日出日落告訴我們(men) 地球在圍繞太陽運動。你知道嗎，其實太陽本身也在銀河係裏圍繞著銀河中心運動。

那麽(me) ，是誰最先發現太陽也在繞圈的呢？他是怎麽(me) 向世人證實這一點的？從(cong) 古至今，人類對星空的認識又有哪些變化？一起來看看吧。

你熟悉的太陽係

銀河係尺度下的太陽係運動

1

被打破的永恒

在說人類發現太陽也在運動的故事之前，先問大家一個(ge) 問題，什麽(me) 是恒星，什麽(me) 是行星？

相信小夥(huo) 伴們(men) 一定會(hui) 想，這還不簡單嗎，恒星能夠靠核聚變自己發光，而行星不會(hui) 自己發光。此外，行星會(hui) 繞著恒星轉圈。

不錯，這是我們(men) 現代人對恒星和行星的理解，然而在幾千年前的古代，人們(men) 可是不這麽(me) 想的。

當我們(men) 向天空望去，會(hui) 直觀地發現，一天之內(nei) 太陽和月亮的位置會(hui) 隨時間不斷發生變化，而夜空中星星的位置卻沒有太大變化。最早古人認為(wei) 星星的位置是不變的，而日月會(hui) 在天空周而複始地移動、運轉。

不過，這個(ge) 想法很快就被“打臉”了。古人通過更精細的觀測發現，星星的位置一直在發生著變化，長時間來看，群星好像在圍繞著天空中的某一個(ge) 點周而複始地旋轉著。

現在，這個(ge) 點被我們(men) 稱為(wei) 北天極，大家熟悉的北極星在地球上看大致就在北天極的位置，很早以前古人就認識到這個(ge) 現象其實是由於(yu) 地球自轉引起的。

延遲攝影下的星空，星星會(hui) 圍繞北天極旋轉

雖然星星的位置在時刻變化著，但這並不能阻礙古人追求永恒的心。

人們(men) 發現夜空裏大多數星星都是一起同步圍繞北天極旋轉的，也就是說，這些星星雖然在運動，但是它們(men) 之間的相對位置不會(hui) 發生改變。

不過，卻有五個(ge) “特立獨行”的星星不和大家一起旋轉，它們(men) 的運動十分詭異，與(yu) 其他星星的相對位置也在一直改變著，有時還會(hui) 逆著其他星星的方向運動。

於(yu) 是，古人把這些不和大家一起旋轉的星星稱為(wei) 行星，而把其他同步繞北天極旋轉的星星稱為(wei) 恒星，這便是人們(men) 最早對行星和恒星的定義(yi) ，而那五個(ge) “特立獨行”的星星，便是大家熟悉的金星、木星、水星、火星、土星。

圖中的金星和水星是行星，其餘(yu) 為(wei) 恒星，虛線為(wei) 黃道

故事當然不會(hui) 這樣簡單地結束，相傳(chuan) 一位名叫馬克羅比烏(wu) 斯的古希臘先賢就曾提出懷疑，他認為(wei) 即便是恒星可能也不會(hui) 老老實實地繞著北天極旋轉。

不過，沒有任何記載表明馬克羅比烏(wu) 斯確切地觀測到了這種現象，他的猜想也“石沉大海”，人類再一次關(guan) 注這個(ge) 問題已是2000多年後。

2000年後，愛德蒙·哈雷給出了答案。（沒錯，哈雷彗星就是以他命名的！）

17到18世紀西方自然科學進入興(xing) 起階段（牛頓力學的誕生），人們(men) 不僅(jin) 已對天體(ti) 運動進行了大量的觀測，掌握了成熟的觀測天體(ti) 的方法，牛頓還發明了當時最先進的反射式望遠鏡，並在前人的基礎上發現了支配所有天體(ti) 運動的規律——萬(wan) 有引力定律。

1718年，哈雷通過匯總整理了大量前人的天文觀測記錄發現天狼星、大角星和畢宿五的位置與(yu) 約1850年前的古希臘天文學家伊巴穀所描述的位置有半度以上的偏差。

