第十章 不斷擴展的視野
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紀左右的時間才能将它們數完！
當然，不曾有人透過望遠鏡一顆顆地數星星，其總數是通過把不同天區的若幹區域中實際可見的星星數目的平均值運用于整個星空而計算出來的。
兩個世紀前，著名的英國天文學家赫歇耳（WilliamHerschel）用自制的大型望遠鏡觀看星空時，注意到肉眼可見的星星大都出現在銀河這條橫跨夜空的微弱光帶内。
正是由于他的功勞，天文學才認識到，銀河并不是天空中的普通星雲，而是由相距甚遠因而暗到無法用肉眼一一分辨的衆多恒星組成的。
通過使用越來越強大的望遠鏡，我們得以把銀河看成由越來越多的星星所組成，不過，銀河的主要部分仍然處于模糊的背景當中。
但若以為銀河區域内的星星比其他天區的星星更為稠密，那就錯了。
事實上，某個區域的星星之所以看起來比其他區域稠密，并非因為分布更為集中，而是因為星星沿這個方向的分布更為深遠。
（在望遠鏡的協助下）星星沿着銀河的方向一直伸展到目力所及的邊緣，而在其他方向，星星的分布并未擴展到視力的極限，它們之外主要是近乎空無所有的空間。
沿着銀河的方向看過去，我們仿佛在透過密林張望，無數條樹枝彼此層疊交織，形成連續的背景；而沿着其他方向，我們在星星之間看到的是一塊塊空蕩蕩的空間，就像在樹林裡，透過頭頂上方的枝葉可以看見一塊塊藍天一樣。
因此，銀河在空間中占據着一個扁平區域，沿着銀河平面延伸得很遠，沿其垂直方向則比較薄。
太陽隻不過是銀河中無足輕重的一員。
經過一代代天文學家更為細緻的研究，我們已經知道，銀河系大約包含40000000000顆恒星，它們分布在直徑約100000光年、厚度為5000~10000光年的一個透鏡形區域内。
由這種研究還得出一個結論：太陽根本不是這個巨大星系的中心，而是靠近其外邊緣，這對我們人類的自豪感來說真是打擊啊！ 圖111試圖向讀者表明，銀河這個巨大的星巢看起來是什麼樣子。
這裡的銀河系縮小了100000000000000000000倍，代表各個恒星的點也遠小于400億，這當然是出于版面的理由。
圖111 一位天文學家在觀看縮小了100000000000000000000倍的銀河系。
天文學家頭頂差不多就是太陽所在的位置 這個由群星組成的銀河系最典型的性質之一就是，它和太陽系一樣也在迅速旋轉。
和金星、地球、木星等行星沿着近乎圓形的軌道繞日運轉一樣，形成銀河系的數百億顆恒星也在圍繞所謂的銀心運轉。
銀河系的這個旋轉中心位于人馬座的方向上。
事實上，你若沿着銀河跨過天空的模糊形狀看過去，會發現越靠近人馬座，銀河就變得越寬，這表明你正朝着這個透鏡狀物體更厚的中心部分看去（圖111中那位天文學家正是朝着這個方向觀看的）。
我們并不知道銀心看起來是什麼樣子，因為懸浮在太空中的濃密而黑暗的星際物質遮住了它。
事實上，如果觀察銀河在人馬座區域中變厚的部分，85你會以為這條神話中的天路在這裡分成了兩條&ldquo單行道&rdquo。
但它并非真實的分岔，之所以有這種印象，完全是因為星際塵埃和氣體的暗雲懸浮在我們與銀心之間的太空中。
銀河兩側的黑暗是由于黑暗空間的背景，而這裡的黑暗卻是由于不透明的暗雲。
中間那塊黑暗區域的幾顆星星其實是在我們和暗雲之間（圖112）。
圖112 朝銀心看去，我們會以為這條神話中的天路分成了兩條&ldquo單行道&rdquo 看不到包含太陽在内的數十億顆恒星繞之旋轉的神秘銀心固然很遺憾，但通過觀察散布在銀河系以外的其他星系，我們也能知道它大緻是什麼樣子。
銀心并不是某一顆超級巨星，像太陽統治行星一樣統治着銀河系的所有其他成員。
稍後我們會講到，對其他星系中心部分的研究表明，這些中心也是由衆多恒星組成的，唯一的區别在于，這裡的恒星要比太陽所在的遠離中心的區域稠密得多。
如果把行星系統看成由太陽統治的專制國家，那麼銀河系則像是一個民主國家，一些成員占據着有影響力的中心位置，其他成員則隻好屈尊于社會外圍更為卑下的位置。
如上所述，包括太陽在内的所有恒星都沿着巨大的軌道圍繞銀心運轉。
