所以至少在太陽中，能量來源於在4個氫原子核結合成為1個略輕的氦原子核時損失的質量。自然界中最著名的公式E＝mc2告訴我們質量（m）等效於能量（E），而換算係數c2是光速的平方，非常大。所以很小的一點質量消耗就會產生出巨大的能量，而太陽每秒鍾要損失400萬噸的物質並轉化成能量！
這些消失的質量從何而來？氫原子是最簡單的原子，隻有1個電子環繞1個質子。所以4個氫核中的每個都是1個單獨的質子；氦核則由2個質子和2個中子組成。但是，中子比質子稍微重一點，所以如果把這些粒子的質量直接加起來就會發現，1個氦核比4個氫核要重，質量反而增加了！但實際上，盡管氦原子核由重一些的粒子構成，然而其總質量卻確實比4個質子要小。要記住這一領域是由量子力學和其關聯效應所主宰的，答案也就在這裏。如果我們測量單個質子的質量，那麼它確實比中子輕。但這些亞原子粒子不是自由的。在氦原子核中它們被強核力束縛在一起，無法自由運動。在亞原子粒子形成這種束縛時會釋放出能量，我們測量到的結果就是質量的降低。
為什麼產生的原子核要有2個質子和2個中子？如果2個單獨的質子之間能形成穩定的約束關係，那麼天體物理學家們對於核反應的研究就會變得簡單得多。因為那樣的話兩個質子迎頭相撞就能結合成這種“輕氦核”，並釋放出電磁波。然而，兩個質子帶有相同的正電荷，電磁力使它們互相排斥，而它們之間的作用力不足以將它們約束在一起。因此，與這種簡單的結合質子的方式所不同的是，在太陽和其他恒星內部，這一過程相當錯綜複雜而且驚人地緩慢。
由於無法把兩個質子簡單地結合到一塊，我們必須繞過這一阻礙形成更複雜的原子核的狀態。在下麵的討論中隻需要考慮原子核，而非整個原子。因為在恒星內部這樣的高溫下，環繞原子核並組成原子的電子早已因能量過高而無法捕獲。唯一起作用的是弱核力，它會造成質子自發地衰變成中子，並釋放出1個正電子和1個中微子。新產生的中子可以被一個經過的質子捕獲，形成一個氘核。氘實際上就是重的氫，等於1個中子加上1個質子。弱力真是名副其實，這一步驟會耗費很長時間。在太陽中心，一個質子可能平均要等上50億年才會形成一個氘核，而此後的一切就進行得快多了。
在平均1秒左右的時間裏，氘核就會抓獲另一個質子結合成一種有2個質子和1個中子的穩定的原子核，即氦-3，氦的一種較輕的形式。經過約50萬年，這個原子核會撞上另外一個，形成我們更為熟悉的有2個質子和2個中子的氦核，同時釋放出2個質子，它們會參與到下一個循環中。這個步驟要把兩個帶正電的原子核結合到一起，難度較大因而較為緩慢。隻在極近的距離內才起作用的強力把兩個原子核吸引到一起，而電磁力又抵抗強力使它們互相遠離。最後原子核會靠近到使強力發揮作用的地步。這樣我們最終獲得了輻射形式的能量，一個正電子--它會和它的反粒子結合釋放出能量--及一個中微子。
中微子是以高速運動的微小粒子，幾乎不與其他粒子發生作用。所以在從太陽中心發出後相對不受周圍氣體的阻礙。它們中的一些會到達地球，被我們建造的大型探測器所發現。許多年以來都有這樣一個問題，就是我們預計每一次產生氦核的碰撞過程中都會產生一個中微子，而探測到的中微子太少。不過中微子有一個驚人的本領，就是在途中改變“味道”或者類型。粒子物理學家發現存在3種中微子，而且它們能夠隨著時間互相轉化。原來的實驗都隻對其中一個特定類型的中微子敏感，而無法探測到其他類型。總之，這些實驗告訴我們，在太陽中心，這一比地球上進行的任何實驗都高得多的溫度下所發生的反應，我們對它的認識是基本正確的。這些實驗也首次提供了可靠的證據，證明中微子具有有限（雖然很小）的質量。因為如果它們像以前認為的那樣不具有質量，那麼就不可能從一種粒子類型轉化成另一種類型。
14．宇宙中的支架
大漩渦星係
在茫茫宇宙中，星星並不是單個地雜亂無章地分布著，而是成群彙聚著的，每群中都是由無數顆恒星和其他天體組成的巨大星球集合體，天文學上稱這種彙聚在一起的星群為“星係”。星係在宇宙中數不勝數，天文學家目前發現和觀測到的即可達10億個以上。每個星係大小雖然不同，但都極為龐大，比如我們的地球所在的太陽係還不被視為一個星係，而隻是銀河星係的一個部分而已。
我們在地球上用眼睛觀測到的星係很少，除銀河係外，隻有臨近幾個，其中最著名的是仙女座大星係，但這個星係離我們大約200萬光年，雖然它比銀河係大60％，形狀與銀河係相似，但我們看上去隻是一個光亮的斑點。有時為了方便，天文學家把遙遠的幾個星係稱做星係群，大一些的叫星係團，每個星係團含有100個以上的星係；所有星係團統屬於超星係團，超星係團組成總星係，也就是所謂茫無邊際的宇宙。
星雲
廣泛存在於銀河係和河外星係之中由氣體和塵埃組成的雲霧狀物質稱為星雲。它的形狀千姿百態、大小不同。其中一種叫彌漫星雲，它的形狀很不規則，沒有明確的邊界。在彌漫星雲中有一種能自身發光的星雲，我們稱之為亮星雲，亮星雲僅是彌漫星雲中的一種；另一種為暗星雲，這是一種不發光的星雲。如銀河係中的許多暗區正是由於暗星雲存在的緣故。彌漫星雲比行星狀星雲要大得多、暗得多、密度小得多。星雲的另一種稱為行星狀星雲，這種星雲像一個圓盤，淡淡發光，很像一個大行星，所以稱為行星狀星雲。它是一個帶有暗弱延伸視麵的發光天體，通常呈圓盤狀或環狀。它們中間卻有一個體積很小、溫度很高的核心星。現已發現的行星狀星雲有1000多個。
恒星
