電影《牧馬人》中，曾引用過一首樂府詩：“敕勒川，陰山下，天似穹廬，籠蓋四野。天蒼蒼，野茫茫，風吹草低見牛羊。”的確，無論我們登山爬高，還是大海航行，總能感到悠悠蒼天如同一個倒扣著的半球，我們自己則在這個球的中心位置。古希臘人就是從這種直覺出發，把天空想象為層層疊套的一個個水晶球。我國古時最早也提出了“天圓地方”的概念。至今我們到北京遊覽，還可以找到這個學說的見證，那就是天壇和地壇。天壇的整個建築包括它的圍牆都是圓形，這是天圓的象征，而在安定門附近的地壇公園，則處處可見方方正正的亭台。
中國古代認為“天圓如張蓋，地方似棋局
為什麼人類會有“天似穹廬，籠蓋四野”這種感覺？其實道理很簡單，因為人辨別物體遠近有立體感，完全是依靠兩隻眼睛同時觀察所產生的視差而來的。“視差”，顧名思義即看上去的差別。如下頁圖，右眼見到蘋果在書櫥前，左眼見到的蘋果卻是在窗戶前。以蘋果為頂點與雙眼之間構成的角稱為視差角。顯然蘋果越近，視差角越大；反之越小。若距離不變，雙眼間距拉大（如兩人各用一隻眼），視差角也會變大。視差角小到一定範圍內，人們就會無法辨別遠近。如果隻用一隻眼睛來觀測世界，則他不會有什麼立體感，原因就是因為一隻眼睛不能構成視差角。由此可見，“一目了然”這個成語在科學上是值得商榷的。可是人的雙眼相距不過6～7厘米，所以當把蘋果移到很遠時，視差角將小得肉眼無法察覺。例如把3隻蘋果分別放在498、500、502米的遠處，它們的視差角分別是2899″、2888″、2876″。在一般人的眼中，零點幾角秒的差別是無從區別的。從這個道理推出去，盡管月亮離我們比太陽約近400倍，而與其他恒星相比，太陽又比它們近幾十萬、幾百萬倍，但對兩隻肉眼來說，它們視差角都是零，即似乎都處於一樣的“無窮遠”處--因此人們感到日月星辰就像鑲嵌在同一個碩大無比的球麵上，人們把這感覺中的大球麵稱為“天球”。雖然天球是人們的幻覺或者說是錯覺，但聰明的天文學家則“弄假成真”，將錯就錯地引進“天球”的概念，創立了“球麵三角學”，建立起各種“天球坐標係統”，以便有效地研究天體的位置分布及運動狀況。天球坐標係統比較複雜，但卻是研究天文學必不可少的手段，因此必須有所了解。其實，有一類天球坐標（叫赤道坐標）與地理坐標十分相似。為了研究地理，人們設計了經、緯網線，依靠些砦大圓、小圓的網絡就很容易定出地球上任何地方的地理位置。例如，北京即是東經116°２１″，北緯39°54″；反之，告訴了經緯度也就可按照地圖找到相應的地方。設想把這些網絡無限擴大，即變成了天上的經緯網。地球上的南、北極分別變成天上的南天極（）與北天極（N），地球上的赤道變成天上的赤道QQ′，經度線變成赤經線，緯度線變為赤緯圈。惟一有區別的是經度與赤經α的量法有些區別：地理經度是從格林尼治經度線分別向西、東量的（西經為正，東經為負），但天球坐標中的赤經是從春分點γ開始向東0°～360°計量的，這是因為地球是在自西向東自轉，而人們見到的天球是在自東向西運轉的關係。