那麼，如何來證明這一點呢？這些星星的軌道半徑有多大？周期有多長？ 幾十年前，荷蘭天文學家奧爾特（JanHendrikOort）回答了所有這些問題。
他對銀河系的觀測方法非常類似于哥白尼對太陽系的處理。
我們先來回憶一下哥白尼的論點。
古巴比倫人、古埃及人和其他一些人都已經注意到，木星、土星等大行星似乎在以非常奇特的方式跨過天空。
它們先是像太陽一樣沿橢圓運行，然後突然停住并後退，再折回來繼續沿原來的方向前進。
圖113下方是土星在兩年左右的時間裡所走路線的示意圖（土星的運轉周期是29.5年）。
過去出于宗教偏見，地球被視為宇宙的中心，所有行星和太陽本身都被認為繞着地球旋轉，必須通過假定行星軌道包含若幹個環來解釋上面這些奇特的運動。
哥白尼則要更為敏銳。
他天才地解釋說，這種神秘的翻筋鬥現象緣于地球和所有其他行星都在圍繞太陽作簡單的圓周運動。
圖113上方的示意圖清楚地描繪了這種解釋。
太陽位于中心，地球（小球）沿着小圓運轉，土星（帶着一個環）沿着與地球相同的方向在大圓上運轉。
l，2，3，4，5表示地球和運動更為緩慢的土星在一年之中的幾個位置。
從地球的不同位置引出的部分豎線表示某顆恒星的方向。
連接地球的各個位置與相應的土星位置，我們看到，這兩個方向（指向土星的和指向恒星的）之間的夾角先是增大，繼而減小，然後又增大。
因此，那種看起來的翻筋鬥現象并不意味着土星的運動有什麼特别之處，而是因為我們是從運動地球上的不同角度來觀測這種運動的。
圖113 圖114顯示了奧爾特關于銀河系中恒星旋轉的論點。
從圖的下方可以看到銀心（有暗雲之類的東西），整個圖上有許多恒星環繞着這個中心。
三個圓表示與中心有不同距離的恒星軌道，中間那個圓表示太陽的軌道。
圖114 如圖114，我們來考察八顆恒星（配以光芒，區别于其他點），其中兩顆與太陽軌道相同，不過一顆在前、一顆在後，其他恒星則位于或大或小的軌道上。
需要注意的是，由于引力定律（參見第五章），與太陽軌道上的恒星相比，外層恒星的速度較小，内層恒星的速度較大（圖中以不同長短的箭頭來表示）。
如果從太陽或地球上看，這八顆恒星的運動會如何呢？我們這裡談的是沿視線的運動，根據所謂的多普勒效應最容易觀測到它
兩個世紀前，著名的英國天文學家赫歇耳（WilliamHerschel）用自制的大型望遠鏡觀看星空時，注意到肉眼可見的星星大都出現在銀河這條橫跨夜空的微弱光帶内。
正是由于他的功勞，天文學才認識到，銀河并不是天空中的普通星雲，而是由相距甚遠因而暗到無法用肉眼一一分辨的衆多恒星組成的。
通過使用越來越強大的望遠鏡，我們得以把銀河看成由越來越多的星星所組成，不過，銀河的主要部分仍然處于模糊的背景當中。
但若以為銀河區域内的星星比其他天區的星星更為稠密，那就錯了。
事實上，某個區域的星星之所以看起來比其他區域稠密，并非因為分布更為集中，而是因為星星沿這個方向的分布更為深遠。
（在望遠鏡的協助下）星星沿着銀河的方向一直伸展到目力所及的邊緣，而在其他方向，星星的分布并未擴展到視力的極限，它們之外主要是近乎空無所有的空間。
沿着銀河的方向看過去，我們仿佛在透過密林張望，無數條樹枝彼此層疊交織，形成連續的背景；而沿着其他方向，我們在星星之間看到的是一塊塊空蕩蕩的空間，就像在樹林裡，透過頭頂上方的枝葉可以看見一塊塊藍天一樣。
因此，銀河在空間中占據着一個扁平區域，沿着銀河平面延伸得很遠，沿其垂直方向則比較薄。
太陽隻不過是銀河中無足輕重的一員。
經過一代代天文學家更為細緻的研究，我們已經知道，銀河系大約包含40000000000顆恒星，它們分布在直徑約100000光年、厚度為5000~10000光年的一個透鏡形區域内。
由這種研究還得出一個結論：太陽根本不是這個巨大星系的中心，而是靠近其外邊緣，這對我們人類的自豪感來說真是打擊啊！ 圖111試圖向讀者表明，銀河這個巨大的星巢看起來是什麼樣子。
這裡的銀河系縮小了100000000000000000000倍，代表各個恒星的點也遠小于400億，這當然是出于版面的理由。
圖111 一位天文學家在觀看縮小了100000000000000000000倍的銀河系。