恒星是與行星相對而言的，指那些自身都會發光，並且位置相對固定的星體。太陽是恒星，我們夜晚看到的星星大多數都是看上去不動的恒星。說是“看上去不動”，是說恒星實際上也是動的，不但自轉，而且都以各自不同的速度在宇宙中飛奔，速度一般比宇宙飛船還要快，隻是因為距離我們太遙遠了，人們不易察覺到。
看上去小小的恒星，其實都是極為龐大的球狀星體，我們知道太陽這顆恒星比地球的體積大130萬倍，但在茫無邊際的宇宙中，太陽隻是一個普通大小的恒星，比太陽大幾十倍、幾百倍的恒星有很多，例如紅超巨星就比太陽的直徑大幾百倍。隻是太陽離我們近，其他恒星離我們遠，就顯得很小了；同樣的道理，除太陽之外的恒星也在發光，但最近的比鄰星也距離我們4光年，我們感覺不到它們的光和熱，隻是遠遠望去一點星光而已。有人說，如果能把所有恒星都拉得像太陽那樣近，我們在地球上就可以看到無數個太陽了。
行星
我們所說的行星是沿橢圓軌道上環繞太陽運行的、近似地球的天體。它本身不發光。按距離太陽的遠近，有水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星九大行星。由於行星有一定的視圓麵，所以不像恒星那樣星光有閃爍的現象。行星環繞太陽公園時，天空中相對位置在短期內有明顯的變化，它們在群星中時現、時隱、時進、時退，所以“行星”在希臘語中為“流浪者”的意思。
衛星
衛星是行星的一種，也是按固定軌道不停地運行，隻是與一般行星不同，始終圍繞某個大行星旋轉，即是某個行星的衛星。比如月亮圍繞地球旋轉，月亮就是地球的衛星。太陽係中不少行星有自己的衛星，並且不隻是一個衛星，例如土星的衛星僅觀測到的就有23顆之多。據天文學家統計，太陽係中較大的衛星約有50顆，其中有些是用肉眼看不到的。有些衛星與行星相似，其運行軌道有共麵性、同向性，稱之為規則衛星；不具有這些性質的衛星，稱為不規則衛星。有的衛星與行星繞太陽運行的方向一致，稱為順行；有的相反，稱為逆行。對於衛星的起源，迄今仍無定論。
近年來有了人造地球衛星，為了區別，習慣上把原來的衛星稱為天然衛星。
彗星
彗星
夜間天空的星星，不論行星還是恒星，看上去都是亮晶晶的光點，但有時候會突然出現一種異樣的星：頭上尖尖，尾巴散開，像一把掃帚，一掃而過，掠向天際。這便是彗星，我國民間形象地稱為掃帚星。
星的含義是一個堅硬的天體，而所謂彗星隻是一大團冷氣，間雜著冰粒和宇宙塵物，嚴格地說並不是一顆“星”，隻是一種類似星的特殊天體。彗星的密度很小，隻是一團稀薄的氣體，含有氧、碳、鈉、氰、甲烷、氨基等原子或原子團。彗星的體積非常龐大，大於太陽係裏任何一個星體，頭尾加起來有5000萬～2億公裏，最長可達3.5億公裏。不過由於它密度小，如果壓縮成與地球同樣密度的實體，可能隻有地球上一座小山丘大小。典型的完整的彗星分為彗核、彗發和彗尾三個部分。彗核由比較密集的固體物質組成，彗核周圍雲霧狀的光輝就是彗發，彗核與彗發又合稱為彗頭，後麵長長的尾巴叫彗尾。彗星的尾巴並不是一直有的，隻是在靠近太陽時在太陽光的壓力下形成的，所以常背著太陽延伸過去。大的彗星，僅一個彗頭就比地球的直徑大145倍。
彗星大都有自己的軌道，不停地環繞著太陽沿著很扁長的橢圓軌道運行，每隔一定時期就會運行到離太陽和地球比較接近的地方，地球上就可以看到。不過，彗星繞太陽旋轉的周期很不相同，最短的恩克彗星每3.3年接近地球一次，自1786年發現以來已經出現過50多次；有的彗星周期很長，需要幾十甚至幾百年才接近地球一次；有的彗星的橢圓形軌道非常扁，周期極長，可能幾萬年才接近地球一次。
彗星密度低，在宇宙間的存在期不如其他星體那樣久遠，它每接近太陽一次就有一次損耗，日子一長，就會逐漸崩裂，成為流星群和宇宙塵埃，散布在廣漠的宇宙空間。現在人們看到的彗星都是大彗星，為數眾多的小彗星很難被觀測到。1965年我國的紫金山天文台發現過兩顆彗星，分別定名為紫金山1、紫金山2。在觀測研究彗星方麵，最著名的是對哈雷彗星的觀測。這個彗星是17世紀時英國天文學家哈雷根據萬有引力定律計算出來的，哈雷計算出這個彗星每隔76年左右接近太陽一次，並準確地推算出1758年12月25日在太陽附近的位置，這是被人類計算出周期的第一顆彗星。
古時候人們不懂得彗星的來龍去脈，見它形狀奇特，運行詭秘，多把彗星的出現視做人間災禍的預兆。其實，彗星與其他星體一樣，隻是一種自然現象，與人間的禍福沒有什麼因果對應關係。並且，由於彗星密度極小，與其他星球碰撞也不會有什麼影響，比如，本世紀初天文學家計算出哈雷彗星將於1919年接近太陽，並且將與地球碰撞。當時很多人驚恐萬分，認為世界的末日即將來臨。5月19日，哈雷彗星確實出現了，它那幾千萬公裏長的尾巴與地球碰撞了，但並沒有給地球帶來危害，因為彗星的尾巴其實是一種氣體。
流星和隕石
隕石
在晴朗的夜空中，在閃爍的繁星中間常常劃過一道白光，稍現即逝，我國民間稱為“賊星”，天文學上叫流星。流星一般閃過就解體了，有的卻有大塊物體落在地球上，這種墜落物就叫隕石或隕星。按化學組織的不同，隕星大致可以分為三類：含鎳90％以上的叫隕鐵或鐵隕星；含鎳和矽酸鹽礦物各半的叫石鐵隕星；90％為矽酸鹽礦物的叫石隕星，也叫隕石。從收集到的樣品來看，92％為隕石。目前世界上最大的一塊隕石是1976年3月8日在我國吉林省隕落的，重達1770公斤。最大的隕鐵在非洲的納米比亞，重達60多噸。天文學界極為重視對隕星的研究，因為這是不可多得的宇宙天體的自然標本，尤其是隕石的年齡和地球大致相當，老是46億年左右。但在這漫長的時間裏地球內部和外部變化很多很大，地球形成初期的很多物質已經沉埋在地球核心而無法取得，有的則早已不存在了。隕星卻不是這樣，由於它體積小，沒有發生地球那樣巨大的變化，還基本保持著原來的麵目，這便為研究地球的起源提供了重要依據，並且對研究太陽係其他星體的形成也是很有價值的。
