审核专家：鲁暘筱懿
行星物理学博士、国家遥感中心副研究员
一年有四季告诉我们地球在围绕太阳运动。你知道吗，其实太阳本身也在银河系里围绕着银河中心运动。
那么，是谁最先发现太阳也在绕圈的呢？他是怎么向世人证实这一点的？从古至今，人类对星空的认识又有哪些变化？一起来看看吧。
你熟悉的太阳系
银河系尺度下的太阳系运动
1 被打破的永恒
在说人类发现太阳也在运动的故事之前，先问大家一个问题，什么是恒星，什么是行星？
相信小伙伴们一定会想，这还不简单吗，恒星能够靠核聚变自己发光，而行星不会自己发光。此外，行星会绕着恒星转圈。
不错，这是我们现代人对恒星和行星的理解，然而在几千年前的古代，人们可是不这么想的。
当我们向天空望去，会直观地发现，一天之内太阳和月亮的位置会随时间不断发生变化，而夜空中星星的位置却没有太大变化。最早古人认为星星的位置是不变的，而日月会在天空周而复始地移动、运转。
不过，这个想法很快就被“打脸”了。古人通过更精细的观测发现，星星的位置一直在发生着变化，长时间来看，群星好像在围绕着天空中的某一个点周而复始地旋转着。
现在，这个点被我们称为北天极，大家熟悉的北极星在地球上看大致就在北天极的位置，很早以前古人就认识到这个现象其实是由于地球自转引起的。
延迟摄影下的星空，星星会围绕北天极旋转
虽然星星的位置在时刻变化着，但这并不能阻碍古人追求永恒的心。
人们发现夜空里大多数星星都是一起同步围绕北天极旋转的，也就是说，这些星星虽然在运动，但是它们之间的相对位置不会发生改变。
不过，却有五个“特立独行”的星星不和大家一起旋转，它们的运动十分诡异，与其他星星的相对位置也在一直改变着，有时还会逆着其他星星的方向运动。
于是，古人把这些不和大家一起旋转的星星称为行星，而把其他同步绕北天极旋转的星星称为恒星，这便是人们最早对行星和恒星的定义，而那五个“特立独行”的星星，便是大家熟悉的金星、木星、水星、火星、土星。
图中的金星和水星是行星，其余为恒星，虚线为黄道
故事当然不会这样简单地结束，相传一位名叫马克罗比乌斯的古希腊先贤就曾提出怀疑，他认为即便是恒星可能也不会老老实实地绕着北天极旋转。
不过，没有任何记载表明马克罗比乌斯确切地观测到了这种现象，他的猜想也“石沉大海”，人类再一次关注这个问题已是2000多年后。
2000年后，爱德蒙·哈雷给出了答案。（没错，哈雷彗星就是以他命名的！）
17到18世纪西方自然科学进入兴起阶段（牛顿力学的诞生），人们不仅已对天体运动进行了大量的观测，掌握了成熟的观测天体的方法，牛顿还发明了当时最先进的反射式望远镜，并在前人的基础上发现了支配所有天体运动的规律——万有引力定律。
1718年，哈雷通过汇总整理了大量前人的天文观测记录发现天狼星、大角星和毕宿五的位置与约1850年前的古希腊天文学家伊巴谷所描述的位置有半度以上的偏差。
由此，哈雷推测恒星之间并不是相对静止的，一定也存在着相对运动，这个现象被称为恒星自行。
埃德蒙多·哈雷：没错！我就是预测哈雷彗星周期的那个人
那么哈雷的推测是否正确呢？如果恒星之间也存在相对运动，那么同样作为恒星的太阳会不会也在不停地运动着呢？接下来，该轮到恒星天文学之父赫歇尔登场了。
2 “奔跑”的太阳系
在哈雷发现一些恒星的相对位置出现变化后，很快就有科学家提出了猜想，认为远处的恒星如同行星一般，一直在沿着某个轨道运动着。
当时，伽利略提出的运动的相对性原理已经深入人心，因此也可以认为原处的恒星静止，太阳系一直在不停地运动着。
借着这个思路，刚因为发现天王星而在天文界名声大噪的赫歇尔观测了7颗不同位置的恒星。借助观测数据和之前的一些关于恒星自行资料，他得出结论：太阳正在向武仙座方向的空间运动着。这个结论可以说是刷新了人们的宇宙观。
赫歇尔的工作很快得到了其他天文学家的认可，就此人们第一次证实了太阳相对于其他恒星并不是静止不动的，而是一直在发生着运动，在地球上看的效果就是哈雷曾发现的恒星自行现象。
威廉·赫歇尔
随后，拉朗德通过27颗恒星自行运动的数据，再次得到了与赫歇尔相同的结论，又一次有力地证实了太阳正在相对其他恒星运动着。
后来人们发现太阳系是银河系的一部分，银河系是一个螺旋形星系，直径十万光年，包括两千多亿颗星。太阳离星系中心大约两万五千到两万八千光年。太阳系以移动速度约每秒220公里，两亿两千六百万年在星系转一圈。
简单来说，太阳系围绕银河系中心做公转运动，公转周期为22600万年，也就是2.26亿年。太阳系绕银河系中心转一周的时间称为宇宙年。
太阳绕银河运动的轨道为银道，地球绕太阳公转轨道为黄道
3 恒星天文学之父
说起赫歇尔，他一生中的重大发现可多了，除了前面提到的发现太阳运动、发现天王星之外，他还通过多年巡天观测发现了银河系的结构，并提出银河系是一个盘状的星系。
此外，赫歇尔还观测并记录了大量的星系和星云，并为它们分了类，他也因此被誉为恒星天文学之父。
星云
在观测双星系统时，他发现许多“双星”不仅是视觉上看起来离得近，它们之中有很多对儿是围绕同一个质心旋转的。
双星系统，A和B两天体绕它们的质心O运动
赫歇尔还首次探测到了天体的红外辐射，成为第一个发现红外线的人。
早年间，从事天文研究之前，赫歇尔其实主要从事音乐方面的工作，著有20余首交响曲，也算是一位古典主义音乐家了。
赫歇尔的作品
关于“如何证明太阳也在绕圈”的故事到这里就结束了，从一开始的追求永恒到最终形成一套完整的科学体系，人类对宇宙的认识也随着天文学的发展一次次地被刷新着。
浩瀚的星空中还有更多的秘密等待我们去发现，解开宇宙之谜的下一个人也许就是你哦！
来源：数字北京科学中心
编辑：小林绿子
