作者：李宏
出版社：辽海出版社
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行星与恒星(宇宙瞭望书坊)试读：
前言
人类是宇宙演化的杰作，宇宙是神秘莫测的存在。当宇宙的精灵与莫测的神秘结合在一起时，便碰撞出无数精彩的篇章。人类对宇宙的解读和探秘跨越了千年，宇宙的面貌也越来越清晰地展现在人类面前。千百年来，人类的“触角”不断伸长，从伴我们昼夜运行的太阳、月亮到布满夜空的繁星，从对于我们来说浩瀚无比的太阳系到巨大的银河系乃至河外星系，甚至试图触及宇宙的边缘。如果把宇宙当做一个生命体的话，她的诞生自大爆炸始，从那一刻起她便开始了不息演变。她体内生活着众多的“物种”，从随处可见的行星到炙热的恒星，从瑰丽的星云到多姿的星系，还有超越光速的类星体和让人望而生畏的黑洞等等，他们一起构成了浩瀚而充满生机的宇宙。人类已不满足于地球上不同人种间的交流，人类对地外的文明充满了渴望，甚至已然接收到了来自外星的神秘信号。人类甚至不满足于现有的宇宙，我们还猜想宇宙之外还有宇宙。让我们通过本丛书详细为你解开宇宙之谜，让你尽览宇宙的神奇。
水星上的自然条件
水星是离太阳最近的大行星，与太阳的平均距离为5800万千米，而且水星的椭圆轨道是很扁的，它与太阳的角距不超过28°，经常淹没在太阳的光辉中。尽管水星很亮，人们却很难用肉眼看清它。据说哥白尼因从未见过水星而抱憾终生。1973年，美国发射的“水手10号”探测器3次逼近水星，发回大量的图像和数据，才逐步揭开这颗行星的秘密。
水星半径是地球半径的38.3%，质量是地球质量的5.62%，因而平均密度与地球相近，为5.46克/厘米3。人们推断，水星有一个较大的铁核。每一个行星表面都有一定的逃逸速度（第二宇宙速度），地球的逃逸速度为11.2千米/秒。水星质量小，逃逸速度也小，只有4.2千米/秒。
从“水手10号”探测器传回的5000多幅水星照片来看，酷似月球的照片，表面布满大大小小的环形山或撞击坑，直径100千米以上的环形山有上千个，其中最大的一个取名为卡路里盆地，直径达1400千米，它是水星表面最明显的特征。盆地四周环绕着山，山比盆地外围的平原高2千米，盆地底部有明显的裂缝和起皱。仔细观察水星照片，可以发现水星表面有着延伸几百千米和扇形悬崖，称为舌状悬崖。据推测，这是在几十亿年前，水星慢慢冷却收缩时，外壳起皱的结果。这样的地形在其他类地行星上并不明显。
通常人们认为水星表面没有水，和它的名字完全不符。但最近科学家用雷达探测水星时发现，在水星极地有20多个宽14.5千米、长达120千米的地区反射回较强的雷达波，这或许标志着冰块的存在。科学家认为，水星赤道地区的温度虽高达近430℃，但极地区域环形山口内的温度可低到-150℃，所以水星形成初期的水能以冰的形式长期保留下来。如果这一猜测被证实，就如同发现珍宝一样令人鼓舞。“水手10号”还有一个惊人的发现，那就是水星磁场的存在。科学家认为，天体的磁场与其内核密度和自转速度密切相关，既然水星自转速度如此之慢，它理当不存在磁场。然而水星不仅有磁场，而且是一个与地球磁场类似的偶极磁场，且两个磁场也分别与地理极接近。水星磁场在太阳风的作用下，形成了弓形激波与包围水星的磁层。尽管水星磁场远不如地球磁场强，只有地球磁场强度的1%，但要对其产生原因做出解释也不是一件容易的事。我们企盼着地球的使者再去拜访它！
水星绕太阳的公转周期为88日，原先人们认为水星自转周期也是88日。如果真是这样，水星总是固定的一面朝着太阳，另一面背着太阳，即水星有着永远的向阳面和永远的阴暗面。但在20世纪60年代初，天文学家发现从水星的阴暗面发射出大量的无线电波，这表明阴暗面的温度比预料的要高得多。于是人们从地球向水星发射一束束无线电短波，根据它反射回来的情况，确定水星的自转周期是58.7日，恰为水星公转周期的2/3。
水星近日点日常进动
牛顿的万有引力理论在天文学中得到广泛的应用和验证，取得了辉煌的成果。但是根据牛顿万有引力定律计算的水星近日点进动值与观测值存在分歧。1859年，法国天文学家勒威耶发现水星近日点进动的观测值，比根据牛顿定律算得的理论值每世纪快38″，并猜测这可能是一个比水星更靠近太阳的水内行星吸引所致。可是经过多年的辛勤搜索，这颗猜测中的行星始终毫无踪影。纽康测定这个值为每世纪43″。他提出，这可能是那些发出黄道光的弥漫物质的阻尼所造成的。但是，这种假设又不能解释其他几颗行星的运动，于是纽康就怀疑万有引力定律中的平方反比规律有问题。为了能同时解释几颗内行星的实际运动，纽康求出了引力应与距离的（2+1.574）×10-7成反比。19世纪末，电磁理论发展的早期，韦伯、黎曼等人也都曾试图用电磁理论来解释水星近日点的进动问题，但均未能得出满意的结果。
1915年，爱因斯坦发表了著名的广义相对论，成功地解释了这个问题。根据广义相对论，行星公转1圈后近日点进动为：
Δω=24π3a2/c2T2（1-e2）
式中：c为光速，T、a、e分别为轨道周期、半长径和偏心率。对于水星，此值与牛顿万有引力定律所得的差值为每世纪43″03。这与观测值十分接近，成为天文学对广义相对论的最有力的验证之一。
但是，这里仍存在两个问题：①根据牛顿定律，水星近日点应有每世纪Δω2=5557.62角秒的进动，其中的90%是由坐标系的岁差引起的，其余的部分是由其他行星，特别是金星、地球和木星的摄动引起的；而实际观测值Δ∞0=5600.73角秒，二者相减得每世纪43.11角秒。因此，岁差常数的任何微小变动，如有万分之一的变动，都会直接影响到对广义相对论的验证，而这种变化是完全可能的。②影响水星近日点进动的因素很多，任何一个微小的因素，例如太阳的扁率，对它都有直接影响。因此，这个问题尚需继续研究。
水星凌日
水星绕太阳运行的公转轨道在地球轨道之内，当水星运行到太阳和地球之间时，在太阳圆面上会看到一个小黑点自东向西缓慢穿过，这就是罕见的“水星凌日”。
