在驾驶中感受天文学之旅

发布时间：2023-10-17 12:54:16 所属栏目：动态来源：

导读：通常人们会认为天文学是一件比较严谨和难以琢磨的事情，它不像是普通人日常能够接触到的，要想体会到天文学的乐趣，可能需要气喘吁吁地爬上巍峨的山峰，到天文观测站去。但实际上，天文学并非是你所想象中的那么遥远

通常人们会认为天文学是一件比较严谨和难以琢磨的事情，它不像是普通人日常能够接触到的，要想体会到天文学的乐趣，可能需要气喘吁吁地爬上巍峨的山峰，到天文观测站去。但实际上，天文学并非是你所想象中的那么遥远、高不可攀，在我们的日常生活中，我们就能经常地感受到天文学的现象。比如，当你驾驶着你的爱车出行时，一路上，你就能学习和感受到许多天文学方面的东西。如若不信，就让我随车给你一路指点。好吧，现在就开始我们的“天文学之旅”。

感受“光行差”

你把车开出车库，才刚一上马路，天就下起雪来了。请注意看，扑打挡风玻璃的雪花似乎来自你前方的某一点。踩油门，加速，那个点下降到接近眼睛的高度。再踩刹车，它就上升。你知道这是怎么回事吗？实际上，这种现象与著名的“光行差”有关。

1725年，英国天文学家布拉德莱就发现了这种光行差现象，他发现，在地球上观察恒星时，任一恒星的视位置在一年内有周期性的变化，他一直对此现象百思不得其解。直到1728年，有一次他航行在泰晤士河上，发现桅顶的旗帜并不简单地顺风飘扬，而是按照船与风的相对运动而变换方向。布拉德莱由此想到，这种情况与人撑伞在雨中行走时的情形一样，如果将雨伞垂直地撑在头上方，雨点就会滴在人身上，如果将雨伞稍稍向前倾斜，人就不会淋雨了，而且人走得越快，雨伞就必须向前倾斜得越厉害。天文学上的情况与此极为相似，光从某颗恒星沿某个方向以光速照射地球，同时地球以另一个速度绕太阳运转。当对这种光进行观察时，望远镜就像雨伞一样，必须朝地球前进的方向略微倾斜，才能使光线笔直地落到透镜上。与雨雪一样，星星在天空中看上去的位置并不是它们实际的位置，这是因为地球以每小时10万公里左右的速度绕太阳公转，当宇宙中星体的光波到达我们地球的时候，是存在着一定的时间差和角度差的，布拉德莱把这种差异称为“光行差”。他还对光行差现象做出了经典解释，他认为光行差不是地球运动造成的视差，而是由光的有限速度和地球轨道线速度的比例决定的。

沐浴在飘飘扬扬、满天飞舞的雪花中，你驾驶着车继续前行。这时候，一阵警笛声哇呜哇呜、由远而近地鸣叫着从你背后传了过来，伴随着警笛声，一辆警车唰地一声风驰电掣地从你的车旁呼啸而过，警笛声也由大而小，渐渐消失。这时候，你头脑中想的可能是：前面一定是又发生了什么事吧？打架斗殴？或者是更可怕的凶杀案？你满脑子都是刑事案件，但你想没想到过，你刚才又经历了一场天文学知识的“洗礼”——红移现象。

对于红移这一概念，权威的、简洁的解释一般是这样的：光谱线向红端（波长较长的一端）的推移。如果红移的原因是多普勒效应，则表示光源在离开观测者。看到这样的解释，结合我们所学到的一些天文学知识，我们的脑子可能马上就会产生这样一种印象：在遥远的宇宙，有的天体正在以飞快的速度离我们地球远去。

无限数量天体的自发性红移也许本身是宇宙间最为激动人心的事，但这种规律性的红移对我们来说，又是那样的深不可测神秘莫测和遥不可及。其实，苍茫深邃的宇宙间发生的波澜壮阔的红移现象，同样也经常在我们身边发生着。

当有辆救护车鸣着笛声从你身边经过时，仔细倾听它造成的多普勒效应，当笛声向你移近时，声波被压缩，声调因此变高；当笛声远去时，声波被拉长，声音变得低沉。光波也有着类似于声波的现象，当光源远离观测者时，接收到的光波频率比其固有频率低，即向红端偏移，这种现象称为红移；当光源接近观测者时，接收频率增高，相当于向蓝端偏移，称为蓝移。

红移现象的发现，不仅在于它证实了宇宙的膨胀，而且还提供了一种估计宇宙年龄的手段。

汽车行驶已有半个多小时。车外虽然是风花雪霁，但仍是寒气逼人。而这时，尽管没开暖气，但车厢内却慢慢变得越来越温暖起来。具体的原因是：每个成年乘客所散发的热量都约等于一个100瓦的灯泡散发的热量。另一个原因是，日光照进汽车，但其中只有一部分被反射出去，其余的光被汽车内的物体吸收，并转化成红外线，也就是热量。车窗玻璃中的原子自然而然地与红外能量波相同的频率振动，形成一道阻止热量散去的屏障。

