太阳系中的第三类是“卫星”（ｓａｔｅｌｌｉｔｅｓ）或者说“月亮”（ｍｏｏｎ）。大行星常常有这种小天体绕着旋转。最内层的水星和金星都没有卫星。别的行星，如地球只有一颗卫星（我们的月亮），土星的卫星却已经发现了４７颗，木星更是发现了６３颗（截至２００６年６月）。因此，除了水星跟金星以外，每一颗大行星都是一个近似太阳系的系统的中心。这些系统有时就以其中央星体作为系名。因此我们就有了火星系——其中有火星与其两颗卫星；木星系——其中有木星、木星光环与其６３颗卫星；土星系——其中有土星、土星光环与其４７颗卫星……
太阳系的最初一瞥(2)
太阳系中的第四类是“彗星”（ｃｏｍｅｔｓ）。它们绕太阳旋转的轨道是一个非常扁的椭圆。我们只在它们接近太阳时才看见，这在它们的大多数说来都要隔几百年甚至几千年一次的。就算是那时候，若不遇上有利的情形，也还是会失去机会的。
在上述诸天体之外还有无数微小的岩石块（称为流星体）也按有规则的轨道绕着太阳转，它们大概是跟小行星和彗星多少有点瓜葛的。它们都是完全看不见的，除非碰巧进入了我们的大气中来，那时我们就把它们叫做“流星”（ｓｈｏｏｔｉｎｇ ｓｔａｒｓ）。
下面是以距太阳远近为次序并附其所有卫星的行星表：
（一）内层大行星：
水星（Ｍｅｒｃｕｒｙ）
金星（Ｖｅｎｕｓ）
地球（Ｅａｒｔｈ）有１颗卫星
火星（Ｍａｒｓ）有２ 颗卫星
（二）小行星
（三）外层大行星：
木星（Ｊｕｐｉｔｅｒ）有６３颗卫星（有光环）
土星（Ｓａｔｕｒｎ）有４７颗卫星（有光环）
天王星（Ｕｒａｎｕｓ）有２７颗卫星（有光环）
海王星（Ｎｅｐｔｕｎｅ）有１３颗卫星（有光环）
但是我们将不依照这个次序来叙述它们。我们在叙述完太阳以后就跳过水星和金星来谈谈我们的地球和月亮，然后再回头来依次谈其他的行星。
太阳(1)
这个在太阳系中央的，同时也是我们星系中最大的物体当然要首先引起我们的注意。我们看到的太阳是一个发光的球体。于是首先要问的自然是这球体的大小与远近了。我们知道了它的远近以后也就很容易说出它的大小来——这是一个很简单的初等几何问题——我们可以测量出太阳直径在我们视野中的视角，然后只要知道了它离我们的距离，就可以计算出它的直径。精确的计算只是非常简单的三角问题。我们现在精确测量到太阳直径在我们眼中所成角度为３２分，这使我们知道太阳离我们的距离是它直径的１０７．５倍，所以我们将太阳到地球的距离除以１０７．５就得到它的直径了。
太阳和地球之间的平均距离是１４ ９６０万千米。用１０７．５除，我们发现太阳直径约为１３９万千米，这就是地球直径的约１１０倍了。这又可推算出太阳的体积较地球大１３０万倍以上。
太阳的平均密度只是地球密度的四分之一，比水的密度约大０．４倍。
太阳质量约为地球的３３．２万倍。
太阳表面的重力约为地球表面重力的２８倍。假如人可以到太阳上面去，一个常人将有两吨重而被自己的重量压倒。
太阳对于我们异常重要，因为它是光和热的伟大来源。假如没有它，不仅世界要被无尽的黑夜包围，而且在极短时间中将陷于永恒的寒冷。我们都知道在晴朗的夜间，地面会将日间从太阳吸收来的热量又散发回空中去，要比较冷些。如果没有日间的输入，热量就要持续地消失。我们可以想象一下突然失去了太阳的情形：先是失去了绝大多数的光明，月亮和相对明亮一些的行星同时也变得暗淡，以致于我们根本无法发现其存在。而天空则布满平时很难看到的满天繁星——可惜它们却太过遥远而不能给我们带来多少光明和温暖。