6天文常识1001条11

南京大学天文系学生翻译作品原著：1001ThingsEveryoneShouldKnowAbouttheUniverse作者：Dr.W.A.Gutsch出版时间：1998年中文译名：天文常识1001条翻译成员：南京大学天文系本科生02级高旭阳郭洋刘慧根马波童霄汪翊鹏王涛王渊徐晓杰谢基伟03级张博翻译时间：2004年岁末------------------------------------------------------------------------------------本活动宗旨：（1）提高本科同学对天文的兴趣；（2）提高本科同学的英语阅读及翻译水平；（3）为大众普及天文知识，增强同学们的社会责任感。致谢：本活动受南京大学天文系天文学教学基地资助。版权申明：所有内容归大众所有，不用于商业牟利。组织者2004年12月19日于南大天文系南京大学天文系邮编：210093网址：南京大学天文系学生翻译作品目录第一章天文学、天文学家和专业工具································3第二章简要的历史回顾：站在巨人的肩膀上··························18第三章月球：我们最近的邻居······································21第四章我们的生命之灯——太阳···································30第五章内太阳系：小型行星的世界·································39第六章外太阳系：巨型行星的世界································48第七章小行星、彗星、流星体以及宇宙尘·····························62第八章深邃的夜空：太阳系外的世界································73第九章恒星的秘密···············································78第十章恒星的一生···············································85第十一章年老的恒星：超新星、黑洞等····························100第十二章我们的星之都市：银河系·······························113第十三章宇宙岛···············································120第十四章宇宙学：从宇宙的末端到时间的开端······················127第十五章寻找地外文明，我们是孤独的吗？·························141编者注：本译稿中非国际制单位与国际制单位的转换如下：1磅＝0.454千克，1英里＝1.61千米，1英尺＝0.305米2南京大学天文系学生翻译作品第一章天文学、天文学家和专业工具1天文学是…研究宇宙中一切物体（除了地球）的自然科学的一个分支。但是，天文学家确实也研究太阳和地球高层大气的作用，包括极光等。2大部分天文学家其实是天体物理学家。直到19世纪后期，天文学是很难描述和计算的。天文学家通过望远镜给天体照相并计算一些像日月蚀，行星的位置，恒星的位置和距离。尽管如此，天文学家是缺少对恒星物理性质和主宰它们为什么发光、怎样演化的物理机理的真正了解的。从那以后，我们在原子结构和物质作用知识上的突破使得天文学家通过物理规律的大方面应用而发现了宇宙的内在工作机制。这样，今天的大部分天文学家实际是天体物理学家并在做天体物理。这一头衔可以在鸡尾酒会上给人留下深刻印象。3天文学家大体上可以分为观测天文学家和理论天文学家。虽然一些人两方面都做，大部-分人更适合其中之一。尽管观测天文学家不必要整天埋头观测，他们要进行望远镜和仪器（如相机，光度计，光谱仪等）的研究设计来获得和分析宇宙天体的数据。