第四章 从小行星到整个宇宙

1801年元旦之夜，意大利西西里岛上一位天文学家发现了一颗新行星，这个发现轰动了天文学界。因为此前早已经有人通过所谓的提丢斯-波德定则预言了这颗新行星的存在，就像当初天文学家们预言天王星和海王星的存在一样。如今这个发现应验了，一颗新行星被发现了，它被按惯例命名为“谷神星”。

然而，天文学家们不久就失望了，因为这颗新行星实在太小，直径不到1000千米，根本没资格与已经发现的大行星们并列。后来，天文学家们便称之为“小行星”，这就是小行星一名的来源。

千万颗小行星最大的谜是它们从何而来？　后来，天文学家们又相继发现了许多这样的小行星，例如智神星、婚神星、张衡星、祖冲之星、江苏星、南京星等。后面几颗都是中国人发现的。据估测这样的小行星在太阳系中总共有约50万颗。已经发现并且正式编号的有约2000颗。所有这些小行星加起来的质量不过是地球的万分之四左右。

作为小行星，它们有几个共同特点：

一是特指在火星和木星之间一大片小型天体。它们大者直径几百千米，小者几千米、几米甚至几厘米，像条河一样围绕着太阳旋转。

正因为它们在绕太阳公转，才被称为行星，这是它们的第二个特点。

第三个特点是它们的体积都很小，才被称为小行星。

第四是它们“麻雀虽小，五脏俱全”，有许多像大行星的特点，例如它们有公转，也有自转，只是不像大行星一样绕着一根固定的轴线自转，而是乱七八糟地自个儿转来转去。

当然，这些小行星也有一些特征是大行星所没有的，例如它们的形状不再像大行星一样呈圆形，而是各种形状都有。还有，它们根本就没有什么大气，并且成分也不像大行星那样复杂，通体只是一块石头罢了。

最有意思的是，它们虽然小，但有些还有自己的卫星，例如一颗叫“大力神”的小行星就有自己的一颗卫星。它俩的直径分别只有两百多千米和四十多千米。有意思吧！最令天文学家们感到奇怪的是，这些小行星是怎么形成的，又为什么如此之多地聚集在一起？关于这个问题有许多说法，例如说它是彗星的残骸，或者说它本来是一颗大行星，后来由于某种原因碎裂了，化成了千万颗小行星。

迷人的彗星结构并不复杂　在所有天体之中，彗星也许是最迷人的天体之一：一是由于它的“稀罕”——我们也许终生都看不到一次彗星；二是由于它的迷人，当它偶尔光临地球之上，进入我们的视野之内时，它那独特的美丽要远超其他一切天体，它的光芒也仅次于太阳和月亮。由于这两个原因，人们自古以来就对彗星充满了好奇与遐想。令人遗憾的是，无论西方还是东方，总将它幻想成可怕的“坏东西”。就像我们中国古代一样，称之为“扫帚星”，即“灾星”之意！真是奇怪。

什么是彗星呢？彗星是一种小质量的天体，沿着细长的轨道绕太阳运行，并且通常在后面拖着一条长长的尾巴，叫彗尾。

从这里我们可以看到彗星的几个特征：一是它必须是环绕太阳运行的；二是必须是小质量的，否则就是行星了；三是要沿细长的轨道绕太阳运行；四是要在后面有一条长尾巴。最后面这个条件也是不可少的，否则它就不易同小行星区分了。

为什么彗星会有一条长尾巴呢？这同它的构造有关。原来，彗星的主体成分是它的脑袋，即彗核，主要由一些冰块之类的东西组成。彗星朝我们飞来，进入我们的视野时，它已经靠近了太阳，这时候，太阳的高温会使彗核中的冰状物汽化，变成像雾一样的气体，它们像条尾巴一样拖在彗核后，这就是彗尾了。彗尾可能长达几十万、几百万甚至几千万千米，这个长度足以将地球也包裹在内了。因此，彗星能够真正与地球“相撞”，这样的“相撞”曾经吓坏过许多地球人，认为地球的末日到了。当然，事实上地球一点也不在乎，因为这个彗尾的密度实在太小，只有空气的若干分之一，地球与之相撞就像我们人穿过一缕云彩一样，能够伤得了人吗？