由此，哈雷推測恒星之間並不是相對靜止的，一定也存在著相對運動，這個(ge) 現象被稱為(wei) 恒星自行。

埃德蒙多·哈雷：沒錯！我就是預測哈雷彗星周期的那個(ge) 人

那麽(me) 哈雷的推測是否正確呢？如果恒星之間也存在相對運動，那麽(me) 同樣作為(wei) 恒星的太陽會(hui) 不會(hui) 也在不停地運動著呢？接下來，該輪到恒星天文學之父赫歇爾登場了。

2

“奔跑”的太陽係

在哈雷發現一些恒星的相對位置出現變化後，很快就有科學家提出了猜想，認為(wei) 遠處的恒星如同行星一般，一直在沿著某個(ge) 軌道運動著。

當時，伽利略提出的運動的相對性原理已經深入人心，因此也可以認為(wei) 原處的恒星靜止，太陽係一直在不停地運動著。

借著這個(ge) 思路，剛因為(wei) 發現天王星而在天文界名聲大噪的赫歇爾觀測了7顆不同位置的恒星。借助觀測數據和之前的一些關(guan) 於(yu) 恒星自行資料，他得出結論：太陽正在向武仙座方向的空間運動著。這個(ge) 結論可以說是刷新了人們(men) 的宇宙觀。

赫歇爾的工作很快得到了其他天文學家的認可，就此人們(men) 第一次證實了太陽相對於(yu) 其他恒星並不是靜止不動的，而是一直在發生著運動，在地球上看的效果就是哈雷曾發現的恒星自行現象。

威廉·赫歇爾

隨後，拉朗德通過27顆恒星自行運動的數據，再次得到了與(yu) 赫歇爾相同的結論，又一次有力地證實了太陽正在相對其他恒星運動著。

後來人們(men) 發現太陽係是銀河係的一部分，銀河係是一個(ge) 螺旋形星係，直徑十萬(wan) 光年，包括兩(liang) 千多億(yi) 顆星。太陽離星係中心大約兩(liang) 萬(wan) 五千到兩(liang) 萬(wan) 八千光年。太陽係以移動速度約每秒220公裏，兩(liang) 億(yi) 兩(liang) 千六百萬(wan) 年在星係轉一圈。

簡單來說，太陽係圍繞銀河係中心做公轉運動，公轉周期為(wei) 22600萬(wan) 年，也就是2.26億(yi) 年。太陽係繞銀河係中心轉一周的時間稱為(wei) 宇宙年。

太陽繞銀河運動的軌道為(wei) 銀道，地球繞太陽公轉軌道為(wei) 黃道

3

恒星天文學之父

說起赫歇爾，他一生中的重大發現可多了，除了前麵提到的發現太陽運動、發現天王星之外，他還通過多年巡天觀測發現了銀河係的結構，並提出銀河係是一個(ge) 盤狀的星係。

此外，赫歇爾還觀測並記錄了大量的星係和星雲(yun) ，並為(wei) 它們(men) 分了類，他也因此被譽為(wei) 恒星天文學之父。

星雲(yun)

在觀測雙星係統時，他發現許多“雙星”不僅(jin) 是視覺上看起來離得近，它們(men) 之中有很多對兒(er) 是圍繞同一個(ge) 質心旋轉的。

雙星係統，A和B兩(liang) 天體(ti) 繞它們(men) 的質心O運動

赫歇爾還首次探測到了天體(ti) 的紅外輻射，成為(wei) 第一個(ge) 發現紅外線的人。

早年間，從(cong) 事天文研究之前，赫歇爾其實主要從(cong) 事音樂(le) 方麵的工作，著有20餘(yu) 首交響曲，也算是一位古典主義(yi) 音樂(le) 家了。

赫歇爾的作品

關(guan) 於(yu) “如何證明太陽也在繞圈”的故事到這裏就結束了，從(cong) 一開始的追求永恒到最終形成一套完整的科學體(ti) 係，人類對宇宙的認識也隨著天文學的發展一次次地被刷新著。

浩瀚的星空中還有更多的秘密等待我們(men) 去發現，解開宇宙之謎的下一個(ge) 人也許就是你哦！

來源：數字北京科學中心

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來源： 中科院物理所

審核專(zhuan) 家：魯暘筱懿

行星物理學博士、國家遙感中心副研究員

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