作者：李奎
出版社：汕头大学出版社
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天文：新型天文观测台试读：
前言
科学是人类进步的第一推动力，而科学知识的学习则是实现这一推动的必由之路。在新的时代，社会的进步、科技的发展、人们生活水平的不断提高，为我们青少年的科学素质培养提供了新的契机。抓住这个契机，大力推广科学知识，传播科学精神，提高青少年的科学水平，是我们全社会的重要课题。
科学教育与学习，能够让广大青少年树立这样一个牢固的信念：科学总是在寻求、发现和了解世界的新现象，研究和掌握新规律，它是创造性的，它又是在不懈地追求真理，需要我们不断地努力探索。在未知的及已知的领域重新发现，才能创造崭新的天地，才能不断推进人类文明向前发展，才能从必然王国走向自由王国。
但是，我们生存世界的奥秘，几乎是无穷无尽，从太空到地球，从宇宙到海洋，真是无奇不有，怪事迭起，奥妙无穷，神秘莫测，许许多多的难解之谜简直不可思议，使我们对自己的生命现象和生存环境捉摸不透。破解这些谜团，有助于我们人类社会向更高层次不断迈进。
其实，宇宙世界的丰富多彩与无限魅力就在于那许许多多的难解之谜，使我们不得不密切关注和发出疑问。我们总是不断去认识它、探索它。虽然今天科学技术的发展日新月异，达到了很高程度，但对于那些奥秘还是难以圆满解答。尽管经过许许多多科学先驱不断奋斗，一个个奥秘不断解开，并推进了科学技术大发展，但随之又发现了许多新的奥秘，又不得不向新的问题发起挑战。
宇宙世界是无限的，科学探索也是无限的，我们只有不断拓展更加广阔的生存空间，破解更多奥秘现象，才能使之造福于我们人类，人类社会才能不断获得发展。
为了普及科学知识，激励广大青少年认识和探索宇宙世界的无穷奥妙，根据最新研究成果，特别编辑了这套《学科学魅力大探索》，主要包括真相研究、破译密码、科学成果、科技历史、地理发现等内容，具有很强系统性、科学性、可读性和新奇性。
本套作品知识全面、内容精炼、图文并茂，形象生动，能够培养我们的科学兴趣和爱好，达到普及科学知识的目的，具有很强的可读性、启发性和知识性，是我们广大青少年读者了解科技、增长知识、开阔视野、提高素质、激发探索和启迪智慧的良好科普读物。
星星为何会闪烁
白天为何看不见星星在我们的地球，白天一般是不会有星星出现的，那是因为地球的大气层在作怪，它把阳光散射到四面八方，而星星是那么暗淡，所以难以显露出来。但这并不表明，在白天我们的头顶上没有星星。
事实上，在日全食时太阳被全部挡住的几分钟内，星星就会像在夜晚那样闪烁不停。还有例外的是在航天飞机上的宇航员，还是在空间轨道站上的宇航员，由于他们摆脱了大气的羁绊，所以他们就能在阳光明媚的大白天见到满天星斗。
因为周围没有了空气，所以在太阳的身旁不远处，就有群星在争辉。因此，他们见到的白天与地面上是完全不同的。星星为何闪烁不停
星星闪烁不停的真正原因是在于地球的大气层。大气的流动性非常强，而各处的气流因温度、湿度、压力、风向等多种因素，总在不停地流动，有些气流还特别不规则，每时每刻都在变化着。正因为恒星面前的空气流动情况在不断变化，就会使星光受到不规则的扭曲，于是星星就显得闪烁了。而这也往往成为识别行星的一个方法，即行星的光一般是稳定不闪的。天上有多少颗星星
天空中究竟有多少颗星星？这是迄今为止，没有任何一位科学家能准确回答的问题。直到最近才有了相对准确的答案：宇宙中大约有227×10颗星星。这个数字是澳大利亚国立大学天文学和天体物理学研究院的西蒙·德赖弗教授及其研究小组计算出来的。
