绪论

演出舞台是整个银河系，上场角色是它的千亿恒星和地球上的几百名天文学者。

导演是自然界的规律，因而宇宙物质具有明显的集聚成球的倾向，在我们的概念中这些球体就是恒星。恒星中的物质处在很高的温度下，以致固态和液态都不能存在。恒星是依靠自身引力保持成形的气体球，我们称其中之一为太阳。在一位外界的观察家眼里，把它和银河系中别的恒星相比，它是一颗既不特大也不过小，个子中等，亮度一般，在千亿繁星中一点也不突出的平凡恒星。太阳只是对我们才显得那么重要，因为我们的生存和它息息相关。

银河系的大多数恒星都处在一个扁平圆盘中，这个圆盘很大，光线从它的一侧对穿到另一侧，几乎需要 10 万年。恒星受引力和离心力作用而都在沿着复杂的轨道围绕圆盘中心运动，银河系圆盘在自转。此外，在宇宙中我们连同我们所处的恒星系统并不是孤立的，像仙女座大星云就是另一个由群星组成的自转盘状体系；图 0—1 是处在这个恒星系统外面的我们去观察它所看到的样子，因为是斜着看，我们把圆盘看成了椭圆形。仙女座大星云就像是我们银河系的一个翻版。我们这个恒星系统里有什么恒星品种，有什么变化过程，仙女座星系①里也统统都有，而且情况不仅如此，因为像这样一类的天体系统，称为星系的，还有千千万万，也许多得不计其数。

图 0—4 是我们从上往下垂直地看另一个星系的样子。到 1924 年，人们才确信无疑地证明，那些遥远的，往往表现为螺旋形的云雾状东西和我们银河系是同一类天体系统。许多年以来，人们就在注意观察天上那些小小而暗淡的，往往呈椭圆状的模糊盘块，即所谓旋涡星云。早在 1755 年，

当时 31 岁的伊马努埃尔·康德(ImmanuelKant)在他的著作《自然通史和天体论》中就曾经把那些对象和我们自己的恒星系统对比分析：“对于这样一个由恒星组成的世界（康德指我们的银河系），如果有一位处在它外面的观测者从非常遥远的所在去观望它，那么它就会呈现为一个角直径很小的暗淡物体，如果观测者从正面去看它，就会发现它是个正圆形；从侧面去看它，就会发现它是椭圆形。”康德因此作出结论，认为天上那些椭圆状的小星云就是远方别的银河系。他又写道：“把这些椭圆形对象看作是我们新近才阐明其状况的，和我们的恒星系统类似的天体系统，也可以说看成是别的银河系，那么这一切就都圆满地解释通了。”可是真正证实这种猜想，却又用了差不多 200 年功夫。

① 当代学者对仙女座大星云的更确切称呼——译者注。

太阳连同我们人类是处在银河系中心平面附近。我们如果沿着垂直于银河系圆盘平面的方向往外空望去，看到的是稀疏星点，但如果沿着盘面向它的边缘望去，那么就会看到许多星星，图 0—2 正是反映这两种情况。这也就说明了为什么我们这恒星系统的扁平圆盘表现为一条横贯夜空的亮带：银河。图 0—3 是银河的照片。

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可是，充满银河系圆盘的不仅是恒星，发光星际云表明恒星之间的空间并不是空无所有。银河系有百分之一的质量不是集聚在恒星之中，而是布满于星际空间。它的化学组成虽然和太阳一样，但密度只有太阳十亿分之一的十亿分之一的百万分之一。这种星际气体中埋藏着微小的尘粒。星际尘云像层层厚纱削弱了背后传来的星光，并且像地球大气尘埃使落日变红那样造成远处星光的红化。星际尘粒很微小，直径只有万分之一毫米。在银河系中，恒星、气体和尘埃物质缓缓地运动，平均每一亿年围绕

银河系中心运行一周。然而恒星世界却不是慢条斯理的。大批恒星已经一对对结合成双星，每隔若干年、多少天或几小时相互绕行一周。有的星按确切周期涨了又缩，缩了又涨，像是在作呼吸运动。不定相隔多长时间，便会发生一次爆炸把一颗星崩碎，使它暂时大放光明，和所在星系别的千亿恒星的亮度的总和差不多一样亮。还有的星不是平稳放光，而是每隔百分之一秒发一道闪光，一道接一道，明暗相间。

面对这一宏伟自然奇观的是住在地球上的，试图理解宇宙万象的一小批天文学家，而地球则是绕着一颗叫做太阳的平凡恒星公转的一个小小的行星。这些天文学家利用所住行星的资源建造了各种仪器设备，在各地天文台用它们来细测宇宙动静，又用火箭把望远镜送出妨碍观测的地球大气层外去进行探索。有不少同时代人把他们误认为占星术家，可是他们丝毫也不愿同那类人物混为一谈。另外一些人则赞赏他们，因为他们的思维超出了由日常生活经验所能有效推理的范畴。研究工作使他们对大自然的了解，至少是对无机世界根源的认识深化了一步。但是跨出这一步的是客观治学的自然科学家，这样的人不会从自己所取得的专业成果中推导出道德准则来。从事探索天体、理解宇宙的伟业并不等同于使他们变得品质更优良，道德更高尚。他们的动力不单纯是探索未知的渴望。正像人类其他行业一样，追名逐利与同行竞争起着或多或少的作用，而且有的重大发现是来源于这类动机。然而，天文学家之中也照样有求知的热望，他们之间确实存在互助和友好合作，本书不少地方将反映这种实例。具体的研究结果既然是人们劳动的产物，就难免在好多方面不够完善，甚至还有相当程度的缺点与错误。但是天文科学整体，尽管它从巴比伦人的萌芽时期直到现代天体物理学经历了许多迂回曲折，毕竟还是走上了一条前进的大道。