另一方面，理论天文学家典型的是应用超级计算机建立模拟宇宙现象的模型。4观测天文学家和理论天文学家的工作经常是互相补充的。有时，观测天文学家会发现宇宙中无法解释的现象而理论天文学家会试着用数学和已知物理规律来解释观察到的东西。还有时，理论天文学家会发展一种理论预示了宇宙中某种现象或某种物理条件存在而观测天文学家会试着通过观察验证这种理论对不对。第一个例子是脉冲星的发现和后来的中子星理论。第二个例子是黑洞存在的理论假设和接着黑洞被真正发现。5总体来讲，研究宇宙是一件令人气馁的被动的活动。物理学家、化学家、生物学家有一个共同点：他们可以钻进实验室或到达目的地有效的创造出他们要研究的现象。他们可以接触到它，操作它，直接的和它们联系。问一个物理学家一个物质有多重，他们可以放在秤上称并马上读出来。问一个化学家一个反应放出多少热，他可以用温度计测出来。问一个生物学家一个血样有什么遗传特征，他可以立刻进行一系列小心的检测。对于天文学家来说整个宇宙就是一个实验室。但是，宇宙，用定义说就是“延展在那儿”的远在我们直接接触范围之外的所在。天文学家虽然可以测出一颗恒星离我们的距离，但是他不能用一盒卷尺去测量来验证这个距离。天文学家想知道太阳表面的温度，但是他不能去太阳那儿插一个温度计。天文学家想知道一个遥远星系的组成，但是他不能去那儿采样再运回地球分析。然而我们确实知道恒星的距离，太阳的温度，遥远星系的组成。这就是天文学为什么是一个如此令人着迷的领域，是一件对人类思想创造性灵活性有如此贡献的礼品。6天文学家通过收集分析宇宙天体的光和其它波段辐射研究宇宙。天文学家不能去宇宙中大部分的行星，恒星，和星系。取而代之，他们通过天体发送给我们的信息研究宇宙。能够携带信息给我们的就是光和其他波段辐射。这样天文学家主要通过天体辐射，研究宇宙天体（由物质构成）。很快我们就会谈到辐射。你也会在本章末找到关于物质的部分。7光学望远镜是一件通过聚光使我们可以看到比我们只用肉眼看到的更弱物体的设备。望远镜的原理本质上是相同的。进入望远镜的光被一系列的透镜、面镜不断聚焦成更细的光柱。3南京大学天文系学生翻译作品因为光和辐射是天文学家研究宇宙的手段，所以越多的辐射被收集，能了解的信息就越多。8有两种基本的光学望远镜类型。大部分不是折射望远镜就是反射望远镜。9折射望远镜用透镜系统聚光。小的时候大部分人有这样的经验，在晴天我们用放大镜点燃一片树叶或纸。这个实验的原理就是放大镜把表面的光聚焦成一点，使这一点的温度特别高，即光度特别大。一架折射望远镜用透镜组完成同样的事情。在折射望远镜大的一端有两片大小相等但不同类型的镜片。当光通过它们，它们共同工作把光聚焦在望远镜筒另一端。在这一点，不管望远镜指向哪里都会成像。10反射望远镜用一面或多面反射镜完成相同的事情。在一架简单的反射望远镜中，遥远光束落在反射镜上。这面反射镜不是平的，它是凹面的。结果就会产生聚焦的效果。一种具体的形状是抛物面，可以使平行光轴的入射光聚焦在同一点。像折射望远镜一样，遥远物体在这一点成像。11一种简单的普通的被广大天文爱好者喜爱的反射望远镜是牛顿发明的。这一款今天被称为牛顿式反射望远镜的设计，在镜筒一端用凹抛物面集光聚焦。为了观测者方便，在镜筒里面另一端放置一块平面镜把光反射到镜筒侧面安装目镜的地方。许多天文爱好者都有这种设计的望远镜。12口径几到几十厘米的折射望远镜比反射望远镜昂贵。比如，平均15厘米的反射望远镜要几百美元，而15厘米的折射望远镜要几千美元。原因是这种大小下，磨制天文观测使用的反射镜比磨制透镜系统便宜。13对于需要便携性的爱好者来说，折射望远镜和牛顿反射式都是笨重的。一个典型的10英寸的牛顿反射式大约6到7英尺长100多磅重，而一个6英寸的折射望远镜就有这样大。很清楚，除非你有固定的场所安装这些设备，否则你要面临运输的困难。14另一种被称为施米特—卡塞格林的望远镜设计提供了一个有趣的优点。