西蒙·德赖弗教授及其研究小组的人员使用了世界上最先进的射电望远镜，首先计算出离地球较近的一片空间里有多少个星系。然后，通过测量星系的亮度，估计出每个星系里有多少颗星星。接下来，再根据这个数字来推断在可见的宇宙空间里有多少颗星星。专家认为，这是迄今为止最先进的计算方法。
在国际天文学界高度评价这一研究成果的同时，西蒙·德赖弗教22授说：7×10颗星星，并不是整个宇宙的星星数量，而是在现代望远镜力所能及的范围内计算出的相对准确的数字，真正的数字会比这个多得多。这和我们的银河系有关，因为我们所看到的星星，差不多都是银河系里的星星。为何夏天星星多
整个银河系至少有1000亿颗恒星，它们大致分布在一个圆饼状的天空范围内，这个“圆饼”的中央比周围厚一些，光线从“圆饼”的一端跑到另一端要10万光年。
我们的太阳系是银河系里的一员，太阳系所处的位置并不在银河系的中心，而是在距银河系中心约2.5万光年的地方。
当我们向银河系中心方向看时，看到的是银河系恒星密集的中心部分和大部分银河系，因此看到的星星就多；向相反方向看时，看到的只是银河系的边缘部分，因此看到的星星就少得多。
地球不停地绕太阳转动，北半球是夏季时，地球转到太阳和银河系中心之间，银河系的主要部分——银河带，正好是夜晚出现在我们头顶上的天空；在其他季节里，这也是恒星最多、最密集的部分，有的是在白天出现，有的是在清晨出现，有的是在黄昏出现，有时它们不在天空中央，而是在靠近地平线的地方，这样就不容易看到它们。所以，在夏天晚上我们看到的星星比冬天晚上看到的要多一些。延伸阅读地球的大气层是动荡不定的，气流与涡流随时都在形成、扰动和消散之中。这些流变就像透镜与棱镜一样，会让星光的位置每秒钟微改变好几次，所以星光快速地左右偏移，亮度就会跟着闪烁不定。
冷热共栖的怪星
发现怪异星体2008年，美国“凤凰号”探测器在火星着陆探测并返回地球，在拍摄到的照片中，发现离火星不远处有一颗怪异的星体，根据照片上的颜色考证：它可能是天文界争议已久的一种冷热共栖星体。
关于这颗星体的照片显示：星体中心是一种低温体，但是它的周围有一层高温星云包层，其表面温度至少高达几十万摄氏度。
这是一种什么星体呢？为何一颗星体会容纳如此之大的温差呢？天文学家经过慎重研究与考证后认为，ASD星体是一颗名副其实的冷热共生星体。共生星的得名
关于这种怪异星体的发现，最早是在20世纪30年代。当时，天文学家在观测星空时发现了这种奇怪的天体。
对它进行的光谱分析表明，它既是“冷”的，只有2000摄氏度至3000摄氏度，同时又是十分热的，达到几十万摄氏度。也就是说，冷热共生在一个天体上。
1941年，天文学界把它定名为共生星。共生星体是一种同时兼有冷星光谱特征和高温发射星云光谱复合光谱的特殊天体。几十年来，全球天文学家已经发现了约100多个这种怪星。许多天文学家为解开怪星之谜耗费了他们毕生的精力。
我国已故天文学家、前北京天文台台长程茂兰教授早在20世纪四五十年代在法国就对共生星进行过多种观测与研究，在国际上有一定的影响，我国另外一些天文学家也参加了这项揭谜活动。一大奇谜
共生星成了现代宇宙学界的一大奇谜，国际上的天文学家为此举行了多次讨论会议。
在1981年的第一次国际“共生星现象”讨论会上，人们只是交流了共生星的光谱和光度特征的观测结果，从理论上探讨了共生星现象的物理过程和演化问题。在那以后，观测共生星的手段有了很大发展。天文学家用X射线、紫外线、可见光、红外线及射电波段对共生星进行了大量观测，积累了许多资料。到了1987年，在第二次国际“共生星现象”讨论会上，科学家们进行了多方面的成果公布与讨论，表明怪星之谜的许多方面虽然已为人类所认识，但它的谜底仍未完全揭开。近些年，天文学家用可见光波段对冷星光谱进行的高精度视向速度测量证明，不少共生星的冷星有环绕它和热星的公共质心运行的轨道运动，这有力地说明共生星是双星。