天文學家頭頂差不多就是太陽所在的位置 這個由群星組成的銀河系最典型的性質之一就是，它和太陽系一樣也在迅速旋轉。
和金星、地球、木星等行星沿着近乎圓形的軌道繞日運轉一樣，形成銀河系的數百億顆恒星也在圍繞所謂的銀心運轉。
銀河系的這個旋轉中心位于人馬座的方向上。
事實上，你若沿着銀河跨過天空的模糊形狀看過去，會發現越靠近人馬座，銀河就變得越寬，這表明你正朝着這個透鏡狀物體更厚的中心部分看去（圖111中那位天文學家正是朝着這個方向觀看的）。
我們并不知道銀心看起來是什麼樣子，因為懸浮在太空中的濃密而黑暗的星際物質遮住了它。
事實上，如果觀察銀河在人馬座區域中變厚的部分，85你會以為這條神話中的天路在這裡分成了兩條&ldquo單行道&rdquo。
但它并非真實的分岔，之所以有這種印象，完全是因為星際塵埃和氣體的暗雲懸浮在我們與銀心之間的太空中。
銀河兩側的黑暗是由于黑暗空間的背景，而這裡的黑暗卻是由于不透明的暗雲。
中間那塊黑暗區域的幾顆星星其實是在我們和暗雲之間（圖112）。
圖112 朝銀心看去，我們會以為這條神話中的天路分成了兩條&ldquo單行道&rdquo 看不到包含太陽在内的數十億顆恒星繞之旋轉的神秘銀心固然很遺憾，但通過觀察散布在銀河系以外的其他星系，我們也能知道它大緻是什麼樣子。
銀心并不是某一顆超級巨星，像太陽統治行星一樣統治着銀河系的所有其他成員。
稍後我們會講到，對其他星系中心部分的研究表明，這些中心也是由衆多恒星組成的，唯一的區别在于，這裡的恒星要比太陽所在的遠離中心的區域稠密得多。
如果把行星系統看成由太陽統治的專制國家，那麼銀河系則像是一個民主國家，一些成員占據着有影響力的中心位置，其他成員則隻好屈尊于社會外圍更為卑下的位置。
如上所述，包括太陽在内的所有恒星都沿着巨大的軌道圍繞銀心運轉。
那麼，如何來證明這一點呢？這些星星的軌道半徑有多大？周期有多長？ 幾十年前，荷蘭天文學家奧爾特（JanHendrikOort）回答了所有這些問題。
他對銀河系的觀測方法非常類似于哥白尼對太陽系的處理。
我們先來回憶一下哥白尼的論點。
古巴比倫人、古埃及人和其他一些人都已經注意到，木星、土星等大行星似乎在以非常奇特的方式跨過天空。
它們先是像太陽一樣沿橢圓運行，然後突然停住并後退，再折回來繼續沿原來的方向前進。
圖113下方是土星在兩年左右的時間裡所走路線的示意圖（土星的運轉周期是29.5年）。
過去出于宗教偏見，地球被視為宇宙的中心，所有行星和太陽本身都被認為繞着地球旋轉，必須通過假定行星軌道包含若幹個環來解釋上面這些奇特的運動。
哥白尼則要更為敏銳。
他天才地解釋說，這種神秘的翻筋鬥現象緣于地球和所有其他行星都在圍繞太陽作簡單的圓周運動。
圖113上方的示意圖清楚地描繪了這種解釋。
太陽位于中心，地球（小球）沿着小圓運轉，土星（帶着一個環）沿着與地球相同的方向在大圓上運轉。
l，2，3，4，5表示地球和運動更為緩慢的土星在一年之中的幾個位置。
從地球的不同位置引出的部分豎線表示某顆恒星的方向。
連接地球的各個位置與相應的土星位置，我們看到，這兩個方向（指向土星的和指向恒星的）之間的夾角先是增大，繼而減小，然後又增大。
因此，那種看起來的翻筋鬥現象并不意味着土星的運動有什麼特别之處，而是因為我們是從運動地球上的不同角度來觀測這種運動的。
圖113 圖114顯示了奧爾特關于銀河系中恒星旋轉的論點。
從圖的下方可以看到銀心（有暗雲之類的東西），整個圖上有許多恒星環繞着這個中心。
三個圓表示與中心有不同距離的恒星軌道，中間那個圓表示太陽的軌道。
圖114 如圖114，我們來考察八顆恒星（配以光芒，區别于其他點），其中兩顆與太陽軌道相同，不過一顆在前、一顆在後，其他恒星則位于或大或小的軌道上。
需要注意的是，由于引力定律（參見第五章），與太陽軌道上的恒星相比，外層恒星的速度較小，内層恒星的速度較大（圖中以不同長短的箭頭來表示）。
如果從太陽或地球上看，這八顆恒星的運動會如何呢？我們這裡談的是沿視線的運動，根據所謂的多普勒效應最容易觀測到它