这时候，你开始觉得有点冷了——或许像冬天的夜。但这仅仅是开始，因为不会再有黎明的到来，气温还是会持续下降，一直到比我们的两极还要寒冷。由于没有阳光，光合作用将停止，植物当然不能生长——不过这已经不再重要了，持续降低的温度很快就会把所有的生物冻死。水是储存热量的很好的容器，所以海洋的温度会降低得慢一点。但是不出几个月，所有的大洋都将变成一个大冰坨子。当温度再持续下降的时候，大气就开始液化，最后地球成为一个银白色的死寂星球——在长达数个世纪的降温之后，地球的温度绝对不会超过２Ｋ（零下２７１．１５℃）
还是让思维回到现实中，看看带给我们温暖的太阳吧。
我们平常看见的太阳表面叫做“光球”（ｐｈｏｔｏｓｐｈｅｒｅ）。这样就不至于和外面的几乎透明的一层以及内部看不见的部分相混淆。肉眼看来，光球好像各部分完全一样。但在加了滤光镜的望远镜中看来，全表面则都有斑点。在更细致的观测下我们发现，这是由于有很多不规则小颗粒布满全光球的缘故。
当我们比较光球各部分的光度时，发现整个圆面的中心比边缘明亮。这种差别不用望远镜也可看出来。只要我们用一块黑玻璃遮住眼睛，或者在傍晚浓厚的霞彩中去望落日，很容易发现，越靠近太阳的边缘亮度就越低，到了圆面的最外边时，光的亮度大约只相当于中央的一半。另外，边缘和中心还有颜色的不同——边缘所发出的光比中心的光更显暗红。
太阳(2)
光球就是我们所能观察到的极限，其内部就观察不到了。光球虽然看起来如皮球表面一样光亮，它的密度却只有我们周围空气的万分之一。我们看这一层时还要透过数万千米的太阳“大气”。光球的圆面边上更黑更红的原因是由于这种大气很厚，我们所看到的是“大气”更高更冷的一层，那儿的光也就更弱更红了。
太阳的自转
更精确更细致的观测可以发现太阳跟地球一样也以通过其中心的一根轴为中心自西向东旋转。同地球的情形一样，我们把转轴与表面相交的两点叫做太阳的两“极”，而把在两极中间的那个最大的圈叫做太阳的“赤道”。太阳赤道的自转周期是２５．４天，而太阳赤道的长度是地球赤道的１１０倍，因此它的自转速度是地球的４倍以上了。太阳赤道的自转速度约为每秒两千米。
这种自转的有趣之处是离赤道愈远的地方自转周期也愈长。在太阳的南北极附近，自转周期约为３６天。假如太阳也同地球一样是固体，它的各部分的自转速度就要一致的。因此太阳就绝不可能是固体，至少在表面一层是这样。
太阳赤道与地球轨道平面的夹角是７度。它的方向在我们看起来，春天它的北极背离我们７度，而所看见的圆面中心约在太阳赤道南边约７度。夏天秋天就轮到与此相反的一种情形。
太阳的黑子（sun-spots）(1)
用望远镜观测太阳时，我们常常能看到它的表面有一些黑色的斑点——我们称为黑子。这些黑子都随着太阳自转，也就是利用了这些黑子才更容易定出它的自转周期——在圆面中央出现的黑子在６天以后就会移到西部边上，然后从那儿消失不见；约在两星期以后，如这黑子仍旧存在，它又会在东面边上出现。
黑子的大小有很大的差别，从最好的望远镜中才看得见的微点一直到通过涂黑的玻璃就能用肉眼观测到的大块都有。它们平常都成群出现，有时虽看不见单粒黑子，而它们的集团却可以为肉眼看见。单个黑子有的直径达８万千米，最大的一群黑子竟遮住了太阳表面圆盘的１／６。