隕星墜落會對地球表麵產生一些影響，如氣候的異常、個別生物火絕等，但與人們的禍福、與人間社會的治亂興衰並沒有什麼直接的關係。
15．宇宙中的太陽係
太陽係
觀測茫茫無際的宇宙蒼穹，首先要了解我們地球所在的太陽係。太陽係是個以太陽為中心的極其龐大的天體係統，它由太陽及9顆大行星、50餘顆衛星、2000多顆已被觀測到的小行星以及無數的彗星、流星體等組成。這個龐大的天體係統就像一個井然有序的大家庭，所有的天體都以太陽為中心、
沿著自己的軌道有條不紊地旋轉著，並且旋轉的方向基本相同，基本上在一個平麵上旋轉。在太陽係眾多天體的運行中，太陽如同一根萬能的繩子，拉著所有的天體圍繞自己旋轉運動，偶爾有個別星星脫離軌道，最終也會被太陽的引力控製住。
在太陽係中，太陽不僅是中心，而且在重量上也絕對壓倒其他天體。科學家進行過大致推算，就整個太陽係的重量而言，太陽占總重量的99.8％～99.9％；更重要的一點，太陽是太陽係中唯一能發光的星體，其他都是從太陽上借光或反光。太陽的中心溫度高達1500萬度，表麵溫度達6000℃，每秒鍾輻射到太空（包括我們所在地球）的熱量相當於1億億噸煤燃燒後產生的熱量的總和。
太陽係的疆域極為遼闊。如果按照通常說法把冥王星作為太陽係邊界的話，約為60億公裏的半徑範圍；形象地說，如果我們乘坐目前世界上最快的時速為1500公裏的飛機，從冥王星飛到太陽，也要連續飛行457年的時間。
然而，龐大的太陽係又不龐大。在整個宇宙中，在我們所基本了解的銀河係中，太陽係又是一個很小的部分。太陽係的天體圍繞太陽旋轉，整個太陽係又圍繞著銀河係的中心旋轉。並且，太陽係在宇宙中不隻一個，據近年美國科學家觀察研究，至少還有一個以織女星為中心的類似太陽係的天體係統；科學家們還推測說，在現在科學儀器的視野之外，肯定還有著許多類似太陽係的“太陽係”在按自己的軌道運轉著。
太陽是太陽係的中心，是一顆恒星，直徑大約有139萬公裏，體積大約是我們所在的地球的130萬倍。
太陽在宇宙中是一顆普通的恒星，又是一顆能發光發熱的恒星。我們已經知道，太陽本身是一個熾熱的星球，僅表麵溫度就有6000℃，內部溫度更高。太陽的光和熱的能源是氫聚變為氦的熱反應。因為太陽的主要成分就是氫（占71％）和氦（占27％），熱核反應在太陽內部進行，能量通過輻射和對流傳到表層，然後由表層發出光和熱，習慣上稱為“太陽輻射”。
太陽帶有光和熱的表層稱為“太陽大氣”，由裏向外分為三個部分：光球、色球和日冕。我們肉眼所能看見的太陽表麵很薄的一層為“光球”，厚度隻有500公裏，平均溫度約為6000℃，我們看到的太陽的光輝，就是這層光球。也正是由於這層光球，遮住了人們肉眼的視線，使人們在很長一段時間內看不到太陽的真正麵目，更無法了解太陽內部的奧秘。第二層（也叫中間層）是“色球”，厚度大約為2000公裏，為光球厚度的4倍，密度卻比光球更稀薄，幾乎是完全透明的。色球的溫度高達幾萬度，但它的光卻被光球遮擋住，平時很少能看到。隻有在日食的時候，太陽的光球被月亮完全擋住，在黑暗的月輪邊緣可以看到一絲纖細的紅光，這便是色球的光亮。第三層即最外一層為“日冕”，厚度約為數百萬公裏，日冕的光更微弱，用肉眼完全看不到，但日冕的溫度卻很高，達100萬度，在這樣的高溫下，太陽上的氫、氦等原子不斷被電離成帶正電的質子和帶負電的自由電子，並且掙脫太陽的引力，奔向廣袤的宇宙空間。這便是天文學上稱為“太陽風”的現象。在太陽表麵的三層結構中，隻有外層的日冕有不規則變化，有時呈圓形，有時則呈扁圓形。
此外，在太陽的邊緣外麵還常有像火焰樣的紅色發光的氣團，稱做日珥。有時日珥向數十萬公裏高處放射，然後又向色球層落下來，實際上這也是日冕不規則變化的一種形式。日珥大約11年出現一次，不過，我們用肉眼看不到，隻有天文工作者用特製儀器，並且隻有在日全食時才看得比較清楚。
月亮學名月球，是太陽係的一個星球，隻是不像其他行星那樣以太陽為中心旋轉，而是圍繞地球轉，是地球的天然衛星。月亮的光是由於太陽的照射而產生的，它本身不會發光或發熱
月球的體積約為地球的1/48，密度為地球的3/5，遠不如地球堅實。月球上的重力比地球上的重力小得多，比如在地球上重100公斤的物體拿到月球上還不到17公斤。月球繞地球公轉，同時又自轉，旋轉的兩個周期相同，都是27.3天，而且方向相同，結果總是一麵朝向地球。地球上的人永遠隻能看到月球的一麵，看不到另一麵。
麵朝月球，即我們看到的一麵，布滿了大大小小的環形山，有些像地球上的火山口；另一麵山地較多，中部是一條綿延2000公裏的大山係。人們比較重視月球上的環形山，據分析直徑1公裏以上的環形山有30萬座，有一座最大的直徑為295公裏，可以把我國的海南島放在裏麵。天文學家認為，環形山是隕石撞擊月球留下的痕跡，另一種解釋是月球上發生過猛烈的火山爆發，環形山即是火山口。還有，在明亮的夜晚我們可以看到月球表麵的暗紋暗斑，那是月球上的平原或盆地，天文學家稱之為“月海”，並不是傳說中的嫦娥、玉兔?
