要对这样一颗位于太阳系最远边界处的星星称重，并确定构成它的物质的主要特征，这难道不是人类理性力量的最高表现吗？除了力学告诉我们这些结论之外，科学再没有告诉我们关于这颗行星的其他物理状态。它距离我们地球太遥远了，因此我们的观察工具发挥不了作用。要想了解海王星的历史，还有另外一件事情要加以说明：在这颗行星上所看到的太阳圆盘，只有我们在地球上所看到太阳圆盘的千分之一大小。太阳这颗巨大的光源星球，对于海王星来说，只是一颗比其他星星稍亮一点的星星而已。在这颗遥远的行星上，它的亮度是怎样的？白天黑夜是怎样的？它的热度是怎样的呢？我们不要着急下结论，对于我们来说，这一切还都是未知的。

到了海王星这里，我们就到了太阳系的边缘了吗？在这里之外就没有其他的行星了吗？对此我们既不能加以否定也不能加以肯定。我们已经对太阳系中部的区域非常了解了，但太阳系中心的部分以及它外部的区域，还有待考察。也许在海王星之外，在我们还没有观测到的极远处，还存在着一些附属的行星在沿着一定的轨道运转。也许在水星与太阳之间，还有其他的行星在转动。但是由于它距离耀眼的太阳太近了，所以我们看不到它们。我们不要再关注这些不确定的可能存在行星的区域了，无论行星的家族是从水星到海王星是结束了还是没结束，这从本质上来说并不重要。就我们所知道的而言，太阳系已极为广阔，这一点已经给我们的理解力产生了深刻印象了。

↓5.我们刚刚所考察的这些遥远世界、这些地球的伴随者们、这些行星，天文学已提供了关于它们的准确资料：体积、距离、质量、年、季节、卫星，等等。但这些资料总是力学的或是几何学的，并不是那么吸引人。我们更关注的是它们的物理构成，对此我们还知之甚少。比如说，我们惊喜地得知，在火星的两极上面覆盖着冰雪，而在月球的表面则布满了火山坑。我们对于脚边的一颗石子，并不会有任何兴趣，因为我们认为这颗石子是地球上的，但如果我们被告知，这颗石子是从天上掉下来的，它以前是木星、火星或土星上的石子，那么面对这颗珍贵的天体矿物学的样品，谁还会无动于衷呢？人们会走上前去看一看，用手摸一下这个石子，分析分析从其他行星上掉落的这颗小东西，我们那合乎常情的好奇心，会得到多大的满足啊！我们会知道，这些星球，这些壮丽的光芒四射的、使天空异常璀璨的天体，它们是由什么样的物质构成的。当然，这个天空中的石子不是一个无意义的假设：它从天空中有岩石的区域降落到地球上，这种石头落下时产生的冲击力有时会砸碎一栋房子。它们真的来自行星吗？不是，但我们可以肯定，它们绝不是来自地球。它们是天体矿物学的真正样品，就像我们下面将要看到的那样。

↓6.我们还记得那些夜晚在天空中突然出现的星光，它们似乎是从天空中分离出来的，然后就像烟花一样，在天空中划出一条明亮的带子，很快出现，又很快消失。人们通常认为这是一颗陨落的星星，或者至少是一颗在天空中变动位置的星星。因此人们将它们称为流星。这些星真的能够随意移动，跑到天空的尽头吗？它们会不会坠落到地球上呢？在繁星中，如果我们只看一下粗略的表象，如果我们只考虑到那些镶嵌在天穹的微弱的星光，那么我们很自然就承认星星可以离开天空坠落到地球上，就像一颗成熟的无花果的果实从树上落到地上一样，但我们知道这个天顶只是一个错觉，我们还知道这颗星星也许是一个巨大的星体，它甚至可能大到地球都不能与之相比，尽管从地球看上去它只是一个普通的小小的亮点，小到甚至都不能看到它。那么，这些星星比海王星（它的体积是地球的110倍，不借助于高倍天文望远镜我们都无法看到它）还要远。这些星星离我们这么远一段距离，但它传递到我们这的光线还如此亮，那么这些星星有多大呢？毫无疑问它们应该与太阳一样大，甚至比它更大。如果有一颗星星，仅仅一颗，坠落到地球上，那么这颗从天空中掉下来的星球加速下落时会产生强大的力量，在这一力的作用下地球会变成什么样啊！地球会爆裂，就像一个沙子在榔头的重击下被碾碎一样，它的碎片会散落到空间中。我们可以想象一下，地球与一块岩石，它们相隔一段距离并且相互吸引，那么它们二者哪个会向另一个坠落下去呢？最弱的那一个，即岩石会落向地球。同样，我们做一个不可能的假设，如果地球与天空中的星球必得有一个向着另一个落去，那么当然是地球，这个较弱的星球向着另一个较强的星球落去。如果我们认可相反的论据，那结果就是地球落向这块岩石，而不是这块岩石落向地球。因此，星星不会驶落，没有什么比这更确定了。那么流星并不以急遽的速度在天空中奔过，这些流星是什么呢？

