第二十五讲 星云

↓1.银河、银河的形状与位置。

↓2.赫歇尔对银河的探索与研究。

↓3.雾所产生的景象、雾气笼罩的地平线。

↓4.由恒星们组成的磨盘、对银河的解释。

↓5.对天空的测量。

↓6.星云的形状与大小、光穿过银河所需要的时间。

↓7.从远处看到的银河。

↓8.天空中的岛屿。

↓9.光的百万年旅行、不可分解星云、太阳诞生的实验室。

↓1.在晴朗的夜空，谁不曾看到过一条发亮的带子，就像一道发出磷光的雾气，从天空的这一端横跨至另一端？天文学家将它称为银河，通常人们会将它称为圣雅克之路。古人曾经讲过这样一个故事：有一天，朱诺（Juno）给她的孩子武仙（Hercule）哺乳时，有几滴神圣的奶汁从婴儿的嘴中流出来，洒到了天空中，由此形成了银河，即奶汁之河。科学保留了古代神话传说中的这个名字，但是，它却摒弃了原先的奶汁形成银河的这个传说，而赋之以另外一个更为庄重的解释。对于这一点，你们在下文中可以自行判断。

通过肉眼来看，银河就像一层发亮的淡淡的轻雾，它呈现为一条不规则的带状。银河环绕在整个天空中，把天空分成两个几乎相等的部分。在我们的这个半球，冬天时我们会看到银河穿过仙后座、英仙座、御夫座，非常靠近御夫座的五车二星；接下来，它经过猎户座的附近，把猎户举着的大头棒罩住了；最后，它到达天狼星的附近。在夏天，它从仙后座流向天鹅座与天鹰座，并穿过它们；从天鹅座开始，它分成两个分叉，而在南边的天空靠近半人马座的α星的地方，银河的这两个分叉又合二为一了。于是，在整个银河长度一半的地方分成两个弧，而另一半则单独成一部分，也许我们可以将它比喻成一枚戒指，该戒指的金属环被分成两个部分，中间留出一个空隙，嵌进那珍贵的宝石。单凭肉眼的力量我们不能再获得更多关于银河的信息。望远镜能告诉我们关于银河的其他知识。

↓2.如果我们将望远镜指向银河中的任意一个位置，那么很快就能看到成千上万的亮点，而最初我们用眼睛观察这里时，只能看到一片模糊的微光。严格说来，这里是群星聚集之地，栖居了无数颗恒星。从远处看，海滩上的沙粒混合在一起，像一条带子；从近处看，它就分成无数的单个的小沙粒。银河也一样，从远处看，或者用肉眼看，它就像一片乳色发光的带子；从近处看，也就是用望远镜看时，它就是无数的单颗星星的聚集体。我们所说的天体海洋的沙滩上，堆积的是恒星，而不是沙粒。当赫歇尔研究天空中的这一神奇景象时，他所使用的望远镜只能看到月球圆盘的四分之一那么大的一块区域，但就是在这样一片狭小的区域内，他所看到的星星就有300颗、400颗、500颗，直到600颗。在银河的这样一个小小角落里，只有月球圆盘四分之一那么大的一块区域居然就有600颗星星。那么，在整个月球圆盘的区域内就会有2400颗星星！在整个天空中，我们不用望远镜而只用肉眼来看，也看不到那么多颗星星。尽管望远镜的观察区域保持不变，然而星星则由于它们的视转而发生移动，不断地在更新着。赫歇尔尝试着统计所观察到的星星的数量，他估测，每十五分钟，就会有11.6万颗星星进入他的眼睛！他估计整个银河中星星的数量至少会有1800万颗！

↓3.是否银河就像望远镜所告诉我们的，它是由几百万几千万颗太阳聚积在一起形成的一个环，或者它是一层均匀分布的太阳所形成的景象，我们自己处于这层太阳的内部？下文中的例子可以解释我的这一想法。