水星的会合周期为115.88天，水星凌日平均每世纪发生13次，1999年11月15日发生一次，其上一次发生在1993年11月6日。当然，水星凌日是有严格规律的，它必须同时满足两个条件：①水星正好位于太阳和地球之间；②此时地球和水星同时运行到水星轨道与黄道的交点附近。由于轨道交点有两个，所以水星凌日只可能在5月8日和11月10日这2日前后发生，其道理与日食类似。不过，水星比月亮离地球远，视直径仅为太阳的1/90万，水星所能遮住太阳的面积太小，不足以使太阳亮度减弱，所以，肉眼是看不到水星凌日的，只能通过望远镜进行投影观测。
在人类历史上，第一次预告水星凌日是“行星运动三大定律”的发现者、德国天文学家开普勒。他在1629年预言：“1631年11月7日将发生稀奇天象——水星凌日。”当日，法国天文学家加桑迪在巴黎亲眼目睹到有个小黑点（水星）在日面上由东向西徐徐移动。1631~2003年共出现50次水星凌日，其中，发生在11月的有35次，发生在5月的仅有15次。每100年，平均发生水星凌日13.4次。
观察水星凌日必须借助望远镜，它与观察太阳黑子的方法相似。通常有两种方法：①投影法。通过望远镜，把太阳投影到一张白纸上进行观察。②目视法。在望远镜的物镜（前方）装上滤光镜，再进行观察。天文爱好者可以用烧电焊用的黑玻璃，也可以用X光底片或电脑软盘的磁片，几张重叠起来制成眼镜，戴上它用双筒望远镜观察水星凌日。
金星大气的温室效应
人们早就正确地判断金星表面有着浓厚的大气，但大气的主要成分是什么，浓厚云层底下隐藏着什么秘密，人们对此充满着幻想。虽然金星比地球距离太阳近，但被大气反射掉的阳光也比较多，所以以往有人认为金星表面的温度可能和地球差不多，也许有生命存在，甚至是一个鸟语花香的世界。随着地面观测手段日益完善，以及空间技术的发展，特别是近30年来，有18个探测器先后飞越金星或者成为金星的人造卫星，有17个探测器软着陆在金星表面上。1989年，由航天飞机释放的“麦哲伦号”金星探测器，已围绕金星飞行了15018周，并用合成孔径雷达透过金星上空厚达几十千米的浓云，对金星98%的地貌进行了长达5年的测绘，绘编出分辨率达0.25千米的金星地形图。“麦哲伦”探测器于1994年落入金星大气层，它所发回的数据超过以往所有空间探测器发回数据的总和，被公认为是迄今最成功的空间项目。人们终于揭开了“维纳斯”的面纱，获得关于金星的基本知识。
金星大气密度几乎是地球大气的100倍。在金星表面上，大气压为地球表面大气压的90倍，相当于地球上海深1千米处的压力。金星大气中CO2的含量占97%以上，此外还有极少量的CO2、SO2等。我们知道CO2可以让可见光透过，但能阻挡红外光。金星大气把3/4的阳光反射出去，其余的穿越大气，到达金星表面，并把它烤热。受热的金星表面将发出红外线，而红外线又不能透过以CO2为主的大气，所以CO2大气像一层厚棉被那样把热量包住了，这就是CO2的温室效应。地球大气中的CO含量只有约0.05%，由此引起的温室效应已引起世人的关注。金星大气中的CO2是如此之多，由此产生的温室效应的强烈程度是十分可怕的。1985年，前苏联“韦加”1号和2号探测器向金星大气释放2只气球，在离金星表面53~54千米的高空漂浮。科学家对它进行了持续46小时的跟踪，从而得知金星表面温度高达465~485℃，而且没有昼夜、季节、地区间的差别。在这样高的温度下，金星表面找不到一滴液态水，就连锡、铅、锌之类的低熔点金属也熔化了。硫、氯、氟等元素从被烤得发焦的岩石中逸出，形成硫酸、盐酸和氢氟酸气体。离金星表面30~70千米高处密布着厚几十千米的浓云，但不是水滴或冰晶，而是由硫酸滴组成的云。在高30千米上下则是浓硫酸雾层。再往下，大气则异乎寻常的清晰。从许多宇宙飞船发回的照片来看，金星的天空带有橙色，大气中存在激烈的湍流，还有强烈的雷电现象，有人推算金星上的风速约达0.1千米/秒。金星大气的温度随高度变化很大，金星云层顶部的温度为-23℃，云层顶部与金星表面的温差可达500℃。现在还不清楚CO2是通过什么途径使金星大气上层降温。另一奇怪的现象是，金星两极温度反而比赤道地区温度高5℃，这与地球上的温度情况恰恰相反。这可能是由于金星自转慢，科里奥利力小，大气流动偏转小，结果造成赤道地区的大气受太阳直射，温度升高后上升流向两极的单极循环所致。
金星成为太阳系中温度最高的行星，而且它的温度常高不下，几乎不受昼夜、四季、纬度变化的影响。这样一个高温、闷热、令人窒息的世界，实在令人瞠目结舌。
明亮的金星
人们常常在朦胧的曙光中，在东方天空看到一颗非常明亮的星星，中国古代称它为启明星。有时又在苍茫的暮色里于西方天空看到同样非常明亮的星星，中国古代称它为长庚星。史书中载有“东有启明，西有长庚”，其实这是同一颗行星——金星。金星素以明亮而著称，中国古代还称它为太白金星。从地球上看去，天空中除太阳和月亮外，就数金星最明亮了，它的亮度达到-4.4等。它比全天最明亮的恒星——大犬座中的天狼星还亮14倍。如果通过天文望远镜观察金星，金星表面的情况一点也看不到，这是因为金星有一层浓密的大气好像面纱一样包围着金星。然而，如果连续观测金星的话，就会注意到金星有酷似月亮一样的圆缺变化：有时像弯弯的月牙，有时呈半个圆面，有时又类似一个小椭圆面。这主要是因为金星把被太阳照亮的一面以不同的角度朝向我们的缘故。
金星位于水星轨道和地球轨道之间，它在一些方面很像地球。比如，地球赤道平均半径为6378千米，金星赤道平均半径为6052千米。从质量看，地球质量和金星质量比是1：0.81，地球平均密度是5.52克/厘米3，而金星的平均密度是5.25克/厘米3。地球有浓厚的大气层，金星也有较厚的大气层。金星是一个典型的类地行星。难怪有人称地球和金星的关系为孪生的“姐妹行星”。然而，这对“姐妹行星”还是各具风采，有鲜明的个性，在一些方面迥然不同。首先表现在运行方面，金星自转一周要243个地球日，是八大行星中转得最慢的。而且黄赤角为179°，即逆向自转，这在太阳系中也是独一无二的。所以若能在金星上看日出的话，太阳则是从西边出来。不仅如此，稠密的金星大气还造成了一种奇特的光学现象，即大气折射使接近地平线的太阳光弯曲达180°。因此，在金星上即使背朝太阳也可欣赏到“日出西山”的奇景。另外，金星的公转周期为224.7个地球日，金星的一昼夜相当于地球上116日18时，真是度日如年。