↓7.没有一个夜晚是看不到流星的。每小时人们平均能看到四到八颗流星。但在一年中的一些固定时期，尤其是接近8月10日和11月12时，流星的数量会以惊人的比例增加，因此在这段时期有时会出现真正的流星雨。人们很久之前就注意到8月10日这个时期了，甚至那些对天文观察最不熟悉的人都注意到了。在某些地区，当地人们将这一时期出现的众多流星称为圣劳伦的眼泪，这些信仰单纯的人们，将这些光线比喻成遭受苦难的殉道者的热泪。实际上，圣劳伦节日也在8月10日。下面我们再列举一些流星雨的盛大景象。

在1839年8月10这个夜晚，在那普雷斯，四个小时内人们看到了一千颗流星；在麦兹，45分钟之内人们看到了87颗流星；在巴赫玛，六个半小时内人们看到了819颗流星；在纽哈文，三个小时的时间内人们看到了500颗流星。

1799年11月12日，在南美的库玛那，人们看到流星就像烟火一样，从很高的天空中陆续不断地射出来，就像一束束的烟花，在东方的天空中绽放。无数颗流星不断地在天空中画出一道道的磷光，这些燃烧着的球体就像天空中大炮所发射出来的红色炮弹一样，它们以惊人的速度，不停地穿梭在群星之中，在地面上投下它们的光亮。在四个多小时的时间里，在地球上的不同地方，从赤道到北极，都发生了同样的景象，整个天空都着火了！

1833年11月12日，从晚上九点到太阳升起的时候，在北美的长长的东岸线上，人们看到一场最值得回忆的流星雨。流星就像烟花一样，它们从天空中同一个区域绽放出来，然后向着不同的方向发散出去，有时沿着弯弯曲曲的线发散开来，有时是沿着笔直的线散发开来的。有很多流星在消失之前就爆炸开了，有些流星跟木星或金星一样亮。要数一下一共有多少颗流星，这简直是不可能的。它们有一半密集地降落下来，就像下雪时的雪花一样。但是当流星雨不是那么密集时，我们还是可以稍微对它有些认识，一位在波士顿的观察者试着去数他附近的流星的数量，在15分钟的时间内，在天空十分之一的区域内，他数到有866颗流星，那么整个可见的天空中就会有8660颗流星，因此一个小时就会有34640颗流星。然而流星雨这时已经持续了七个小时多的时间，而且只有在流星即将消失时我们才能观察到它，这是我们能够统计流星数量的基础。因此，仅仅在波士顿就出现超过24000颗的流星。如果我们计算出整个地球每年出现的流星的总数量有百万颗，我们是否应该对此感到惊讶呢？

↓8.那些伴随着库玛那的流星一起出现的火球，也会单独出现在天空中。人们将它们称为陨星。它们的形状一般是圆形的，有时看上去与月球一样大，有时甚至比月球更大。它们快速地划过我们的天空，投下它们明亮的光线，几秒钟后就消失不见。通常，它们会在走过的路线上留下一条发光的尾巴；有一些会发生可怕的爆炸，将他们燃烧的碎片投射到地面上。我们将这些碎片称为陨石。陨星出现的速度非常快，天文学家们在这个速度允许的范围，努力求出陨星的实际大小和速度。得到的结果证明各个陨星之间相差很大。人们指出有些陨星的直径有三十米左右，一百米左右，另外一些陨星直径则可达到两千米到四千米。但陨星最明显的特征就是它们那惊人的速度。在1850年7月6日，我们观察到的一颗陨星，它每秒钟走过的路程是76千米，是地球在轨道上每秒钟走过的路程的两倍多。我们已经确认的陨星中最慢的每秒钟移动的距离是2700米。一颗子弹的速度要是它的1/7至1/6。总之，我们观察到的陨星中有几颗在空间中的运动速度要超过卫星。流星也一样。它们的速度可以与地球的速度相比。它们每秒钟走过的距离从12千米到32千米不等。

