第一章銀河係和太陽係的發現

銀河係

銀河係是地球和太陽所屬的星係。因其主體部分投影在天球上的亮帶被我國稱為銀河而得名。銀河係約有2000多億個恒星。銀河係側看像一個中心略鼓的大圓盤，整個圓盤的直徑約為10萬光年，太陽位於距銀河中心2．3萬光年處。鼓起處為銀心，是恒心密集區，故望去白茫茫的一片。銀河係俯視像一個巨大的漩渦，這個漩渦由四個旋臂組成。太陽係位於其中一個旋臂(獵戶座臂)，逆時針旋轉(太陽繞銀心旋轉一周需要2．5億年)。

銀河係呈漩渦狀，有4條螺旋狀的旋臂從銀河係中心均勻對稱地延伸出來。銀河係中心和4條旋臂都是恒星密集的地方。有9460800000億千米。中間最厚的部分約12000光年。太陽位於一條叫做獵戶臂的旋臂上，距離銀河係中心約2．3萬光年。

銀河係的發現經曆了漫長的過程。望遠鏡發明後，伽利略首先用望遠鏡觀測銀河，發現銀河由恒星組成。而後，T．賴特、I．康德、J．H。朗伯等認為，銀河和全部恒星可能集合成一個巨大的恒星係統。18世紀後期，F．W．赫歇爾用自製的反射望遠鏡開始恒星計數的觀測，以確定恒星係統的結構和大小，他斷言恒星係統呈扁盤狀，太陽離盤中心不遠。他去世後，其子J．F．赫歇爾繼承父業，繼續進行深入研究，把恒星計數的工作擴展到南天。20世紀初，天文學家把以銀河為表觀現象的恒星係統稱為銀河係。J．C．卡普坦應用統計視差的方法測定恒星的平均距離，結合恒星計數，得出了一個銀河係模型。在這個模型裏，太陽居中，銀河係呈圓盤狀，直徑8千秒差距，厚2千秒差距。H·沙普利應用造父變星的周光關係，測定球狀星團的距離，從球狀星團的分布來研究銀河係的結構和大小。他提出的模型是：銀河係是一個透鏡狀的恒星係統，太陽不在中心。沙普利得出，銀河係直徑80千秒差距，太陽離銀心20千秒差距。這些數值太大，因為沙普利在計算距離時未計入星際消光。20世紀20年代，銀河係自轉被發現以後，沙普利的銀河係模型得到公認。

銀河係是一個巨型旋渦星係，sb型，共有4條旋臂。包含一二千億顆恒星。銀河係整體作較差自轉，太陽處自轉速度約220千米／秒，太陽繞銀心運轉一周約2．5億年。銀河係的目視絕對星等為-20．5等，銀河係的總質量大約是我們太陽質量的1萬億倍，大致10倍於銀河係全部恒星質量的總和。這是我們銀河係中存在範圍遠遠超出明亮恒星盤的暗物質的強有力證據。關於銀河係的年齡，目前占主流的觀點認為，銀河係在宇宙誕生的大爆炸之後不久就誕生了，用這種方法計算出，我們銀河係的年齡大概在145億歲左右，上下誤差各有20多億年。而科學界認為宇宙誕生的“大爆炸”大約發生在137億年前。

太陽係

從人類賴以生息繁衍的地球向外看，天空最引人注目的就是給人類光明和溫暖的、燦爛輝煌的太陽。

太陽係是由受太陽引力約束的天體組成的係統，它的最大範圍約可延伸到l光年以夕卜。太陽係的主要成員有：太陽(恒星)、八大行星(包括地球)、無數小行星、眾多衛星(包括月亮)，還有彗星、流星體以及大量塵埃物質和稀薄的氣態物質。

150億年前的宇宙大爆炸誕生了宇宙，宇宙開始膨脹，並慢慢變冷，孕育了包括我們在內的太陽係。

科學家預言，不用50億年，太陽開始逐漸膨脹並慢慢消亡，使太陽係陷入永恒的寒冷和黑暗之中。因此，要想在太陽係外尋找人類新的住所，就必須先對我們的太陽係有足夠的了解。

1962年12月14日，美國“水手2號”航天探測器執行的近金星探測飛行使命標誌著對行星及新的星係探索的開始。

在遠古的時候，人們就注意到天上許多星星的相對位置是恒定不變的。但有5顆亮星卻在眾星之間不斷地移動。因此人們把“動”的星星稱為“行星”，“不動”的星星稱為“恒星”，並給行星各自起了名字，即：水星、金星、火星、木星和土星。其中水星也稱辰星，它最靠近太陽，不超過一辰(30度)。金星又叫太白星或啟明星、長庚星。它光彩奪目，是全天最亮的星；火星又稱“熒惑”，因它的火紅顏色而得名；木星也稱歲星，它大約12年運行一周天，每年差不多行經一次(全天分成十二次)，古代用它來紀年；土星也稱鎮星或填星，因為它大約28年運行一周天，一年鎮守一宿(中國古代把全天分成二十宿)。這就是人們肉眼能看見的五大行星，中國古代統稱它們為“五星”，再加上太陽、月亮總稱為“七曜”。

近兩個世紀以來，天文學家又發現了2顆大行星(天王星、海王星)。這樣，包括地球在內的8顆行星就構成了一個圍繞太陽旋轉的行星係統。離太陽最近的行星是水星，以下依次是金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。除了水星和金星之外，所有的行星都有衛星。在火星和木星之間存在著數十萬顆大小不等、形狀各異的小行星，天文學家把這個區域稱為小行星帶。此外，太陽係中還有許許多多的彗星、流星以及稀薄的微塵粒和氣體等。