假设在我们周围的地面上环绕着一层高十米左右的薄雾，这层薄雾在水平方向上是可以延伸的，但在垂直的方向上它的高度是有限的。那么，我们在这层薄雾的中间能看到什么呢？在我们的头顶上空，我们的视线几乎可以无障碍地延伸出去，因为雾的高度是有限的，我们只能看到一些很少的雾气的微粒，蓝色的天空似乎变得暗淡了一些。而与此相反，我们在水平的方向上向四周看上去，我们看到的都会是雾气微粒的不固定行列，这些雾气微粒重叠在一起，并且，由于这种重叠，观察者周围的雾气加重了，形成一个不透明的云状的圆环。因此，对于均匀的雾气层来说，当我们顺着它厚度较小的方向去看时，我们看不到雾气层；当顺着它厚度较大的方向去看时，我们就能够看到雾气层了。因此，它就在我们的周围形成一个云雾的环形地带。平常环绕在地平线上的那层雾气，实际上并没有其他的形成原因，它就是这样形成的。在水平方向上，雾气并不比我们所处地方的雾气更重，而是因为从水平方向看去，地面上的雾气重叠起来了，从而显得更为厚重。

↓4.这样，让我们与赫歇尔一起来想象如下情形：无数颗星星，它们彼此之间的距离几乎相等，并且它们排列成了扁平状的星团形状，或说层叠成磨盘的形状，而这个扁平状的星团或是磨盘的厚度，比起它的宽度来，小得可以忽略不计。我们可以利用前文中所讲过的一个例子来想象这一情形。它是由许多颗恒星形成的雾，尽管它的厚度有限，但它的长度与宽度却是无限地大。我们的太阳就是这许多颗恒星中的一颗，因此我们处于这个恒星磨盘内部的一个位置上，这样就可以解释这一切了。如果我们顺着恒星磨盘厚度这个方向看去，那么我们就只能看到很少的星星，在这个方向上的天空似乎也变得空空荡荡了；而如果我们顺着恒星磨盘的宽度这个方向看去，那么我们就能看到无数颗星星，这些星星重叠在一起，似乎互相紧挨着，它们融汇成了一条发出奶白色亮光的连续光带。因此，这个由无数颗太阳所组成的磨盘，它在其宽度的方向上形成了一个由无数颗恒星组成的带子，环绕在我们周围并漂浮在天空中，这就像从一层轻雾的最厚方向上看去，这层轻雾就呈现为一圈云层一样。因此，银河是顺着由恒星组成的扁平磨盘宽度的方向上看到的景象，而我们自己就是这个扁平磨盘的一部分。因此，银河就是一个被恒星形成的雾所包裹的界面。

↓5.现在我们来对之加以总结。所有我们在天空中所看到的恒星，不论是小的还是大的，肉眼看到的还是望远镜所看到的，全部加起来，其总数至少有4000万颗左右。这些恒星排列成一个扁平的星团，我们的太阳就位于它的中间。太阳只是和它的伙伴们聚成的巨大恒星堆中一颗普通的恒星。对于我们这些从恒星层的中间来观察银河的地球人来说，在某一个方向上我们是看不到这个恒星团的，这是因为它在这个方向上太薄了，但是在另一个方向上，我们却能看到恒星密密麻麻分布的情景，也就是说能够看到银河，我们将这种恒星密密麻麻分布的恒星层称为星云，星云通常呈现为磨盘的形状。从天鹅座到半人马座，银河开始分叉，因此我们知道银河这个恒星层是在它的一半位置处开始分成两层的。于是，人们将星云比做一个纸盘，该纸盘从它中间的地方微微分开，分成相互断开的两层。