赤緯的量法是從天赤道分別向北、南以0°～±90°計量（向北為正，向南為負），這與地理緯度相同。這樣，一般恒星就可用一組大致不變的坐標值（赤經、赤緯）來表示。如織女星，即可表示為：α＝２７８°３０′，δ＝３８°４１′。實際上由於“地平線”的緣故，人們一般見不到腳底下的半個天球，觀測者所見到的半個天球的狀況，取決於他所處的地理緯度。例如，北緯32°０４′的南京地區，所見的天球可如下頁圖。圖中即為北天極，它的正下方就是正北方向N，離地平線的高度正是地理緯度32°０４′，所以EQW即是天赤道。南點處的赤緯為-59°５６′（地理緯度減９０°），即對於赤緯比此更南的天體，如麥哲論雲，南京地區是不可能見到的，天文上稱為“永不上升的天體”。同樣可知，N點的赤緯是59°５６′，（９０°減地理緯度），凡是赤緯比此值大的天體，如整個小熊星座，無論怎麼轉動總在地平線上，故叫“永不下落的天體”。對於北天的天體（在天赤道北），它東升西落的圈子在地平麵上的部分比半個圓圈大--即大於12小時，對於赤緯比90°-φ大的天體則整個圈都在地平麵上，稱恒顯圈，表示天體總在地平麵上。反之在南天的星星，在地平麵上可見的時間小於12小時，而且越向南可見的時間越短。
什麼是二十八宿與十二宮
在《西遊記》中，孫悟空蒙難無法脫身時，常常念動咒語把六丁六甲及二十八宿等天神天將召來，在這些神靈的協助下，才能一次次化險為夷。二十八宿是中國古代的“星座”（叫“星官”），它們分布在天赤道周圍不遠。在我國古代神話中，它們又是28個各有神通的神靈。至今，山西晉城玉皇廟和石家莊毗盧寺內還幸存著二十八宿的塑像及壁畫。二十八宿的起源極早，至少在殷末周初（約公元前12、13世紀）已被確定了下來，甚至在甲骨文中都可找到有關它的蹤跡。後來古人又把二十八宿歸並為四大區，並以4種威武神奇的動物來命名，稱為“四象”--蒼龍、白虎、朱雀、玄武。每象都包括七宿。在每年春天黃昏，古人就想象南方有一隻展翅飛翔的大鳥，東邊有巨龍正在飛騰，而西邊的白虎則在吼叫，隻有北邊的龜蛇尚在地平線之下沒有露麵。東漢大天文學家張衡曾對此作了形象生動的描繪：“蒼龍連蜷（quán）於左，白虎猛踞於右，朱雀奮翼於前，靈龜圈首於後。二十八宿在我國古代天文學中占有重要地位，《史記》中說：“舍者，日、月所舍。”而古代舍與宿在這兒是相通的，也就是說，它們是用來描述太陽、月亮運動的。因為月缺到月圓，正好29日，月亮每日差不多就向東移過一“宿”。不僅是太陽、月亮，古代描述行星運動、慧星路徑，也都廣泛使用二十八宿。西方相應的是黃道十二宮，現在不少星相家以此來為人“算命”、推測禍福，甚至連一些顯赫的大人物也篤信不疑。其實與天赤道是地球赤道的延伸一樣，黃道實質上就是地球繞太陽的公轉軌道麵向天球的延伸，當然人們不會覺察到地球的運動，所見到的是太陽在天球上的運動。隻要每日定時觀測太陽的位置，並標到星圖上，它一年中會在天球上繞過一圈，這就是黃道。黃道和天赤道有兩個交點，分別稱為春分點和秋分點。春分點是度量赤經（及黃道坐標中的黃經）的基點，其地位和作用如同地理坐標中的格林尼治。黃道與赤道的交角約為23°２７′，這個不大不小的交角卻造成了地球上的四季區分和五帶的劃分。