上面还有一条，即“沿细长的轨道”，这也是所有彗星的共同特点。我们前面讲过的行星或者卫星的轨道都是近似圆形或者椭圆形的，然而彗星的轨道就不同了，比起它来，前面所有行星卫星的轨道都可以看作是圆形呢！因为它的轨道实在细长得厉害，虽然整体看也是一个椭圆，然而这个椭圆细长得很，简直像根棍子呢！这样的结果是它们的轨道十分漫长，绕太阳转一圈花的时间短的也有一两百年——它们叫短周期彗星，长的则可长达几百万年——它们叫长周期彗星。而且，几乎所有大而亮的彗星都是长周期彗星，对于那些几百万年才光临地球一次的彗星，假如云南元谋或者东非大裂谷的类人猿祖先们看见过这样的彗星之后，直到现在这些彗星就再也没有进入人类的视野了！

在所有的彗星当中，最有名的无疑是哈雷彗星了，它属于公转周期最短的彗星之一，才76年，而且还是大而亮的。这就使得它十分有名了。它的周期是由英国天文学家哈雷发现的，这也是人类确定彗星有周期之始。此前，大家还以为每颗彗星都是新的一颗呢！哈雷最近的一次光临是1986年，那时世界天文学界着实热闹了一阵子。

流星是宇宙中的“孤魂野鬼”　我们最后要谈的太阳系中的天体类型就是流星。

在茫茫太阳系中游荡着许多天体，它们的质量与体积都远小于一般的行星或者卫星，大则直径几十上百千米，小则几米甚至几厘米，它们像一群“孤魂野鬼”般在天空流浪，虽然整体上也是绕太阳运行的，但自身的力量十分弱小，因此，当经过地球附近，就可能受到强大的地球的吸引，被拉入地球的引力圈。当它们进入地球大气层后，便与大气摩擦，产生高温，发出亮光，被称之为“流星”。

流星不像彗星，我们夜晚在天空中几乎随时可见，据天文学家们统计，平均一分钟大概可以看到10颗流星，也就是平均每10秒钟就有一颗。这么多的流星是怎么来的呢？

流星大体有两个来源：一是小行星，二是彗星。

对于前者，我们前面说过，小行星本来就是一些环绕太阳的小小天体，由于某种原因可能进入地球的引力范围之内而被俘虏，进入大气层成为流星。至于彗星，我们说过它的核心就是一些冰之类，其间还有许多杂质颗粒。当彗星靠近太阳时，太阳的热量会使许多这样的颗粒从彗核中崩离出来，不过它们并没有四散奔逃，而是仍然处在彗星的轨道上，由彗星带着飞奔。不用说这些微粒是非常之多的，当彗星带着它们与地球相遇时——上面说过，彗星是能够与地球“相撞”的——这些四散的微粒就会因为与大气摩擦产生光亮，这就是流星了！由于这样的颗粒数以万计，因此产生的流星也就数以万计了，这就是所谓的“流星雨”。例如著名的狮子座流星雨就是这么来的，它是由一颗叫坦普尔的彗星与地球相遇时产生的。当大的流星雨来临时，我们站在夜空下一个小时能看到上万颗流星。

绝大部分流星在穿过地球的大气层时就被烧得什么也不剩了。极偶尔地，当这些流星足够大时，它们可能还没有烧完，留下一些固体物质坠落到地上，这就是我们所谓的“陨石”了。这些陨石有大有小，大的有几吨甚至几十吨，例如在纳米比亚发现的霍巴陨石重达近80吨，小的不到1千克，例如加拿大的维尔拿陨石，还不到1克重。由于这些陨石是人类能够直接研究的唯一来自外太空的实物样本，因此对天文学研究具有重要的意义。

以上我们花大量篇幅讲述了太阳系及其天体，包括太阳系作为一个整体的概况与起源，还有组成它的星星们，像太阳、八大行星、卫星、彗星、流星等，这些内容是今天的天文学家们研究的主要内容。当然，如今天文学家们的研究已经远远地超出了太阳系的天体，向着更深更远的宇宙前进。不过要讲到这些内容就复杂了，我在这里只笼统地讲我们太阳系居于其内的银河系以及比银河系更广阔的概念——宇宙。