月亮被太陽照射的時候，表麵溫度高達127℃，不被照射的時候或陰麵則為零下183℃，溫差達310℃，不適宜生物存活。月球上麵沒有空氣，“月海”實際是幹枯的盆地或平原，根本沒有水，從來沒有過生命的蹤跡。
不過，月球並非沒有認識價值。1969年7月21日，美國宇航員阿姆斯特朗、柯林斯和奧爾德林乘坐“阿波羅11號”宇宙飛船第一次成功地登上了月球，對月球的起源、結構和演化過程有了進一步的科學的了解。天文學家發現，月球的物質組成與地球很相近，月岩中含有鋁、鐵等66種有用元素。後來，宇航員們又多次登上月球，收集各種標本，進行勘測實驗。可以確信，隨著對月球認識的全麵和深化，對月球的開發和利用會成為並不遙遠的事實。
太陽是太陽係的中心，是一個大大的恒星，在太陽的周圍有許許多多的行星，其中大的行星有九個。這九個行星大小不同，一般是按距離太陽的遠近，由近及遠地排列，即：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星和冥王星。
水星是九大行星中距太陽最近的，體積排在第二位，直徑4880公裏。由於離太陽近，受到太陽的強大引力，所以圍繞太陽旋轉得很快。水星的一年隻相當於地球的88天，而水星自轉一周相當於地球的58.65天，正好是它繞太陽公轉周期的2/3。它雖然名為“水星”，其實上麵全是幹枯荒涼，一滴水也沒有。這是因為水星離太陽近，朝向太陽的一麵受烈日曝曬，溫度高達400℃以上，這樣的溫度連鎢都會融化，如果有水也早蒸發完了。背向太陽的一麵溫度則非常低，達零下173℃，在這樣低的溫度下也不可能有液態的水。特別是溫差達500～600℃，都不可能有水存在。不僅沒水，水星表麵的空氣也非常稀薄，大氣壓力隻有地球的五千億分之一。可以想象，這是一個多麼荒涼的星球！它並不像我們從地球上偶爾觀察到的那樣幽暗中帶有一絲羞澀和溫柔。不過，隻是到最近，人們才真正得以目睹水星的真麵目。1975年美國宇航員把空間探測器飛到離水星僅320公裏的地方，拍下了幾千張照片，可以清晰地看到水星表麵大大小小的環形山以及平原和盆地。大的環形山直徑達幾百公裏，小的僅幾公裏，也有直徑達1000公裏的環形盆地，並推測出它的內核是鐵質的。
金星是從地球上看到的最明亮的一顆行星，看上去晶光奪目，亮度僅次於太陽和月亮。我國古時候把黎明前東方天空中的一顆明星叫做啟明星或太白星，把黃昏時分西邊天空中的一顆明星叫長庚星，其實這是同一顆行星即金星。金星雖然離地球比較近，最近時隻相距4000萬公裏，但由於金星的表層有一層硫酸雨滴和雲霧，遠遠望去一片迷蒙，阻擋了地球人的視線。1964年，天文學家把精密儀器帶到高空空氣稀薄的地方觀察金星，又向金星發射行星探測器，才弄清了這層雲霧的成分，並透過雲層觀察了金星的麵目。天文學家們觀察到金星上有高山、盆地和平原，最高的一座山峰高出金星表麵10590米；最大的平原有半個非洲那麼大。小山、丘陵不計其數，而且常有火山噴發。金星的雲層裏含有水氣，但金星表麵沒有水。雲層的表麵溫度達480℃以上，沒有生命存在。金星的旋轉也是圍繞太陽公轉，又有自身的旋轉。繞太陽一周相當於地球的225天，自轉一周為243天。
地球是九大行星中的一個適宜生物存在和繁衍的行星，因為在地球上麵
有空氣，有水和適宜的溫度，從太空看地球，看到的是一個蔚藍色的球體。地球的平均直徑約為12742公裏，表麵積的70.8％為海洋覆蓋，並被一層厚厚的大氣層包圍著。地球的結構分為三個層次：最外麵的是厚度為21.4公裏的地殼，中間一層為地幔，最中心部分為地核。地核中心的溫度很高，估計可達4000～5000℃，主要由鐵、鎳組成。地球繞太陽公轉，又有自身的旋轉。繞太陽公轉一周為一年，公轉的速度為29.8公裏/秒。在九大行星中除了火星和金星外，地球的公轉速度是最快的。自轉的時候，轉一圈為23小時56分4秒。為了計算方便，人們規定一年為365天，一天為24小時。由於地球自轉的軸線與地球公轉的軌道不垂直，產生了地球的四季變化和熱、寒、溫氣候“帶”的區分。更為可貴的是，地球上適宜的環境養育了人類。人類創造了超越自身體力的科學技術，了解地球、保護地球、利用地球，把地球建設成了宇宙間最美麗的星球。