由此可見，黃道是天球上一個很重要的基本圈，尤其在研究太陽係中的問題時，黃道的作用甚至比天赤道還更重要。所以西方的黃道十二宮同樣有著淵源的曆史。據考證，黃道十二宮最早可能起源於古巴比倫。古巴比倫的天文學家首先把黃道分成為12段，每段正好30°，１２段正好與一個月對應，所以每一個月太陽位於某一段，下一個月則向東移過一段。太陽在西方是尊貴的阿波羅神，所以古巴比倫人把每一段都作為太陽的“行宮”，“宮”的名字就是由此而來的。後來又經過古希臘人的加工，才逐漸變為流傳至今的黃道十二宮。每一宮即以其中包含的星座名為宮名。仔細推敲，黃道十二宮與黃道十二星座尚有區別。首先，每一宮的大小是完全一樣的，都是30°，而實際的星座卻大小相差相當懸殊。例如雙魚座東西跨49°，比雙魚宮要大50%以上，而巨蟹座隻有21°，比巨蟹宮又小了許多。黃道十二宮與它們的天文符號現在流行的黃道十二宮定型於2000年前，其宮名幾乎都是各種動物（見下表），故也常稱“獸帶”。巴比倫的十二宮都有各自的含意，如當時太陽到金牛宮是在4月底，那正是耕牛交尾繁殖的時間；雙子宮是“結婚”的意思；寶瓶、雙魚則是巴比倫中多雨的季節……黃道十二宮與太陽運動現在，太陽每年於3月21日從南半球歸來到達春分點--進入雙魚宮，標誌著春季伊始。到6月22日夏至，太陽位於雙子宮內，說明夏季已經到來。同理，太陽到室女及人馬宮時，又可看作秋冬的來臨，如此周而複始循環不已。當然十二宮中的星座也各有許多動人的神話故事。
恒星離我們有多遠
恒星離開人們多遠？這是困擾了人們幾千年的難題，也是一些人長期懷疑哥白尼日心地動說的根源。因為根據視差原理，地球既然在繞太陽運動，那半年以後地球到了軌道上的另一端，兩端相距大約3億千米，按理說，相隔3億千米的兩隻“眼睛”看同一顆恒星，方向應當有所不同，即應存在一個視差角（通常把這角的一半簡稱為恒星的視差）。為了證實哥白尼的理論，天文學家做了不懈的努力。然而幾百年下來，人們已陸續發現了恒星在空間的自行運動，測出了它的光行差，可地球運動的直接證據--恒星的視差一直無法突破，使得那些反對太陽為中心的守舊者依然可據此來攻訐日心地動說。
地球繞太陽運動應見到恒星有視差
為什麼3億千米的基線還無法測出恒星的視差（角）呢？現在知道，其原因很簡單：恒星離我們實在太遙遠了，當時的儀器水平及觀測方法對這麼小的視差無能為力。所以，一旦儀器或觀測技術有了突破，問題也就迎刃而解了。了這科學堡壘。他們發表成果的次序是：1838年12月德國貝塞耳測得天鵝61的視差（角031″，1839年2月英國亨德森宣布南門二（半人馬α）的視差（角）為091″，1840年俄國斯特魯維算出織女星的視差（角）為026″。天文學家們發現，隻要選擇適當的單位，恒星距離與視差角π的關係會變得十分簡單：二者互為倒數，而這個單位即是“秒差距”。秒差距的科學含義是一目了然的：當恒星、太陽、地球E構成的三角形頂角為1″時，則恒星到太陽（也可看作到地球）的距離就是1秒差距。所以當星的視差為01″時，則該恒星離開我們為X（101X）10秒差距。這樣，根據上麵的觀測結果，這3顆恒星的距離將分別是X（1031X）323X（1091X）110X（1026X）384秒差距。42，55。37，（5”視差角為1″的恒星距離為1秒差距）“秒差距”是大得難以想象的單位，從上圖可見當＜E1″時，206265E，即日地距離的206265倍--30861013千米。打個比方，如果按通常比例（1∶15000000）畫的世界地圖像18開書本那樣大小，在此比例下，1秒差距應該有206千米長。