银河系只是宇宙中一个普通星系　“银河系”这个词大家都听说过。晚上，当天气晴好时，在满空的繁星之间，我们会在天空中看到一条淡淡的云带，横贯整个天穹，这就是银河系了。

英语中，银河系一词叫galaxy。这个词除了银河系外，另有一个意思，就是星系，即所有星系都可以称为galaxy。这是很重要的，否则的话读某些外文的天文学著作就有麻烦了。

什么是星系呢？顾名思义，星系就是由许多星星组成的一个系统。这些星星中最主要的当然是恒星，也还有行星、卫星等，以及大量的星际尘埃。宇宙就是由这样的星系构成的。

每个星系都包括大量恒星，少则几亿，多则达万亿以上，在恒星之间还有着大量的由星际气体和尘埃组成的星云。所谓星云可不是如云的星星，而是一些没有成为恒星的云雾状气体与尘埃。在过去，有些星系因为隔得太远，令它们看起来像星云，于是也被称为星云，事实上，它们乃是像银河系一样的星系，包括亿万颗恒星。

这些星系大体上分成两类：一类叫椭圆星系，另一类叫旋涡星系。前者在望远镜中是一个由无数恒星构成的球或者椭球体，有的球体直径达几十万光年，包括亿万的恒星，有的则只有几百万颗，被称为矮椭圆星系，这是所有星系中最常见的一类，不过也是最不起眼的一类。

旋涡星系像一个旋涡，整体形状是圆形的，像个圆盘，如果从正面看去，明显地可以看到一条旋臂，它从中心向外曲折旋转，在这条旋臂上聚集着恒星和星际尘埃等，在这条旋臂的中央则是一个巨大的隆起，它有类于星系的“核”，里面聚集着更多的星际物质。

我们的银河系就是这样的旋涡星系。

无论从哪个方面来说，我们所在的银河系都是一个普通的星系，不过因为我们每个人都是银河系中小小的一分子，因此它对于我们的意义就比较特别了。

夜晚，我们在天穹上看到的带状云乃是银河系的中央平面，整体的银河系是什么样子呢？它的样子很像我们中国一件古典民乐器——铙钹，或者也有点像带着光环的土星。从这些比喻我们可以想象出银河系的模样：中间是凸出的一团，有点像一个球或者椭球，然后从它周围伸出去一个圆盘，像土星的光环一样环绕着中心球体，不过它不是薄薄的一片，中心比较厚，从中心往边缘则越来越薄。这是银河系的侧视图，因为它整体的样子像一个圆盘，天文学家们称为银盘。其直径约10万光年，组成它的恒星约有1000亿颗。

长期以来，人类就像一度认为地球居于宇宙的中心、太阳居于宇宙的中心一样，认为银河系是宇宙的中心，甚至伟大的开普勒都是这样认为的，他的理由是：当我们站在地球上往银河系看时，无论何时，所看到的星星都一样密集，这就像站在森林中心看四周一样，必定会看到树木一样的密集，如果站在边缘，就会看到往边缘的一边树木较少。但事实上他错了，这是因为他凭肉眼并不能看到我们头顶银河的真实情况。事实上，经过天文望远镜，会看到一边的星星比另一边要密集得多。这就说明我们和我们所在的太阳系并非居于银河系之中心。

那么我们在什么地方呢？我们所在的地方位于银河系比较边缘的地方，距银河系的中心约3万光年。太阳居于这个地方并不是固定的，它仍在运动。事实上整个银河系都在运动，所有的天体都在绕着银河系的中心旋转，可以称之为恒星们的公转。太阳公转的速度很快，大约是每秒260千米，然而由于银河系太大，它公转的轨道实在太长，转一圈所需要的时间长达2亿5000万年！

这就是宇宙　从某个角度上来说，星系是组成宇宙的元素，我们所知的宇宙正是由无数个这样的星系组成的，我们可以用一种方式总称之：银河系和河外星系，后者泛指银河系之外的所有星系，它们的种类我们前面已经说过了。