一群黑子发展下去时，它们都按与太阳赤道平行的圈子展开。从太阳自转方向来说，领头的黑子大半是全体中最大的而且是寿命最长的，往往在别的都消失了以后还存在。一群黑子常常只剩下一些单个的成员 。一群中最后生成的也往往很大。黑子中央更暗的部分叫做“本影”（ｕｍｂｒａ），边上较亮的部分叫做“半影”（ｐｅｎｕｍｂｒａ）。在分散的过程中，黑子分裂成一些很不规则的碎片。三百多年来的太阳黑子的观测（我国对太阳黑子的观测可追朔到《周易》中的“日中见斗”和“日中见沫”，不过确切的记录是汉成帝河平元年，即公元前２８年，西方一直到１６１１年伽利略使用望远镜时才看到太阳黑子。）使我们知道了太阳黑子的频数是有一定规律的，周期约为１１年一次。有些年份太阳上面很少黑子，甚至没有。１９１２年如此，１９２３年又如此。第二年出现的黑子数目就增多了一些；一年一年增加下去，其顶峰一般出现在５年后。以后又一年一年渐渐减少，直到周期满了才又增加。伽利略时代的人们就发现了这一变化，到了１８４３年由施瓦布（Ｓｃｈｗａｂｅ）确立了它们的周期率。
太阳黑子数目改变的周期也是那更普遍的１１年循环周期之一，这种周期是太阳与地球上的许多现象都依从的。深红的“日珥”（ｐｒｏｍｉｎｅｎｃｅｓ）在太阳黑子最多时也最常出现。“日冕”（ｃｏｒｏｎａ）随黑子的增加或减少而改变形状。地球上的“磁暴”（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｔｏｒｍ）——扰乱无线电信号传输和毁坏一些精密的电子设备的元凶——也和黑子一同增加强度与发生的频率。“极光”（ａｕｒｏｒａ）也在黑子最多时更频繁而壮观地出现。气候则在这周期中会发生少许变化。
太阳黑子的出现及其周期性很显然与太阳的磁场有关。当前流行的太阳发电机理论试图通过研究太阳对流层中的流体运动和磁场的相互作用，来解释这种周期性以及太阳磁场的维持。１９１９年拉莫尔（Ｌａｍｏｒ）提出了太阳发电机的概念。１９５５年帕克（Ｐａｋｅｒ）提出了自激发电机理论，奠定了湍流发电机理论的物理基础。按照这种理论，太阳黑子出现在磁场很强的太阳活动区，内部的相互作用会产生周期性振荡，并伴随出现表面磁场的细微变化。
太阳黑子的出现还有一条很有意思的规律：黑子并不是散布在太阳的全部表面上，而是在太阳纬度上的某些部分才有。在太阳的赤道上，黑子并不常见，可是离赤道向北或向南就逐渐多了起来，在南、北纬１５度到２０度是黑子出现最多的地方，再远又开始逐渐减少，３０度以上就很少出现了。这区域如图１４所示，其中最黑的部分就是黑子最多的区域。如果我们用一个白色的圆代表太阳，每观察到一个黑子就在相当地方加一黑点，若干年后我们就会得到图１４这样的图形了。
太阳的黑子（sun-spots）(2)
与黑子相反，太阳表面还常常出现一些较光球更明亮的斑点，这些斑点经常在黑子附近出现，这就是所谓的“耀斑”（ｆａｃｕｌａ）。
黑子的出现表示太阳上起了极大的风暴。它们很像我们地球上的飓风——只是大了许多倍而已。炽热的气体在太阳旋涡中向上飞腾，到达了比内部压力小得多的光球之后，这些气体就喷发出来，迅速冲出了表面。这样膨胀的结果就使得周围的温度稍微降低了一点，因此也减弱了这一区域的光辉——这就是太阳黑子。其实，菌状漩涡的平顶也还是极热极亮的。看起来稍微黯淡些只是因为跟周围平静的太阳表面相比温度要低了一些的缘故。
地上的包括飓风在内的所有旋涡由于地球的自转，在北半球逆时针方向旋转，在南半球却是顺时针旋转。太阳黑子与之类似，在太阳赤道北的太阳黑子与太阳赤道南的太阳黑子的旋转方向恰恰相反，因此可以看出太阳的自转。但太阳上风暴的情形比地球上风暴的情形更加复杂，因为随从的黑子常常跟领头的黑子有相反的旋转方向，更后出生的黑子的旋向则受之前已经存在的黑子群的影响，更为复杂。