還可這樣比喻：人們常用“蛛絲馬跡”這個成語表示難以察覺的痕跡，可見蛛絲是極細的，它的直徑大約隻有1微米左右。有人做過計算，一條環繞地球一周（4萬千米）的蛛絲，其重量大約為170克。可是，這樣的蛛絲當長度為1秒差距時，竟重達13萬噸！得用好幾艘萬噸輪才可載運。43，35。85，（5”1秒差距長的蛛絲重達13萬噸）可能不少人更加熟悉“光年”這個距離單位，似乎它比秒差距更加直觀、通俗、容易理解。因為光年就是光在一年時間內走過的距離。不難算得，1光年相當於9461012千米，就是94600億千米。然而，光年在科學上講的意義，遠不及秒差距那樣明晰，便於運算。為了顧及人們的習慣，目前在恒星世界中，這兩個單位仍然並用不悖。從它們的數值中不難得出它們的關係。1秒差距≈326光年或1光年≈0307秒差距事實上，宇宙中還找不到離太陽距離小於1秒差距的恒星，所有的恒星視差都比1″小。例如，離太最近的恒星是比鄰星。“比鄰”的原意是“門戶相依的鄰居”，可是比鄰星的視差是0722″，相當於139秒差距或422光年，即使乘上每秒30千米的宇宙飛船（這樣的速度從南京到上海隻要11秒鍾），到這個“比鄰”去做客，路上晝夜不停，也需要飛45萬年！要知道在45萬年前，人類還處於“茹毛飲血”的階段呢！但從另一個意義講，這位“比鄰”卻又是當之無愧的（參見下頁表），因為多數的恒星要比它遠千萬倍！根據統計，如果以太陽為中心，半徑為100秒差距（326光年）做一個大球，球內的恒星不過六七千顆，這僅僅是銀河係恒星總數的十億分之四十七。由此可見空空蕩蕩的宇宙中，星星十分稀疏，平均每10立方米差距一顆恒星，或者說在一個長、寬、高都為661013千米的大箱子內，僅有一顆發光的星星。難怪人們說2顆恒星相遇，比正在歐洲及遠東的2隻蜜蜂相聚還要渺茫得多。離太陽最近的20顆恒星哪顆恒星最遠？就我們銀河係範圍說，現在知道是前幾年剛發現的位於天秤座內的一個“無名小卒”，它的亮度僅18等--比肉眼剛能看見的6等星還暗63000倍。根據各種方法測定，它的距離為40萬光年或123“千秒差距”。如果講到銀河係外的宇宙深處的各種星係，其距離常要用“百萬秒差距”。這兩個單位分別是秒差距長的103和106倍，正如千克或噸是克的103、106倍一樣。秒差距、光年作為距離單位也有美中不足之處，它們與通用的毫米、米、千米等以千進位的“國際單位製”不能互約。為此，一些科學家別出心裁地設計出另兩個新的距離單位--“赫歇耳”和“哈勃”。18世紀，英國天文學家威-赫歇耳在天文學上有重要的建樹。他的兒子約翰-赫歇耳、妹妹嘉羅琳-赫歇耳都是天文學界的著名人物；而哈勃則是現代星係和宇宙學的奠基人。哈勃單位則與光年成109關係。1赫歇耳為10萬億千米。不過，後兩種單位至今沒能通用--甚至連一些天文學家都把它們忘卻了。
恒星每秒鍾發出的能量與爆炸900億顆大氫彈的能量相當嗎
