七月份的哆啦A梦新番528中,有《去天河钓星星》(天の川で星釣りを)这一集。说实话,当时看完这一集确实被打动了。剧情大家可以去看看,B站视频:av26376337。我个人是挺喜欢这一集的,场景真的很梦幻。虽然已经不是小孩子了,但仍然很喜欢这种天马行空的幻想。试想,能畅游于星河之间,和群星共舞,触摸这一颗颗闪闪发光的星星,这也正是我小时候的幻想(所以开始喜欢上天文学)。但是随着年龄一点点增长,我才明白,天上的星星,实际上是遥不可及的。摘星星,这是不可能的。唉,怎么形容这种心情呢,就像《实现梦想的哆啦A梦》有一句歌词唱道:“长大成人之后是否会忘却啊?”确实,我们长大以后,为了成绩,为了生活,承受着各种压力,真的忘掉了很多很多……就像有下面这些感想的人,从理论上讲,确实,这一集吐槽的地方多了去了,但是生活中没有了这种幻想,也应该是很空虚的吧。过于追求科学,没有了那种浪漫,也注定孤独一生。大雄为了能让静香开心,也是和哆啦A梦一起煞费苦心呀。

《哆啦A梦新番第528集《去天河钓星星》中的天文学》

好吧,今天咱先不谈这些,浪漫归浪漫,我还是想给大家扒一扒这一集当中涉及的一些天文学知识。

一、银河真的能看得到吗?

《哆啦A梦新番第528集《去天河钓星星》中的天文学》

银河确实可以用肉眼看得到。在地球上,我们看到银河系的模样只是一条乳白色的光带而已,所以老外称它为“牛奶路(The Milky Way)”。大家可以看看下图,太阳在银河系中的位置,就可以想象出地球上看到银河大概的模样了。

从地球上看是乳白色的光带,但是用大型的望远镜观看,光带是由无数颗恒星、星云等组成的。它们距离我们太过于遥远了,我们无法分辨出其中的单独一颗星,所以看上去就像牛奶倒在夜空中一样。实际上整个银河系包含了千亿颗大大小小的恒星。通过大量的研究和分析,我们现在能描绘出银河系的模样,大家可以看看下图:

《哆啦A梦新番第528集《去天河钓星星》中的天文学》
图片来源:维基百科

有小伙伴可能会问了,既然能看得到,那为什么我从来没看到过呢?其实呀,要想看到银河,就得去没有光污染的地方。在城市里,各种灯光都把夜空照成白昼了,星星都看不见几颗,就别说银河了。在乡下,现在只要一有点灯光,也很难看得到银河。大家可以想象一下,星星亮闪闪的,因为它是一个点在发光;而上面也说了呀,地球上看银河它不是一个点,而是面,而且这个面的各处光还不一样亮,所以也比较难看到。但是,银河确实是能看得到的哦,是要在周围没有光的地方。

二、星等

《哆啦A梦新番第528集《去天河钓星星》中的天文学》
星星有不同的星等,星等衡量星星的亮度。

仰望星空,我们会看到有的星星亮,有的星星暗。今天,我们拥有更加科学的方法来描述我们看到星星的明暗,那就是星等。星等的概念最先是由古希腊天文学家Hipparcos(喜帕恰斯,也有人叫“依巴谷”)最先提出的。他定义:星等越大,星星的视亮度(也就是我们看到的星星的明暗程度)越小。最亮的是1等星,肉眼看上去最暗的是6等星。

对于我们观测者而言,使用的就是“目视星等”。星等相差5,亮度相差100倍。比如,太阳的视星等是-26.74,满月的视星等为-12.74,金星(黎明前在东方出现的时候为启明星,黄昏时在西方出现的时候为长庚星)最亮可达-4.6等,织女星的视星等是+0.026,北极星(勾陈一)视星等是+1.98,而南极星(在北半球看不到)只有+5.74(以上数据来自于维基百科)。这就是平常我们使用的星等——视星等。

其实,除了视星等,还有许多其他类型的星等哦~关于星等的那些事儿,有兴趣的朋友可以看看我先前写的哔哩哔哩专栏cv591696,这里就不再多说啦~!