从1961年到现在，人类发射了数十个探测器专门对金星进行探测。但是，由于金星表面地狱般的恶劣环境，致使不少探测器不能正常工作。虽然约有二十几个探测器得到了一些成果，但远远比不上对其他行星探测的结果。根据资料已绘制出金星表面图，已知金星表面比月球和水星表面都要平坦得多。金星上起伏不大的平原面积约占整个金星表面的65%，高地约占8%。主要有2个高原区，它们是阿芙洛蒂得高原和伊希太高原。在金星赤道区发现有大裂谷，金星表面没有液态水。当然，金星上不可能有任何类似地球上的生物。
地球的孪生兄弟
火星是地球轨道外的第一个大行星，在夜空中，它是一个与众不同的亮度变化很大的暗红色星球，吸引了一代又一代的观星者。人们对火星情有独钟不无道理，因为它与地球有许多相似之处。它距离太阳22794万千米，约为日地距离的1.5倍；它的公转周期为686.98天，约为地球公转周期的1.9倍；它的自转周期为1.025957天，即24小时37分22.6秒，几乎与地球自转周期相同。最有趣的是，它的自转轴也像地球一样与黄道面斜交，黄赤交角为24°，与地球的23.5°很接近，并由此形成了火星的四季变化。火星有大气；火星两极地区被冰覆盖；火星上的平均温度为-23℃，与地球南极洲的平均温度（-25℃）相差不多，在八大行星中，它的平均温度与地球最接近。这些都是人们愿意相信火星也像地球一样，是生命的栖息地。
火星探测
1996年8月6日，美国国家航空和航天局在华盛顿召开的新闻发布会上宣布，该局的一个研究小组在对一块被认为是来自火星的陨石的研究分析中，找到了火星早期存在的生命证据。科学家们在研究时注意到，在该陨石斑驳的体表有一条小裂缝，继而发现其中沉积有一些像是水管里的水垢似的碳酸盐微粒，在对这些微粒进行详细研究后，人们不禁大吃一惊！因为发现其中含有一种称为“多环芳香烃”的有机分子。当科学家们把陨石切片置于高倍电子显微镜下进行研究时，又发现在碳酸盐粒中还夹有一些像是蚯蚓般的管状物。它们最短的有20纳米，最长的有200纳米左右，正是这些管状物使研究者们确信，它们就是火星原始生命的遗迹。据科学家们推测，36亿年前，火星有低级生物存在，当时火星的状况和地球基本相似。火星上的生物是独自形成的，还是与地球上的生物有一个共同的起源？“一石激起千层浪。”为了揭开火星上是否存在生命这个谜团，人们又对火星进行了多次的探测。人类为什么对火星这么“钟情”呢？因为研究火星的现状及演化史，对了解地球及其环境的变化趋势是很有意义的，说到底，人类研究的最终目的是对火星的开发和利用。1997年7月4日，历经7个月航行的“火星探路者”号飞船，在火星上名为“阿瑞斯谷地”的地区着陆成功。在短短几天中，它发回了数千张火星橙红色的地表景观照片，发回的信息使人们对火星岩石和土壤有了进一步的了解，还支持了存在“火星生命”之说。1998年12月10日和1999年1月3日，美国宇航局又分别发射了“火星气候探测器”和“火星极地登陆者”无人探测器，前者分别勘探水蒸气和尘埃在火星大气中的运动情况，后者为寻找火星南极土壤中的水冰，并希望证实火星上是否有生命。
由于火星与地球很大程度上的相似，它们就是孪生兄弟，随着地球上人类生存的危机逐渐加重，火星是未来宇宙开发的重要目标之一，人们开始想象在未来能向火星移民。
荒凉的火星表面
地球轨道外侧的近邻就是火星，是最典型的类地行星，肉眼看上去，荧荧如火，发出暗红色的光芒。天文学家对火星进行了多方面的观测研究，特别是近30多年来，空间探测器对火星进行逼近、环绕和着陆等多种实地考察探测，收集到极详细的火星资料，证实火星的表面异常荒凉。
火星表面干燥荒凉，其中75%布满了沙漠，土壤成分是硅酸盐、褐铁矿等铁氧化物，其中氧化硅约占45%，氧化铁约占18%，氧化镁约占8%，氧化钙约占6%等。火星表面的土壤和沙石中含有这么多红色的铁、硅酸盐和其他金属的氧化物，这些物质在阳光的照射下呈现出引人注目的红色光辉，所以远远看去，火星是一个橙红和棕红的世界。火星上环形山遍布，峭壁峡谷相互交织。最庞大的火山是奥林匹斯火山，火山口直径为600千米，高达26千米，是地球上珠穆朗玛峰的3倍。火星赤道以南有一条巨大的峡谷，名叫“水手谷”，它由许多峡谷组合而成，长4000千米以上，宽100~300千米，最深处达7千米。此外，火星表面到处可见沙丘和干枯的河床。奇特的河床纵横交错，有数千条之多，其中最长的达1500千米，宽60千米。这表明，大约30亿年前，火星上曾发生过特大洪水。
火星大气非常稀薄，表面气压只有地面气压的0.6%，在一些火山的顶峰上只剩下0.1%。由于空气稀薄，对外交换的热量小，所以昼夜温差常常超过100℃，远大于地球上昼夜温差的幅度。火星大气里由温差引起的气流速度很快，达到30~60米/秒，经常刮起表面的尘土形成强烈的沙尘暴，所以季节性、周期性的沙尘暴成为火星上奇异的景观。差不多一个火星年，即每当火星位于近日点附近时，南半球正值夏季，烈日形成的强大气流卷起沙尘，就要发生一次大的沙尘暴。尘暴开始于南半球，然后迅速蔓延，乃至席卷整个火星。大的尘暴来临时所形成的尘埃云，可持续数月之久。特大尘暴发生时，风速可达180米/秒，几乎是地球上12级台风的6倍。据估计，一次火星大尘暴扬起的尘埃总量可以达到100亿吨，火星上空数千米被滚滚黄尘所笼罩。1971年，“水手9号”在环绕火星运动时恰逢尘暴，无法观测火星表面，于是退居到轨道上等待。
火星南、北极区的白色覆盖物，称为“极冠”。它是荷兰学者惠更斯于17世纪发现的。用望远镜观测，极冠的大小随火星的季节而变化，冬天增大，夏天消融。空间探测表明，极冠主要由凝结的二氧化碳干冰和部分水冰构成，温度为-70~-139℃，而且有分层结构，每层厚度为10~50米。科学家认为，可能是因为火星气候的冷暖交替致使极冠的冻结和融化而形成的。
