望远镜里的宇宙1

李元
cctv-10《百家讲坛》

　　我想天文学是一门自然科学、基础科学，它的最大的特点就是观测的科学。不像物理、化学、地学等等，可以到野外去考察，可以把东西放到实验室来做。天上的星星月亮没法拿到地上来做实验，所以只好进行观测。观测完以后，根据观测的资料，再进行研究探讨。这就是天文学的特色，所以天文学要用望远镜去观测宇宙。 

　　这个就是说我们对着天上的银河、灿烂的繁星，用望远镜进行摄影的工作。怎么照相呢？就把大型的照相底片放在这个望远镜后面的底片盒子里面，对天上的星星照相。照相呢，是这样的。照天上的星星的相片，不像我们地面上六十分之一秒、一百二十五分之一秒、二百五十分之一秒，不可能。必须是长时间的曝光，要想照天上的星星那是要曝光很长的时间。比方说几十分钟都是小事情，几小时、或者是十几小时都有可能。当然你说那也很简单，把底片盒一拉开，就让它曝光了，就照相好了。到了时间我再把它关上，拿下来一冲洗就用了。没有那么简单！因为地球在自转，所以望远镜跟着地球在转动，对吧！我们人都是跟着地球在转动，我们人转动感觉不到。望远镜跟着地球一转动，天上的星星在底片上就划成一道一道的。因为它曝光的时候，那个星在走，因为地球在转动，反过来看到星星在走，对不对？所以一定要保持望远镜里面的星不能够动，在底片上是一点。那么一个圆点要保持住的话，就要把望远镜来转动。望远镜怎么转动呢？就用一个转动望远镜的一个机械装置，当然最早的是手摇的，或者是上发条的，后来就有了电动的。但是这也不可靠，因为这个转动的仪器有快有慢，所以在望远镜里面看到的星点，也不是那么准确的。所以就要人在那里盯着，这叫导星。望远镜你看有长的大筒子还有个小筒子，这个小筒子就是导星镜。用这个先把星盯住，在我的十字丝上面，然后我再来调整。我用微动螺旋，我一看这个中间那个星点离开十字丝了，我就把它往前往后调整一下，让它永远保持在这个中心。经过几小时的曝光以后，在底片上的星就是圆的，这就是很准确的。即使不是一个星，是另外的各种气体星云，各种特殊的情况，照下来也是准确的形状。你知道这个工作很艰苦，我们在天文台首先要把天窗打开，把望远镜对着天上的星。找到星以后，就把底片放上曝光，这个时候你就要一心一意在导星镜里面看着十字丝中间那颗星。就盯在那里，不许它快也不许它慢，老盯在那里。所以你的眼睛就老盯着，照两小时就盯两小时，照三小时盯三小时，这没含糊的。稍微有点不管它，也许它就把星照成椭圆的了。天文台里面有条规矩，夏天不许开冷气，冬天不许生暖气，因为这样就把空气波动了。一波动星光就不正确了，所以必须经过冬天不怕冷，夏天不怕热。就得这么观测，因此天文工作者有他的辛劳，但他拍下宇宙的景象我们赞美不绝。但现在多用电脑了，我说这个的意思是说科学的历程不是那样一帆风顺的。 

　　这就是我们照的月亮的形状，从望远镜里面看到的月球呢，上面许多环形山。这是太阳，那么太阳我们把它投影在一个屏幕上来看是最安全的。这个看到的太阳就可以看到有两点：一点，它的边界是模糊的，不是那么整整齐齐那么个边界，这叫临边昏暗现象。就是因为太阳是大气组成的，那么到了它边上，大气就比较厚，你看上去就模模糊糊。最让我们惊异的是黑点子的现象，就是太阳黑子。你看到太阳黑子，这个太阳黑子呢，是太阳上的大气的漩涡。它的温度比较低，所以看起来比较黑。太阳表面的温度大约有五六千度，那个黑子的温度就要降下一千多度，所以它就比较黑。这个就是大气的漩涡，好像地球上的大风暴一样。地球在哪里？右下角这个小圆点就是地球，你看这里面能装得下多少地球！所以我们一谈天文学，就感觉到恢弘和浩大。 