火星是一顆火紅色的行星，點綴在天空夜幕上，是星空中最為吸引人的繁星之一。仔細觀察，可以看到它緩慢地穿行在眾星之間，如火的熒光時有強弱變化，並且穿行的方向、亮度的變化好像沒有規則，所以古時候歐洲人把它當做“戰神星”，認為它象征著戰爭和災難；中國人稱它為“熒惑星”，認為是不吉利的星。火星離地球很近，在地球的外側繞太陽運行，並且與地球有極為相似的許多特征：在火星上有白天黑夜的交替，有春夏秋冬的四季變化；在火星上看太陽也是從東方升起，從西方落下；火星的自轉周期也與地球相近，為24小時37分，僅慢半個小時；並且與地球有月亮環繞一樣，火星也有兩顆衛星?隻是比地球小，火星的直徑隻有地球直徑的15％，一年為地球的687天，並且溫差比地球上大得多，特別是晝夜溫差，白天為最高28℃，夜間則下降為零下132℃。結果，沒有生物在火星上生長，更沒有人類，人們長期想象中的“火星人”、“火星鼠”僅僅是一種想象而已。自1962年以來，美國等國的天文學家向火星發射了15個探測器，並派飛船登上了火星，發現火星的表麵是幹燥、荒涼的曠野，有許多沙丘、岩石和火山口，有比地球上的峽穀大得多的峽穀，有比喜瑪拉雅山更高的山峰，雖然有大氣層，卻95％以上為二氧化碳，並且極為稀薄，氧氣極為罕見。
木星看上去比較昏暗，不如金星明亮，這是由於它離地球遠的緣故。其實，木星在九大行星中是最大的，把太陽係所有的行星和衛星加在一起也沒有木星大，木星的體積相當於1300多個地球，重量是地球的318倍，天文學上稱之為“巨行星”。木星繞太陽公轉一周幾乎需要12年時間，所以我國古代就把木星運動的周期12年與曆法上的十二地支結合起來，並稱木星為“歲星”。木星自轉的速度卻很快，大約9小時50分轉一圈。正因為它自轉速度快，使得它自身形成了不同於其他行星的扁形球，赤道直徑與兩極直徑之比為100∶93。由於木星內部存有大量的能量並不斷向外散發，形成了獨特的快速大氣環流，所以從地球上觀察可看到木星表麵有一些各種色調的斑點，並且在南半球有一個著名的橢圓形大紅斑，長軸約為2萬多公裏，其實這正是大氣環流過程中形成的大氣旋渦。木星的表麵有一層1000公裏厚的大氣層，主要成分是氫和氦；由於離太陽遠，木星的表麵溫度隻有零下140℃。在這樣的空氣、溫度的條件下，加上沒有水，木星上沒有生物存活。不過，木星卻有很強的無線電輻射，磁場強度為地球的10倍，是目前發現的天空中
最強的射電源之一。它的磁極方向與地球相反，地球的S極在北極附近，木星的S極則在南極附近。尤為獨特的是，木星周圍有大小15個衛星環繞，小的直徑隻有8公裏，大的5200多公裏；旋繞的速度也不同，最短的11小時53分一周，最長的繞一周需要758天，其中最亮的有4顆。由於這4顆最亮的木星衛星是1610年伽利略首次觀察到的，天文學上稱之為“伽利略衛星”，或依次編號為木衛一、木衛二?有人說，木星和它的衛星恰如一個縮小了的太陽係，對木星的研究對揭開太陽係的奧秘有特殊意義。特別是自1973年以來，美國發射的宇宙飛船飛近木星，觀察到了隻有在地球上才出現過的極光等現象，對木星的研究更加引起了天文學家的濃厚興趣。
土星是太陽行星中僅次於木星的第二大行星，體積是地球的745倍。由於它離地球和太陽都比較遠，在100年前人們一直把它作為太陽係的邊界，後來才發現還有更遙遠的太陽行星。由於土星自轉速度快，轉一周的時間為10小時14分，它的形體也呈扁圓形狀，並且是太陽係中最扁的行星，赤道直徑與兩極直徑之比為100∶90。並且密度很小，比水還要輕，也就是說，取下土星上的一塊物體，可以漂浮在水麵上。在太陽係裏，土星又是一顆美麗的行星，它的外麵圍繞著一圈明亮的光環，仿佛帶著銀光閃閃的項圈。土星的光環非常寬闊，如果把我們的地球放上去，也好像是在公路上滾皮球一樣，因為這個光環僅厚15～20公裏，寬度則達20萬公裏。並且光環的亮度和寬度經常變化，有時清晰，有時模糊，有時看不到蹤影，每隔15年左右循環變化一次。原來，這個光環是由許許多多直徑不到1米的小石塊小冰塊組成的，繞著土星表麵飛快奔跑，看起來就成了一條閃光的環；至於有時明顯，有時昏暗，並不是光環自身的變化，而是土星朝向地球的位置不同，我們觀察時產生了視差。土星有21～23顆衛星環繞，最小的直徑300公裏，最大的直徑5150公裏，比月球還大。
天王星在200多年以前，人們以為太陽隻有水星、金星、地球、火星、土星和木星六顆行星，並認為土星是太陽係的邊際。直到1781年3月13日，一位愛好天文的音樂家威廉·赫歇耳通過自製的天文望遠鏡發現了太陽係的一個新成員，這就是天王星。天王星很大，直徑為地球的4.06倍，體積是地球的60多倍，但因為它距離地球太遠，所以用肉眼看不到；它距太陽也很遙遠，約為地球距太陽的19倍，所以從太陽得到的光熱極少，其表麵溫度總在零下200℃以下。天王星的旋轉很特殊，不僅很慢，繞太陽公轉一周需要84年，而且自轉也不規則，似乎是躺著轉，即有時“頭”朝太陽，有時則“腳”朝太陽。這又使天王星上的季節變化別具特色，隻有春秋兩季白天黑夜比較分明；冬夏兩季一麵長期麵向太陽，溫度升高，另一麵長期背朝太陽，溫度極低。由於天王星距地球遙遠，觀測比較困難，到目前為止隻發現它的5顆衛星，並發現它也有一個與土星相似的美麗光環，光環中包含著大小不同、色彩各異的9條環帶。