地球在某种程度上来说，也等同于一个大车厢。地球由大气层所包围，这个大气层就像车窗的透明玻璃。在阳光照射地球时，绝大部分的紫外线都被大气层中的臭氧层所“吸收”，但仍有少部分紫外线能够成功地突破层层防线，到达地球表面。这部分紫外线经过地球吸收后，能量减少，变为红外线，扩散回大气层中。而红外线的热量，与地球大气层中的二氧化碳产生共振，然后被“挽留”在大气层中，使大气层保有一个适宜的温度，地表年平均温度因此能保持在适宜的15℃左右，适宜于地球生物存活。若无红外效应，地球的温度将降至 -16℃ 左右，成为寂冷的、许多物种难以生存的世界。

但是，地球温室气体浓度的增加会减少红外线辐射放射到太空外，因此产生的影响包括全球性的地球表面及大气低层变暖，而全球气候变暖将会给环境带来一系列不利的后果。

车开得久了，感觉有些沉闷，也有些疲乏，于是你想放段摇滚乐来提提神、解解乏。一打开收音机，崔健的《新长征路上的摇滚》立刻充满了车厢里的每个角落，使你精神为之一振。这时候，车子开始驶入了山区，收音机里的歌声变得时大时小、时断时续。如果你想知道这是怎么回事的话，我可以告诉你，这其实是一种“衍射”现象在起作用。

所谓衍射，即波在传播过程中经过障碍物边缘或孔隙时所发生的展衍现象。更通俗地解释就是：波如果被一个大小近于或小于波长的物体阻挡，就绕过这个物体，继续进行；如果通过一个大小近于或小于波长的孔，则以孔为中心，形成环形波向前传播。孔隙越小，波长越大，这种现象就越显著。如果你对大海很熟悉，你会发现这样一个现象，海上翻涌的巨浪，可以绕过整个的岛屿，奇迹般地在它身后重现。还有，你站在高墙的一侧，却能听到墙对面的人的说话声，这也是声音虽然不能穿过厚厚的墙壁，却能绕过墙壁传播的缘故。

收音机接收的电台有调幅无线电台和调谐无线电台两种。调谐无线电台往往在山区信号减弱，而调幅无线电台则不太受影响，这是由于无线电波的衍射能力，也就是波绕过障碍物的能力的差别所造成——波长100米的调幅无线电波的衍射能力远远强于波长1米的调频电波。现在你该明白你的收音机为什么在山区收听效果不太好了吧？原来，你在听调频无线电台，而如果你收听的是调幅无线电台，那就不会出现这方面的问题了。

波的衍生用途很广。无线电广播使用几百到几千米波长的波，它能绕过高大建筑物、山峰传到任何角落，所以一般收音机不用室外天线也能收到遥远地方传来的广播。电视台使用的无线电波的波长只有1米左右，绕过障碍物的本领小，所以收看电视节目需要灵敏的天线乃至高大的室外天线。

目的地终于到了。车子开进停车场时，往下看，积雪已经融化，在水泥地面低洼处形成星星点点的小水坑，这些小水坑的水面上浮着一层薄薄的油膜，在阳光的照耀下，折射出五颜六色的光。落在水上的汽油怎么会呈现出如此瑰丽的色彩呢？这里面又蕴含了一种天文学上的干涉现象。

汽油密度比水小，落在水中就铺展开来，漂浮在水面上，形成一层薄薄的油膜。这层油膜虽然极薄，但它却像一张透明的玻璃纸，也有正面和背面，光线照射到油的背面，会立即将光线反射回来，反射回来的光线回到油膜的正面，又会引起一定的反射。光线在油膜内，就好像乒乓球在两块平行的平面之间来回弹射一样。阳光是由赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫等颜色组成的复色光，当它在油膜的正面和背面来回反射的时候，由于这两个平面之间的距离极微小，两股反射的光线就可能重叠起来。阳光中的各种色光，在不同厚度的地方，有的会得到加强，有的却会减弱，甚至相互抵消。这样一来，油膜上有些地方就显得红一些，有些地方显得蓝一些，而有些地方显出别的颜色，于是油膜就出现了瑰丽的色彩。这样的现象，叫做光的“干涉”。

其实，不仅油膜上会形成光的干涉，只要光线射入任何透明薄膜时，都会发生这种现象，比如肥皂泡、蜻蜓或苍蝇的翅膀，在阳光照射下，也会显得彩色缤纷，这都是光玩的把戏。

利用光的干涉，可以精确地进行长度测量，以及检查物体表面的平滑程度等。利用电磁波的干涉，可以做成定向发射的天线。利用声波的干涉，可以测量液体或气体中的声速和声吸收，进而研究这些介质的力学和分子的性质。天文学家利用干涉现象，将分处两地的望远镜收集到的光波或无线电波结合起来，这样，尽管两个望远镜相距遥远，却能合二为一，作为一个巨大的仪器使用。再比如，在制作光学仪器的时候，常常需要磨制一块十分平滑的平面玻璃，它的偏差不准超过万分之一毫米，这样小的误差用普通的量具是测量不出来的，但是利用光的干涉原理就可以轻而易举地完成这个任务。检验的时候，要用一个精度极高的透明检验样板，和被检验的平面玻璃紧紧叠合在一起，它们中间有一个极薄的空气膜，在有光照射的时候，空气膜就会产生类似肥皂膜上的干涉条纹。如果被检验的玻璃板非常平滑，就会产生一组笔直的互相平行的干涉条纹，而表面不规则就会产生不规则的干涉条纹，根据这种方法就可以断定成品是不是合格。2、用手触摸，如果是玻璃板，就会感觉到有一种冰凉的感觉，而如果是塑料板，就会感觉到有一种温热的感觉。

（编辑：聊城站长网）

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