太阳黑子的旋涡中心压力较低，因此附近的气体为其所吸引，在下降时也还是旋转着。这种情形在照片中可以看得很清楚。
二百年前，美国的海尔（Ｈａｌｅ）和法国的德朗德（Ｄｅｓｌａｎｄｒｅｓ）各自独立地发明了太阳单色光照相仪（ｓｐｅｃｔｒｏｈｅｌｉｏｇｒａｐｈ）。这是连接在望远镜上的一部分，利用它可以单独给某一特定的元素所发出的光照相，例如钙光或氢光。当利用这种仪器给太阳进行氢光摄影时，拍摄到的“谱斑”（ｆｌｏｃｃｕｌｉ）相片就从太阳黑子附近的形态分布显出了旋涡的存在。
为了消除大气层对太阳观测的不利的影响，２０世纪６０年代以来，空间探测器以及各种探测太阳的人造卫星陆续被发射升空，如太阳辐射监测卫星、轨道太阳观测站、国际日地探险者和太阳风年探测卫星等。这些携带了各类精密仪器的卫星对太阳进行了全方位、多角度的研究，其中包括黑子周期现象，并且获得了很多出色的成果。有了这些卫星的帮助，我们可以比较准确地预报太阳黑子和耀斑的爆发，从而避免磁暴对电子设备的损害。
日珥与色球
太阳另一个特别有趣的地方就是日珥。我们在研究这个太阳神秘而美丽的部分时曾经有一段很有趣的历史，不久说到日食时我们将要提到。日珥是从太阳各部分射出来的非常稀薄灼热的大团气体。它们是如此之大，竟使得地球投入其中只能如同一粒沙子投进烛焰一样。它们升起时的速度也非常可观，有时竟高达每秒钟数百千米。它们也同耀斑一样常常在黑子丛生的地带出没，但并不仅限于那些地区。太阳周围的眩目光焰（其实这是由我们地球大气层的折光效果所造成的）使它们绝不可能为肉眼所见，甚至用正规的天文望远镜也不能看见——除非碰到日全食，因为月球的干涉才消去那一层光焰。那时它们就连肉眼也能看见，仿佛是从黑暗的月亮的边上投射出来的火焰。
日珥有两种：一是爆发日珥，一是宁静日珥。第一种从太阳上升起时像巨大而翻滚的火浪；另一种却似乎静静地悬在上面，像空中的浮云一样。我们不能确定是什么东西支持着它们，但这大概是太阳光的一种排斥力。
光谱的分析告诉我们这些日珥是由氢、钙以及少量其他元素构成的。它们的红色是由于含有大量的氢元素。更进一步的研究又告诉我们，日珥与布满于光球上的薄气层有关。这薄气层就叫做“色球”（ｃｈｒｏｍｏｓｐｈｅｒｅ），因为它有和日珥一样的深红色——从这一点可以得知，同日珥一样，色球由和日珥基本类似的元素组成，其主要成分也是氢。
对于太阳最外层的附属品，应该注意的还有“日冕”。这是只在日全食时才看得见的环绕太阳的柔软的光辉，它从太阳展开的光线之长有时竟超过太阳直径。它是由极端稀薄的气体组成的。在日食一章中我们还会提到它。
太阳风
人们很早以前就发现彗星的尾巴总是背向太阳，于是猜想这大概是从太阳“吹”出来的某种物质造成的，直到１９５８年才通过人造卫星上的粒子探测器探测到了太阳上有微粒流射出。美国的帕克给它取名为“太阳风”。
太阳风是从太阳大气最外层的日冕向空间持续抛射出来的物质粒子流。这种微粒流是从日冕的冕洞中喷射出来的。
经过长期的观测，我们发现太阳风的主要成分是质子、电子和氦原子核。其中质子约占９１％，氦核约占８％，此外还含有微量的电离氧、铁等元素。其密度则随时变化。
太阳风有两种。一种是“宁静太阳风”，它是粒子持续不断地被辐射出来，速度较小，在飞到地球附近时，平均速度约为每秒４５０千米，粒子含量也比较少，每立方厘米含质子数为１～１０个。