海王星本身沒奇特之處，由於它的發現過程與其他行星不同而名聲大振：一般的行星都是由望遠鏡觀察到的，而海王星卻是天文學家計算出來才找到的。原來，天王星被發現後，人們為它的不規則旋轉軌道感到驚奇，因為用牛頓的萬有引力定律可以準確推算其他行星的位置，隻有天王星的位置總是與推算結果不符，這種現象促使天文學家們提出一個大膽的設想：在天王星附近還有一顆行星在影響著天王星的規則運行。很快，有三位天文學家計算出了這另一顆行星的位置和運行軌道，並從天文望遠鏡中捕捉到它，這便是海王星，所以有人稱海王星是“筆尖上發現的行星”。至於海王星本身，就沒有什麼特別的地方了，它的體積大約是地球的4倍，與太陽的平均距離為45億公裏。繞太陽公轉一周需要165年，自轉一周為15小時48分。表麵溫度與天王星一樣，在零下200℃左右。海王星有兩個衛星，一個順行，一個逆行，按完全相反的方向繞海王星旋轉。從天文望遠鏡中觀察，海王星也是一個扁狀球體。
冥王星天文學家在推算並找到海王星以後，很快發現海王星與天王星一樣旋轉很不規則，便自然想到還有一顆行星隱藏在它們附近，本世紀之初，美國天文學家洛威爾計算出了這個未知行星的運行軌道，卻沒有觀察到它。到1930年2月18日，一個叫湯博的天文學家在星象照片上發現有一顆星在眾星之間不斷移動，因為隻有行星才會移動，湯博很快斷定這正是洛威爾計算出的那顆行星，後來命名為冥王星。冥王星距太陽遠，距地球也比較遠，加上發現時間短，人們對它的了解還很少。現在隻知道它繞地球公轉一周需要248年，在九大行星中它距太陽最遠，如果從冥王星上望太陽，也是一個耀眼的小光點，所以它接收不到太陽的光和熱，至多隻能得到地球所得到的幾萬萬分之一，冥王星是一個寒冷黑暗的星球。近年來人們還發現，冥王星的衛星與冥王星的自轉周期相同，都是6天9小時，是迄今發現的唯一的一顆天然同步衛星。如果從冥王星上觀察這顆衛星，便是一個不動的星星。
16．我們看到的“星星”
星座
現在，人們用肉眼可觀測到的星大約有6874顆，現代最大的望遠鏡至少可以看到10億顆，而這仍是宇宙太空中星球的一個極小部分。為了觀測方便，尤其是為了準確識別新星，人們把天空的星星按區域予以劃分，分成了若幹個星座。
據說，古巴比倫人曾把天空中較亮的星星組合成48個星座，希臘天文學家用希臘文給星座命名，有的星座像某種動物，就把動物作為星座的名字，有的則是出於某種信仰，用神話中人物的名字來命名。我國自周代即開始劃分星座，稱為星宿，後來歸納為三垣二十八宿。三垣為：紫微垣、太微垣、天市垣；二十八宿為：角、亢、氐、房、心、尾、箕、井、鬼、柳、星、張、翼、軫、奎、婁、胃、昴、畢、觜、參、鬥、牛、女、虛、危、室、壁。三垣都在北極星周圍，其中的恒星不少是上古的官名，如上宰、少尉等。二十八宿是月亮和太陽所經過的天空部分，裏麵的恒星的名字，有很多是根據宿名加上一個編號，如角宿一、心宿三等。在我國蘇州博物館中有一個宋代天文學家製作的石刻星圖，這是目前世界上最古老的石刻星圖之一。
由於世界上較早發達的國家集中在北半球，在公元2世紀的時候北天星座的劃分已經與今天一樣了，而南天的星座基本上是17世紀以後，伴隨著西方殖民主義者到達南方各地才逐漸製定出來的。截止目前，天空中的星座共劃分為88個，其中29個在赤道以北，46個在赤道以南，跨在赤道南北的13個。這是1928年國際天文學聯合會統一調查，重新劃分歸納的。
在88個星座中有15個在南天極附近，住在北京一帶的人永遠看不到；在上海則可以看到這15個星座中的6個，因為上海比北京緯度低一些；我國海南島南端榆林港的緯度最低，那裏的居民可以看到84個星座。
大角星
大角星
在晴朗的春夜你可以順著北鬥七星的柄，向東南方延伸至與北鬥七星的柄差不多長處，就可清楚地看到形似東方蒼龍一隻角的大角星。它在我們肉眼可看到的最亮的恒星中，運行速度最快。在無數個世界中，它以每秒483公裏的速度在太空中遨遊。它距我們地球較近。大角星屬一等亮星，亮度為全天第四。表麵溫度4200℃，光色為橙黃色。它距我們有36光年。直徑為太陽直徑的27倍，發光表麵為太陽的700倍以上。
天狼星
天狼星
冬夜，在恒星世界中，人們仰望天空，望見最亮的那顆星為天狼星。
它位於大犬星座之中。到冬夜，它在西南方的天空中熠熠發光。它的質量是太陽的2.3倍，半徑是太陽的1.8倍，光度是太陽的24倍。天狼星為什麼如此之亮呢？主要是它距我們比較近，隻有8.65光年。
天狼星在古埃及人心目中是一位掌管尼羅河泛濫的女神，每當這位女神與太陽同時在東方地平線上升起時，尼羅河就要泛濫了。他們把這一天定為新年的開始。天狼星實際上是一對相互繞轉的雙星，不過這要用較大的望遠鏡才可分辨出來。在1862年美國天文學家克拉克發現了天狼星伴星——白矮星。
比鄰星