三、小行星带

《哆啦A梦新番第528集《去天河钓星星》中的天文学》

大雄钓上来一颗“很土”的星星,哆啦酱说它是小行星带中的一颗呢。像这样的小行星,肉眼是看不到的,非常暗淡。

小行星带,相信大家也都不陌生。这个小行星带是位于火星轨道和木星轨道之间,拥有无数颗大大小小、形状各异的岩石碎片等小天体,小到沙粒,大如山脉的都有。但是小行星带中个头最大的还是谷神星,直径达950公里。这些小行星分布在火星轨道和木星轨道之间,围绕着太阳运转。

《哆啦A梦新番第528集《去天河钓星星》中的天文学》
谷神星,天文学上用符号“⚳”表示。照片为曙光号探测器拍摄。

 

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找到一颗和上面哆啦A梦手中拿着的,也就是大雄钓上来的最像的一颗小行星——951 Gaspra。小行星951,由伽利略号木星探测器1991年飞掠它的时候拍摄的。

说到小行星带,大家脑海里可能浮现出像打游戏时的画面,一堆小行星密密麻麻的,就担心飞船飞过的时候会碰上,如下图。其实并不是的。宇宙的空间还是非常广袤庞大的,这些碎片之间的距离也是非常大,所以宇宙飞船要是经过小行星带,不用担心会撞上它们哦~

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这么多大大小小的天体,为什么这些碎片没有聚集到一起,形成更大的行星呢?这里应该是会有一颗大行星的呀!科学家们认为,这是受到木星引力影响的结果。像地球这样的行星也是由太阳系形成初期的这样的碎片慢慢地像滚雪球一样聚集形成的,而木星(太阳系中最大的行星)的引力干扰了这些碎片,给这些小天体注入了太多的轨道能量,使它们无法聚集成更大的行星。

四、土星环

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哆啦酱解释完小行星后补充了一句,“土星环也想这样聚集了好多小行星呢。”是的。土星可是太阳系中最壮丽的天体,因为它拥有最美丽的光环。这些光环是由小到微米级,大到米量级的碎片组成。这些碎片几乎全部都是由冰组成的。关于它们的形成,目前也尚无一致意见。理论模型表明它们很可能是太阳系历史早期形成的。

《哆啦A梦新番第528集《去天河钓星星》中的天文学》
艺术家描绘的土星环,由无数的冰组成。

土星环也有比较复杂的结构,在环与环之间的环隙里也有土星的卫星在运行呢。不多说,还是拿图说话比较容易理解。

《哆啦A梦新番第528集《去天河钓星星》中的天文学》

《哆啦A梦新番第528集《去天河钓星星》中的天文学》
图片来源:维基百科。可以看到土星以及土星环结构还是挺复杂的。(看不清的话试着点开看看大图哦~)

五、心宿二

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前一秒大雄只是钓到毫不起眼的小行星,而下一秒欧气爆表,钓上来了一个大家伙——心宿二(这里“宿”念“秀”,二十八星宿的“宿”)。那今天咱来说一下心宿二吧。

(以下数据来自维基百科)心宿二,歪果仁称之为“Antares”,我国古人称之为“大火”、“心宿二”,日本人叫它“アンタレス”(外来词,你们懂的),它位于天蝎座,视星等在0.6~1.6之间变化(像这样亮度会发生明显变化的星,我们称之为“变星”)。心宿二可是一颗处于演化末期(相当于恒星中的老年人)的恒星,是一颗红超巨星。有多“巨”呢?它的半径约是太阳的680倍,平均亮度约是太阳的97700倍,但是表面温度只有3570K(太阳表面温度5770K),因此心宿二呈现出红色(难怪古人叫它“大火”)。可能说数字大家没什么感觉,这么说吧,如果把心宿二放到太阳的这个位置,那么心宿二的边缘会超过火星轨道。但是它距离我们太远啦,有550光年呢,所以看上去只是一个点。现在正是夏末,天气好的大家可以出去找找天蝎座哦,就在南边的夜空,还是很好找的哦!

