天文2-7 宇宙空间

        之前更新的2-5与2-6为第二册里面的前两章，这次2-7内容主要与宇宙空间与天体测量有关。

2.7.1 天体的测量与计算

        在人类天文发展时期，我们用望远镜看到了各大行星，通过研究他们的运行方式得出了它们的轨道和与地球的距离，进而为宇宙飞船的发射提供理论依据。比如，我们通过观测火星与地球轨道的距离与公转周期的比例，发现每两年半地球排在火星与太阳中间，地火距离最近，，再结合地火以及火箭的运动速度，从而找到了天文一号发射时间。

        假如我们通过观察一个天体的运行速率，计算出相对太阳运行速度后，根据万有引力公式就可以知道它到太阳的距离r1（假设轨道为正圆），其次观察它到地球连线与地日连线的夹角α，结合地日距离r2，通过正弦定理可以得到地球与该天体连线与该天体连线太阳的夹角，再得出三角形的另一个内角，再利用正弦定理就可以算出地球到该天体距离了。

        另外，知道地球分别与两天体距离与夹角，也可以通过余弦定理得到这两个天体之间距离（例如计算牛郎星与织女星）。

        我们还可以通过望远镜观察天体的夹角来计算天体的直径，例如该天体中心距离地球为d，该天体两端与观测点切线夹角为α，那么该天体半径为r＝d sin(α/2)

2.7.2 太阳系的临近恒星系

        目前为止，距离太阳系最近的恒星就是比邻星，约4.2光年，它位于南门二中的半人马座，它属于第三星，在最外圈围绕半人马座α星A与B双星系统，（A星质量约太阳的1.1倍，B星质量约太阳0.9倍，它们年龄为60亿年）由于他们二者的旋转，比邻星的轨道极不稳定，处于双曲线与偏心率极高的椭圆之间来回变换，不久可能会离开它们俩。

        还有巴德纳星、沃尔夫359也是众多红矮星中一员，它们分别为第二、第三靠近太阳系，勃兰得2147与鲸鱼座uv（还有一个红矮星围绕它）近太阳系距离排名第四、第五，那么第六近的就是著名的天狼星，质量约为太阳的2.01倍，亮度为太阳25.8倍，它还有一颗伴星：天狼星B，质量略小于太阳，半径接近地球，（据推测，该恒星死亡前是一颗质量为6倍太阳的蓝矮星）

          太阳系周围的天体也不是一成不变的，由于太阳系绕银河系的轨道与临近恒星绕银河系的轨道不完全相同，因此再过上万年，太阳系周围天体部分会远离太阳（南门二的三星），其中天狼星可能会靠近太阳而后再远离。

2.7.3 太阳系临近的其他天体

        我们太阳系周围除了存在一些恒星系统外，还有一些红巨星、白矮星、中子星等特殊天体。

        北河三是距离太阳系约33.78光年，是一颗A型蓝矮星在耗尽燃料以后变成的红巨星，质量有太阳的2倍。大角星的质量与体积都比北河三还要大，也是一颗红巨星，半径到达了接近1800万km。参宿四是一颗距离太阳系几百光年的即将爆发的红超巨星，科学家对它进行了重点关注，如果它在未来爆发，在地球的白天也能看到它爆发的光点。

        范马南星是继波江座40B与天狼星B之后人类发现的第三颗白矮星，距离地球14.1光年，它不同于其他位于多星系统的白矮星，而是独自孤立运行。南河三B这颗白矮星距离地球11.4光年，其A星是一颗略大于太阳的黄白色恒星，且刚刚结束主序星阶段。波江座40是一个三体系统，距离地球不到16.5光年，主星A是橙红色主序星，伴星B是白矮星，伴星C则是一颗红矮星。

        距离太阳系几百个天文单位的地方有一个名叫RX J1856.5-3754的中子星，它距离我们最近，也是目前体积最小的中子星，半径预估只有5km左右。

2.7.4 宇宙空间尺度

        宇宙的空间是非常广阔的，在我们的宇宙里，有99%以上的空间都是虚无，平均一立方米只有一个原子（氢原子）。从太阳系内的地球到月球，有384400km，这个长度为地球直径30倍多，而到了八大行星距离就更远了，内太阳系部分行星间距离都有5千万km，有好几十倍太阳的直径。而到了中太阳系，大行星间距离都有上亿甚至十多亿千米。

        到了恒星系之间的距离，都要用光年开始计量了。与太阳系最近的比邻星还有4.2光年，其他恒星系距离太阳系有的达到了几千甚至几万光年，我们银河系的半径有5万光年，太阳位于距离银河系中心约3万光年的一个悬臂上。

        再放眼到银河系之外，本星系群里面各大星系距离就得有几十万光年，距离银河系最近的是仙女座星系，其次还有大小麦哲伦星系，它们都比银河系还要大。千万光年内的本星系群就有几十个星系。而到了星系团甚至超星系团（在望远镜上看到紫色的光点）尺度都得达到上亿光年。

        由此看来，宇宙当中各大天体以及各大星系之间的距离都远比它们本身要大，甚至大上百倍以上。而且宇宙还在膨胀，这个尺度还在变大。这就可以解释星系合并时，内部众多的恒星系统都没有紊乱的原因。如果银河系中心黑洞与其他星系黑洞合并，我们的太阳系应该不会瓦解，也大概率不会与其他恒星碰撞。

        本期内容到这里就结束了，下期内容是和碰撞有关的，包括了各大行星以及恒星间撞击的过程造成的结果的分析。