日出日落告訴我們地球在圍繞太陽運(yùn)動。你知道嗎，其實(shí)太陽本身也在銀河系里圍繞著銀河中心運(yùn)動。

那么，是誰最先發(fā)現(xiàn)太陽也在繞圈的呢？他是怎么向世人證實(shí)這一點(diǎn)的？從古至今，人類對星空的認(rèn)識又有哪些變化？一起來看看吧。

你熟悉的太陽系

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銀河系尺度下的太陽系運(yùn)動

1

被打破的永恒

在說人類發(fā)現(xiàn)太陽也在運(yùn)動的故事之前，先問大家一個(gè)問題，什么是恒星，什么是行星？

相信小伙伴們一定會想，這還不簡單嗎，恒星能夠靠核聚變自己發(fā)光，而行星不會自己發(fā)光。此外，行星會繞著恒星轉(zhuǎn)圈。

不錯，這是我們現(xiàn)代人對恒星和行星的理解，然而在幾千年前的古代，人們可是不這么想的。

當(dāng)我們向天空望去，會直觀地發(fā)現(xiàn)，一天之內(nèi)太陽和月亮的位置會隨時(shí)間不斷發(fā)生變化，而夜空中星星的位置卻沒有太大變化。最早古人認(rèn)為星星的位置是不變的，而日月會在天空周而復(fù)始地移動、運(yùn)轉(zhuǎn)。

不過，這個(gè)想法很快就被“打臉”了。古人通過更精細(xì)的觀測發(fā)現(xiàn)，星星的位置一直在發(fā)生著變化，長時(shí)間來看，群星好像在圍繞著天空中的某一個(gè)點(diǎn)周而復(fù)始地旋轉(zhuǎn)著。

現(xiàn)在，這個(gè)點(diǎn)被我們稱為北天極，大家熟悉的北極星在地球上看大致就在北天極的位置，很早以前古人就認(rèn)識到這個(gè)現(xiàn)象其實(shí)是由于地球自轉(zhuǎn)引起的。

延遲攝影下的星空，星星會圍繞北天極旋轉(zhuǎn)

雖然星星的位置在時(shí)刻變化著，但這并不能阻礙古人追求永恒的心。

人們發(fā)現(xiàn)夜空里大多數(shù)星星都是一起同步圍繞北天極旋轉(zhuǎn)的，也就是說，這些星星雖然在運(yùn)動，但是它們之間的相對位置不會發(fā)生改變。

不過，卻有五個(gè)“特立獨(dú)行”的星星不和大家一起旋轉(zhuǎn)，它們的運(yùn)動十分詭異，與其他星星的相對位置也在一直改變著，有時(shí)還會逆著其他星星的方向運(yùn)動。

于是，古人把這些不和大家一起旋轉(zhuǎn)的星星稱為行星，而把其他同步繞北天極旋轉(zhuǎn)的星星稱為恒星，這便是人們最早對行星和恒星的定義，而那五個(gè)“特立獨(dú)行”的星星，便是大家熟悉的金星、木星、水星、火星、土星。

圖中的金星和水星是行星，其余為恒星，虛線為黃道

故事當(dāng)然不會這樣簡單地結(jié)束，相傳一位名叫馬克羅比烏斯的古希臘先賢就曾提出懷疑，他認(rèn)為即便是恒星可能也不會老老實(shí)實(shí)地繞著北天極旋轉(zhuǎn)。

不過，沒有任何記載表明馬克羅比烏斯確切地觀測到了這種現(xiàn)象，他的猜想也“石沉大?！?，人類再一次關(guān)注這個(gè)問題已是2000多年后。

2000年后，愛德蒙·哈雷給出了答案。（沒錯，哈雷彗星就是以他命名的?。?/p>

17到18世紀(jì)西方自然科學(xué)進(jìn)入興起階段（牛頓力學(xué)的誕生），人們不僅已對天體運(yùn)動進(jìn)行了大量的觀測，掌握了成熟的觀測天體的方法，牛頓還發(fā)明了當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的反射式望遠(yuǎn)鏡，并在前人的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)了支配所有天體運(yùn)動的規(guī)律——萬有引力定律。

1718年，哈雷通過匯總整理了大量前人的天文觀測記錄發(fā)現(xiàn)天狼星、大角星和畢宿五的位置與約1850年前的古希臘天文學(xué)家伊巴谷所描述的位置有半度以上的偏差。