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天蝎座的形状以及心宿二的位置(图中红色)

 

《哆啦A梦新番第528集《去天河钓星星》中的天文学》
去山里实拍的天蝎座IMG_20180717_203433

六、彗星

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彗星,这种东西大家肯定不会陌生——扫把星嘛。彗星实际上是太阳系中冰冻的小天体,你可以认为它是包裹着泥土的脏雪球,当它接近太阳的时候,就会释放出气体、水、尘埃颗粒等等物质。这样的过程形成了我们肉眼可见的彗发、彗尾等结构。彗星的尾巴有一条的,也有两条的;有逆向太阳的,也有朝向太阳的。

彗星现在也被认为是太阳系形成的时候遗留下来的碎屑天体,短周期彗星(绕日公转周期小于200年的彗星)被认为是起源于太阳系中的柯伊伯带(在海王星轨道之外,和小行星带类似,到太阳的距离是日地距离30至50倍那么远的地方),而长周期彗星(周期很长,大于200年甚至几万年几十万年的彗星)被认为是起源于奥尔特云(比柯伊伯带还要遥远,到太阳的距离是日地距离的5w至20w倍的地方)。彗星的轨道往往是一个非常非常扁的椭圆,也有抛物线、双曲线形的轨道,焦点都是太阳。给大家看看照片吧~

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近拍哈特雷二号彗星的彗核

 

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1997年的海尔-波普大彗星

 

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1986年拍摄的哈雷彗星,by W. Liller。哈雷彗星的周期是大约76年。

七、黑洞

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大雄他们居然钓到了黑洞,这运气,可以买彩票去了hhh……那黑洞究竟是什么样的天体呢?

可能有不少人认为黑洞就是一个洞,能吸走所有东西。其实这是个误区,黑洞并不是个洞。黑洞是什么样的一种天体呢?黑洞也是广义相对论预言的一种天体,它引力极大、密度极大、体积很小、质量极大。黑洞的逃逸速度是光速,也就是说,即使它在发光,光线也无法离开它的表面。一旦你进入到黑洞的事件视界,那你就没有逃出去的可能性了。

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艺术家假想的黑洞。图片来源:维基百科。

黑洞有恒星级黑洞和超大质量黑洞之分。恒星级黑洞目前被认为是超大质量的恒星死亡以后坍缩形成的。有些恒星质量是太阳的二十多倍,它们演化到末期,死亡的时候会爆炸形成超新星,核心向内坍缩形成黑洞。而超大质量黑洞一般存在于星系的中心,质量是太阳的几百万倍到几亿倍。它们被认为是恒星级的黑洞不断吞噬其他天体物质,或者和其它黑洞合并而长大的(前几年不是被刷屏了的引力波事件嘛,就是两个黑洞合并的证据)。咱们银河系中心的黑洞(人马座A*)就有410万个太阳质量那么大。

黑洞的存在也是有不少证据的。看过《透明人眼药水》吧,哆啦美拿出透明人眼药水,然后大雄滴了以后身体变透明了,但是衣服还是可以看到的,我们虽然看不到大雄,但是可以根据大雄的衣服在动而判断他在做什么。大雄到胖虎家以后,我们虽然看不见大雄,但是大雄在地板上留下了脚印呀,我们可以因此判断大(胖)雄(虎)的(被)去(揍)向(了)。黑洞也一样,我们看不到黑洞,但是黑洞对周围物质和时空产生作用呀,我们能探测到这样的作用,就像我们能看到大雄的脚印一样,所以知道它是存在的。比如活动星系核、天鹅座X-1、人马座A*,这些现象都是黑洞和周围的物质作用的结果,都和我们预言的黑洞相符合。

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星系中心的黑洞不断释放出射线源,在黑洞周围也有吸积盘。此为艺术图,维基百科。

八、牛郎织女

《哆啦A梦新番第528集《去天河钓星星》中的天文学》

大雄和哆啦A梦最后用网捞了好多星星,导致银河中间“断流”了(前面说过了,银河这条乳白色的光带也是无数颗星组成的嘛)。本来哆啦A梦想放回去的,但是静香说,为了能让牛郎织女相会,就在今晚保持这样吧~真的好浪漫呀!

