写给孩子的趣味天文学

作者简介

雅科夫·伊西达洛维奇·别莱利曼（1882—1942） 出生于俄国格罗德省别洛斯托克市，是享誉世界的科普作家、趣味科学的奠基人。17岁时，他开始在报刊上发表作品。1909年大学毕业以后，他开始全力从事科普写作和教育工作。别莱利曼一生共创作了105部作品，其中大部分是趣味科学读物，并且很多作品被翻译成数十种语言，对青少年的科学学习产生了深远影响，对世界科普事业的发展做出了**贡献。

内容简介

Chapter 2 月球及其运动 2.1 如何区分新月和残月 仰望夜空, 那轮弯弯的月牙似乎始终如一, 但它有可能是新月也有可能是残月。 如何区分它们, 着实难倒了许多人。 区分新月和残月的方法通常是看弯月鼓出的一面是朝向什么方向。 这 是有规律的: 在北半球, 新月总是向右面凸出, 而残月则是向左面凸出。由于人们很容易混淆新月和残月的凸出方向, 聪明的先辈们就发明了一些简明的方法区分它们。 苏联人利用这样两个单词来区分新月和残月———растyщий ( 意为生长)、 старый ( 意为衰老)。 растyщий 很容易让人联想到新月, 与之相对的 старый 则让人联想到残月。 而且 P 和 C 作为这两个单词的首字母, 它们凸出部分的方向也分别与新月和残月相同 ( 图 2 - 1)。 法国人则是利用拉丁字母 p 和 d 来区分。 p 和 d 正如被直线连接两头儿的弯月。 premier ( 意为*初的) 的首字母是p, 也就是新月的象征了。 dernier (意为*后的) 的首字母是d , 可以由词义联想到残月。 其他语言中也有利用文字记忆的, 例如德文。 图 2 -1 区别新月、残月的简单方法 但是, 如果你是在澳洲或者非洲南部, 上述办法就不适用了。 因为那里的人们看到的新月和残月, 凸出方向与北半球恰恰相反。 还有一个地方也不适用北半球的方法, 那就是赤道及其附近的纬度带。 比如在克里米亚和南高加索, 那里的弯月几乎是横着的, 像荡漾在海面上的小船或是一道发光的拱形门, 在阿拉伯的传说里把它形容为 “ 月亮的梭子”。 因此古罗马人称弯月为 “ luna fallax”, 翻译过来也就是 “ 幻境里的月亮”。 如果你想在这样的地方判断天空中是新月还是残月, 可以利用一种天文学方法: 新月出现于黄昏时的西面天空; 残月则出现于清晨的东面天空。 了解了这些方法, 你就可以准确区分地球上任何地方的新月和残月了。 2. 2 被画错的月亮 月亮是画家们钟爱的 “ 模特”。 在生活中, 我们经常看到关于月亮的风景画。 画家们能将画面布置得很美丽, 却并不一定能将月亮画正确。 图 2 - 2 就是一幅有关月亮的画作, 仔细观察, 你发现哪里存在问题了吗? 原来, 画家将弯月的两个角画得朝向太阳了, 而实际上朝向太阳的应该是弯月的凸面。 月亮是绕地球运转的卫星, 本身不能发光, 我们看到的月光是月球反射的太阳光, 这就是弯月凸面朝向太阳的原因。 想画好月亮不只需要注意上面说的问题, 月亮的内外弧也很容易被画错。 弯月的内弧是月球受太阳光照射部分的边缘阴影, 所以它是半椭圆形, 外弧则是半圆形的 [ 图 2 - 3( a)]。 因为很少有人注意到这个问题, 绘画作品中出现内外弧都是半圆形的弯月也就不足为奇了 [ 图 2 - 3( b)]。 我们看到天空中的弯月总是挂得不够端正, 因此要画好它的相位很难。 按理说, 既然月光是来自太阳的照射, 那么太阳的中心点应该位于弯月两角连接线中点的垂线上 ( 图 2 - 4)。 这样的直线在月球上应当呈弧形, 但是由于弧线中间部分与两端相比距地平线*远, 所以, 这些光线看起来似乎弯曲了。 如图 2 - 5 标出了太阳光线与月亮的相对位置, 可以看出, 只有蛾眉月跟太阳是 “ 正对的”。 当月亮处于其他相位时, 太阳光线似乎是弯曲着射在月球上, 由这些光线投影而成的月亮自然无法端正地挂在夜空了。 图 2 -2 指出这张风景画上的一点天文学错误 图 2 -3 弯月的形状应该是哪一个 图 2 -4 弯月跟太阳的相对位置 看来, 想要将月亮画正确还真是得在天文学上下一番功夫。 图 2 -5 不同相位，我们所看到的月亮跟太阳的相对位置 2. 3 行星双生儿 在所有行星和卫星的关系上, 地球和月球可能是*亲密的。 无论是大小、 质量、 运行轨道都那么相似, 就像一对双胞胎。 可以说, 除了月球, 还没有哪个卫星与它所围绕的行星相对差距如此小的。 首先, 我们看一下大小, 海王星的卫星特里同是各卫星中*大的一颗, 但其直径也只有海王星的 1 , 而地球的卫星———月球, 直径竟有地球 的 1 那么大。 