浩渺的太平洋中有一個很不起眼的馬紹爾群島。1952年10月31日，美國在其中一個小島--埃盧也拉普島上實施了“常青藤行動”計劃--點燃了世界上第一顆氫彈。這枚氫彈長約9米，與蒸汽機火車上的鍋爐相當，重約1721噸。軍方把這個威力無比的新式炸彈稱為“邁克”。邁克爆炸時，一個通紅的大火球騰空而起，染紅了整個天際，從此之後這個小島從地圖上被抹去了。根據測算，邁克的威力比當年投在廣島的原子彈大500多倍，相當於107噸N烈性炸藥的威力。氫彈爆炸時所發出的能量似乎是無與倫比的，那摧枯拉朽的威力使人不寒而栗。但是在宇宙空間這又顯得微不足道了！每一顆我們看得見的恒星，它們的內部時時刻刻在發生著比“邁克”規模大千千萬萬倍的“核爆炸”！別以為小小的光點是那麼微弱，其實都是一個個遙遠的太陽。自古以來，太陽一直無私地、每時每刻地發出大量的光和熱。科學家們對此作了反複的測量，得出了太陽常數。所謂太陽常數是：在大氣外離太陽一個天文單位處，同太陽光線垂直的1平方厘米麵積上每分鍾所接受到太陽總輻射能量，單位為“卡/（厘米）2-分”。經過幾十年的反複測定，其值為196卡/厘米2-分。形象地講，太陽的光和熱可使深1米的水池，水溫每小時升高1多。由此科學家們算出了太陽每秒鍾發出的能量為3821023千瓦，或者相當於51023馬力，這相當於1016噸優質煤安全燃燒後所產生的總能量。按目前的生產能力，全世界每年約開采50億噸，如果50萬年前的中國猿人時代也能如此采煤（姑肯不論地球上的煤炭儲量是否有這麼多），那麼積50萬年開采的總和，還不夠太陽燒1/4秒！如若太陽把它的全部能量都集中射向地球，其後果將不堪設想--相當於地麵上每平方千米上爆炸180顆比“邁克”威力大10倍的大氫彈！幸得地球隻得到了太陽能量的二十二億分之一。二十二億分之一是個極小極小的比例。如萬噸油輪的一船原油中的5克雜質，其比例就已超過了二十二億分之一。太陽能量的二十二億分之一已非同小可--它每年有58億億千瓦小時（千瓦小時相當於1度電）。事實上，地球所以那麼生氣勃勃，無一不是依靠了這二十二億分之一的太陽能！電閃雷鳴，狂風巨浪，草長鶯飛，蟲鳴魚躍，無一不是靠了太陽！即使是地底下的煤炭、石油和天然氣，它們仍都是太陽能--被儲藏起來的萬千年前的太陽能，科學家們稱它們是“太陽能罐頭”。恒星與太陽是完全可以“稱兄道弟”的，它們發出的能量也與每秒鍾爆炸900億顆大氫彈相當，有的甚至還要大得多。恒星的壽命常是以幾億、幾十億年來計算的。由此可知，在它一生中放出的能量實在是一個龐大無比的天文數字。人們不禁要問，恒星這許多能量從何而來？這個問題曾折磨了多少代科學家，他們設想過種種可能，可都是顧此失彼，一直到1937年後，人們才開始找到了線索。那年夏天，美國幾個物理學家在一次科學“沙龍”上一邊喝咖啡，一邊討論恒星的能源問題。有人提出，恒星如此巨大的能量持續那麼長時間，可能是內部的一種核聚變。受到了這一啟發，沙龍的參加者之一、從匈牙利流亡到美國的特勒就悉心研究氫彈，後被人譽為“氫彈之父”。另一位物理學家貝特則把心思花到了太陽與恒星身上，完善了恒星能源的理論，他因而獲得了1967年的諾貝爾物理學獎。現在知道，恒星與太陽一樣，在它們的核心區域，因為溫度與壓力都高得足以破壞原子的結構，使得氫原子核能克服“核力”。聚變成重近4倍的氦，但4個氫原子的質量之和實際上比氦原子略大一點，這一點點的質量就變成了巨大的能量。例如，太陽發出那麼多的能量，是因為它內部每秒鍾要消耗掉6億噸氫！這無疑是個巨大的數字，可是恒星與太陽上75%以上的物質都是氫，質量大得驚人。仍以太陽為例，它足以維持幾百億年這種劇烈的反應。