↓9.天文学家为了解释流星和陨星，他们就假设有很多漩涡，有很多体积很小的小行星环，它们绕着太阳转动。对太阳系的考察已经向我们揭示，行星中从最大的开始排列，是从木星到土星，一直到位于火星之外的小行星。很有可能在天空中还存在着比小行星更小的星体，它们中有一些还不如我们地球上的某些岛屿面积大。天文学家还认为，在天空中盘旋着一些真正的行星颗粒，它们的体积与一块岩石、一个橘子、一颗核桃差不多。那么我们就假定存在着一些天体，一些小行星，它们数量众多、难以计数，绕着太阳做不同的环状飞行，它们中有一些离地球非常近。我们可以想象，在一间黑暗的屋子中，有一条光带，在它上面悬浮着一些灰尘颗粒，它们排列成一个圆环形，我们让这些成环状的灰尘颗粒绕着中心转动，然后就可以想象出那些小行星绕着太阳运行时的情形了。

我们说过，地球距离小行星的圆环非常近，那么很明显，我们的星球相对而言质量非常大，它就能够使得这些靠近我们的小行星的运行发生摄动。受到地球引力作用的小行星，就会逐渐地离开它们的轨道，向着地球落去，以它们绕着太阳运行时的可怕速度，进入地球的大气层中。由于这些小行星运行的速度非常快，与空气发生很强烈的摩擦，于是它的温度急剧升高。这颗以往不能被人们所看到的天体，现在就会立即变得炽热起来，并开始闪闪发光，在后面拖曳着一条发光的尾巴。一般地，随着空气阻力的增加，同时伴随着下落的倾斜，这些流星的首次侵入大气层即告终止。然后它就会重新弹跳起来，就像一颗被斜着投到水面上的石子一样弹出。为了继续被打乱的行程，它就从大气层中弹出去。这些由于受到地球引力作用而偏离它们轨道的小行星们，分散开来并与大气层发生摩擦，在大气层中发出光亮，这样就形成了我们平时看到的流星或陨星。地球在一年中的不同时期，尤其是在每年8月10日至11月12日期间，会深入小行星群的漩涡内部，这就解释了流星雨在每年会周期性出现的现象。

↓10.当小行星第一次接触到地球大气层时，倘若在这颗迷途的小行星的方向上并没有足够大的阻力的话，它并不总是会被大气层弹回的。如果它并没有被弹出大气层，那么它就会整个地穿过厚厚的大气层，当它到达某个高度的时候，这时温度已经足够使它爆裂了，它就会发生爆炸，同时发出雷鸣般的响声，炸裂成无数个碎片，最后以流星雨或陨石雨的形式掉到地面上。这些石头掉落时的力量非常巨大，它们撞到地面的冲力，并不比炮弹的冲力来得小。它们黑色的表面，仿佛被上了一层釉，这传达出一种信号，表明它们开始熔化了。陨石的重量也完全不一样，它们有时就轻得像一粒灰尘一样，而有时则有几百千克重。由于爆炸而产生的陨石碎片有时会散布到十几平方千米的区域中，那么在爆炸之前，这颗流星的体积应该会有多大啊？

小行星的陨落是常见的。天文学观察已经记录了上百个小行星陨落的例子。我们已经完美地证实了从天空中会有石头落到地球上，通过研究这些石头，我们可以获得地球外一些物质的性质的资料。现在，通过对这些从太空中陨落的小行星上矿物质的研究，我们得出了一个奇特的意想不到的结果：迄今为止，我们研究的每一颗小行星陨石上的物质，在地球上都能找到。它们的铁与我们地球上的一样，硫与磷也跟我们地球上的一样，钙、硅、泥土、铜、锡……也都跟我们地球上的一样。这些矿物学样品，就是构成地球外另一个世界的的物质，它们的主要成分是铁。人们甚至认为，地球上那些巨大的纯铁块，正是来自于天空。在托伦（Thorn）附近，人们发现了一颗巨大的陨石，它的重量至少有12.5万千克，这个巨大的金属块在过去的某一天，就像一粒灰尘一样绕着太阳旋转。毫无疑问，它是小行星漩涡中的一部分。在今天，这颗小小的星体躺在地球上，被挖矿工人挖了出来，就像一处普通的矿源一样。从天空中掉下的石头告诉我们，在我们身边的那些来自地球外的物质，与我们身边的物质是一样的。