火星大冲
太阳系中，比火星更远的其他4颗行星（木星、土星、天王星、海王星）有时合称为外行星，它们没有内行星那样的位相变化，也不受早晚出现的限制，游弋于黄道附近，它们可以出现在夜间任何时候。从地球上看去，外行星同太阳的角距在0°~360°之间变化。外行星相对于太阳的视运动也有4个特殊位置：合、冲、东方照、西方照。合是外行星位于太阳的背面，即外行星和太阳在同一个方向上，我们看不见它。“合”是指外行星与地球分居太阳两侧，二者相距最远，且无法观测的时刻（因与太阳一起东升西落，出现在白天）。合之后若干时间，外行星西移到离太阳有一定角距时，日出前出现在东方地平线上，行星在太阳以东90°成为东方照。以后行星西移至太阳西方90°成为西方照，在后半夜都可以见到。“冲”是外行星隔着地球同太阳相对，当外行星运动至与合相反的位置，正好使地球位于外行星与太阳中间，这种位置天文学上称为“冲日”，简称“冲”。当外行星到达冲的位置时，太阳刚落山它就从东方升起，整夜都可以观测到，这时的外行星距离地球最近。过冲后，外行星继续西移，又移到东方照、西方照，外行星连续2次合或冲的时间间隔叫做会合周期。
火星的轨道偏心率为0.0934，远日点距离是24920万千米，近日点距离是20670万千米。火星在椭圆轨道上运行时同地球的距离变化很大，火星与地球的会合周期是779.94天，即大约每隔这样一段时间，火星接近地球一次。虽然每次火星冲日前后，火星同地球的距离接近，但是每次的距离又不相同，火星冲日时与地球的距离在5500万~12000万千米之间变化。当火星冲日又在距离地球最近（可达5500万千米）时，称为“火星大冲”。平均说来，火星每15~17年间出现一次大冲。上一次大冲发生在2003年8月27日，火星与地球相距不到5576万千米，是5万年来地球最接近火星的一次，也是未来21世纪、22世纪火星最接近地球的时刻。
火星大冲时显得特别明亮，且整夜可观测到，是观测研究火星的最好时机。通过天文望远镜观察，火星两极始终为白色物质所覆盖——称为火星极冠，随着季节的变化，火星极冠也随着寒来暑往消长。早在1870年，法国有个名叫良依斯的天文学家指出，火星上观察到的一些暗区，很可能是植物带。1877年火星大冲的时候，意大利天文学家斯基帕雷里发现火星表面的一些特征，主要是一些细而长的黑线条，他当时称之为“canal”（水渠），结果许多人因此想象那些线条是火星上的“人工运河”。进而把所谓“火星人”想象得比地球人还聪明。
木星的体态
木星是太阳系八大行星中第二类群体——“类木行星”中离太阳最近的一个，在八兄弟中，这是一个鹤立鸡群的庞然大物。它的赤道半径为142984千米，是太阳直径的1/10强，是地球直径的11倍多；在它的肚子里能“吞”下1316个地球。它的质量也大得惊人，是地球质量的318倍；如果把太阳系其他七个兄弟和全部小天体都加起来，也抵不上它的一半。由于“个头”大，木星“力气”也大，木星表面的引力是地球引力的2.64倍。西方人称木星为“Jupiter”，其源于罗马神话，朱匹特是神话中最大的天神，它相当于希腊神话中的天神宙斯。
在我国古代，木星被称为“岁星”，岁星在恒星天空背景上（绕太阳）运行一周要经过大约12年，古籍云“十二岁而周天”，古人把黄道天空分为“十二次”，因其“岁行一次，谓之岁星”，并用以纪年；又因其五行中属木，故称“木星”，如《史记·天官书》中就有“木星与土合”的记载。由于木星的公转周期为12年，所以，几乎每年地球都有一次机会位于太阳与木星之间，在此期间，日落时木星正好升起，人们整夜都可见到它。
木星这个大个子行动起来却并不笨拙。它距太阳77833万千米，大约是日地距离的5.2倍，绕太阳转一圈的时间相当于11.86年。然而它的自转速度之快却堪称八兄弟之冠，自转一周只需0.41354天，即9小时50分左右；按此计算，它赤道上的线速度高达12.66千米/秒，比地球的第二宇宙速度还要大。受快速自转的影响，木星是一个扁球体，其赤道直径与两极直径之比为100：93。木星也被一层厚度超过1000千米的浓密大气包裹，由于它能把40%的太阳光反射出来，因此在夜空中显得很明亮，亮度可达-2.7等，仅次于金星。早在17世纪，天文学家在用望远镜观测木星时，就发现了木星大气中有一系列明暗相间的云带，在木星赤道南侧，则分布有卵形的“大红斑”。这引起了人们的兴趣，并一直对其坚持观测，发现“大红斑”不仅在几百年中一直存在，而且其分布范围、明暗程度等均在不断变幻。
通过探测器对木星引力场的探测，人们发现，木星竟是一颗液态行星，它没有像地球岩石圈那样的固体外壳，在木星浓密的大气层下面，是由液态氢组成的“海洋”。这个“海洋”分为2层，上层是温度相对较低的液态氢分子层，厚约14000千米；下层是温度相对较高的液态金属氢层，厚约45000千米，它能像金属一样导电。在木星内部也存在一个由铁和硅组成的固体核。1979年3月，“旅行者1号”探测器临近木星时发现，它有一条薄薄的光环；4个月后，这一发现进一步被“旅行者2号”所证实。木星环又薄又暗，最大直径达25万千米，但厚度却仅有20来千米；最外侧的相对亮些，称作亮环。木星光环由尘埃和许多大小不一的碎石块所组成，由于这些环内物质对光的反照率很低，故显得很暗。它是继土星和天王星后第三个被发现的太阳系大行星环。
木星上的大红斑
木星最引人注目的标志要算是大红斑了，这是17世纪60年代法国天文学家卡西尼（1625~1712）发现的。此后，不少天文学家对大红斑进行过时断时续的观测，但一直未对其给以太多的注意。到了19世纪，人们未见到大红斑有任何削弱的迹象，这才成为愈益令人瞩目的现象。