再来看一下质量, 在太阳系的卫星中, 木星的第三颗卫星质量*大, 木星的质量是它的1 000倍, 而我们的地球只比它的卫星月球重 81 倍。 下面这张表是几大行星与各自卫星的质量比。 比较之下, *能说明地球与月球的相似性。 行星 卫星 卫星和行星的质量比 地球 月球 0. 012 3 木星 干尼密德 0. 000 8 土星 泰坦 0. 000 21 **星 泰坦尼亚 0. 000 03 海王星 特里同 0. 001 29 地球与月球这对双生儿在 “ 长相” 上相似, 它们的相对距离也**近。也许你要说, 地球离月球可有将近 380 000 千米的距离呢! 但是如果我说月 球和地球的距离只有木星与其第九颗卫星的距离的 1 65 ( 图 2 - 6), 你还会质 疑地球与月球的亲密吗? 图 2 -6 月球离地球的距离与木卫九离木星距离的比较 （天体实际大小并没有按照比例尺表示） 作为地球的卫星, 月球时刻围绕着地球转, 地球也时刻围绕着太阳转, 它们的运行轨道是很接近的。 月球绕地球的轨道长度是 2 500 000 千米, 而 它围绕地球旋转一周的时间就已经被地球带行了 70 000 000 千米, 是它一年 的路程的 1 。 月球轨道的长度仅仅是地球绕行太阳一周的 1 。 试想, 如果 13 30 将月球的轨道拉伸 30 倍, 圆形也成了线。 月球轨道有十二段凸起和十二段凹陷, 像一个圆角的十二边形。 除了这几个地方之外, 月球绕太阳的轨道几乎与地球的轨道重合。 图 2 - 7 中所画的路线图是 1 个月中地球与月球的运行轨迹, 地球轨迹用虚线表示, 月球轨迹用实线表示。 要想把这两条距离极近的线分离开来, 比例尺要特别大才行。 图 2 - 7 中地球轨道的直径相 图 2 -7 地球 （虚线） 和月球 （实线） 在一个月中绕日所走的路线 当于 0. 5 米①。 如果我们将地球轨道的直径用 10 厘米标示, 那两条轨道可就**无法区分了。 由于我们也参与地球的轨道运动, 自然是看不出两条 ① 仔细观察图 2 - 7, 你会发现月球的运动并不是**的匀速运动。 这是因为月球环绕地球的轨道呈椭圆形, 这个椭圆形的焦点就是地球所在的位置。 月球轨道的偏心率是 0. 055, 这是相当大的偏心率。 依据开普勒第二定律, 当月球位于离地球较近的位置时, 运动速度明显快于离地球较远时。 轨道是否一同前进。 但如果人们从太阳上观察月球的轨道的话, 看到的一定是个带些波浪的与地球轨道重合的线。 地球和月球差距那么小, 真不愧是双生儿啊! 2. 4 为什么太阳不能把月球吸引到自己身边 月球为什么没有被太阳的引力吸引过去呢? 也许你会觉得这个问题很奇怪。 不过, 请各位读者先看看下面一段关于太阳和地球对月球引力的运算: 引力的大小由两个因素决定: 一是地球、 太阳本身的质量, 二是它们与月球的距离。 众所周知, 太阳的质量**大, 达到了地球质量的 330 000 倍, 如果单从质量这个角度来说的话, 太阳的引力就是地球的 330 000 倍。地球与月球的距离是太阳与月球的距离的 1 , 可以说, 在距离方面地球还 是很占优势的。 接下来将两种因素合并考虑。 引力跟距离的平方成反比, 太阳对月球的引力应该是刚才说的 330 000 倍的 1 2 , 也就是330 000。 由此 400 160 000 可以计算出, 太阳对月球的引力大约是地球对月球的引力的 2 倍! 这个结论肯定会让很多读者大吃一惊。 现在我们再来想想本节开头提出的问题。 为什么太阳的引力那么大, 却没有将月球吸引到自己身边呢? 其实, 产生这个现象与上一节中讲述的行星双生儿有直接的关系。 原来, 太阳的引力同时吸引着月球和地球, 正是由于这个引力, 地球和月球才由直线前进的路线变成现在绕着太阳的曲线运动 ( 图 2 - 7)。 但由于月球与地球是亲密的 “ 双生儿”, 所以太阳的吸引力并不是作用在地球或月球的本身, 而是在地球中心和月球中心的连接线上, 也就是地球和月球这两个天体合在一起的整个系统的重心。 这个重心远离地球, 在距离相当于地球半径 2 的地方。 围绕着这个中心运转的地球和月球, 每转一周就是一个月的时间。 这就是月球不会被太阳吸引过去的原因, 同时也解释了为什么地球不会被吸引到太阳身边。 你理解了吗? 这是一份知识满满、趣味多多的珍贵礼物，能够激发孩子对科学的好奇心和探索欲，培养孩子的学习能力、思考能力和想象力，告诉你如何帮助孩子爱上天文学！ ★阅读本书，你将破解关于天文学的诸多奥秘： 经度和纬度哪个*长？ 地球的质量能称出来吗？ 日食和月食是怎么产生的？ 星星真的会眨眼睛吗？ 月球上的天气是什么样的？ ……