在廣闊無垠的太空中，有無數顆恒星，其中離太陽最近的一顆恒星稱為比鄰星，它位於半人馬座，離太陽隻有4.22光年，相當於399233億公裏。如果用最快的宇宙飛船，到比鄰星去旅行的話，來回就得17萬年，可想而知，宇宙之大，雖說是比鄰也遠在天涯。比鄰星是一顆三合星。它們在相互運轉，因此在不同曆史時期，“距離最近”這頂世界之最的桂冠將由這三顆星輪流佩戴了。
北極星
北極星
由於地軸的運動，北天極在天空中的位置總是不斷地變動，因此，北極星也隨之不斷地易位，不斷地更換得主。
從公元前1100年的周朝初年到秦漢年代，北天極距小熊座β星最近，因此，那個時代的北極星是小熊座β星，即我國所稱的帝星。明清以後，北天極轉向小熊座α星（即勾陳一），該α星便成了北極星。公元前2000年時，天龍座α星，中國名古樞，是北極星，古埃及金字塔底的百米隧道就是對它而挖，為觀察它而修築的。天文學家預測，待4000年後，即公元6000年，北極星將易位給仙王座β星。8000年後，天鵝座α星（天津四）為北極星。1萬年後，北極星的桂冠將落到明亮的織女星——天琴座α星的頭上。
英國科學家牛頓用萬有引力說明了地軸運動的原因。地球的自轉運動像一個陀螺在旋轉。地球的赤道部分比兩極凸起，太陽、月亮對地球赤道凸起部分的引力作用，使地軸向黃道麵方向傾斜運動，造成北天極在天空位置發生變動，北極星便隨之易位。但是，不管北極星的得主是哪顆星，因為地球軸線所指方向不會變，所以，我們不論從什麼位置，也不論在什麼時候，它的位置總是在北方。
北極星不但可以指示方向，而且可以當時鍾用。從事夜間野外工作的人，在沒有鍾表的情況下，可以借助北極星知道時間。請你仰望夜空，麵對北極星而立，把北極星作為鍾表的中心。再找到北鬥七星，將北鬥七星的指極星（即天璿和天樞）與北極星的連線作鍾表的時針。以北極星為中心將天空劃分為12等分，作為鍾表的刻度。好了，現在你就有了一個夜空賜予你的“星鍾”了。北極星向下指向地平線的是北方，向上則為天頂，即刻度為12處。由於星辰東升西落，所以星鍾的指針轉動的方向與普通鍾表指針相反，12點以後不是1點，而是11點，然後依次為10、9?這怎麼計時呢？不要著急，隻要借助一個簡單的計算公式，你就可以得到與普通鍾表幾乎一致的時間了。首先，在觀看星鍾時要記住你所在地以時為單位的經度，認好星鍾時針所指的“鍾點”數字，記住當時的月份和日期，然後用下列公式就可以定出北京時間了：北京時間=36.4小時-經度-2（鍾麵點數+M）這裏的“M”是這年1月1日算到觀看日期的日數（每天算成0.1月）。如果得出的是負數，就再加上24小時。比如，1989年6月1日，在北京天文館（經度是7.8小時）看北鬥星鍾的指針在“10”，當時的北京時間應是：63.4小時-7.8小時-2（10+5）時間=-1.4小時24小時-1.4小時=22.6小時。也就是說，當時的北京時間是晚上10點36分。你不妨試試看。
北鬥星
北鬥七星
我國古老的神話中有這樣一段故事：黃帝與炎帝臣子蚩尤大戰於涿鹿之野。蚩尤以魔法造起迷天大霧，困得黃帝的軍隊三天三夜不能突圍。黃帝的臣子風後受北鬥星的鬥柄指向不同的啟發，想出一種指南車，引導黃帝的軍隊衝出了大霧的重圍。
在眾多民族的曆史中都有這類借藉北鬥星定方向的記載。在晴朗的夜晚，我們在北方天空很容易發現7顆構成鬥勺圖形的星星，這就是我們說的北鬥星。古希臘人和羅馬人稱之為熊（Aretos）；不列顛人稱之為“犁”（Plow）；美國人叫它“大杓”（BigDipper）；1928年國際天文學聯合會定名為大熊，符號為OMa。北鬥七星的中國名稱是天樞、天璿、天璣、天權、玉衡、天陽和搖光，
它們的符號分別是α、β、γ、δ、ε、ζ、η。前4顆連接起來的幾何形狀像個鬥勺，所以稱它們為鬥魁；後3顆像是鬥勺的柄，所以這3顆又稱鬥柄。北鬥七星中，“玉衡”最亮，近乎一等星；“天權”最暗，是一顆三等星；其他5顆星都是二等星。在“天陽”附近有一顆很小的伴星，叫“輔”，它一向以美麗、清晰的外貌引起人們的注意。據說，古代阿拉伯人征兵時，把它當做測試士兵視力的“測目星”。北鬥七星中的天璿和天樞兩星，有特別的效用：從“天璿”過“天樞”向外延伸一條直線，延長約5倍，就是與北鬥遙相輝映的北極星。北極星的方向就是地球的正北方。所以，天樞、天璿又統稱指極星。地動星旋，東升西落，而北極星居其中，近乎不動。人類的祖先根據北極星和北鬥七星的鬥柄“春指東、夏指南、秋指西、冬指北”的運轉規律，來確定方向，北鬥星成了漂泊在茫茫大海上的船隻和陷入草原荒漠的迷路人的太空指南針。
在中國，傳說北鬥星是壽星，他主管人間的壽夭。這位壽星酷愛奕棋消遣，常常化作老人的樣子，遊戲於人間。三國時，有個占卜者管輅曾替人出主意，懇求北鬥把歲數從19歲增加到99歲。北鬥星成為渴求長壽的人們心目中的保護神。盡管北鬥為何被古人奉為壽星無可考證，但給老年人祝壽時，總以老壽星作比喻，以祝願老人健康長壽。
