审核专家:鲁暘筱懿

行星物理学博士、国家遥感中心副研究员

一年有四季告诉我们地球在围绕太阳运动。你知道吗,其实太阳本身也在银河系里围绕着银河中心运动

那么,是谁最先发现太阳也在绕圈的呢?他是怎么向世人证实这一点的?从古至今,人类对星空的认识又有哪些变化?一起来看看吧。

地球在公转,怎么证明太阳也在公转呢?-MAAMX

你熟悉的太阳

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银河系尺度下的太阳系运动

1 被打破的永恒

在说人类发现太阳也在运动的故事之前,先问大家一个问题,什么是恒星,什么是行星?

相信小伙伴们一定会想,这还不简单吗,恒星能够靠核聚变自己发光,而行星不会自己发光。此外,行星会绕着恒星转圈。

不错,这是我们现代人对恒星和行星的理解,然而在几千年前的古代,人们可是不这么想的。

当我们向天空望去,会直观地发现,一天之内太阳和月亮的位置会随时间不断发生变化,而夜空中星星的位置却没有太大变化。最早古人认为星星的位置是不变的,而日月会在天空周而复始地移动、运转。

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不过,这个想法很快就被“打脸”了。古人通过更精细的观测发现,星星的位置一直在发生着变化,长时间来看,群星好像在围绕着天空中的某一个点周而复始地旋转着。

现在,这个点被我们称为北天极,大家熟悉的北极星在地球上看大致就在北天极的位置,很早以前古人就认识到这个现象其实是由于地球自转引起的。

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延迟摄影下的星空,星星会围绕北天极旋转

虽然星星的位置在时刻变化着,但这并不能阻碍古人追求永恒的心。

人们发现夜空里大多数星星都是一起同步围绕北天极旋转的,也就是说,这些星星虽然在运动,但是它们之间的相对位置不会发生改变

不过,却有五个“特立独行”的星星不和大家一起旋转,它们的运动十分诡异,与其他星星的相对位置也在一直改变着,有时还会逆着其他星星的方向运动。

于是,古人把这些不和大家一起旋转的星星称为行星,而把其他同步绕北天极旋转的星星称为恒星,这便是人们最早对行星和恒星的定义,而那五个“特立独行”的星星,便是大家熟悉的金星、木星、水星、火星、土星

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图中的金星和水星是行星,其余为恒星,虚线为黄道

故事当然不会这样简单地结束,相传一位名叫马克罗比乌斯的古希腊先贤就曾提出怀疑,他认为即便是恒星可能也不会老老实实地绕着北天极旋转。

不过,没有任何记载表明马克罗比乌斯确切地观测到了这种现象,他的猜想也“石沉大海”,人类再一次关注这个问题已是2000多年后。

2000年后,爱德蒙·哈雷给出了答案。(没错,哈雷彗星就是以他命名的!)

17到18世纪西方自然科学进入兴起阶段(牛顿力学的诞生),人们不仅已对天体运动进行了大量的观测,掌握了成熟的观测天体的方法,牛顿还发明了当时最先进的反射式望远镜,并在前人的基础上发现了支配所有天体运动的规律——万有引力定律。

1718年,哈雷通过汇总整理了大量前人的天文观测记录发现天狼星、大角星和毕宿五的位置与约1850年前的古希腊天文学家伊巴谷所描述的位置有半度以上的偏差。

由此,哈雷推测恒星之间并不是相对静止的,一定也存在着相对运动,这个现象被称为恒星自行

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埃德蒙多·哈雷:没错!我就是预测哈雷彗星周期的那个人

那么哈雷的推测是否正确呢?如果恒星之间也存在相对运动,那么同样作为恒星的太阳会不会也在不停地运动着呢?接下来,该轮到恒星天文学之父赫歇尔登场了。

2 “奔跑”的太阳系

在哈雷发现一些恒星的相对位置出现变化后,很快就有科学家提出了猜想,认为远处的恒星如同行星一般,一直在沿着某个轨道运动着。

当时,伽利略提出的运动的相对性原理已经深入人心,因此也可以认为原处的恒星静止,太阳系一直在不停地运动着。

借着这个思路,刚因为发现天王星而在天文界名声大噪的赫歇尔观测了7颗不同位置的恒星。借助观测数据和之前的一些关于恒星自行资料,他得出结论:太阳正在向武仙座方向的空间运动着。这个结论可以说是刷新了人们的宇宙观

赫歇尔的工作很快得到了其他天文学家的认可,就此人们第一次证实了太阳相对于其他恒星并不是静止不动的,而是一直在发生着运动,在地球上看的效果就是哈雷曾发现的恒星自行现象。

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威廉·赫歇尔

随后,拉朗德通过27颗恒星自行运动的数据,再次得到了与赫歇尔相同的结论,又一次有力地证实了太阳正在相对其他恒星运动着。

后来人们发现太阳系是银河系的一部分,银河系是一个螺旋形星系,直径十万光年,包括两千多亿颗星。太阳离星系中心大约两万五千到两万八千光年。太阳系以移动速度约每秒220公里,两亿两千六百万年在星系转一圈。

简单来说,太阳系围绕银河系中心做公转运动公转周期为22600万年,也就是2.26亿年。太阳系绕银河系中心转一周的时间称为宇宙年

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太阳绕银河运动的轨道为银道,地球绕太阳公转轨道为黄道

3 恒星天文学之父

说起赫歇尔,他一生中的重大发现可多了,除了前面提到的发现太阳运动、发现天王星之外,他还通过多年巡天观测发现了银河系的结构,并提出银河系是一个盘状的星系

此外,赫歇尔还观测并记录了大量的星系和星云,并为它们分了类,他也因此被誉为恒星天文学之父。

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星云

在观测双星系统时,他发现许多“双星”不仅是视觉上看起来离得近,它们之中有很多对儿是围绕同一个质心旋转的。

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双星系统,A和B两天体绕它们的质心O运动

赫歇尔还首次探测到了天体的红外辐射,成为第一个发现红外线的人。

早年间,从事天文研究之前,赫歇尔其实主要从事音乐方面的工作,著有20余首交响曲,也算是一位古典主义音乐家了。

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赫歇尔的作品

关于“如何证明太阳也在绕圈”的故事到这里就结束了,从一开始的追求永恒到最终形成一套完整的科学体系,人类对宇宙的认识也随着天文学的发展一次次地被刷新着。

浩瀚的星空中还有更多的秘密等待我们去发现,解开宇宙之谜的下一个人也许就是你哦!