另一种太阳风是“扰动太阳风”，它是在太阳活动剧烈时辐射出来，速度比较大。在飞到地球附近时，速度可达每秒２ ０００千米，粒子含量也比较多，每立方厘米含质子数约为几十个。它对地球的影响很大，当它抵达地球时，往往引起很大的磁暴与强烈的极光，同时骚扰电离层，极大地干扰了靠电离层反射传播的短波通信。
太阳的结构(1)
现在我们再回顾一下我们所知所见的太阳究竟是什么样子的。
首先是那球体的广大的内部，那是我们当然永远见不到的。
我们肉眼所见的太阳表面是光球——虽然这不是真正的表面，只是球体光度最大的部分。这气层上有一些斑驳的黑子，也会经常产生耀斑。
在光球的顶上又有一层气体叫做色球，这用分光仪在任何时候都看得见，可是直接看却只有在日全食的时候才可以。
从红色的色球喷发出同样红的火焰叫做日珥。
包围全部的是日冕。
以上是我们所见的太阳。我们知不知道太阳究竟是什么呢？首先，它究竟是固体呢，液体呢，还是气体呢，或者是别的什么形态？
看得见的表面不是固体已由它的自转的性质表明了。我们已知道它的表面上的各部分自转周期是不相同的。而且，它的极高的温度也不能让它是固体或者液体的。许多年来大家都相信太阳内部一定是一大团等离子体——一种具有很多奇妙性质的物质状态——但被太阳巨大的引力压成非常致密的状态——事实上按照物理理论，我们认为理想气体的状态方程仍然适用于太阳内部，所以我们也可以将其看作是气体。
人人都会承认太阳一定是极热的。它能在１．４亿多千米外让我们感受到炎炎夏日的威力，本身当然更是要热极了。这从适当的测算看来也是真的——作为太阳辐射直接来源的光球已有６ ０００℃以上的高温了。
不同方法对太阳表面温度所作的测量都可以得到相同的结果。这些方法都遵循同一个途径——辐射体温度与辐射功率之间是有确定的关系的。譬如说，辐射与温度的４次方成比例。这就是所谓斯特藩定律（Ｓｔｅｆａｎ＇ｓ ｌａｗ）。这定律告诉我们，如果辐射体的温度加倍，它的辐射出的热量就要增大１６倍。
假设用一个平底盆盛１厘米深的冷水，让太阳光直射下去。１分钟后，如果没有空气的影响而水又没有热量损失的话，温度计就会读出水的温度约增高了２℃。
因此，假如有一层１厘米厚的冷水组成的球形的壳，半径恰等于地球对太阳的距离，恰好将太阳围在正中，在１分钟后就会增加上述的温度。既然这一壳层已经将太阳完全包住，那么我们就已经在１分钟内捉住了太阳的全部辐射了。
由这种测算得出从太阳表面的每平方米中都不息地流出８．４万马力的能量来。再依据辐射定律，我们又可以由此推算出太阳的温度来。实际上我们不用水盆和普通温度计，却是用一种很精巧的仪器——“太阳热量计”（ｐｙｒｈｅｌｉｏｍｅｔｅｒ）。用这种仪器的观测已在史密森天体物理学天文台（Ｓｍｉｔｈｓｏｎｉａｎ Ａｓｔｒｏｐｈｙｓｉｃａｌ Ｏｂｓｅｒｖａｔｏｒｙ）的各个分部进行了许多年了。
因为我们不能看见光球以下的太阳内部，所以要得到一个关于太阳内部情况的明确概念就非常困难。但我们完全可以假定越深处的压力与温度越高。早在１８７０年美国物理学家莱恩（Ｌａｎｅ）就已经计算过太阳内部的温度，他假定里面各处都在一种平衡的状态中。太阳内部每一点上物质的全部重量都完全被下面热气体的膨胀力所支持。问题便是算出内部要热到什么程度才可以使太阳不致被自己的重量压碎。
太阳的结构(2)
２０世纪３０年代，关于太阳及星辰内部的理论成了英国的爱丁顿（Ｅｄｄｉｎｇｔｏｎ）、詹姆斯（Ｊｅａｎｓ）、米尔恩（Ｍｉｌｎｅ）等人研究的热点。爱丁顿计算出太阳中心的密度约为水的５０倍，而温度约为３ ０００万℃至４ ０００万℃。米尔恩推算出来的中心密度与温度比此数目还要大得多。按目前的太阳模型推算，太阳内核的气体被极度压缩，其中心密度是水的１５０倍，而温度约为１ ５６０万℃！
