及时章

天体的运行

及时节 我们的星辰系统

我们在讲述内容之前，首先在生存的空间中游览一番，以便对我们的世界有个简单的认识。我们想象一下，自己是站在世界外的一点上看待这个世界的。当然，这一点肯定非常遥远。为了让大家比较清楚“远”的概念，我们用光速进行表示。我们知道，光的速度大约是30万千米/秒，一秒钟能够绕着地球运行七圈半。如果我们选择的那一点是合适的，那么，它和我们之间的距离大约是100万光年。在如此遥远的一点上，我们几乎被黑暗包围了，毫无星光的漆黑天空围绕在我们身边。不过，有一个方向是特殊的，在那里我们能够看见微弱的光线，犹如黎明来临之前的暗淡曦光。尽管其他方向也有类似的光斑，但我们暂时不讨论它们。上述所说的光线正是“我们的星系”，也是我们要研究的对象。于是，我们向着它飞驰而去。假如我们想要在一年之内到达那里，我们的速度至少要比光速快100万倍(当然，这仅仅是一个思维游戏，因为任何东西的速度都不如光速快)，我们距离它越近，它在黑暗天空中的范围就越大，慢慢占据了天的一半，只剩下我们背后的天空是漆黑的。

在此之前，我们会发现美丽的光雾中有许多小光点在闪烁。随着我们向前的飞行，光点变得越来越多，从我们的身边经过之后消失在身后的远处，而新的光点不断迎面而来，犹如车内的乘客看见车外的景物疾驰而过一样。我们慢慢发现，这些光点就是晚上悬挂在天空中的星辰。假如我们用这样的速度穿过整个大光云，只能看见各种颜色和各种形状的光雾、光云散落地分布在黑暗的天空中。

不过，我们不会匆忙穿过那片美丽的光云，而是选择一颗星星，然后放慢速度认真观察这颗星星。虽然这颗星星不大，但我们距离它越近，便会发现它越明亮。经过一段时间之后，它变得犹如远处的烛光一样明亮；再经过一段时间，它便能够照出影子了；再经过一段时间，它的光亮可以用来读书；再经过一段时间，它的光芒四射，热力无穷。现在，它好像太阳一样，而它正好是我们的太阳。

我们还要选择一个位置，对于我们刚才的旅程而言，这个地方位于太阳附近，但对于普通的计量单位来说却有几十亿千米。现在，我们认真观察一下周围，便会发现有8个光点围绕着太阳，但距离有所不同。假如我们长时间观察它们，便会发现它们绕着太阳旋转，但旋转一周的时间有长有短，短的只有3个月，长的则是165年。它们到太阳之间的距离有着巨大差异，最远的要比最近的远大约80倍。

这些光点便是行星。我们认真研究一下，便会发现它们与恒星的区别：它们不会发光，它们的光线都来自于太阳。

我们研究一下其中的一颗行星。根据它们距离太阳由近到远的顺序，我们选择第三颗行星。我们与它的距离越近(对于这个方向来说，可以称之为由上而下，即垂直于它与太阳的连线)，便会发现它越大越亮。当我们与它的距离非常近时，便会发现它很像半明半暗的月亮，一半处于黑暗之中，另一半在太阳的照耀下非常明亮。我们继续靠近，被照亮的那一半不断扩大，并且逐渐出现许多斑点。再次接近，这些斑点变成了海洋和陆地，大约一半被云层遮住无法看清楚表面；而黑暗的那一半呈现出一些不规则的明亮斑点，好像钻石闪烁出来的光芒，这就是城市中的各种灯光。我们关注的这个表面不断扩大，慢慢遮住了更大的天空，成了全部世界。我们在上面降落，终于回到了地球上。

上述内容让我们明白，我们在空中飞行时无法看见的一点，等到我们接近太阳时便是一颗行星，再接近一些便是不透光的球体，便是我们所熟悉的地球。

这次想象的飞行让我了解了一个事实：夜晚天空中的大部分星星都是恒星。换句话说，太阳仅仅是众多恒星中的一颗。与众多的恒星相比，太阳算是比较小的，因为许多恒星发出的光和热是太阳的几千倍甚至几万倍。假如仅仅从恒星内在的固有价值来说，太阳确实没有什么出色的地方。太阳对于我们的重要性是由我们与它之间的偶然关系决定的。

我们对这个伟大的星辰系统进行了论述。从地面上观察到的现象类似于想象中后半部分的所见，天空中分布的正是我们在飞行中见到的星辰。我们从地球上观察天空与从遥远的群星中的某一点上观察天空的较大区别是，太阳和行星的优越位置有所不同。从地球上观察，太阳的光芒在白天遮住了天空中星辰的光芒。假如太阳的光芒能够消失，我们便会发现星辰日日夜夜都在空中闪烁。这些物体分布在我们周围的各个方向，犹如地球位于宇宙中一样，而这正好符合我们祖先的猜测。

太阳系

我们生活的这个星系类似于其他许多星系，一个巨大的主星作为中心，周围环绕着许多小星星。这个以太阳为中心的系统就是太阳系。太阳系的一个主要特征是：与许多令人惊讶的距离相比，它的范围实在太小了。太阳系的周围是无边无际的空间。即使我们能够从太阳系的一边飞跃到另一边，周围星星与我们的距离依然不会缩短；在太阳系边缘，我们见到的星座形状与地面上所见一致。

