主题：【分享】天文学基础讲座

极其稀薄的木星环

    随着行星际空间探测器的发射，不断揭示出太阳系天体中许多前所未知的事实，木星环的发现就是其中的一个。早在1974年"先锋11号"探测器访问木星时，就曾在离木星约13万公里处观测到高能带电粒子的吸收特征。两年后有人提出这一现象可用木星存在尘埃环来说明。可惜当时无人作进一步的定量研究以推测这一假设环的物理性质。1977年8月20日和9月5日美国先后发射了"旅行者1号"和"旅行者2号"空间探测器。经过一年半的长途跋涉，"旅行者1号"穿过木星赤道面，这时它所携带的窄角照相机在离木星120万公里的地方拍到了亮度十分暗弱的木星环的照片。同年7月，后其到达的"旅行者2号"又获得了有关木星环的更多的信息。

    根据对空间飞船所拍得照片的研究，现已知道木星环系主要由亮环、暗环和晕三部分组成。环的厚度不超过30公里。亮环离木星中心约13万公里，宽6000公里。暗环在亮环的内侧，宽可达5万公里，其内边缘几乎同木星大气层相接。亮环的不透明度很低，其环粒只能截收通过阳光的万分之一左右。靠近亮环的外缘有一宽约700公里的亮带，它比环的其余部分约亮10％，暗环的亮度只及亮度环的几分之一。晕的延伸范围可达环面上下各1万公里，它在暗环两旁延伸到最远点，外边界则比亮环略远。据推算，环粒的大小约为2微米，真可算是微粒。这种微米量级的微粒因辐射压力、微陨星撞击等原因寿命大大短于太阳系寿命。为了证实木星环是一种相对稳定结构这一说法，人们提出了维持这种小尘埃粒子数量的动态稳定的几种可能的环粒补充源。

隐藏极深的海王星环

    由于拥有环的三颗行星——土星、木星和天王星都属于类木行星，因而人们很自然会去猜想第四个类木行星——海王星是否也存在环。

    美国杂志《空间与望远镜》1978年4月号曾报道，1846年10月10日就有人在60厘米反射望远镜中用肉眼看到过海王星环，并在次年为剑桥大学天文台台长查里斯所证实，后者甚至得出环半径为海王星半径1.5倍的结论。但因后人在寻找海王星卫星的多次观测中均未发现环，这件事就渐渐被人淡忘了。本世纪80年代在发现天王星环的鼓励下，不少人试图通过海王星掩星事件来发现环，但对几次掩星观测结果的解释却是众说纷纭。有人报道发现了环，有人则说不存在环。对报道发现环的观测结果也有人认为可用其他原因来解释而否定环的存在。总之，海王星是否有环一时成了悬案。

    1989年8月，"旅行者2号"探测器终于使这一悬案有了解答。当她飞近海王星时，发现海王星周围有3个光环隐藏在尘面下，而且外光环很不一般，呈明显弧状，沿弧有紧密积聚的物质。但有关海王星环系的具体情况至今仍不太清楚，还需要人们更多的探测和研究。

还存在别的行星环吗？

    自从天王星环、木星环和海王星环发现以来，行星环在太阳系中再不是珍品了。那么其他行星是否会有尚未发现的环存在呢？有人提出地球历史上也曾经有过一个由微粒构成的环，并用此来解释大约3400万年前地球上冬季温度曾一度降低了20℃而夏季温度却无变化的化石植物学资料。这个假设的地球环存在了100~200万年后因高层大气的阻尼作用、微陨星的冲击及太阳风轰击而逐渐消失，故今天也就不存在了。当然这仅仅是一家之说，是否确有其事尚待后人进一步考证.

流星和狮子座流星雨

中国科学院上海天文台 赵君亮     一. 流星和流星体     太阳系内除了太阳、九大行星及其卫星、小行星、彗星外，在行星际空间还存在着大量的尘埃微粒和微小的固体块，它们也绕着太阳运动。在接近地球时由于地球引力的作用会使其轨道发生改变，这样就有可能穿过地球大气层。或者，当地球穿越它们的轨道时也有可能进入地球大气层。由于这些微粒与地球相对运动速度很高（11－72公里／秒），与大气分子发生剧烈摩擦而燃烧发光，在夜间天空中表现为一条光迹，这种现象就叫流星，一般发生在距地面高度为80－120公里的高空中。流星中特别明亮的又称为火流星。造成流星现象的微粒称为流星体，所以流星和流星体是两种不同的概念。     流星体的质量一般很小，比如产生5等亮度流星的流星体直径约0.5cm，质量0.06毫克。肉眼可见的流星体直径在0.1-1cm之间。它们与大气的相对速度与流星体进入地球的方向有关，如果与地球迎面相遇，速度可超过每秒70公里，如果是流星体赶上地球或地球赶上流星体而进入大气，相对速度为每秒10余公里。但即使每秒10公里的速度也已高出子弹出枪膛速度的10倍，足以与大气分子、原子碰撞、摩擦而燃烧发光，形成流星而为我们看到。大部分流星体在进入大气层后都气化殆尽，只有少数大而结构坚实的流星体才能因燃烧未尽而有剩余固体物质降落到地面，这就是陨星。特别小的流星体因与大气分子碰撞产生的热量迅速辐射掉，不足以使之气化产生流星现象，而是以尘埃形式飘浮在大气中并最终落到地面上，称为微陨星。     据观测资料估算，每年降落到地球上的流星体，包括汽化物质和微陨星，总质量约有20万吨之巨! 这是否会使地球不断变"胖"呢？请看地球质量约为6×1021吨。由于流星体下落使地球"体重"的增加在50亿年时间内的总量约为3.3×1017吨，或者说使地球质量增加了两万分之一，相当于体重200斤的大胖子增加0.1两。可见其实在是微不足道！