太阳的热源(1)
太阳从它表面上每１平方米倾注出８．４万马力的能量。既然知道太阳直径是１４０万千米，我们就很容易算出它的表面有多少平方米了。这巨大的数目再乘以８．４万，就可得到以马力表示的太阳不停散发的全部能量的巨大数目了。当我们想到照地质学家和生物学家的说法，太阳已用与现在同样的强度照耀了５ ０００万年的时候，我们就遇上一个重要而且困难的问题了。
这种辐射能量的来源在什么地方？当然它是直接由光球来的。可是一定还得有新的能量供给不断地到达光球，才能维持不断的辐射。那么，这种使太阳一天一天照耀过了５ ０００万年的、仿佛永不耗竭的内在供给的来源到底是什么呢？
据能量不灭定律，能量不可能无中生有。它可以由这种形态变到那种形态，可是宇宙间能量的总量是不能增加的。除非太阳从外面不断地接收能量，它的储藏一定要按我们上述的比率减少下去。我们完全可以假定这储藏总会有一天完全耗尽，太阳会渐暗下去以至于完全无光。可是太阳一百年又一百年地照耀下去，看起来光辉丝毫未减，这怎么可能呢？
两百多年以前，物理学家亥姆霍兹（Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ）曾经创出太阳热的收缩学说，以后的许多年来都被当时的科学家认为是真实的情况。他的观点是：如果太阳半径每年收缩４３米，就足够产生一年中由辐射而失去的热量。依这学说，太阳从前是更巨大更稀薄的。按照收缩说，将来太阳将会紧密得不能收缩以适应由辐射而来的热的损失。几百万年以后，它将会冷得不能再维持地球上的生命。
这种收缩学说画出了一幅黯淡的远景，它显示了生物世界的末日只在很短的时期以后——至少照天文学尺度说来是很短的。但在１９世纪初，收缩说遇到了强烈的反驳——不论从多大的体积收缩到现在这样，太阳照现在这样发光率，只要两千万年多一点就足够得到充分的热量了。但依这比率它却一定照得比这时期更长得多的，于是收缩说就不能解释太阳在过去如何维持辐射了。因此对于这理论对将来的预言，我们也就不能抱多大的信任。而且事实上太阳的逐渐收缩又绝无确切的证明，因此就渐渐被人们所抛弃了。
２０世纪初，随着相对论以及核物理学的发展，人们认识到太阳和恒星的能源来自于核能的释放。光谱观测的结果表明，恒星物质内部氢的含量相当丰富，而氢又是很好的产能原料。当氢在高温和高压下聚变成氦时，会有巨大的核能释放，因此可以维持太阳和恒星向外辐射达数十亿年之久。
１９２６年，英国剑桥大学著名的天文学教授阿瑟?爱丁顿（Ａ． Ｅｄｉｎｇｔｏｎ）爵士出版了他的《恒星内部结构》一书，这是一部关于恒星内部情况极其物理特性的卓越著作。爱丁顿认为，太阳通过重力把物质聚集在一起，重力将物质拉向中心。由于太阳内部高温的气体产生的压力与重力方向相反，它将物体向外推出，这两个力互相平衡。达到这平衡点时，由经典力学和热力学原理，我们可以算出恒星的中心温度将达到４ ０００万℃左右。爱丁顿认为在这样的温度下，氢核会发生聚变，为太阳和恒星提供了强大的辐射能量。
太阳的热源(2)
但是爱丁顿的想法遭到了物理学家们的竭力反对。他们认为要真正实现这一聚变，温度应达到几百亿摄氏度。而４ ０００万℃太低了，不足以克服原子核之间极其强大的电磁力而产生氢核聚变。但是乌兰克核物理学家和宇宙学家乔治?伽莫夫（Ｇ． Ｇａｍｏｗ）的工作证明了物理学家们的猜测是错误的。