　　我想插一段小故

事，在整整五十一年以前，1953年2月23号，毛泽东主席到紫金山天文台去视察参观，我非常荣幸地就陪同他来看天上的星星。我就问他，毛主席你想看什么？他说我就想看太阳黑子。我说好，咱们就看。结果就拿大望远镜对着太阳看，怎么也找不到。我心里真着急，毛主席好不容易来一趟，想看太阳黑子，我这服务太差了。这种质量太低，还能配在这里搞天文工作？后来我冷静一想，到底太阳在哪儿呢？一看天上都是阴云密布，什么也看不见，我到哪儿找呢？我就告诉毛主席，我说这个太阳黑子今天看不着。因为天上的云太多了，是阴天看不到。一般人说看不到咱们就看别的吧。毛主席不是这样说，他非常幽默，他当时用湖南话是这样说的：“今天我来看太阳黑子，老天和我作对”。这是他亲口说的话，我没有录音，但是我自己记得很清楚。后来我就和他去看别的照片去了，因为天阴了什么也看不着。我就插这么一段，毛主席看太阳黑子的故事。 

　　那么太阳上面的黑子，如果用高倍率的望远镜拍下来是什么样子呢？就这样的，你看这个好像好几个黑洞，这黑洞都能把地球装进去，装好几个地球都不含糊。我们这么伟大的地球，结果到了宇宙间又这么渺小。边上还有好多像是老玉米，又是“米”，这叫米粒组织。太阳上的米粒组织是组成太阳的一些基本单位，这每个米粒组织的直径都是几千公里呢！所以太阳是一个炙热的气体星球，它的组织很复杂。如果用X光透视一下太阳是什么样子呢？我们透视一下，这就是用X光线拍摄的太阳画面，它是一个核燃料的机构，所以它是靠了核燃料在保持它的能量。太阳据估计，已经有五十万万年以上的历史了，它可能还有五十万万年的生命，就是到最后它的燃料都用完了。这里面你可以看得出来它里面翻滚的情况，这种巨大的活动，从X射线拍下的照片就是这个状态。这是我们最近特别感兴趣的火星，这是拍下的火星照片，不过是很多照片合成的一张照片。那么在它的南极北极有冰雪的盖子，这个冰雪盖子据说是干冰组成的，二氧化碳干冰。但最新的消息说在火星上面曾经有过水，不过这个水现在到哪儿去了呢？是蒸发掉了？还是钻到地下了等等？还搞不清楚。尽管这样，美国的科学家已经迫不及待地在华盛顿发布消息，说在火星上找到水了。如果找到水的话，人到火星去就要方便得多。 

　　这是很漂亮的土星，很好看的土星。这土星它最特殊的就是有个光环，这光环从伽利略有了望远镜以后，人们就慢慢地发现，那时候望远镜分辨率不高，就看到在土星两边长了两个耳朵。后来又仔细看，过了些时候，才搞清楚是一个光环。那么这个光环经过飞到土星去的比较近的航天器，近距离的照片照下来的，就是这样的，像唱片一样旋转。不过它演奏的不是贝多芬的音乐，它是许多微小的石块密集在一起，所以就成了这个样子。我今天讲这个望远镜里的宇宙呢，不只是在地球上用望远镜，在宇宙空间也用望远镜，所以说这个望远镜是广义的，地球上的、空间的、或者飞到火星去的都在里头。 