木星大红斑位于赤道南侧，呈蛋圆形，长达2万多千米，宽约1.1万千米，可以轻松地装下3个地球。当科学家认识到木星没有固态的表面后，便肯定大红斑不是木星上的山峰或高原，而是大气中产生的现象。大红斑的经度围绕木星运转而变化，而纬度保持不变。大红斑一般保持鲜红而略带棕色，有时较为暗淡且模糊。“旅行者号”探测器揭示了大红斑的真相，原来它是木星大气中特大的漩涡，由于气旋中含有红磷化合物，故呈现红色。这个漩涡至少未见衰减地逆时针旋转了300多年，它究竟始于何时，无人知晓。进一步观测表明，大红斑上面和下面的风以100米/秒的速度相向刮过，但大红斑的运动速度只有每秒几米。大红斑夹在两股高速气流之间，好比搓在两个手掌之间的滚珠。由于木星自转很快，在惯性和离心力的作用下，木星大气成一个扁球形，所以木星大气的条纹也沿赤道伸展。
1976年，美国加利福尼亚大学的两位科学家提出大红斑是一个庞大孤子的假说。孤子现象是由一位名叫罗素的人于1834年偶然遇见的，罗素最初把他的发现称为“平动波”，现在被称为孤子波。孤子波在任何地方物理量都没有陡峭的变化，而且不会弥散，它实际上是流体力学的一个解。20世纪60年代初，通过计算机计算及实验，证实了孤子波相互碰撞以后，两个孤子波完整地复现。可见孤子波似乎是一种“孤立”的客体，因此人们又把孤子波称为孤子。孤子有两种形式：一种叫做E孤子或凸波；另一种叫做D孤子或凹波，是一类反孤子。大气孤子不仅在地球大气中可以观测到，在其他行星上也可以观测到。早在几十年前人们就已知道木星大气有一个重要的特征，即南热带低气压，它看来像一个D孤子。19世纪50年代这一低气压区开始靠近大红斑，进入大红斑后便消失了，然而却在大红斑的另一边保持着原来的形状像变魔术似的又出现了。于是科学家提出一种关于大红斑模型：大红斑是一个陷于两个D孤子之间的庞大的E孤子。按这一模型，大红斑的位置并不很深，它漂浮在木星大气的上面。后来通过计算机模拟和用快速旋转的水桶实验证实：由于快速旋转的木星，造成了有适宜条件的切变风，因而在大红斑附近会偶然形成小漩涡，这样就可以补充大红斑因摩擦而消耗的能量和因对流而减少的质量，逐步揭示了大红斑长寿的秘密。例如，1972年人们从地面观测到木星北半球出现一个小红斑，十几个月后，“先驱者10号”探测器飞掠木星时发现它已向大红斑靠近。一年后，“先驱者11号”探测器经过木星时，这个小红斑已无影无踪了。
木星的卫星
迄今确认木星有16颗卫星，其中最亮的4颗（木卫一~木卫四）是伽利略在1610年用他自己制造的第一架望远镜发现的，后来这4颗卫星被称为“伽利略”卫星，以纪念他的不朽功绩。
木卫一的直径约3600千米，离木星很近，只有42.2万千米。“旅行者1号”探测器惊奇地发现木卫一至少有8座活火山，其中一座正在猛烈地喷发，火山尘埃和气体等物质以400多米/秒的速度直冲到450千米的高空，火山喷发的强度比地球上大得多。火山口的温度在38~93℃之间，周围地区温度为-162℃。以往在地球之外还从未发现过有活火山的天体，这是首例。木卫一火山喷发非常频繁，正因为如此它的面貌在不断地改变着，它表面的地形一般比较年轻，缺乏古老的陨石坑。空间探测表明，木卫一还具有富含硫的石质表面，没有水；有广阔的平原和起伏不平的山脉，还有峡谷和陡坎。
木卫二是诸木卫中第四大卫星，距木星67万千米。它与完全干燥的木卫一相反，表面几乎被纯冰覆盖着，因而闪闪发亮。表面温度约为-145℃，但在它的下面可能是在潮汐加热作用下，一直流淌着深达100千米的海洋。“旅行者”探测器飞越木卫二上空时，发现木卫二明亮的表面有许多纵横交错像乱麻似的黑色条纹和淡黄色暗区。据分析，那些黑色条纹可能是宽达几千米、深0.1~0.2千米的冰壳裂缝，另一些更宽的冰缝则形成冰湾。那里的环境与地球上的北极颇为相似，因此人们猜测在木卫二的冰壳裂缝的水中可能生长着海藻或其他有机物，因而呈现出褐色的基调。1995年，美国的一个研究小组，利用哈勃空间望远镜的观测资料证实，木卫二有一个含有少量氧气的大气层。据分析，木卫二氧气的产生与生命活动毫不相干。尽管如此，在将来人类大规模探索地外生命的时候仍会把木卫二作为候选目标之一。
木卫三距木星107万千米，是太阳系内最大的卫星，直径约为5300千米，体积大于水星，但略小于火星。木卫三的密度为1.9克/厘米3，由此可推测水在木卫三中占30%~50%。它的表面反射光的能力不强，因此它的表面可能是脏冰和岩石的混合物。其中明亮的部分可能是被流星撞击后从深处翻出来的干净的水。木卫三表面有明显的山脊和峡谷，但没有高山和盆地。它还有一层不太厚的大气，压力小于10-6帕。
木卫四距木星188万千米，是木星的第二大卫星，密度最低，只有1.79克/厘米3。木卫四表面的最大地形特征是存在一些有同心圆环围绕着的大盆地，从盆地可放射出亮光，这说明其表面覆盖着厚冰。木卫四表面有许多撞击坑，没有火山，看不到熔岩，所以表面地质年龄非常古老，可能有40亿年。“旅行者”探测器还发现在面向木星一侧的表面上有25个陨石坑排列成一条直线，可能是分裂后的彗星撞击的结果。由于木卫四表面地势起伏不大，又没有火山活动，是一个比月球还寂静的世界，人类将来可能会在木卫四上建立星际飞船的基地。
正当有人以为木星大概只有以上这4颗卫星的时候，1892年美国天文学家巴纳德发现了木卫五。它呈不规则形状，最长线度为270千米，最短线度只有150千米，是离木星最近的卫星，距离为18万千米，所以不容易被发现。
木星除了规则卫星外，其他11颗为体积很小的不规则卫星，它们的轨道偏心率很大，以致它们的轨道有一部分相互缠在一起；轨道的倾角也都比较大，以致有一些是逆行卫星。
彗木大碰撞