太陽質量占太陽係總質量的99．8％，它以自己強大的引力將太陽係裏的所有天體牢牢地吸引在它的周圍，使它們不離不散、井然有序地繞自己旋轉。同時，太陽又作為一顆普通恒星，帶領它的成員，萬古不息地繞銀河係的中心運動。

太陽係起源包含兩個基本問題：太陽係中形成行星的物質從何而來和行星是怎樣形成的。圍繞這兩個問題，產生了各種各樣的學說。

1755年，德國哲學家康德首先提出了太陽係起源的星雲假說。他認為，太陽係是由原始星雲按照萬有引力定律演化而成。在這個原始星雲中，大小不等的固體微粒在萬有引力的作用下相互接近，大微粒吸引小微粒形成較大的團塊，團塊又陸續把周圍的微粒吸引過來，這樣，團塊越來越大，而“天體在吸引最強的地方開始形成”。

引力最強的中心部分吸引的物質最多，先形成太陽。外麵的微粒在太陽吸引下向其下落時，與其他微粒碰撞而改變方向，變成繞太陽做圓周運動；運動中的微粒又逐漸形成引力中心，最後凝聚成朝同一方向轉動的行星。41年後，法國著名的數學家和天文學家拉普拉斯(Pierre Simon Laplace)也獨立提出了關於太陽係起源的星雲假說。與康德的星雲說不同之處在於，他認為太陽係是由熾熱氣體組成的星雲形成的。氣體由於冷卻而收縮，因此自轉加快，離心力也隨之增大，於是星雲變得十分扁平。在星雲外緣，離心力超過引力的時候便分離出一個圓環，這樣反複分離成許多環。圓環由於物質分布不均勻而進一步收縮，形成行星，中心部分形成太陽。繼星雲說之後，又相繼出現了“災變說”、“俘獲說”等理論。

隨著現代天體物理學和物理學的發展，特別是恒星演化理論的建立，產生了現代星雲說，並逐漸占了主導地位。現代星雲假說根據觀測資料和理論計算，提出它的主要觀點：太陽係原始星雲是巨大的星際雲瓦解的一個小雲，一開始就在自轉，並在自身引力作用下收縮，中心部分形成太陽，外部演化成星雲盤，星雲盤以後形成行星。目前，現代星雲說又存在不同學派，這些學派之間還存在著許多差別，有待進一步研究和證實。

因為太陽同人類的關係太密切了，所以兩個多世紀以來，許多傑出的思想家都探討過太陽係的起源。關於太陽係的起源問題，200年來因為沒有一種權威說法，因此人們提出了一種又一種假說，累計起來，已經有40種之多，但其中影響比較大的，主要有以下幾種觀點。

災變學說：這個學說的首創者是法國的布封。20世紀前50年，又有一些人相繼提出太陽係起源於災變。這個學說認為太陽是先形成的。在一個偶然的機會中，一顆恒星(或彗星)從太陽附近經過(或撞到太陽上)，它把太陽上的物質吸引出(或撞出)一部分。這部分物質後來就形成了行星。根據這個學說，行星物質和太**質應源於一體。它們有“血緣”關係，或者說太陽和行星是母子關係。他們都把太陽係起源歸結為一次“偶然”撞擊事件，而不是從演化的必然規律去進行客觀的探討，因為銀河係中行星係是比較普遍的，太陽係絕不應是唯一的行星係，隻有從演化的角度去探求才有普遍意義。就撞擊來說，小天體如果撞擊到太陽上，它的質量太小，不可能把太陽上的物質撞出來，小天體必被太陽吞噬掉。1994年彗星撞擊木星就是極鮮明的例證。21塊蓄核對木星發起連續的攻擊，在木星表麵僅引起小小一點漣漪，消化掉的是彗星。如果說恒星與太陽相撞，這種幾率就更小了。因此，曾提出災變學說的一些人，後來也自動放棄了原有的觀點。

星雲說：這種觀點首先由德國偉大哲學家康德提出來，兒十年以後，法國著名數學家拉普拉斯又獨立提出了這一問題。

他們認為，整個太陽係的物質都是由同一個原始星雲形成的，星雲的中心部分形成了太陽，星雲的外圍部分形成了行星。然而康德和拉普拉斯也有著明顯差別，康德認為太陽係是由冷的塵埃星雲的進化性演變，先形成太陽，後形成行星。拉普拉斯則相反，認為原始星雲是氣態的，且十分灼熱，因其迅速旋轉，先分離成圓環，圓環凝聚後形成行星，太陽的形成要比行星晚些。盡管他們之間有這樣大的差別，但是他們大前提是一致的，因此人們便把他們捏在一起，稱“康德——拉普拉斯假說”。

俘獲學說：這個學說認為太陽在星際空間運動中，遇到了一團星際物質。太陽靠自己的引力把這團星際物質捕獲了。

後來，這些物質在太陽引力作用下加速運動。類似在雪地裏滾雪球一樣，由小變大，逐漸形成了行星。根據這個學說，太陽也是先形成的。但是，行星物質不是從太陽上分出來的，而是太陽捕獲來的。它們與太**質沒有“血緣”關係，隻是“收養”關係。

盡管各種假說都有充分的觀測、計算和理論根據，也都有致命的不足，所以一直也沒有一種被普遍接受的假說。太陽係在等待著新的假說。