二. 流星雨和彗星

    流星通常是单个零星出现的，彼此间无关，出现的时间和方向也没有规律，平均每小时可看到10条左右，称为偶现流星（又称偶发流星）。但是偶现流星在整个夜晚的出现频数则不一样：从统计上来说下半夜出现的零星比上半夜多，而且也比较明亮。原因在于下半夜流星是由与地球迎面相遇的流星体和地球追上的流星体造成的，而上半夜出现的流星则是追上地球的流星体造成的（可以用马路上自行车流作比方）。

    有时候在天空某一区域某一段时间内流星数目会显著增多，每小时几十条甚至更多，看上去就象下雨一样，这种现象称为流星雨。特别大的流星雨又称流星暴。如1833年狮子座流星雨出现时每小时竟多达35000条（约每秒10条），景象甚为壮观。流星雨是一大群流星体闯入地球大气的结果，这种成群结队的流星体称为流星群。

    流星群的各个成员在空间的运动轨道基本上是彼此平行的。由于透视的原因，在地球上看来由流星群造成的流星雨仿佛都从同一点向外辐射出来，这一点称为流星雨的辐射点。大多数流星群即以辐射点所在星座或附近的恒星命名，如狮子座流星群，宝瓶座δ流星群等。

    通常认为流星雨的出现与彗星有关。彗星是太阳系内一类奇特的天体，它在远离太阳的时候表现为一颗彗核，直径几公里或更大些。一旦接近太阳，在太阳辐射的作用下，由于彗星核物质的气化会形成巨大的彗发和长长的彗尾。流星群便起源于彗星散射出来的物质碎粒或是瓦解了的彗核。最著名的例子是1826年发现的比拉彗星，地球在每年的11月27日通过它的轨道。1846年1月发现比拉彗星已分裂为二，且分裂后的两颗彗星间的距离越来越大。1855年，它们双双重新出现，但已经分得很开。在以后两次预期彗星该出现的年份都没有观测到，人们以为它失踪了，然而在1872年11月27日夜晚天空中突然出现极为壮观的流星雨，辐射点在仙女座。1885年11月27日又发现了同样的现象。后来得知1798、1830和1838年已观测到过仙女座流星雨。可见比拉彗星在瓦解前早已在散发大量的质点，仙女座流星雨毫无疑问与比拉彗星有关，故又称比拉流星雨。

彗星散发出的微粒在漫长的年代中会逐渐因同样辐射压和大行星引力摄动而分布在整个彗星运动轨道上。由于一部分彗星的轨道可以与地球公转轨道相交，当地球穿越这种区域时便会因大批微粒进入地球大气层而形成流星雨。比如狮子座流星雨平常年份流星数目并不多，只是每隔33年才有一次程度不等、规模较大的流星暴出现，这33年就是母体彗星轨道运动的周期。

附表： 一些主要的流星群

名 称	可见日期	出现率极大日期	有关彗星
天琴座流星群	4月20日－4月24日	4月22日	1861Ⅰ
宝瓶座η流星群	5月2日－5月7日	5月5日	哈雷
天琴座δ流星群	7月22日－8月1日	7月31日	无
英仙座流星群	7月27日－8月16日	8月12日	1862Ⅲ
猎户座流星群	10月17日－10月25日	10月21日	哈雷
金牛座流星群	10月25日－11月25日	11月8日	恩克
狮子座流星群	11月16日－11月19日	11月17日	1866Ⅰ
双子座流星群	12月7日－12月15日	12月14日	无

三. 狮子座流星雨

    天文学家现已清楚，形成狮子座流星雨的母体彗星是1866年发现的坦普尔－塔特尔彗星。历史上有关狮子座流星雨的观测过程却十分有趣：

1799年	欧洲、南美均观测到这一流星雨，德国探险家A.Humboldt有过精彩描述。
1833.11.12	北美东海岸9小时内估计观测到24万多颗流星。
1834年	发现辐射点在狮子座，因而命名为狮子座流星雨。奥伯斯证认出1766、1799两年11月在委内瑞拉观测到也是同一流星群的两次出现，周期33.59年。天文界开始认识和研究狮子座流星雨。
1864年	纽顿证明狮子座流星雨从902年起就有活动记载。共计有十个年份，其中6次记载取自中国官方史书。
1866.11	狮子座流星雨再次出现，计算出其运动轨道。
1867.11	奥普尔茨给出彗星1866Ⅰ轨道，因与狮子座流星群轨道十分相似而得知其为流星群的母体彗星。
1899年	未观测到狮子座流星雨，彗星也没观测到，有人认为彗星已瓦解。公众感到受骗上当而十分气愤，对天文学家的不信任感陡然增加。
1900.11.15/16	在加拿大重又观测到狮子座流星雨，每小时1千条。第二年在美国西南部和墨西哥又见到，每小时最多达2千条。
1933年	未发现流星雨，有人估计彗星可能已碎裂。
1965年	重新找到了失踪近一个世纪的坦普尔－塔特尔彗星。
1966.11.17	再度观测到狮子座流星雨，最盛时每小时超过14万颗。