彗星在获得“长尾天使”美称的同时，也常被人们称作是会给人类带来灾难的“扫帚星”，今天，人们自然不会再相信这种说法。不过，出没无常、到处游逛的彗星，也确实给太阳系家族带来过麻烦。1994年7月16日发生的彗星连珠撞木星的事件，就曾震撼世界，至今人们还记忆犹新。这次事件的肇事者，就是“苏梅克—列维9号”彗星。“苏梅克—列维9号”彗星是1993年4月24日由美国天文学家苏梅克夫妇和天文爱好者列维发现的。此彗星样子很怪，彗核分裂为21块，一字排开，像一串糖葫芦。彗核碎块大约以60千米/秒的速度撞入厚厚的木星大气，但仍没有很深地穿透木星大气层和液氢层。在溅落点的局部地区瞬间可产生接近3万度的高温，诱发剧烈爆炸，掀起了有地球这么大的黑色蘑菇云，直冲到1000多千米的高空。可惜的是撞击点是在木星的背面，所以我国天文学家只能使用上海天文台佘山观测站的1.56米望远镜观测彗星撞击木星时木卫的反光，这等于从“镜子”里看到了彗星撞击产生的火光，从而准确地测出了撞击的时刻。彗星各碎块撞击时刻的最精确测量是由“伽利略”探测器得到的。“伽利略”探测器只测得6次撞击时刻，其他撞击时刻只能按羽状物出现时刻来推算，还有3次却无法推算出来。撞击点虽在木星的背面，但由于木星自转很快，所以撞击后十几分钟，地面天文台就看到了木星云端的变化。
直径约1千米的第一块彗核于北京时间1994年7月17日4时15分撞击木星，并在木星表面留下了大如地球的撞击痕迹——黑斑。最大的第七块（G块，直径约3.5千米）于北京时间下午3时30分撞击木星。令人不解的是，它产生的火球寿命相当短暂，在数分钟之内升到了最大高度（3100~4100千米）之后又急速下落，最后缩为一片阴暗的烟云漂浮在木星大气层中。南京紫金山天文台于19日晚观测到了相应的疤痕，那是一个直径达2万多千米的“大坑”，在其上空出现由尘云构成的一个隆起的抛物面，抛物面内又有一个黑色圆圈，它可算是当时木星最显著的识别标志。木星在受到连续十几次猛烈撞击后，已不是300多年来一直没有太大变化的那种面貌了，在木星南半球上伤痕累累。这些伤痕要经过2~3年时间才能逐渐消失，人们通过观察它如何消散，便可获得有关木星的气候和风向的信息。科学家分析彗星掀起的尘云发出的光谱中，发现了氨、氮、钠、硫、二硫化碳、硫化氢和氰化氢等。但意外的是，被普遍认为是彗星应有的挥发物质，例如水冰、一氧化碳等却格外少，硫却远比彗星多。“苏梅克—列维9号”具有典型的彗星外貌，包括彗发、彗尾。专家原先预料，彗星碎块相撞后会分崩离析，从而产生可见的流星雨。但观测表明，彗星碎块却出乎意料的坚固。
总之，彗木相撞是千载难逢的宇宙奇观。全球天文学家在观测中取得了够他们忙好几年的数据，从中可以获得许多有关彗星和木星表面及深层的物理和化学的信息。许多天文爱好者在这次有充分准备的观测中，都接受了一次深刻的科普洗礼，广大群众对天文学的兴趣也油然而生。
恒星的亮度与星等
晴朗的夜晚，点点繁星，有明有暗，有的非常明亮，例如天狼星、牛郎、织女、北斗七星等；有的星几乎看不见。
天文学家用“视星等”来区分它们的明亮程度。整个天空肉眼能见到的恒星约有6000颗，天文学家把它们分为6等。肉眼刚能看到的最暗的定义为6等星，比6等星亮一些的为5等，以此类推，亮星为1等，更亮的为0等以至负星等。太阳是-26.8等，满月的亮度是-12.6等，金星最亮时可达-4.8等。星等差1等，亮度差2.512倍。1等星的亮度恰好比6等星的亮度大100倍。把一根蜡烛搁在相距1000米的地方，那么它的光就差不多和1等星的光一样强。视星等的大小并不能说明恒星的真实发光能力，因为恒星与我们的距离相差悬殊，距离越远的恒星，看起来就越暗，这是不言而喻的事实。
为了知道恒星真正的光亮程度，需要把它们放到同一个位置上来比较。“绝对星等”就是设想把恒星都放在32.6光年（10秒差距）的地方所得出的亮度。太阳的视亮度是绝对冠军，但是太阳的绝对星等只有4.8等，这意味着如果把太阳放到离地球10秒差距的地方，它的亮度只有4.8等，仅仅是一颗肉眼看起来相当暗的星。有些恒星实际上相当亮，可以比太阳亮成千上万倍，但由于它们离我们太遥远了，所以看上去并不怎么亮。天狼星的视星等是-1.58，绝对星等却只有+1.3。老人星看起来没有天狼星亮，视星等只有-0.86，绝对星等却是-3.5，说明老人星的真实光度比天狼星大差不多85倍。不过老人星的距离比天狼星大12倍以上，所以老人星看起来还没有天狼星亮。
天文学家把真实光度大的恒星叫做巨星，把光度小的称为矮星，光度比巨星更强的叫做超巨星。从表面积越大光度也越大的规律可以知道，光度大的巨星，体积也大；光度小的矮星，体积也小。
恒星之间的光度差别非常大。以太阳为标准来比较，织女星的绝对星等是0.5等，它的光度是太阳的50倍；超巨星“天津四”的绝对星等大约是-7.2等，其光度比太阳强5万多倍；还有一颗在夜空中极不起眼的天蝎座ξ，视星等只有3.8等，但它的绝对星等是-9.4等，它的光度几乎是太阳光度的50万倍；甚至还有光度比太阳强100万倍的恒星。
太阳是一颗黄色的主序星，相比之下光度比较弱，但还有比它更弱的矮星。如著名的天狼星伴星是一颗白矮星，它的光度还不到太阳的1/10000。
恒星的光谱
夜晚的星空，粗看起来星星都是亮晶晶的，但仔细看来有的发红、有的发黄、有的发蓝，也有的发白。我们有这样的常识：蓝白色的火焰温度高，红色的火焰温度低。天上的星星也是如此。它们的不同颜色代表表面温度的不同。一般说来，蓝色恒星表面温度在10000开以上，如参宿七、水委一和轩辕十四等。白色恒星表面温度在1100~7700开，如天狼星、织女星、牛郎星、北落师门和天津四等。黄色恒星表面温度在6000~5000开，如太阳、五车二和南门二等。红色恒星表面温度在3600~2600开，如参宿四和心宿二等。新建的光谱L型矮星的表面温度在2000~1500开。
根据“哈佛分类法”，当时有240000颗恒星被分为7个大类，依温度从高到低分别称为O、B、A、F、G、K、M型恒星。另外还有R、N和S三个子型，它们是分别从G型和K型中细分出来的。各型恒星的颜色、表面温度、谱线特征及代表星如下：
O型星，淡蓝白色，25000~40000开，吸收线相对少，由于温度很高，有电离氦和其他元素的电离谱线，但氢线很弱。代表星参宿一、参宿三。
B型星，蓝白色，11000~25000开，出现中性氦谱线，氢线较O型星变强。代表星猎户座113（参宿七）、室女座α（角宿一）。
A型星，蓝白色，7500~11000开，有很强的氢线，出现一次电离的镁、硅、铁、钛、钙等的谱线，也有一些微弱的中性金属线。代表星大犬座α（天狼星）、天琴座α（织女星）。