↓5.赫歇尔尝试着去估测这个恒星团的尺寸大小，他的方法非常令人惊讶，并且他的原理非常简单，因此我们在这里非讲述一下不可。如果星云中恒星之间的距离相隔的距离几乎是相等的（这是一个非常自然的假设），那么从某一个特定的方向去看星云，如果这个方向的星云越厚，那么从这个方向上看到的恒星应该会越多。就是以这样一个毋庸置疑的原理为基础，赫歇尔开始去测量天空了。他以天文望远镜作为探测与测量的工具，望远镜能够使他的视线深入到星云的深入去，顺着天空的这个方向，望远镜中可能只会出现一颗恒星；在天空的另一个方向，望远镜中则会出现十颗恒星；而在天空的第三个方向，望远镜中则会出现一百颗恒星；另一个方向，两百颗恒星；然后是三百颗如此等等。根据这些数字，他就可以推算出眼睛所探测到的各个方向上恒星层的不同厚度。最后根据这些不同的厚度，他就可以很容易地画出星云的形态与结构。

↓6.由此，赫歇尔发现，恒星磨盘的宽度这个方向，也即在银河这个方向上，恒星磨盘要比它的厚度方向上大一百倍。尽管望远镜能够看到非常深远的地方，但是他确信他不可能探测到星云的尽头。赫歇尔认为，星云是深不可测的。他通过对星星的亮度作比较，最后发现：在银河中亮度最暗的恒星是离我们最近的恒星距离的500倍。不过，对于我们而言，最近的恒星离我们的距离，是三四光年；而对于我们来说，银河的边缘离我们的距离，则是1500至2000光年；那么为了在这座星云的宽度方向上从它的一端来到另一端，以光速也至少要走上3000年至4000年。现在，如果你们觉得你们的想象力足够强的话，那么，你们试着形成一个关于我们所居住的这个恒星层的观念。一道光从星云的一端射出，它开始飞速地向前奔驰。即使雷电的速度也太慢了，不可能追上它，只有思想的速度才能与之相比。在你们读这个字的时间里，也就一秒钟的时间里，它就已经绕地球走了七八圈，走了30万千米；在下一秒钟内，它还会走上30万千米……就这样下去，光会一直保持着这个速度。几年过去了，几个世纪过去了，几千年过去了，这道光还是没有到达它的目的地。这道光在它发射出来的四千年后，才到达这座星云的另一端。谁知道呢，因为赫歇尔所给出的银河的大小，在其他的伟大天文学家看来，可能会比银河实际要小呢？谁知道呢？就没有人会说银河得有光走上一万年那么大吗！从武仙赫拉克勒斯的嘴里漏下的几滴奶水，你们觉得能填满如此广阔的空间吗？

↓7.银河这座星云绕着我们在天空中画了一个环状带，这是由于我们正好处于这根环状带的中间位置。银河是由于我们的观察点位于中间而产生的一个景象。但倘若我们处于这个恒星层很远的地方，那么我们所看到的景象就会完全不一样。假设我们正处于这个恒星磨盘之外的某个不太远的地方，并且面对着这个磨盘，那么，这时我们所看到的这座星云就是一个闪闪发光的巨大圆盘，它覆盖了整个天空。假设我们离这个恒星磨盘远去，那么这个磨盘就会变得越来越小，而恒星磨盘上那些发亮的点，相互之间就会离得越来越近，最后它们就会相互靠在一起，融合成一片乳白色的光。当我们离银河足够远时，那么原先那个巨大的星团就会变成一个只有手掌那么大小的白色云团。几何学计算出，当我们与银河之间的距离是银河最大宽度的334倍时，看到它的角直径是10分。也就是说，这时它看上去就像是处于12米之外的五法郎硬币的大小。实际上我们完全不能想象，我们的星云由于距离的关系而缩小为这么小的一块面积。但是在几何学的指引下，理性总是能够对此作出合理的想象。理性能够看到大得不可估量的恒星层，在这里有着成万上亿的太阳们，它们聚集在天空的一角，理性看到这个恒星层就像一个圆形的小斑块一样，它发出模糊的亮光，这使我们想起微弱的磷光。