人们还通过具有较高空间分辨率的射电波段进行探测，查明了许多共生星的星云包层结构图，并认为有些共生星上存在“双极流”现象。“单星”说
最初，一些天文学家提出了“单星”说。他们认为，这种共生星中心是一个属于红巨星之类的冷星，周围有一层高温星云包层。
红巨星是一种晚期恒星，它的密度很小，体积比太阳大得多，表面温度只有两三千摄氏度。可是星云包层的高温从何而来，人们还是无法解释。
太阳表面温度只有6000摄氏度，而它周围的包层——日冕的温度却达到百万摄氏度以上。能不能用它来解释共生星现象呢？日冕的物质非常稀薄，完全不同于共生星的星云包层。因此，太阳不算共生星，也不能用来解释共生星之谜。“双星”说
哈佛大学天文学家亚瑟与西班牙科学家保认为，共生星是由一个冷的红巨星和一个热的矮星，即密度大而体积相对较小的恒星组成的双星。
但是，当时光学观测所能达到的分辨率不算太高，其他观测手段尚未发展起来，人们通过光学观测和红移测量测不出双星绕共同质心旋转的现象，而这是确定是否为双星的最基本物质特征之一。但是双星说并未能最后确立自己的阵地，有的天文学家就明确反对双星说。
这其中一个重要原因是迄今为止未能观测到共生星中的热星。科学家们只不过是根据激发星云所属的高温间接推论热星的存在，从理论上判断它是表面温度高达几十万摄氏度的矮星。许多天文学家都认为，对热星本质的探索，应当是今后共生星研究的重点方向之一。
此外，他们认为，今后还要加强对双星轨道的测量，并进一步收集关于冷星的资料，以探讨其稳定性。理论模型
有的天文学家对共生星现象提出了这样一种理论模型：共生星中的低温巨星或超巨星体积不断膨胀，其物质不断外逸，并被邻近的高温矮星吸积，形成一个巨大的圆盘，即所谓的“吸积盘”。吸积过程中产生强烈的冲击波和高温。
由于它们距离我们太远，我们区分不出它们是两个恒星，还是一个热星云包在一个冷星的外围。
其实，有的共生星属于类新星。类新星是一种经常爆发的恒星，所谓爆发是指恒星由于某种突然发生的十分激烈的物理过程而导致能量大量释放让星的亮度骤增许多倍的现象。
仙女座Z型星是这类星中比较典型的例子。这是由一个冷的巨星和一个热的矮星外包激发态星而组成的双星系统，爆发时亮度可增大数十倍。它具有低温吸收线和高温发射线并存的典型的共生星光谱特征。何时揭开共生星之谜
天文学家们指出，对共生星亮度变化的监视有重要意义。通过不间断的监视可以了解其变化的周期性及有没有爆发，从而有助于揭开共生星之谜。
但是，共生星光变周期有的达到几百天，专业天文工作者不可能连续几百天盯住这些共生星。因此，他们特别希望广大的天文爱好者能共同来完成这项实验。
揭开共生星之谜，对恒星物理和恒星演化的研究都有重要的意义。但要彻底揭开这个天体之谜，无疑还需要付出许多艰苦的努力。延伸阅读自古以来，人类试图揭开宇宙奥秘的努力没有停止过。而且人类更希望探测到地外文明的信息，1981年经由美国总统卡特签署的一封发向太空的“邀请信”飞向遥远的太空，试图找到人类期盼已久的“邻居”。
神秘失踪的中华星
中国人发现的第一颗小行星1928年11月22日，旅居美国的学者张钰哲在美国叶凯士天文台发现了一颗旧星空图上没有的小行星，临时编号1928UF。最后证实这是一颗从未被人发现的小行星，这是第一颗被亚洲人发现的小行星。
为表示对远隔重洋的祖国的怀念，张钰哲把它取名为“中华”，这是个地道的“国货”，为中国小行星研究工作打响了第一炮，因此成为中国现代天文学史上的一大光荣事迹。
张钰哲在美国发现的这颗小行星，由于当时没有较大的天文望远镜来做长期跟踪观测，后来便一直没有找到它的下落，仅作为似曾相识的小行星留在人们的脑海里。
