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第27章 恒星天文学的发展

◆“恒星不恒”的发现和研究

1718年,哈雷把他观测到的恒星位置同喜帕恰斯、托勒密的观测结果相比较,发现天狼,参宿四、大角等星的位置本身有变化,由此发现了恒星的自行。

1748年,布拉得雷提出,恒星自行可能是太阳运动和恒星运动的综合结果。1783年,F·W·赫歇耳通过对7颗星的自行的分析得知太阳在向武仙座方向运动,此后又通过对27颗恒星的分析,求出运动向点是在武仙座λ附近,和今测点楔差不到10度。1837年,德国阿格兰德尔分析了390颗的自行,证实了F·W·赫歇耳的结论。

◆宇宙空间的拓展——星系概念的出现

英国的赖特(1750)、德国的康德(1755)、朗伯特(1761)等人都先后提出了恒星组成一个有限的呈扁平圆盘状的银河系,而且银河系外还有别的星系的思想。从十八世纪八十年代开始,F·W·赫歇耳首创用统计恒星数目的方法来研究银河系结构,1785年,他接受了银河系为扁平圆盘状的假说。他的儿子J·F·赫歇耳曾到好望角计数恒星,再次证实了北半球的统计结论,并进而提出了银河平面的概念,把它作为恒星系的基本定标平面。

◆星云假说第一人——康德

康德(1724~1804)是德国古典哲学的创始人。

康德在青年时代,主要兴趣是在自然科学上。1754年,他发表一部论述大洋潮汐的著作,提出地球自转由于潮汐的摩擦作用而减慢的假说。这个假说后来得到证实。1755年,他发表《自然通史和天体论》,首先明确地提出太阳系演化的星云假说。康德认为,太阳系是由一团稀薄的、庞大的、由气体和尘埃组成的原始星云演化而成的。

康德星云说的有些基本原理,直到今天仍然为新的太阳系起源与演化假说所沿用,有的则被抛弃了。康德星云假说是首先在观测基础上建立起来的天体演化理论,对哲学和自然科学的发展都起了重要的作用。

◆天体演化的经典著作——《自然通史和天体论》

《自然通史和天体论》是康德于1755年写的关于天文学和天体演化学的著作。在这部书里,康德根据牛顿定律试论整个宇宙的结构及其力学起源,首次提出太阳系起源的星云假说。这个假说在历史上有重大的影响。

康德利用当时已经观测到的天文学材料,提出宇宙空间原来充满分散、稀薄、细小的物质微粒,他称之为“原始星云”。原始星云在引力和斥力作用下,产生围绕引力中心的圆周运动,形成巨大的旋涡,而大部分物质则逐渐集中到垂直于它的转动轴的平面上,形成圆盘状的结构。同时,质点又相互碰撞,结合在一起。在圆盘中央,形成一个最大的物质团块,这便是太阳的胚胎。而绕中心团块作圆周运动的同一区域的质点,是相对静止的,仍然会在引力作用下形成较小的团块,最后生成行星。行星胚胎又在斥力作用下开始自转,在小一级的规模上形成卫星。

书中还载有康德的其他一些科学创见,如分析了当时望远镜所观测到的某些椭圆形星云,认为它们是和银河系一样的巨大恒星系统,对其他行星的生命问题也作了推测。

◆康德和拉普拉斯星云说

“康德和拉普拉斯星云说”是康德(1755)和拉普拉斯(1796)先后各自提出的关于太阳系起源的星云学说。它是最早的科学的天体演化学说。这两种星云说都认为太阳系是由同一个原始星云按照客观规律——万有引力定律逐步演变而成的。

康德认为,这团原始星云是由大小不等的固体微粒组成的,万有引力使得微粒相互接近,大微粒把小微粒吸引过去凝成较大的团块,先形成太阳。外面的微粒在太阳吸引下向中心体下落时与其他微粒碰撞而改变方向,变成绕太阳的圆周运动,这些绕太阳运动的微粒又逐渐形成几个引力中心,这些引力中心最后凝聚成朝同一方向转动的行星。卫星形成的过程与行星类似。行星的自转是由于落在行星上的质点的撞击而产生的。康德还用行星区范围的大小来解释行星的质量分布。

拉普拉斯认为,形成太阳系的云是一团巨大的、灼热的、转动着的气体,大致呈球状。由于冷却,星云逐渐收缩。收缩使转动速度加快,在中心引力和离心力的共同作用下,星云逐渐变为扁平的盘状。在星云收缩中,每当离心力与引力相等时,就有部分物质留下来,演化为一个绕中心转动的环,以后又陆续形成好几个环。这样,星云的中心部分凝聚成太阳,各个环则凝聚成各个行星。较大的行星在凝聚过程中同样能分出一些气体物质环来形成卫星系统。

康德星云说否定了牛顿的神秘的“第一推动力”,第一次提出了自然界是不断发展的辩证观点,这是从哥白尼以来天文学取得的最大进步。拉普拉斯的科学论述加上他在学术界的威望,使星云说在十九世纪被人们普遍接受。由于科学发展水平的限制,有不少缺点和错误的这两种星云学说曾一度被人们摒弃。但是,目前不少天文学家认为,星云说的基本思想还是正确的。