地球在公轉,怎麼證明太陽也在公轉呢?

稽核專家:魯暘筱懿

行星物理學博士、國家遙感中心副研究員

一年有四季告訴我們地球在圍繞太陽運動。你知道嗎,其實太陽本身也在銀河系裡圍繞著銀河中心運動

那麼,是誰最先發現太陽也在繞圈的呢?他是怎麼向世人證實這一點的?從古至今,人類對星空的認識又有哪些變化?一起來看看吧。

地球在公轉,怎麼證明太陽也在公轉呢?

你熟悉的太陽系

地球在公轉,怎麼證明太陽也在公轉呢?

銀河系尺度下的太陽系運動

1 被打破的永恆

在說人類發現太陽也在運動的故事之前,先問大家一個問題,什麼是恆星,什麼是行星?

相信小夥伴們一定會想,這還不簡單嗎,恆星能夠靠核聚變自己發光,而行星不會自己發光。此外,行星會繞著恆星轉圈。

不錯,這是我們現代人對恆星和行星的理解,然而在幾千年前的古代,人們可是不這麼想的。

當我們向天空望去,會直觀地發現,一天之內太陽和月亮的位置會隨時間不斷髮生變化,而夜空中星星的位置卻沒有太大變化。最早古人認為星星的位置是不變的,而日月會在天空周而復始地移動、運轉。

地球在公轉,怎麼證明太陽也在公轉呢?

不過,這個想法很快就被“打臉”了。古人通過更精細的觀測發現,星星的位置一直在發生著變化,長時間來看,群星好像在圍繞著天空中的某一個點周而復始地旋轉著。

現在,這個點被我們稱為北天極,大家熟悉的北極星在地球上看大致就在北天極的位置,很早以前古人就認識到這個現象其實是由於地球自轉引起的。

地球在公轉,怎麼證明太陽也在公轉呢?

延遲攝影下的星空,星星會圍繞北天極旋轉

雖然星星的位置在時刻變化著,但這並不能阻礙古人追求永恆的心。

人們發現夜空裡大多數星星都是一起同步圍繞北天極旋轉的,也就是說,這些星星雖然在運動,但是它們之間的相對位置不會發生改變

不過,卻有五個“特立獨行”的星星不和大家一起旋轉,它們的運動十分詭異,與其他星星的相對位置也在一直改變著,有時還會逆著其他星星的方向運動。

於是,古人把這些不和大家一起旋轉的星星稱為行星,而把其他同步繞北天極旋轉的星星稱為恆星,這便是人們最早對行星和恆星的定義,而那五個“特立獨行”的星星,便是大家熟悉的金星、木星、水星、火星、土星

地球在公轉,怎麼證明太陽也在公轉呢?

圖中的金星和水星是行星,其餘為恆星,虛線為黃道

故事當然不會這樣簡單地結束,相傳一位名叫馬克羅比烏斯的古希臘先賢就曾提出懷疑,他認為即便是恆星可能也不會老老實實地繞著北天極旋轉。

不過,沒有任何記載表明馬克羅比烏斯確切地觀測到了這種現象,他的猜想也“石沉大海”,人類再一次關注這個問題已是2000多年後。

2000年後,愛德蒙·哈雷給出了答案。(沒錯,哈雷彗星就是以他命名的!)

17到18世紀西方自然科學進入興起階段(牛頓力學的誕生),人們不僅已對天體運動進行了大量的觀測,掌握了成熟的觀測天體的方法,牛頓還發明瞭當時最先進的反射式望遠鏡,並在前人的基礎上發現了支配所有天體運動的規律——萬有引力定律。

1718年,哈雷通過彙總整理了大量前人的天文觀測記錄發現天狼星、大角星和畢宿五的位置與約1850年前的古希臘天文學家伊巴谷所描述的位置有半度以上的偏差。

由此,哈雷推測恆星之間並不是相對靜止的,一定也存在著相對運動,這個現象被稱為恆星自行

地球在公轉,怎麼證明太陽也在公轉呢?

埃德蒙多·哈雷:沒錯!我就是預測哈雷彗星週期的那個人

那麼哈雷的推測是否正確呢?如果恆星之間也存在相對運動,那麼同樣作為恆星的太陽會不會也在不停地運動著呢?接下來,該輪到恆星天文學之父赫歇爾登場了。

2 “奔跑”的太陽系

在哈雷發現一些恆星的相對位置出現變化後,很快就有科學家提出了猜想,認為遠處的恆星如同行星一般,一直在沿著某個軌道運動著。

當時,伽利略提出的運動的相對性原理已經深入人心,因此也可以認為原處的恆星靜止,太陽系一直在不停地運動著。

藉著這個思路,剛因為發現天王星而在天文界名聲大噪的赫歇爾觀測了7顆不同位置的恆星。藉助觀測資料和之前的一些關於恆星自行資料,他得出結論:太陽正在向武仙座方向的空間運動著。這個結論可以說是重新整理了人們的宇宙觀

赫歇爾的工作很快得到了其他天文學家的認可,就此人們第一次證實了太陽相對於其他恆星並不是靜止不動的,而是一直在發生著運動,在地球上看的效果就是哈雷曾發現的恆星自行現象。

地球在公轉,怎麼證明太陽也在公轉呢?

威廉·赫歇爾

隨後,拉朗德通過27顆恆星自行運動的資料,再次得到了與赫歇爾相同的結論,又一次有力地證實了太陽正在相對其他恆星運動著。

後來人們發現太陽系是銀河系的一部分,銀河系是一個螺旋形星系,直徑十萬光年,包括兩千多億顆星。太陽離星系中心大約兩萬五千到兩萬八千光年。太陽系以移動速度約每秒220公里,兩億兩千六百萬年在星系轉一圈。

簡單來說,太陽系圍繞銀河系中心做公轉運動,公轉週期為22600萬年,也就是2.26億年。太陽系繞銀河系中心轉一週的時間稱為宇宙年

地球在公轉,怎麼證明太陽也在公轉呢?

太陽繞銀河運動的軌道為銀道,地球繞太陽公轉軌道為黃道

3 恆星天文學之父

說起赫歇爾,他一生中的重大發現可多了,除了前面提到的發現太陽運動、發現天王星之外,他還通過多年巡天觀測發現了銀河系的結構,並提出銀河系是一個盤狀的星系

此外,赫歇爾還觀測並記錄了大量的星系和星雲,併為它們分了類,他也因此被譽為恆星天文學之父。

地球在公轉,怎麼證明太陽也在公轉呢?

星雲

在觀測雙星系統時,他發現許多“雙星”不僅是視覺上看起來離得近,它們之中有很多對兒是圍繞同一個質心旋轉的。

地球在公轉,怎麼證明太陽也在公轉呢?

雙星系統,A和B兩天體繞它們的質心O運動

赫歇爾還首次探測到了天體的紅外輻射,成為第一個發現紅外線的人。

早年間,從事天文研究之前,赫歇爾其實主要從事音樂方面的工作,著有20餘首交響曲,也算是一位古典主義音樂家了。

地球在公轉,怎麼證明太陽也在公轉呢?

赫歇爾的作品

關於“如何證明太陽也在繞圈”的故事到這裡就結束了,從一開始的追求永恆到最終形成一套完整的科學體系,人類對宇宙的認識也隨著天文學的發展一次次地被重新整理著。

浩瀚的星空中還有更多的祕密等待我們去發現,解開宇宙之謎的下一個人也許就是你哦!

來源:數字北京科學中心

編輯:小林綠子

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