它是用反射镜和透镜的结合。口径几到几十厘米大小的施米特—卡塞格林式远比牛顿式昂贵但比纯折射的便宜，并且有着当牛顿式性能相近镜筒只有其三分之一长的优点。这样，施米特—卡塞格林式更便携且可以放在一个小的因而便宜的地方。因为它短，在有风的时候晃动的就很少。这是很重要的，因为望远镜的放大作用，即使很小的微风引起的震动在望远镜的像上也会产生很大的晃动。15我们看到昀暗物体的下限取决于有多少光进入我们的眼睛而被聚焦。我们能看到东西因为光通过瞳孔被眼内的透镜系统聚焦在视网膜上成像，信号再被送到大脑。越多的光进入眼睛，越多的光落到视网膜上，越强的信号被送到大脑，就感到物体越亮。当我们刚进入一个黑屋子或刚从明亮的环境走到户外，我们感觉到什么都看不见。但当眼睛“适应”后，就可以看的更清楚了。适应是指瞳孔逐渐变大允许更多的光通过。尽管如此，还是有一个极限，能看多暗取决于瞳孔昀大能变多大。16望远镜能让我们看到更暗物体是因为它们让更多的光进入我们的眼睛。即使在昀暗的条件下，平均来说，认得瞳孔不能扩张大于8毫米。所以我们只能看到昀暗和通过8毫米见方4南京大学天文系学生翻译作品的光通量呈正比亮度。但是望远镜可以使我们欺骗大自然而把更多的光聚焦成适合瞳孔大小的光柱。用你的裸眼去看星空，你只能用瞳孔的8毫米见方集光。用望远镜看星空相当于用250毫米见方的透镜或面镜集光，这样相当于有了直径250毫米的瞳孔。这就怪不得望远镜能让我们看到宇宙中远比用裸眼看的暗的多的东西。理解这一基本原理你就明白能给我们揭示迄今为止都为尽知的宇宙的望远镜的神奇魔力了。我们将要看到，专业天文学家并不用眼睛而是用远比眼睛客观的仪器接受信号。但是位置是一样的。17天文学家倾向用主镜的口径称呼一架望远镜。天文学家倾向用“36英寸”或“2.4米”称呼一架望远镜。这样做的时候，他们使用英尺或米作单位指出望远镜主镜的直径。主镜通常被称为物镜。18望远镜能够给我们看更远更暗天体的能力取决于主镜的面积。虽然天文学家用目镜的直径称呼望远镜，但望远镜聚光的能力正比于目镜的面积而不是起直径。根据圆面积公式，10英尺的望远镜实际上比5英尺的望远镜多聚4倍的光。望远镜聚集光的能力有时被称为聚光能力。但是这和望远镜的放大率没有任何关系。19为了放大望远镜中的像，你需要一个目镜。天文爱好者买的望远镜大多带有一组分类的目镜。每一个目镜典型的是一个小的包含透镜系统的圆柱。不同的目镜得到不同的放大率。20为了计算出一个特定目镜下一架特定望远镜的放大率，你必须理解焦距。每一个望远镜物镜和目镜有一个所谓的焦距。它其实是一个距离，通常用毫米衡量。（1英寸等于25.4毫米）如果你曾经用放大镜烧过树叶，放大镜镜片和燃烧物之间的距离就是焦距。换句话说，它就是透镜和来自遥远的光（此处是太阳）会聚的点。目镜的焦距通常写在目镜筒的侧面或末端，物镜的焦距经常包含在望远镜的文献里。21计算放大率，你要做的只是一个除法。当你在望远镜上插入一个特定的目镜需要计算它的放大率时，你要做的只是用物镜的焦距除以目镜的焦距。例如，一架望远镜物镜焦距是2540毫米，你插入了一个焦距25.4毫米的目镜，它的放大率是100。这样，意味着当你通过这架观测时，你会看到比你用裸眼近100倍或大100倍的物体。22理论上，用任一架望远镜可以得到任一放大率。为了得到更大的放大率你要做的只是选用越来越短焦距的目镜。这样，如果25.4毫米焦距的目镜得到100倍放大率，那么一半焦距的目镜，即12.7毫米，再同一望远镜上可以得到200倍的放大率。6.35毫米焦距的目镜可以得到400倍的放大率。理论上你可以一直这样做下去直到百万倍的放大率或者更多。但是这里面有一个问题，那就是……23望远镜的有用放大率。必须要记住的是目镜放大的是通过物镜的经聚焦形成的像。所有的目镜要利用这个像来放大因此就有一个限制，即在多少光的总量下能有效的工作。简而言之，目镜接受越多的光，它就可以把像放的越大并仍能在你眼睛的视网膜上产生足够明亮和清晰的像。换而