但是,不用说大家也都知道,牛郎织女的故事只是古代人们的美好幻想罢了,它们是永远也不可能相会的。我们从科学的角度来看看牛郎星和织女星吧~

牛郎星,又名河鼓二,外国人叫它Altair,位于天鹰座。织女星,又名织女一,位于天琴座。(以下数据来自维基百科)牛郎星视星等为+0.76,距离我们16.73光年,质量是太阳的1.79倍,半径是太阳的1.63倍,光度是太阳的10.6倍,表面温度可达6900~8500K。织女星视星等为+0.026,距离我们25.04光年,质量是太阳的2.135倍,半径是太阳的2.362倍,光度是太阳的40.12倍,表面温度可达9600K。

看来这两个家伙确实比太阳要大。那我们怎么来找到它们呢?看看叶至善先生是怎么说的吧:

那么牛郎在哪里呢?我们且把那白茫茫的银河当作一条真的河流,我们的眼光渐渐地向东南移,渡过这河流最宽阔的渡口,就遇到排成一条直线的三颗星。中间的一颗很亮,两旁的光芒较弱,看去与中间的一颗距离恰好相等。用直线把这三颗星联结起来,正像一条两臂相等的杠杆,因此,阿拉伯人把这三颗星叫做天平星,我们也把它们叫做挑担星。这中间一颗最大最亮的就是牛郎星,也叫做牵牛星。在秋天晚上,确实只有这一颗星能够和织女星相配,它的光辉稍稍带点儿黄,不及织女星亮,可是其余的星全比不上它。

——叶至善《卧看牵牛织女星》

找到了牛郎星,那么在银河对岸那颗亮星,就是织女星了。我们来看看照片吧~

《哆啦A梦新番第528集《去天河钓星星》中的天文学》

 

《哆啦A梦新番第528集《去天河钓星星》中的天文学》
图片来源:APOD:2010 June 25(https://apod.nasa.gov/apod/ap100625.html

可以看到,牛郎(Altair)和织女(Vega)正隔着银河相望,而天津四(Deneb)正看着这一对。天津四位于天鹅座,这只天鹅正翱翔于天河之上。右下角“+”号处即为银河系中心方向,位于天蝎-人马座附近——你看,还能看到心宿二(Antares)呢!再来看看下面这张图,就比较明显了,挑担星中间那颗最亮的就是牛郎,而银河对岸就是织女。

《哆啦A梦新番第528集《去天河钓星星》中的天文学》

所以牛郎和织女又相距多少呢?简单的解三角形就能算出来啦,只要知道牛郎-地球-织女的夹角,就能算出来,答案是约15光年。于是,就有了这样的对话……

《哆啦A梦新番第528集《去天河钓星星》中的天文学》

当时我们聊着玩的时候是按照16光年来算的,仅供娱乐哈哈哈哈哈!

那么,我要聊的就是这些啦~再次表白这一集,真的很喜欢,很梦幻!如果有什么问题或者文章哪里出错还得麻烦各位批评指正哦~非常感谢看到这儿的你!どうもありがとう。

本文发表于《哆啦A梦的壁橱》,未经许可请勿转载。

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INKIMK
INKIMK

哇塞 感谢科普。原来心宿二这么大啊,受教了。

八百个谎言ド

这些行星不是离地球很远嘛,那这些行星所发的光不会一下子就到地球吧,那为什么这一集大雄把行星钓过来,在地球上马上就可以看到行星消失了呢,是bug还是的确如此,有没有大佬解释一下

AS大雄

感谢科普,非常不错的文章,不过目前支持黑洞存在的证据仅为间接证据,还没有像之前证明引力波一样有直接证据证明,也就是“实锤”