由此，哈雷推測恒星之間并不是相對靜止的，一定也存在著相對運(yùn)動，這個(gè)現(xiàn)象被稱為恒星自行。

埃德蒙多·哈雷：沒錯！我就是預(yù)測哈雷彗星周期的那個(gè)人

那么哈雷的推測是否正確呢？如果恒星之間也存在相對運(yùn)動，那么同樣作為恒星的太陽會不會也在不停地運(yùn)動著呢？接下來，該輪到恒星天文學(xué)之父赫歇爾登場了。

2

“奔跑”的太陽系

在哈雷發(fā)現(xiàn)一些恒星的相對位置出現(xiàn)變化后，很快就有科學(xué)家提出了猜想，認(rèn)為遠(yuǎn)處的恒星如同行星一般，一直在沿著某個(gè)軌道運(yùn)動著。

當(dāng)時(shí)，伽利略提出的運(yùn)動的相對性原理已經(jīng)深入人心，因此也可以認(rèn)為原處的恒星靜止，太陽系一直在不停地運(yùn)動著。

借著這個(gè)思路，剛因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)天王星而在天文界名聲大噪的赫歇爾觀測了7顆不同位置的恒星。借助觀測數(shù)據(jù)和之前的一些關(guān)于恒星自行資料，他得出結(jié)論：太陽正在向武仙座方向的空間運(yùn)動著。這個(gè)結(jié)論可以說是刷新了人們的宇宙觀。

赫歇爾的工作很快得到了其他天文學(xué)家的認(rèn)可，就此人們第一次證實(shí)了太陽相對于其他恒星并不是靜止不動的，而是一直在發(fā)生著運(yùn)動，在地球上看的效果就是哈雷曾發(fā)現(xiàn)的恒星自行現(xiàn)象。

威廉·赫歇爾

隨后，拉朗德通過27顆恒星自行運(yùn)動的數(shù)據(jù)，再次得到了與赫歇爾相同的結(jié)論，又一次有力地證實(shí)了太陽正在相對其他恒星運(yùn)動著。

后來人們發(fā)現(xiàn)太陽系是銀河系的一部分，銀河系是一個(gè)螺旋形星系，直徑十萬光年，包括兩千多億顆星。太陽離星系中心大約兩萬五千到兩萬八千光年。太陽系以移動速度約每秒220公里，兩億兩千六百萬年在星系轉(zhuǎn)一圈。

簡單來說，太陽系圍繞銀河系中心做公轉(zhuǎn)運(yùn)動，公轉(zhuǎn)周期為22600萬年，也就是2.26億年。太陽系繞銀河系中心轉(zhuǎn)一周的時(shí)間稱為宇宙年。

太陽繞銀河運(yùn)動的軌道為銀道，地球繞太陽公轉(zhuǎn)軌道為黃道

3

恒星天文學(xué)之父

說起赫歇爾，他一生中的重大發(fā)現(xiàn)可多了，除了前面提到的發(fā)現(xiàn)太陽運(yùn)動、發(fā)現(xiàn)天王星之外，他還通過多年巡天觀測發(fā)現(xiàn)了銀河系的結(jié)構(gòu)，并提出銀河系是一個(gè)盤狀的星系。

此外，赫歇爾還觀測并記錄了大量的星系和星云，并為它們分了類，他也因此被譽(yù)為恒星天文學(xué)之父。

星云

在觀測雙星系統(tǒng)時(shí)，他發(fā)現(xiàn)許多“雙星”不僅是視覺上看起來離得近，它們之中有很多對兒是圍繞同一個(gè)質(zhì)心旋轉(zhuǎn)的。

雙星系統(tǒng)，A和B兩天體繞它們的質(zhì)心O運(yùn)動

赫歇爾還首次探測到了天體的紅外輻射，成為第一個(gè)發(fā)現(xiàn)紅外線的人。

早年間，從事天文研究之前，赫歇爾其實(shí)主要從事音樂方面的工作，著有20余首交響曲，也算是一位古典主義音樂家了。

赫歇爾的作品

關(guān)于“如何證明太陽也在繞圈”的故事到這里就結(jié)束了，從一開始的追求永恒到最終形成一套完整的科學(xué)體系，人類對宇宙的認(rèn)識也隨著天文學(xué)的發(fā)展一次次地被刷新著。

浩瀚的星空中還有更多的秘密等待我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)，解開宇宙之謎的下一個(gè)人也許就是你哦！

來源：數(shù)字北京科學(xué)中心

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來源： 中科院物理所

審核專家：魯暘筱懿

行星物理學(xué)博士、國家遙感中心副研究員

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