在这里，我并不想为读者列举一大堆巨大的数字，而是希望读者根据我的描述自行想象，以便读者能够认识到自己在宇宙中的位置。我们设想地球在宇宙模型中是一粒芥子，以此类推，月球便是一粒直径是芥子直径的1/4的微尘，与芥子之间的距离是2.5厘米。我们用一个大苹果来表示太阳，它与地球的距离是12米。其他行星有大有小，小的犹如一粒看不见的微尘，大的犹如一粒豌豆，与太阳之间的距离是4.5米到360米。于是，我们想象这些小东西围绕着太阳旋转，旋转一周所用的时间有长有短，短的仅仅是3个月，而长的则是165年。这粒芥子一年绕着太阳转一周，而月球陪着它旋转，一个月绕着它转一周。

根据这个比例得知，整个太阳系的范围不超过2.6平方千米。在这个范围之外，除了边界上分布的一些彗星之外，即使我们飞跃比全美洲更大的距离也无法发现任何东西。在距离美洲边界很远的地方有一颗邻近的星星，这颗星星同样可以用一个苹果表示，就像我们的太阳。在更远的地方，各个方向上都分布着一些星星，它们之间的距离类似于太阳与它最邻近的星星的距离。根据我们的模型比例，在地球这样大的地方仅仅能容纳两三颗星星。我们由此可知，在宇宙的空间飞行中(如上述的想象)，我们很容易忽视像地球这样的小东西，即使我们仔细寻找也不一定能够找到它。这就犹如在密西西比河(Mississippi)领域的上空飞行，却想要看清楚下面的一粒芥子。而且，我们甚至会忽略表示太阳的大苹果，除非我们与它的距离很近。

第二节 天界现象

由于星辰之间相距遥远，我们凭借肉眼无法对宇宙大小有一个清晰的认识，而且难以想象我们距离这些天体究竟有多远。如果我们能够发现星辰之间的距离，如果我们能够看见恒星和行星表面的特征，那么，宇宙的真实结构便会呈现在人们眼前。只要思考一下就会明白，如果我们能够与地球的距离相当远(如地球直径的一万倍)，那时我们无法看见地球的大小，只能看见一个小点，在太阳的照耀下，这个点一闪一闪的犹如天上的星星。古人没有想象出这一点，他们认为天体就像看见的样子，与地球截然不同。即使是现在，当我们仰望天空时，同样难以想象恒星要比行星遥远千百万倍。在天空中，它们好像以相同的距离分布着。只有逻辑和数学才能让我们了解它们真实的分布情况。

由于难以想象它们之间的遥远距离，所以难以在心中形成一幅符合实际情况的图画。在这里，读者们要集中注意力，以便我用简单的方法表示出这些复杂的关系，将实际情况与我们见到的情况联系在一起。

假如将地球从我们脚下移开，我们在半空中悬浮着。那时候，我们会发现周围环绕着各种天体(太阳、月球、恒星、行星等)，遍布上下左右和东西南北。那时，我们不会看见其他东西。正如上述所说，这些东西在我们眼中的距离是相同的。

从中心点以相同的距离向周围扩散的许多点都位于同一空洞球体内部表面。因此，在这种情况下，许多天体在我们看来同样位于一个球面上，而我们正好处于球的中心。由于天文学的研究对象是我们看见的天体方位，所以我们看见的大球好像存在于天文学中。这就是“天球”(celestial sphere)。在我们的想象中，一旦失去了地球，天球上的所有天体都会停止运行。24小时天过去了，一月月过去了，那些恒星停在那儿一动也不动。如果我们认真地观察那些行星，便会发现它们在几天内或者几个星期内(由各自的情况决定)绕着太阳运行，但这种情况不是一下子就能发现的。我们首先会考虑这个天球是由什么构成的，为什么那些天体可以固定在它的内部表面。古人曾经考虑过这个问题，他们将其修正得更加贴近实际情况，他们想象出许多球形嵌套起来，以此表示天体之间的不同距离。

接下来，我们将地球搬回来。现在，请读者们想象一下：与天空的大小相比，地球仅仅是一个微点；但如果我们将地球放在合适的地方，它的表面便会挡住我们眼中的一半宇宙，犹如一个苹果可以挡住趴在上面的一个小虫眼中的半个房间一样。地平线上能够看见的一半天球叫作“可见半球”(visible hemisphere)，地平线下无法看见的另一半天球叫作“不可见半球”(invisible hemisphere)。当然，我们在地球上的位置改变之后，便可以看见另一半球。

了解了这种情况之后，请读者们再次集中注意力。我们知道，地球不是静止不动的，而是时时刻刻在绕着中心轴转动，这样使得整个天球看起来沿着相反的方向旋转。由于地球自西向东转动，所以天球好像是自东向西转动。这种地球自转和由此导致的星辰的视转动就是“周日运动”(diurnal motion)，因为此种运动一日一周。

星辰的每日视转动

接下来，我们分析一下地球自转的简单现象和由此引起的天体周日视转动的复杂现象之间的联系。如果观察者在地球上所选择的纬度不同，后者也会发生相应的变化。我们首先讨论一下北纬中部观察到的现象。

为了实现这个目的，我们先将天球想象成一个内部空心的大球。虽然这个大球可以无限大，但一个直径10米的球已经足够了。现在，下图表示大球的内部，这个球被固定在P和Q两个点上，使其能够倾斜转动。在中心点O上放着一个平面盘子NS，我们坐在盘子中。星座位于大球内部，分布在整个表面上，但盘子遮住了下面一部分，所以我们无法看见。显然，这个盘子可以表示地平线。