那么，什么是宇宙呢？关于这个概念我只说几句。

中国有句古话说，“上下四方曰宇，古往今来曰宙。”也就是说，所有的空间，一切的时间加起来就叫宇宙。相对于茫茫宇宙而言，地球只是沧海一粟。打个比方说吧，我们可以把地球比作大海里一条最小的鱼，它一辈子都在大海里游着，却永远不会知道大海究竟有多大。

是的，关于宇宙这个最大的概念，我们能够确定的是：它从时间上来说无始无终，从空间上来说无穷无尽。人类永远不会知道它是什么时候诞生的、究竟有多大、什么时候会毁灭。

然而，上面的观念只是我们日常的想法，有点“想当然”的味道，在科学家们看来可不是这样。

现在的天文学家们会绘声绘色地告诉你，我们的宇宙诞生于一百亿或几百亿年前的一次大爆炸。这次大爆炸后，宇宙开始只是一些辐射，这个辐射像一个发光的灯泡一样，从中心往四周放射出能量，科学家们称之为膨胀——这种膨胀至今仍在继续，这就是我们后面还要谈到的宇宙的“红移”，这是天文学家们关于现在的宇宙最基本的观念之一。

后来这膨胀像魔术师变戏法似的变出了物质，并且越变越多。那次大爆炸发生约1000年后，这个宇宙便充满物质了。这些物质又在不断地变化，后来渐渐地凝聚起来，变成了一团团的东西，这就是“天体”，我们的地球就是这样的天体。

地球这样的天体被称为行星，太阳这样的天体则被称为恒星，行星与恒星都是很大的天体，它们的形状像球，此外还有彗星、小行星、流星等各式各样不同的天体。

所有这些天体的共同特点是，它们都是我们用眼睛看得见、用手摸得着的实实在在的物质。

然而宇宙间还有一些比较特殊的物质，我们的眼睛看不见，手也摸不着。这主要是一些气体，例如氢，还有很少的钙、钠等，此外还有大量不知道是什么东西的微小尘埃。这些小东西充满了看上去一无所有的星球空间，它们被称为星际尘埃或者星际介质。

星际尘埃虽然小，但只要有足够大的显微镜还是看得见的，因为它们毕竟是物质。

除了物质而外，这个宇宙还有什么呢？

还有能量。

能量的内容像天体一般复杂，例如热能、核能、光能、万有引力等，它们像一根根无形的针穿透了整个宇宙，到处弥漫。

许多这样的星际尘埃、恒星、行星、小行星、彗星等聚集在一起，再加上能量，便构成了更大的单位——星系。

星系就是由上面所有这些天体和能量组成的一个大团子，它的形状通常有点像水中的旋涡，一个星系可能包含几十亿上百亿的恒星、行星、卫星、彗星等天体。

许多相互之间距离比较近的星系还可能会聚在一起成为星系团。

还有一种说法，人们所能观测和探测到的所有天体，包括星系、星系团以及它们之间无边的虚空，总在一起就构成了另一个奇大无比的单位——总星系。

即便如此，人们也只是对这无穷的宇宙进行探索。须知宇宙之大，无奇不有。

现在大家知道宇宙的构成了吧？

宇宙总的成分是物质与能量。

组成宇宙物质的部分就是各种天体，大者如星系、恒星、行星，小者如星际尘埃。

组成宇宙能量的部分就是各种能量，如热能、核能、引力、各种辐射等，它们无形无影，却弥漫整个宇宙。

这样说也许有些模糊，好像宇宙是由这些各式各样的能量呀、物质呀乱七八糟地混在一起构成的，像团乱麻。事实上，宇宙不是一团无序的乱麻，而是一幅井然有序的图画——

我们可以把能量看作这幅《宇宙图》的背景，里面是一个个美丽的旋涡，像在大地上盛开的一朵朵鲜花，它们就是星系。再仔细看这些花儿，它们也有自己独特而美丽的构造，例如花瓣呀、花蕊呀、花粉呀、绿叶呀等，这些就是构成星系的恒星、行星、星际尘埃等了。

这就是宇宙。

上面的说法当然是非常概括、极为简略的说法，宇宙事实上的结构是极为复杂的，组成它的天体也是极为多样的，它们，正如宇宙的大小与年龄一样，还在天文学家们的探索之中。