四. 流星雨出现对人类活动的影响

    1.可能对航天器造成威胁。流星群颗粒大都很小（<1mm），但速度极高。以98年狮子座流星雨为例，相对地球的运动速度为71km/s，达到子弹初速的100倍。如果较大颗粒或结构较坚实的颗粒高速撞击人造卫星或其它航天器，很可能造成严重后果，如舱面击穿，探测器损坏，太阳能板受损，电子器件因等离子体放电而失效，甚至整个航天器被击坏、击毁等。历史上已经有过这类事件发生，如1993年英仙座流星暴使欧洲航天局的Olympus卫星因遭到一颗流星体的撞击而一度失控。

    2.大批流星群闯入地球大气造成的电离效应可能使远距离电讯发生异常。

    3.对云层和雨量的影响。大批流星体尘埃散入地球大气，提供了额外的水汽凝结中心，会使云层和雨量增大。

    4.陨星击中人类或牲畜。关于人体被陨星直接击中尚未见报道，但据说1836年在巴西曾砸死几只羊，1911年埃及打死一条狗，1969年澳大利亚发生过陨星打穿屋顶等事件。

    5.严重的撞击灾变事件。这类事件的祸首已不能算是流星体，而是大小不等的小行星。

    6.可以利用流星出现时，因流星体燃烧形成的长条电离离子柱对无线电讯号的反射作用，进行高频或甚高频通讯，作用距离可达1800公里。因流星通讯不受太阳活动或核爆炸影响，在军事上有重要意义，美国已有流星通讯设备作为战术通讯的一种手段来装备部队。

    7.天上掉一颗星，地上就要死去一个人的说法是毫无科学道理的。

人类认识宇宙的里程碑

中国科学院上海天文台 赵君亮     天文学是最古老的自然科学学科之一。人类正确认识宇宙以及地球在宇宙中的地位经历了漫长的过程，这一过程与历史上许多著名学者的辛勤劳动——细致的观测和深入的理论研究——是密切不可分的。 从托勒密到哥白尼     早在公元前4世纪，古希腊哲学家亚里士多德就已提出了"地心说"，即认为地球位于宇宙的中心。公元140年，古希腊天文学家托勒密发表了他的13卷巨著《天文学大成》，在总结前人工作的基础上系统地确立了地心说。根据这一学说，地为球形，且居于宇宙中心，静止不动，其他天体都绕着地球转动。这一学说从表观上解释了日月星辰每天东升西落、周而复始的现象，又符合上帝创造人类、地球必然在宇宙中居有至高无上地位的宗教教义，因而流传时间长达1300余年。     早在两千多年前，古希腊天文学家阿里斯塔克就已提出了朴素的"日心说"。他指出，太阳位于宇宙中心静止不动，地球则绕着太阳运动，同时又绕轴自转。可惜由于科学水平的限制，这一天才的思想未能为人们所认识。直到中世纪末，由于用托勒密地心体系推算出来的行星位置与实际天象的观测结果不符，人们才开始怀疑地心说的正确性。1543年，波兰天文学家哥白尼在他的不朽名著《天体运行论》中系统地提出了日心说。在他阐释的日心体系中，太阳居于宇宙的中心，地球和其他行星沿着圆形轨道绕太阳运行。这样一来，托勒密地心体系中需要用极为复杂的运动图象来解释行星运动天象的烦琐的工作一下子变得十分简单。后来，德国天文学家开普勒指出，行星绕太阳运动的轨道应该是椭圆而不是圆，太阳位于椭圆的一个焦点上。这一重大发展使得观测结果完全可以用理论来加以解释和预报，日心说的地位进一步得以巩固。

按照日心学说，就地球上的人来看，天上恒星的位置应随着地球绕太阳运动而发生变化。在哥白尼提出日心说后的近300年中，人们进行了大量的观测，企图证明这一点，可是始终没有成功。原来，恒星离开地球十分遥远，最近的一颗也远达43万亿千米。因此，地球围绕太阳运行造成的这颗恒星的位置变化只有12.5。恒星越远，这一变化也越小，当时的观测仪器是无法探测到的。直到1838年，德国天文学家白塞尔才首次利用三角方法测出一颗名为天鹅61的恒星的位置变化，并推算出它的距离为11.2光年，从而最终证实了哥白尼的日心地动学说。地球的地位从居宇宙之中的特殊天体降为绕太阳运动的一颗普通行星。