　　这是彗星，我们在左面看到这几张彗星图，是在国家天文台兴隆观测站拍到的海尔-波普彗星，1997年拍到的。这就是海尔-波普彗星，右边的这个是什么呢？右面这个是我们中国的天文爱好者自己发现的一颗彗星，这个彗星的下面还有一个小白点，那白点是个河外星系。那个河外星系呢，是一个银河系外面的“银河系”。它离我们大约是两百多万光年，光年当然距离很大了，一光年是光线走一年的距离，光一秒钟走三十万公里，可以绕地球七圈半，算下来一年就要走9.5万亿公里。就这么快的光，从那里走到我们这里要二百多万年，那么正好这个彗星走在这个仙女座星系的旁边照张相。这表示是太阳系的天体，那是遥远的“银河系”的天体，这一远一近一比较，当然太阳系的天体对我们说来也挺远，但对其银河系外面的“银河

系”那就显得近了。这就是一个近的、一个远的在一起合影，也挺好看。这就是我们看到的彗星照片。 

　　刚才讲的都是太阳系的一些星球，这是离我们很近的。尽管太阳系的星球对我们说来，我们要坐飞船也得飞很长时间，但毕竟是很近的。那么我们现在就向遥远的星空看去，这张照片是天上的银河。如果在夏天的晚上，你就可以看到银河在天上，当然我们空气如果不太好，我们就要到更远的郊区去看星，现在有不少人在郊区去观星。这里有两颗星值得介绍，左上方的星是织女星，中间下面的这颗星是牛郎星，就是牵牛星。牛郎织女隔着银河相望，这就是中国古代流传的一个故事。在中国古代的传说里面，据说到了农历的七月初七的晚上，银河就消失了。好多鸟雀含着羽毛就搭起天桥，就让牛郎织女会面。其实这都是传说，但那天银河倒是真看不清楚了。因为七月初七月亮是上弦月，是半个月亮，正好在银河附近出现，当然它的光辉就遮住了银河。至于说他们俩到底能不能见面呢？织女星离我们二十七光年，牛郎星离我们十六光年，他们之间的距离也有十六光年，打个电话来回都要三十二年，怎么见面？这就是把这天上的星照下来，让你慢慢评说，就这样的。 

　　天上的很多星星，都不是单个的。人家说你是双星，双星什么意思？就是两颗星在一起，但这个双星的意思现在就多了。现在拿双星来比喻各方面的事都多了，很多星星都是两颗星在一起。所以这就是从望远镜里观测以后描绘下来的两颗星，有的是三颗星在一起。那么这些星呢，从眼睛看是绝对看不出来的，只有一颗星星还稍微看得见，就是北斗七星里有一个柄上有颗星，你要好的眼睛，在最晴朗的晚上你能看到旁边还有颗小星。一般你看不出来，要拿望远镜还是好分辨率的望远镜，才把它分得开。然后你才能看得清楚，所以天上的星，很多都是双星，都是成双成对的，和地上也差不多，都是这样的。所以天上的双星特别多，这也是很近乎人情的。这是双星，所以天上的星有单个的、有两个的、有三个的，这都很好看。这个星就多了，这是在金牛星座里面叫昴星团，也叫七姐妹星团。就是肉眼说是可以看到七个，大概是多少年以前看到的，现在看不到了，肉眼只能看到六个。那么这个星离我们是四百多光年，光线要走四百多年。那么这个星你看发蓝的颜色，为什么有点云雾呢？不是天上的云把它遮住了，是它自己那里就有云雾。你照相照得时间长了，那个云雾就显现出来了。所以说摄影的曝光时间和这个大有关系，好几小时的曝光就能把这个星云围绕在恒星旁边给照出来。你还看到这个上面好像有十字架的样子，这个星怎么还有十字架呢？这就是望远镜镜筒的十字架反射到那个照片上的，看起来好像挺灿烂辉煌的，实际上这是偶合。倒是挺漂亮，比那个圆点还好看。它就是离我们有四百多光年的叫做疏散星团，疏散星团就是离我们比较近的几十颗星。比方这个昴星团，叫七姐妹星团，古人看到有七颗，望远镜看起来就有几十颗，一百多颗都有。你就拿个小望远镜看，现在它已经慢慢往西面沉了，就是说你要看到那团小星呢，就离猎户座不远的那个小星。你一看，就能看到好多星，就是小望远镜都能看到，很好看的。