1949年后，紫金山天文台工作人员在张钰哲台长的指导下，坚持不懈地开展小行星的观测工作，终于在1957年10月30日，从万千繁星中找到了一颗与1928UF轨道相似的小行星，正式编号1125，并命名为“中华”。
后来，美国叶凯士天文台又观测到800多颗新的小行星，其中40多颗获得了正式编号，并被赋予富有中国特色的名字，如1125中华、1802张衡、1888祖冲之、2045北京、2078南京小行星等。许多年后的再观测
20世纪50年代，张钰哲从美国留学归来，准备对“中华”再次进行观测。
1957年10月，他利用紫金山天文台的一架0.6米望远镜寻找这颗小行星。这期间，他与同事已发现了好几颗小行星，其中有一颗与“中华”非常相似，但不能确定。他发表了一篇文章介绍自己的观测结果。
1977年，张钰哲仍未找到原“中华”的踪影，但是对那颗酷似“中华”的小行星有了很准确、很精密的结果。后来，国际小行星中心决定用这颗小行星替代“中华”。
原来的“中华”到底是不是现在的这颗，它是否还在太空中遨游，如果它已不存在，那它突然失踪的原因又是什么呢，这许许多多的疑问只是一个谜，一时之间还没法解答。延伸阅读张钰哲是我国著名的天文学家，被称为“中华星”之父。1978年，国际小行星组织为表彰张钰哲的杰出贡献，决定把美国哈佛大学天文台于1976年发现的一颗正式编号为2051的小行星命名为“张”。
脉冲星的灯塔效应
脉冲周期脉冲星有个奇异的特性，即拥有短而稳的脉冲周期。所谓脉冲就是像人的脉搏一样，一下一下出现短促的无线电信号，如贝尔发现的第一颗脉冲星，每两脉冲间隔时间是1.337秒，其他脉冲还有短到0.0014秒的，最长的也不过11.765735秒。
那么，这样有规则的脉冲究竟是怎样产生的呢？灯塔效应
天文学家研究指出：脉冲的形成是由于脉冲的高速自转。原理就像我们乘坐轮船在海里航行，看到过的灯塔一样。设想一座灯塔总是亮着并且在不停地有规则自转，灯塔每转一圈，由它窗口射出的灯光就射到我们的船上一次。就这样不断旋转，在我们看来，灯塔的光就连续地一明一灭。
脉冲星每自转一周，我们就接收到一次它辐射的电磁波，于是就形成一断一续的脉冲。脉冲这种现象，也就叫灯塔效应。脉冲的周期其实就是脉冲星的自转周期。中子星的亮斑
灯塔的光只能从窗口射出来，是不是说脉冲星的辐射也只能从某个窗口射出来呢？
脉冲星就是中子星，而中子星与其他星体发光不一样，太阳表面发亮，中子星则只有两个相对着的小区域才能发亮，其他地方光是跑不出来的。即是说中子星表面只有两个亮斑，别处都是暗的。中子星的窗
这是什么原因呢？原来，中子星本身存在着极大的磁场，强磁场把辐射封闭起来，使中子星辐射只能沿着磁轴方向，从两个磁极区出来，这两个磁极区就是中子星的窗口。
中子星的辐射从两个窗口出来后在空中传播，形成两个圆锥形的辐射束。若地球刚好在这束辐射的方向上，我们就能接收到辐射，并且每转一圈，这束辐射就扫过地球一次，也就形成了我们接收到的有规则的脉冲信号。专家的讨论
几乎所有的专家都相信上述这种灯塔模型，但是也有离经叛道的不同意见被提了出来。新的观点认为脉冲星的发光不是源自它的磁极，而是来自它的周围。
这种观点同时认为，脉冲星发出脉冲光是因为它的磁场在高速地翻转振荡，激变的磁场造成星体周围出现了极高的感生电场。这个感生电场的峰值出现在磁场过零点附近，并且加速带电粒子使其发出同步辐射。这就可以解释脉冲信号的产生机理。
灯塔模型是现在最为流行的脉冲星模型，而磁场震荡模型还没有被人普遍接受。脉冲星的发现
1967年10月，英国剑桥大学卡文迪许实验室的安东尼·休伊什教授的研究生、24岁的乔丝琳·贝尔检测射电望远镜收到的信号时无意中发现了一些有规律的脉冲信号，它们的周期十分稳定，为1.337秒。起初她以为这是外星人“小绿人”发来的信号，但在接下来不到半年的时间里，又陆陆续续发现了数个这样的脉冲信号。
