书城科普自然的奥秘
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第11章 天空的奥秘(3)

在各种流星现象中,最美丽、最壮观的要属流星雨了。当它出现时,千万颗流星像一条条闪光的丝带,从天空中某一点辐射出来。流星雨以辐射点所在的星座命名,如仙女座流星雨、狮子座流星雨等。历史上出现过许多次著名的流星雨:天琴座流星雨、宝瓶座流星雨、狮子座流星雨、仙女座流星雨……不同的流星雨,其规模也不相同。有的流星雨在一小时中只出现几颗流星,但由于它们都是从同一个辐射点“流出”的,因此也属于流星雨的范畴;有的流星雨在短短的时间里,在同一辐射点中能迸发出成千上万颗流星,形成节日中人们燃放礼花那样壮观的景象。当每小时出现的流星数超过1000颗时,我们称之为“流星暴”。1885年11月27日就出现过一次特大流星暴,在5个小时内流星多达1000万颗。

流星雨的来源是不一样的,有些是彗星破碎留下的残骸,而有些流星群则来自破碎的小行星。当地球进入流星群轨道时,可以看到天空某一区域在几小时、几天或者更长时间内出现大量流星,甚至“星陨如雨”。

狮子座流星雨

在流星雨中,我们最常听说的应该要属狮子座流星雨了。它降临时,不仅万星纵横、火球照天、规模宏大,而且速度也堪称全能冠军。另一个引人注目的特征是,当它们与地球迎头相撞时,速度竟高达每秒72千米!如果没有地球大气层这层“保护罩”,当千千万万颗宇宙“流弹”袭击地球时,人们就只好钻地洞以求平安了。

为什么狮子座流星雨能历千年而不衰呢?1866年意大利天文学家发现有一颗彗星的运行轨道和狮子座流星群的运行轨道相似,这颗彗星的名字是坦普勒-塔特尔彗星。

彗星与流星体有什么缘分呢?原来在这巨大彗星中间,有一个彗核,它是一座混杂大量的黑色颗粒及尘埃物质的冰山。坦普勒-塔特尔彗星的运行轨道是一个长长的椭圆轨道,当它每次飞近太阳时,冰山表面的冰物质直接升华,喷射出大量的气体,同时夹带出许多小碎块、细颗粒与尘埃物质,这些散步冰山周围的碎块仍继续绕太阳飞驰。当它们与地球相遇时,就会以每秒72千米的宇宙速度冲进地球大气层,演奏出令人赏心悦目的狮子座流星雨。

这样,狮子座流星群就仿佛是庞大军团,且每隔一段时间就补充一支勇于冲锋陷阵的集团军,自然历千年而不衰。

黄道十二宫

天球和黄道

天球,是在天文学和导航上假想出的一个与地球同圆心,并有相同的自转轴,半径无限大的球。天空中所有的物体都可以当成投影在天球上的物件。地球的赤道和地理极点投射到天球上,就是天球赤道和天极。天球是位置天文学上很实用的工具。在亚里斯多德和托勒密的模型中,天球被想象成实际的物体,而不仅仅是一个几何的投影。

太阳在天球上每天移动约1度,一年则移动一周,这称之为太阳周年视运动,太阳中心在天球上视运动的轨迹则是黄道。

黄道十二宫

黄道十二宫一词来自希腊语,意思是动物园。在希腊人眼里,星座是由各种不同的动物形成,这也就是十二个星座名称的由来。在天文学上,以地球为中心,太阳环绕地球所经过的轨迹称为“黄道”。黄道宽16度,环绕地球一周为360度,黄道面包括了除冥王星以外所有行星运转的轨道,也包含了星座,恰好约每30度范围内各有一个星座,总计为十二个星座,称为“黄道十二宫”。

黄道上的划分

太阳在黄道上自西向东运行,每年环“天”一周。在黄道两边的一条带上分布着十二个星座,它们是白羊座、金牛座、双子座、巨蟹座、狮子座、处女座、天秤座、天蝎座、人马座、摩羯座、水瓶座和双鱼座。地球上的人在一年内能够先后看到它们。古巴比伦人对这些星座进行了长期观测,通过观测定出了黄道,又把黄道分成12等份,每等份30度,称为1段。太阳在12个月内绕黄道运行1周,因此它在黄道上每月运行1段。在古人看来,太阳是阿波罗神,它休息的地方定然是金碧辉煌的宫殿,因此,他们就把黄道上的1段叫做1宫。这样,黄道上的12段便成了“黄道十二宫”。黄道十二宫的名称与黄道附近的12个星座类似,即白羊宫、金牛宫、双子宫、巨蟹宫、狮子宫、处女宫(室女宫)、天秤宫、天蝎宫、人马宫、摩羯宫、水瓶宫和双鱼宫。