↓8.但是，倘若有一个很好的望远镜，那么实际上，我们也能从地球上看到理性所想象的位于遥远距离处的星云的样子。在天空中的很多区域中，在恒星层之外的地方，我们可以通过望远镜而看到一些发亮的斑点。这些斑点也是淡淡的云状，发出乳白色的光。它们中的大部分也是与我们银河星云相似的星云，也就是说，它们也是恒星团。到目前为止，在天文学家所能探测到的天空的最深远处，我们已经统计出有四千多座这样的星云。随着我们使用更高倍数的天文望远镜，所能看到的星云数目也将会不断地增加。由于距离的因素这些星云看起来亮度很弱，体积很小，因此它们很难被肉眼看到。要想看到它们，我们必须用最好的天文望远镜。用一架中等倍数的望远镜来看，这些星云就像是泛着淡淡白色光亮的一片片小小的云片。它们发出的光是如此微弱，以致人们担心仿佛轻轻吹一口气就能把它们吹灭。但是随着望远镜倍数的增大，事实就会逐渐被揭示出来，你们也会渐渐发现自己原先的想法会有多愚蠢了。

这些一个个发亮的云片，原先人们担心会将它们一口气吹灭，但实际上它们却是一个个无比巨大的恒星团。一开始，云团似乎是同质的，而到现在，它就分解成无数个单独发亮的点，分解成一颗颗的星星，就像银河分解成了一个个的小碎片一样。倘若我们试图要计算出其中恒星的数目，那么这是件白费力气的事情。因此，我们的星云，即银河系，它并不是独一无二的，在天空的各个角落，都存在着其他的恒星团，至于它们的数量，人类也许永远都不会确切地知道。这些星团之间彼此之间相距非常遥远，因此宇宙就像一个没有已知海岸的海洋，而这些星团仿佛就像这个海洋中数之不尽的岛屿一样。

↓9.这些天上的岛屿呈现出各种各样的形状，它们中有一些是球

形的；有一些是完美的圆形；有一些是拉长的椭圆形状；而另外的有一些呈冠毛状；有一些弯曲成环形；有一些只是简单的发亮的线；它们中有的呈直线形；有的呈曲线形；它们中还有一些像被彗发所包裹着的彗核一样的形状；有一些绕着一个公共的中心，将它的恒星们聚集起来，形成一个个螺旋形的厚条形状，看到这些，人们相信自己看到了烟火，而这实际上是恒星们所形成的发光条纹。下面我们来讲讲它们的距离。要想看到我们的银河星云变成10分的角直径，那么就需要将它移到离我们距离是其直径的334倍的远处。不过，一道光线要从银河的直径方向穿过它，那么至少需要3000年或4000年的时间，或许可能是10000年的时间，姑且认为是最小的那个数字，那将是3000年的334倍，也即比100万年稍多一点的时间，这就是在距离我们的银河334倍其直径的远处，即看到银河角直径为10分的地方，光要到达那个地方所要花费的时间。有一些星云的视面积大小是10分，另外一些星云要小一些，因此，恒星团距离我们是如此遥远，光线要从这些恒星团到达我们这里，至少需要100万年。

除了那些用我们的望远镜可以将它们分成一个个亮点、一颗颗星星的星云之外，天文学家们还认识了另一些星云，这些星云是不能借助于望远镜分开的，也就是说，不管我们用多大倍数的望远镜去看，这些星云还是一片片发出乳白色光亮的斑块。我们将前者称为可分解星云，将后者称为不可分解星云。不可分解星云不会像可分解星云一样呈现出规则的形状，它们像被强风吹得七零八落的云片一样，它们是由弥漫的物质构成的，与彗星云团的物质相类似，这些由微细的物质构成的云团，似乎是天空中的实验室，它会慢慢地受到引力的作用，从这里诞生出新的太阳来。