后来人们确认这是一类新的天体，并把它命名为脉冲星。脉冲星与类星体、宇宙微波背景辐射、星际有机分子一道，并称为20世纪60年代天文学“四大发现”。安东尼·休伊什教授本人也因脉冲星的发现而荣获1974年的诺贝尔物理学奖。至今，脉冲星已被我们找到了1620多颗，并且已得知它们就是高速自转着的中子星。
脉冲双星是1974年由美国马萨诸塞大学的罗素·胡尔斯和约瑟夫·泰勒使用放在波多黎各的阿雷西博射电望远镜发现的。胡尔斯当时是研究生，主持一项用该望远镜搜索脉冲星计划的日常工作，他的导师泰勒则是这一计划的总负责人。1974年，他们在那个夏天的发现和研究成果异常重要，并于1993年因脉冲双星研究而双双荣获诺贝尔奖。延伸阅读2011年11月3日，美国航天局称，多国合作的费米伽马射线太空望远镜在巡天观测中，发现了一颗年龄为2500万年的脉冲星，这也是人类迄今发现的最年轻的脉冲星。
陨石雨的未解之谜
波兰华沙陨石雨1935年3月12日在波兰华沙的洛维茨西南曾出现过一次陨石雨，在9平方千米的地面上，找到58块陨石，一共重59000克，其中最重的一块陨石约10千克。
在法国蒙多邦城南郊的奥科格伊小村，1864年5月14日20时，天空忽然出现一颗比月球还大、周围发射火花的流星，向各方散出炽热的碎片。
约5分钟后，人们听见雷霆般的响声，在村子附近，石头像雨点一般落下。村民拾取这些陨石时，陨石还是烫的，有的人手指还被烫伤，草也被热气烤焦变黄。
科学家对一些表面熔融得像涂上黑漆般的陨石进行化学分析，得知这些陨石内含有铁和镁的碳化物以及磁性硫化铁等。陨石里面有什么
1969年2月8日，在墨西哥阿仑德一带，下了一场规模不小的陨石雨，降落范围估计在260平方千米。收集到2000千克以上的陨石，其中最大的一块重约110千克，科学家通过对陨石的化学成分分析，发现里面含有钙、钡、钕等元素。这几种元素按照目前关于太阳系起源的原理，是很难形成的。
陨石里为什么会有这几种元素呢？于是有人联想到太阳伴星问题。在天文学上，人们习惯把较亮的那颗星叫主星，较暗的一颗叫伴星，人们把这样成双成对的星星称为双星，相对于双星的是单星，此外，还有聚星。
在银河系里，双星、聚星占多数，单星很少，太阳就是其中的一颗。陨石里的三种原素来自哪里
有人曾对此持怀疑态度，认为太阳有可能是有伴星的。1984年，美国加利福尼亚大学教授马勒和同事共同提出了太阳系伴星的假说。与此同时，美国路易斯安纳州的一位大学教授维持密利和密克逊等人也提出了同一假说。
他们认为，太阳还应与一个未发现的恒星组成双星系统，那颗伴星很可能是一颗暗弱的矮星，质量是太阳的1/10，大约每2600万年与太阳接近一次。
天文学家一直试图从距离较近的5000多颗恒星中寻找这颗伴星，但一直没有找到。
科学家们通过对阿仑德陨石雨的研究，又为寻找太阳的伴星带来新的希望。天文学家们的推测
根据阿仑德陨石雨的研究分析，天文学家们曾作过这样的推测，大约在50亿年以前，太阳系还是一团气体和尘埃，离它很近的一颗恒星不知什么原因发生了大爆炸，把许多物质抛向了天空，其中就有钙、钡、钕极为稀少的元素，其中一部分被抛入太阳星云，使太阳星云猛烈收缩，其核心部分形成了太阳，周边部分成了行星。
阿仑德陨石可能就是50亿年前爆炸的那颗恒星抛入空间的物质。太阳的这颗伴星与太阳的距离将比地球轨道远1000倍，约1500亿千米。
那么，科学家为什么没有找到这颗伴星呢？有人认为它可能是一颗太暗的中子星，也可能是一个黑洞，所以人们没有见到它。阿仑德陨石中的稀有元素到底来自何处，谜底还有待于科学家们进一步的探索。
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