与黄道星座区别

虽然黄道十二宫的名称与黄道附近的12个星座的名称相同,但它们有本质的差别。

黄道十二宫表示太阳在黄道上的位置,宫与宫的大小是固定的。都是30度,太阳进入每一宫的时间基本上是固定的,现在每年3月21日前后太阳来到春分点,进入白羊宫;6月22日左右来到夏至点,进入巨蟹宫;9月23日前后来到秋分点,进入天秤宫;12月22日左右来到冬至点,进入摩羯宫。

与黄道十二宫不同,黄道附近的12个星座的大小不相同,例如双鱼座的宽度达49度,而巨蟹座的宽度只有21度;12个星座也不一定位于黄道上,而是分布在黄道两边各8度的区域。除此之外,蛇夫座也被黄道经过,但不属占星学所使用的黄道十二宫之列,在占星学的黄道十二宫定义只是指在黄道带上十二个均分的区域,不同于天文学上的黄道星座。而经国际天文学联合会在1928年规范星座边界后,黄道中共有13个星座。

太阳戴帽——日晕

日晕概述

日晕是日光通过云层中的冰晶时,经折射而形成的光现象,围绕太阳环形,呈彩色。日晕的出现,往往预示天气要有一定的变化。日晕是一种比较罕见的天象。“日晕”有全晕圈和缺口晕。

当光环半径的对应视角在22~46度之间的角度,人们可以用肉眼观察到“日晕”现象。云层中冰晶含量越大,阳光产生折射后所呈现的“日晕”形状就越小,光环也就越显著,容易使人观察到;反之,则无法形成“日晕”,或者即使形成也无法在地面上清楚地观察到这一现象。

出现时间

“日晕”多出现在春夏季节。民间有“日晕三更雨,月晕午时风”的谚语,其意思就是若出现日晕的话,夜半三更将有雨,若出现月晕,则次日中午会刮风。日晕在一定程度上可以成为天气变化的一种前兆,出现日晕天气有可能转阴或下雨。但说这种现象可以预兆今年气候的旱涝是没有科学依据的。

观测情况

日晕出现时不要长时间用肉眼观看日晕,以免灼伤眼睛。天气要下雨时,往往会在高空中出现像鸟类羽毛般的卷云,接着在卷云的下面6千米左右空中出现含雨的卷层云。由于气温低,云中的水滴变成六棱柱状的小冰晶。太阳光能穿过云层即在小冰晶上发生折射,看上去在太阳的周围出现一个圆圈,由内而外呈红橙黄绿青蓝紫七种颜色,这就是日晕。

谚语解析

有时候,在太阳或月亮周围出现一道光圈,色彩艳丽,人们叫它“风圈”,气象上称晕。出现在太阳周围的光圈叫日晕,出现在月亮周围的光圈叫月晕。它是由于日、月光线通过云层时,受到冰晶的折射或反射而形成的。而这种冰晶结构的云常常是冷暖空气相遇而生成的云层,以后云层增厚,发展成雨层云,所以晕是风雨将临的征兆。当天空中出现晕时本地离这层云有六七百千米,按每小时四五十千米移速来估算,一般在晕出现后十几个小时风雨才会到来,这便是“日晕三更雨,月晕午时风”的道理。但并不是每次出现晕以后必定刮风下雨,还要根据云的发展情况去分析。一般出现月晕时,下雨的可能性比出现日晕时少,而多是刮风天气。

相关报道

日晕,也就是人们常说的太阳戴帽,它的出现,往往预兆着雷雨天气的来临。2006年5月21日1时30分左右,乐山市中心城区出现了神奇的日晕天象:太阳周围一个巨大的光圈吸引了当地市民竞相驻足观望。光圈主要由内外两种颜色组成,内侧呈淡红色,外侧呈淡紫色。在晴朗湛蓝的天宇上,色彩缤纷的光圈环绕在耀眼夺目的太阳周围,看上去就像太阳戴了一顶硕大的草帽。

“快看,太阳戴帽子了。”一些市民发现这种现象后纷纷驻足观看,引得不少车辆驾驶员也停下车来,将头伸出车窗仰望。一时间,热闹的街头出现了万人竞相引颈观望的情景。尤其令人称奇的是,在同一城区的南北两边看到的天象却各不相同。下午2时,人们在乐山城区南边肖公嘴附近发现了日晕的另一种姿态,天空中只能观察到半边的太阳“光圈”。这种现象大约持续了1个多小时后才逐渐消散。据了解,日晕现象出现的当天晚上,乐山市再次遭受了雷雨天气的侵袭,正好应验了“日晕三更雨”的民谚。