F型星，白色，6000~7500开，氢线变弱，但仍然明显，一次电离金属线和中性金属线同时存在。代表星小犬座α（南河三）。
G型星，黄白色，5000~6000开，电离钙线非常明显，其他电离金属线和中性金属线同时存在。代表星太阳、御夫座α（五车二）。
K型星，橙黄色，3500~5000开，以中性金属线为主。代表星牧夫座α（大角星）、金牛座α（毕宿五）。
M型星，红色，约3500开，中性金属线很强而且开始出现分子谱线。代表星猎户座α（参宿四）、天蝎座α（心宿二或“大火”）。
又有天文学家根据各型中某些特定的吸收线强度的差别，把每个光谱型分为10个子型。例如，G型被分成了G1、G2、G3、G4等。还有人注意到，同一光谱型中的恒星，不只谱线的强度有差别，谱线的宽度也很不相同。根据物理学中“压力展宽”的机制，恒星谱线的宽度一般可以作为确定恒星大气压力大小依据之一。所以，大气压力最小的恒星谱线最细，例如巨星和超巨星；反之，大气压力最大的恒星谱线最宽，例如白矮星。于是，又把7个基本光谱型中的每一个按谱线宽度分为7个子型，用罗马字母表示。它们依次是，Ⅰ—超巨星，Ⅱ—亮巨星，Ⅲ—巨星，Ⅳ—亚巨星，Ⅴ—主序星和矮星，Ⅵ—亚矮星，Ⅶ—白矮星。
有了这样完善的光谱分类，我们一看到一颗恒星的光谱型，就可大致知道它的温度、压力等物理状态。如太阳的光谱型是“G2V”，我们则可马上想到太阳应是一颗黄色的、温度和压力都适中的主序星。
恒星的体积有多大
表面看来，星星在望远镜中也只是一个不大的光点。其实，这一小小的光点可大了，太阳已经是一个庞然大物了，它的半径为695990千米，它的“身躯”内可装130万个地球，然而太阳这样的个儿在恒星世界里算不了什么，许多恒星比它大。
恒星的大小相差很大，有的是巨人，有的是侏儒。地球的直径约为13000千米，太阳的直径是地球的109倍。巨星是恒星世界中个头最大的，它们的直径要比太阳大几十到几百倍。超巨星就更大了，红超巨星心宿二（即天蝎座α）的直径是太阳的600倍；红超巨星参宿四（即猎户座α）的直径是太阳的900倍，体积相当于10亿个太阳。假如它处在太阳的位置上，那么水星、金星、地球、火星统统都要装进它的肚子里去。它们还不算最大的，仙王座UV是一对双星，它的主星A的直径是太阳的1600倍。目前已知体积最大的恒星是御夫座ε（中文名柱一），其伴星比主星还大，直径是太阳的2500倍，体积相当于90亿个太阳，把土星的轨道也都包括进去了。这些巨星和超巨星都是恒星世界中的巨人。
看完了恒星世界中的巨人，我们再来看看它们当中的侏儒。在恒星世界当中，太阳的大小属中等，比太阳小的恒星也有很多，其中最突出的要数白矮星和中子星了。白矮星的直径只有几千千米，和地球差不多，中子星就更小了，它们的直径只有20千米左右，白矮星和中子星都是恒星世界中的侏儒。我们知道，一个球体的体积与半径的立方成正比。如果拿体积来比较的话，上面提到的柱一就要比太阳大90多亿倍，中子星就只有太阳的几百万亿分之一。由此可见，巨人与侏儒的差别有多么悬殊。
天文学家是用天文的和物理的方法计算出恒星的体积。一颗恒星，温度越高，体积越大，离我们越近，看起来就会越亮。天文学家经过多年的观测和研究，已经掌握了恒星的亮度、距离、大小和温度这四者之间的准确关系。因此，只要用其他方法得到了恒星的亮度、温度和距离，就很容易算出它的大小了。
通常所使用的方法有：①干涉法。利用光学技术测量来自恒星不同部分的星光之间相互干涉产生的条纹，来测量恒星的角直径。②月掩星法。月亮穿行在恒星之间，某个恒星被月轮挡住的现象称为月掩星，在月轮从刚开始与恒星相切到完全被挡住这个很短的过程中，恒星的亮度有微小的变化，用非常灵敏的光电仪器测量这一变化，可以换算出恒星的角直径。③光度法。根据物理定律和恒星的光度数据得知恒星的直径。前两种方法比较可靠，但只适应于较近的恒星。
恒星的质量和密度
恒星的质量是恒星的物理量，是恒星结构和演化的决定因素。利用双星的轨道运动是确定恒星质量最根本、最可靠的方法。一般恒星质量在0.05~120个太阳质量。多数恒星在太阳质量的0.1~10倍，处于银河系旋臂中的多数大恒星，质量大都在6~60倍。如果质量再大的恒星，它就很不稳定，难以存在。如果恒星质量过小，它的中心温度和压力不够，难以产生持久高效核反应提供能量，即不能成为具有恒星性质的天体。
现在已知质量最大的恒星之一如HD93250星，它的质量大约是太阳质量的120倍。HR2422双星的主星和伴星质量大约都是太阳的59倍，角宿一双星的主星质量约为太阳的10倍，五车二双星中两星质量各为太阳的2.7和2.6倍，天狼星主星质量为太阳的2.1倍。质量最小的恒星是鲸鱼座的VV星，它是一对双星，大的一个质量是太阳质量的8%，小的一个只有太阳质量的4%，这个小的已经失去了作为恒星的资格。75%的白矮星质量为太阳的0.45~0.65倍，许多红矮星的质量不到太阳的一半乃至小于太阳的1/10。可见，在恒星世界里，太阳质量也居中等地位。当然，目前已准确测出质量的恒星还不多，还有许多研究工作要做。
以体积除质量就得到平均密度。恒星之间的直径相差1亿倍以上，而恒星之间的质量相差仅几千倍。由此可见，恒星质量差别比体积差异小得多。不难想象恒星之间的密度差别是何等惊人了。地球的密度是水的5.5倍，太阳的平均密度则只有水的1.41倍。比太阳早的主星序的恒星的密度都小于1，比太阳晚的矮星密度都大于1。
作为恒星世界中的巨人红超巨星，它们的体积比太阳大几百万、几亿倍，而质量却只比太阳大几十倍，它们的平均密度仅仅为水的百万、千万甚至亿分之一，其稀薄程度可想而知了。例如，仙王座VV红超巨星的平均密度几乎跟实验室的真空相差无几。在恒星世界中，密度大得惊人的要数中子星和白矮星，白矮星密度达101千克/米3，1立方厘米这样的物质的重量就有好几十吨，它们的体积小得出奇，质量却和太阳不相上下。中子星的密度达10117~1018千克/米3，这是实验室无法达到的超密态。