在西方，普遍流傳著古希臘神話中有關大熊星座的故事，傳說這隻大熊原是個美麗溫柔的少女，名叫卡力斯托。眾神之主宙期愛上了這位美麗絕倫的姑娘，與她生下了兒子阿卡斯。宙斯的妻子赫拉知道後妒火中燒，對卡力斯托施展法力。傾刻間卡力斯托白皙的雙臂變成了長滿黑毛的利爪，嬌紅的雙唇變成了血盆似的大口。美貌的少女終於變成了猙獰凶惡的大母熊。赫拉還嫌懲罰不夠，又派獵人追殺大熊，宙斯在空中看到，怕赫拉再加害卡力斯托，就把大熊提升到天上，成為大熊星座。北鬥七星的鬥柄成為大熊長長的尾巴，鬥勺是大熊的身軀，另一些較暗的星組成了大熊的頭和腳。
在美洲，傳說從前有成群的獵人在冰天雪地裏追趕一隻熊，忽然來了一個巨怪把獵人吞食，隻剩下3人，這3人仍窮追大熊不放，直追到天上，與熊一起變成了星宿。所以美洲土人也稱北鬥為大熊。七星中的鬥魁是熊，鬥柄是追熊的3個獵人：第1個人彎弓射熊，第2人執斧宰割，第3人手持一把柴火，待烹煮大熊。在碧海青天裏，3個獵人夜夜追熊，總要到秋天才能把熊射殺。那漫山遍野紅彤彤的霜葉，據說就是熊血點染的。
牛郎星
牛郎星
河鼓二即天鷹α星，俗稱“牛郎星”。在夏秋的夜晚它是天空中非常著名的亮星，呈銀白色。距地球16.7光年，它的直徑為太陽直徑的1.6倍，表麵溫度在7000℃左右，發光本領比太陽大8倍。它與“織女星”隔銀河相對。古代傳說牛郎織女七月七日鵲橋相會。實際上牛郎織女相距14光年。即使乘現代最強大的火箭，幾百年後也不曾相會。牛郎星兩側的兩顆暗星為牛郎的兩個兒子——河鼓一、河鼓三。傳說牛郎用扁擔挑著兩個兒子在追趕織女呢。
織女星
織女星
織女星又被榮稱為“夏夜的女王”。它位於天琴座中，是夏夜天空中最
著名的亮星之一。位於銀河西岸，與河東的牛郎隔河相望。織女星，呈白色，離我們地球26.4光年，直徑為太陽的3.2倍，體積約為太陽的33倍，表麵溫度為8000℃左右，發光本領比太陽大8倍。由於地軸運動，公元14000年時，織女星將是北極星。在織女星旁有四顆暗星，組成一個小菱形。傳說這是織女的梭子，她一邊織布，一邊深情地望著銀河對麵的丈夫（牛郎）和兩個兒子（河鼓一和河鼓三），熱切期待著鵲橋相會的喜日子很快到來。
哈雷彗星
哈雷彗星
哈雷給“妖星”正名17世紀80年代之前的漫長歲月裏，人們一直受著彗星的困惑而惶惶不安。丹麥有個名叫布拉烏的天文學家，把彗星當做“妖星”，並給它塗上了神秘的色彩，說什麼彗星是由於人類的罪惡造成的：“罪惡上升，形成氣體、上帝一怒之下，把它燃燒起來，變成醜陋的星體。這個星體的毒氣，散布到大地，又形成瘟疫、風雹等災害，懲罰人類的罪行。”因此，1682年的一個晴朗的夜晚，當一顆奇異的星星，拖著一條閃閃發光的長尾巴，披頭散發地出現在天空中時，人們嚇呆了。天主教的神父們將這顆星視作災難降臨的預兆，疾呼：“妖星出現，世界的末日到了，大家快向上帝懺悔吧！”盡管人們紛紛懺悔，這顆星仍一連幾十個夜晚緩緩地在浩渺的星空運行。王公貴族們利用這一自然現象，咒罵自己的政敵不得好死；星相家與巫師們更是乘機興風作浪，一時間，人們驚恐萬分。
然而，英國天文學家愛德蒙·哈雷卻不聽邪，他對這顆彗星毫無懼色，決心要揭天所謂“妖星”的真麵目。
哈雷對英國和世界各地曆史上有關彗星的觀測資料進行了研究，並對其中24顆彗星的軌道進行了計算，發現1513年1607年和1692年出現的3顆彗星的軌道十分接近，時間間隔又恰恰都76年左右，於是斷定，這是同一顆彗星，並預測這顆彗星下一次回歸的時間：1758年12月25日。這天，壯觀的大彗星果然如期蒞臨。為紀念這位科學家的英明預言，人們將這顆曾蒙受“妖星”之冤的彗星，定名為“哈雷彗星”。
現在，人們已經知道彗星內部的主要成分是凍成冰的氣體、塵埃以及大石塊。那掃帚般的長尾巴主要由氮、碳、氧和氫等各種化合物自由原子構成的。
又醜又髒的哈雷彗星彗核，哈雷彗星有一條十分壯觀的彗尾，有一頭美麗明亮的彗發，那它的彗核是什麼模樣呢？人類一直想一睹它的風采。
這顆遲遲不肯以真麵目示人的哈雷彗星的彗核，卻原來是個又醜又髒的家夥。其模樣長得與其說像一個帶殼的花生，不如比作一個烤糊了的土豆更為貼切。表皮裂紋累累，皺皺疤疤，其髒、黑程度令人難以想象。它最長處16公裏，最寬處和最厚處各約8.2公裏和7.5公裏，質量約為3000億噸，體積約500立方公裏。表麵溫度為30～100℃。彗核表麵至少有5～7個地方在不斷向外拋射塵埃和氣體。彗核的成分以水冰為主，占70％，其他成分是一氧化碳（10～15％）、二氧化碳、碳氧化合物、氫氰酸等。整個彗核的密度是水冰的10～40％，所以，它隻是個很鬆散的大雪堆而已。在彗核深層是原始物質和較易揮發的冰塊，周圍是含有矽酸鹽和碳氫化合物的水冰包層，最外層則是呈峰窩狀的難熔的碳質層。