日晕成因

日晕是一种常见的大气光学现象,它的形成与高云有关。高云一般由微小的冰晶组成,这些冰晶相当于三棱镜,当太阳光通过高云中蕴含的冰晶时,经过两次折射、反射便形成了日晕。由于蕴含冰晶的高云一般是雷雨天气入侵的“先锋”,所以日晕的出现,往往预兆着天气在短时间内便会转坏。

夜空中闪烁的星星

眨眼的星星

夜空晴朗,繁星闪烁。当你抬头注视星空时,便会发现,除了少数几颗东游西荡的“行星”之外,其他星星看起来似乎全是不动的恒星。这些恒星有时亮,有时暗,忽闪忽闪地,就像在狡黠地眨动着眼睛。愈接近地平线的恒星,光亮闪烁得愈显著,有时还伴随着色彩的变化,使人眼花缭乱。这到底是星星眨眼,还是人眼的错觉呢?

这两种说法都是不对的。我们知道,肉眼看东西必须具备“光”这个条件,光把物体的方向、形状和颜色等传给眼睛,使视觉神经获得特有的、独立的感觉。这些感觉传递到大脑,使我们形成有关物体的大小、远近、形状、颜色等概念。

天上的恒星离我们都非常遥远,除太阳外,要算南部天空的比邻星离我们最近,距地球有4.2光年;银河彼岸的织女星距地球则有20光年。一光年就是光一年走过的距离。光1秒钟可走30万千米远,一天有86400秒,一年有365.24天,4.2光年、20光年的路程该是何等遥远啊!星星距离我们这样遥远,自然说不上真是在“眨眼”,一般把这种现象称为星光“闪烁”。这种“闪烁”现象是地球大气层在作精彩的表演。

星光闪烁是“大气层”的功劳

从地面向上,大气逐渐稀薄,各气层的密度、温度也千差万别。星星发出的光穿越大气层来到我们眼前,经过性质不同的气层时,所受到的折射程度也不相同,使得星光的方向在极短的时间里来回改变、动荡不定。

夜空中的星光闪烁也是上述这个原因。入夜,经过太阳一天照射的地面开始散热,热空气上升,冷空气下降。晚风吹拂,气流的密度时刻在发生变化,各层大气的密度和温度不尽相同,这样一来,星星射来的光线就不能笔直地前进,而要发生不同程度的偏折。射入我们眼中的光线经过多次折射,就会时多时少,时而偏这边,时而又偏向那一边。于是,我们便看到星光时亮时暗,闪闪烁烁了。

星光的闪烁原理

星光的闪烁变化过程是进行得很快的,大约1秒钟内闪烁几十次到100多次。靠近地平线的星光通过的大气层比在天空时厚得多,因此折射光线的变化就更为剧烈,星光闪烁得也更厉害。

至于星光颜色的变化和闪动,和大气的色散作用有关。特别是当光线穿过较厚的大气层时,大气色散作用较为强烈,加上大气折射率的不规则起伏,就有可能把太阳的白光色散为七色彩带,并发生不规则的变化,产生不断变异和闪动的彩光。

我们看到的行星的光几乎是不闪动的,是因为行星距地球比恒星近得多。

研究星光的闪动,对于天气预报也很有帮助。有一个谚语说“星星紧眨眼,下雨隔不远。”意思是说,晚上星星闪动最厉害时,就会下雨,这是很有道理的。

这是因为,前面提到,星光的闪动是由于空气的折射造成的。星光闪动得越厉害,说明上升的气流就越多,带到空中的水汽也就越多,气流也越不稳定,自然下雨的可能性就越大。

光的折射原理

在星光闪烁现象中,体现出的是光的折射原理。恒星的光在射入地球大气层后,光发生折射和紊乱,所以我们看到的光在闪烁和动荡。

折射现象是非常常见的。例如,我们将竹筷插入水中,在水面看起来,好像被突然折断了。这就是由于从水面下那部分竹筷上反射出来的光,在透过水面时发生折射,因而所看到的影象并不与竹筷完全符合的缘故。

光从一种透明介质斜射入另一种透明介质时,传播方向发生偏折,这种现象叫光的折射。

光的折射与光的反射一样,都是发生在两种介质的交界处,只是反射光返回原介质中,而折射光则进入到另一种介质中。由于光在在两种不同的物质里传播速度不同,故在两种介质的交界处传播方向发生变化。

在两种介质的交界处,既发生折射,同时也发生反射。反射光光速与入射光相同;折射光光速与入射光不同。

“朔”与“望”——月的阴晴圆缺

反射太阳光的月亮

“床前明月光,疑是地上霜。举头望明月,低头思故乡。”唐朝大诗人李白这样抒发对月光和家乡的感慨,也描述了月光的景色。那么,月光究竟是什么?它是怎样产生的呢?

月亮的明亮程度,与它的反照率、反光面的大小、距离地球的远近以及距离太阳的远近有关。