恒星的自行
古代，人们看到天上的星星组成的各式各样的星座图案似乎永远不变，便认为天上的星星是永恒的，是静止不动的。于是便把它们称为恒星。
恒星真的是永恒不动的吗？要想测定恒星是否运动，必须精确测量恒星在天上的位置是否有变化。许多天文学家都测量过恒星在天上的运动，但在他们的有生之年，却没有发现恒星在天上有任何移动。
历史上第一个发现恒星运动的人是英国天文学家哈雷，他曾经因发现哈雷彗星而闻名世界。1676年，年轻的哈雷在牛津大学毕业之后，只身一人漂洋过海，到南太平洋的一个荒凉小岛（圣赫勒纳岛）上去测定南天恒星的位置。经过艰苦的努力，哈雷于1679年发表了第一部南天恒星位置星表，成为有名的天文学家。1710年，他把自己所测量的恒星位置的数据和古代希腊天文学家在公元前100多年所测量的结果进行了比较，发现绝大多数恒星的位置都没有什么变化，但有3颗亮星的位置有些“反常”，金牛座α（毕宿五）的位置比古希腊天文学家星表上的位置偏北20′，天狼星的位置偏北22′，牧夫座α（大角）的位置偏北33′。这是怎么回事呢？是不是古代天文学家的测量有错误？那是不可能的！因为古希腊星表是三个天文学家各自独立测量的，不可能三个人不约而同地发生错误，更不可能观测错误同时都发生在相同的三颗星上。
会不会是恒星本身在运动呢？哈雷认为，由于这三颗恒星比较明亮，它们肯定距离地球比较近。如果它们本身在运动，虽然移动很微小，但经过漫长的1800多年，人们是可以看出它们的位置变化的。为了进一步证明自己的想法，哈雷又检查了丹麦著名天文学家第谷·布拉赫所测量的恒星位置星表。结果发现在第谷的星表中天狼星也有4′的“误差”。第谷是以观测精确而著称的天文学家，是绝对不会发生这么大的误差的，正确的结论只能是恒星本身在运动！
由于恒星距离我们十分遥远，在几十年、几百年的时间内，人们是无法看出恒星位置的明显变化的。难怪长时期以来人们一直认为恒星是永恒不动的。恒星一年中的位置变化（用角秒来度量）叫做恒星的自行。恒星自行的数值是很小的，已经测定出20万颗恒星的自行，其中自行最大的恒星是巴纳德星（美国天文学家巴纳德首先测量出这颗恒星的自行），它的自行是每年10″31，经过180年，这颗星在天上移动的角度只有月亮的角直径那么大小。自行大小仅次于巴纳德星的是卡普坦星，它的自行是每年8″54。
恒星的自行虽然很微小，但经过几万年、几十万年之久，天上恒星的位置是会发生明显改变的。有人根据北斗七星每颗星的自行的大小，预测出经过5万年以后，我们熟悉的勺子状的北斗七星将变成一把尖刀的形状。
光谱分析发明之后，从光谱谱线的位置移动，人们可以测量出恒星在视线方向的速度（叫视向速度）。首先测定恒星视向速度的人是英国天文学家哈金斯，他未受过正规教育，30岁以前一直经商，后来自学天文学成为著名的天文学家。他用照相方法拍摄恒星的光谱，然后测量谱线的位移大小，进一步计算出恒星的视向速度。现在已精确测定出3万多颗恒星的视向速度。绝大多数恒星的视向速度都在-20~+20千米/秒之间。“+”号表示恒星沿视线方向远离我们，“-”号表示恒星沿视线方向趋近我们。已知视向速度最大的恒星叫CD—29.2277，视向速度为543千米/秒。视向速度次之的是武仙座VX星，它的视向速度为-405千米/秒。你绝对不会想到，那些在天上好像一动不动的恒星，实际上在以巨大的速度飞奔呢。
恒星光行差
1728年，英国天文家布莱雷德发现了光行差现象。他观察到，恒星在一年的不同时间内观察位置会发生变化。也就是说，在地面观测某颗恒星时，望远镜的倾角要做相应的周期变化。
为了更好地理解光行差是怎么回事，我们先来看看日常生活中的一个有趣现象。大家一定会有这样的经历，在一个无风的下雨天，雨是垂直下落的，如果你打着伞站着不动，雨就淋不着你。但是如果你把雨伞仍然竖直举在头顶而跑步前进的话，那么你的衣服就会被淋湿，在你看来，这时候的雨并不是垂直下落的，而是倾斜着向你飘落下来。
光行差的道理也是一样的，恒星是不动的，但是地球却在以每秒30千米的速度绕太阳公转，因此，对于一颗正在头顶上方的恒星，在地球上看来，光线并不是垂直照下来的，而是有一定的倾角，这个角度被叫做光行差常数，它与恒星的距离无关。
根据简单的合成原则，有：k=v/c。式中：c为光速，v是地球绕太阳公转的速度。
光行差是由英国学者布莱雷德观测发现的，他的初衷是为测定恒星的周年视差，却于失败中意外发现了光行差。1725年，他测出天龙座的一颗星存在以一年为周期的20″的微小位移，可是位移的方向与预期的视差位移不同。他成功地解释了这种物理效应，并把它定名为光行差。α约为20.5″，将α的观测值和地球的公转速度代入上面的公式，就可以得出：
c=3.1×108米/秒。
这是历史上首次得到的较为准确的光速值。
奇怪的是，从丹麦天文学家雷默于1676年测定光速，到1725年布莱雷德发现光行差，相隔达半个世纪之久，竟没有人想到光的传播速度对恒星视位置所产生的这种极其简单的影响。
恒星周年视差位移
由于最近的恒星同我们之间的距离也有4.22光年，所以地球围绕太阳的周年运动对大多数恒星来说，不能引起任何显著的位置变化。对于可以测出视差位移的恒星，视差值只有1秒的十分之几或百分之几。这在观测仪器不精密的中世纪，是根本无法测定的。直到19世纪30年代，三位天文学家几乎同时各自独立地测出了恒星的周年视差值，为哥白尼的学说最后找到了严格的证明。
设想观测者先在太阳S上观测黄极附近的恒星α，它位于天球上的α′处；然后，观测者再移到地球A去观测α，由于观测者的位移，就引起恒星α的视差位移，它向着太阳在天球上从α′移到α点。在一年中观测者随地球沿着轨道ABCD绕太阳运转一周，他便看见恒星α在天球上画出圆轨迹abcd，圆的半径等于该恒星的周年视差。
恒星的周年视差是以太阳到恒星α的距离r为弦，以地球同太阳距离α为最小边的盲角三角形内的最小内角π。
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