審核專家：魯暘筱懿
行星物理學博士、國家遙感中心副研究員
一年有四季告訴我們地球在圍繞太陽運動。你知道嗎，其實太陽本身也在銀河系裡圍繞著銀河中心運動。
那麼，是誰最先發現太陽也在繞圈的呢？他是怎麼向世人證實這一點的？從古至今，人類對星空的認識又有哪些變化？一起來看看吧。
你熟悉的太陽系
銀河系尺度下的太陽系運動
1
被打破的永恆
在說人類發現太陽也在運動的故事之前，先問大家一個問題，什麼是恆星，什麼是行星？
相信小夥伴們一定會想，這還不簡單嗎，恆星能夠靠核聚變自己發光，而行星不會自己發光。此外，行星會繞著恆星轉圈。
不錯，這是我們現代人對恆星和行星的理解，然而在幾千年前的古代，人們可是不這麼想的。
當我們向天空望去，會直觀地發現，一天之內太陽和月亮的位置會隨時間不斷髮生變化，而夜空中星星的位置卻沒有太大變化。最早古人認為星星的位置是不變的，而日月會在天空週而復始地移動、運轉。
不過，這個想法很快就被「打臉」了。古人透過更精細的觀測發現，星星的位置一直在發生著變化，長時間來看，群星好像在圍繞著天空中的某一個點週而復始地旋轉著。
現在，這個點被我們稱為北天極，大家熟悉的北極星在地球上看大致就在北天極的位置，很早以前古人就認識到這個現象其實是由於地球自轉引起的。
延遲攝影下的星空，星星會圍繞北天極旋轉
雖然星星的位置在時刻變化著，但這並不能阻礙古人追求永恆的心。
人們發現夜空裡大多數星星都是一起同步圍繞北天極旋轉的，也就是說，這些星星雖然在運動，但是它們之間的相對位置不會發生改變。
不過，卻有五個「特立獨行」的星星不和大家一起旋轉，它們的運動十分詭異，與其他星星的相對位置也在一直改變著，有時還會逆著其他星星的方向運動。
於是，古人把這些不和大家一起旋轉的星星稱為行星，而把其他同步繞北天極旋轉的星星稱為恆星，這便是人們最早對行星和恆星的定義，而那五個「特立獨行」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，其餘為恆星，虛線為黃道
故事當然不會這樣簡單地結束，相傳一位名叫馬克羅比烏斯的古希臘先賢就曾提出懷疑，他認為即便是恆星可能也不會老老實實地繞著北天極旋轉。
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象，他的猜想也「石沉大海」，人類再一次關注這個問題已是2000多年後。
2000年後，愛德蒙·哈雷給出了答案。（沒錯，哈雷彗星就是以他命名的！）
17到18世紀西方自然科學進入興起階段（牛頓力學的誕生），人們不僅已對天體運動進行了大量的觀測，掌握了成熟的觀測天體的方法，牛頓還發明瞭當時最先進的反射式望遠鏡，並在前人的基礎上發現了支配所有天體運動的規律——萬有引力定律。
1718年，哈雷透過彙總整理了大量前人的天文觀測記錄發現天狼星、大角星和畢宿五的位置與約1850年前的古希臘天文學家伊巴谷所描述的位置有半度以上的偏差。
由此，哈雷推測恆星之間並不是相對靜止的，一定也存在著相對運動，這個現象被稱為恆星自行。
埃德蒙多·哈雷：沒錯！我就是預測哈雷彗星週期的那個人
那麼哈雷的推測是否正確呢？如果恆星之間也存在相對運動，那麼同樣作為恆星的太陽會不會也在不停地運動著呢？接下來，該輪到恆星天文學之父赫歇爾登場了。
2
「奔跑」的太陽系
在哈雷發現一些恆星的相對位置出現變化後，很快就有科學家提出了猜想，認為遠處的恆星如同行星一般，一直在沿著某個軌道運動著。
當時，伽利略提出的運動的相對性原理已經深入人心，因此也可以認為原處的恆星靜止，太陽系一直在不停地運動著。
藉著這個思路，剛因為發現天王星而在天文界名聲大噪的赫歇爾觀測了7顆不同位置的恆星。藉助觀測資料和之前的一些關於恆星自行資料，他得出結論：太陽正在向武仙座方向的空間運動著。這個結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家的認可，就此人們第一次證實了太陽相對於其他恆星並不是靜止不動的，而是一直在發生著運動，在地球上看的效果就是哈雷曾發現的恆星自行現象。
威廉·赫歇爾
隨後，拉朗德透過27顆恆星自行運動的資料，再次得到了與赫歇爾相同的結論，又一次有力地證實了太陽正在相對其他恆星運動著。
後來人們發現太陽系是銀河系的一部分，銀河系是一個螺旋形星系，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一圈。
簡單來說，太陽系圍繞銀河系中心做公轉運動，公轉週期為22600萬年，也就是2.26億年。太陽系繞銀河系中心轉一週的時間稱為宇宙年。
太陽繞銀河運動的軌道為銀道，地球繞太陽公轉軌道為黃道
3
恆星天文學之父
說起赫歇爾，他一生中的重大發現可多了，除了前面提到的發現太陽運動、發現天王星之外，他還透過多年巡天觀測發現了銀河系的結構，並提出銀河系是一個盤狀的星系。
此外，赫歇爾還觀測並記錄了大量的星系和星雲，併為它們分了類，他也因此被譽為恆星天文學之父。
星雲
在觀測雙星系統時，他發現許多「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質心旋轉的。
雙星系統，A和B兩天體繞它們的質心O運動
赫歇爾還首次探測到了天體的紅外輻射，成為第一個發現紅外線的人。
早年間，從事天文研究之前，赫歇爾其實主要從事音樂方面的工作，著有20餘首交響曲，也算是一位古典主義音樂家了。
赫歇爾的作品
關於「如何證明太陽也在繞圈」的故事到這裡就結束了，從一開始的追求永恆到最終形成一套完整的科學體系，人類對宇宙的認識也隨著天文學的發展一次次地被刷新著。
浩瀚的星空中還有更多的祕密等待我們去發現，解開宇宙之謎的下一個人也許就是你哦！
來源：數字北京科學中心
編輯：小林綠子