伽莫夫认为，虽然镭核内的粒子受到核力的约束，但按照现代量子理论，它们并非不可能分裂出?琢粒子来的，尽管发生这种过程的概率很小。镭核中的粒子被核力所束缚，就好像有一座堡垒从外界将它们包围住一样，粒子的能量不足以越过这座堡垒而跑到外边去。量子力学却认为，核内的粒子在偶然间可以不从堡垒的上面越过去，而是从穿过堡垒的一条隧道中通过。人们把这种现象形象地说成是“量子隧穿”。伽莫夫进一步指出，假如粒子能够由内向外穿过堡垒，那么，粒子也应该能够由外向内穿过它而进入原子核内。
１９２９年，英国天文学家罗伯特?阿特金森（Ｒ． Ａｔｋｉｎｓｏｎ）和德国核物理学家弗里茨?豪特曼斯（Ｆ． Ｈｏｕｔｅｒｍａｎｓ）合作，发表了一篇题为“关于恒星内部元素结构的可能性问题”的文章，将伽莫夫的量子隧穿理论应用到恒星内部能量的问题上。他们认为：恒星内部的质子和质子也可以通过“隧道”越过势垒很高的堡垒，接近到可以发生聚变的距离之内，进行轻核聚变而释放出巨大的能量。这样，他们就成功地解决了在较低温度下使氢聚变为氦来实现太阳的能量需求，由于这种反应是在数千万摄氏度下进行的，他们就把这种反应称为“热核反应”。
天文观测表明，太阳核心的物质处于等离子态，完全适合于热核反应的物理条件。那么，太阳和恒星内部的氢是怎样聚变为氦的呢？１９３８年，美国核物理学家汉斯?贝特（Ｈ． Ｂｅｔｈｅ）和查理斯?克里奇菲尔德（Ｃ． Ｌ． Ｃｒｉｔｃｈｆｉｅｌｄ）发现了氢直接变为氦的反应机制，称为“质子—质子循环”。在这一反应中１克氢将释放６ ７００亿焦耳的核能，这些核能迅速转化为热能，并通过对流和辐射向太阳的外层空间输送出去。
贝特又和德国的弗里德里希?冯?魏茨泽克（Ｆ． Ｖ． Ｗｅｔａｂｃｋｏｒ）各自独立地找到了由氢转变为氦的“碳循环”机制。现代天文观测表明，太阳的能量９８％来源于质子－质子循环，２％来源于碳循环。贝特也因该理论的创立而获１９６７年度诺贝尔物理学奖。
太阳的演化
现代的观测表明，太阳已有５０亿年的历史。它是一个典型的中等质量恒星，正平稳地燃烧着自身的核储备，并把氢转变为氦。现在人们对恒星演化的知识逐渐完善，并勾勒出太阳的生命历程。
幼年阶段，原始星云在自身引力作用下不断收缩，密度不断增大，温度不断升高。历时数千万年形成原始太阳。
青年阶段，太阳位于非常稳定的主星序（参看“恒星”一编），按照观测得到的氢和氦的丰度估计，太阳还可以生存５０亿年之久。今天的太阳正处在它的鼎盛时期。
中年阶段，约持续１０亿年时间。当热核反应的燃烧圈接近一半太阳半径时，将会难以支持太阳自身的巨大引力，中心将会塌缩，这个塌缩过程中所释放的巨大能量使太阳的外部大幅膨胀，这时的太阳体积很大、密度很小、表面亮度很强，演化为一颗红巨星。太阳直径将扩大到现在的２５０倍，连地球都将被吞没。
老年阶段，太阳转变为一颗脉动变星，终于，内部核能耗尽，整体发生坍塌，内部被压缩成一个密度很高的核心，冷却后形成一颗白矮星，并长久地留在宇宙中。
地球
既然我们所居住的这球体是行星之一，那么即使它没有别的值得我们注意的地方，也该要描述一下它在天体中的地位了。虽然它跟宇宙间大天体比起来，甚至跟我们太阳系的大行星比起来，它只是微不足道的一员，可是在它自己的系统中却还是最大的一个。至于它是人类的家园——这一点我们更不用说了。
地球是什么？我们可以先下一个广泛的定义，说它是一个物质的球体，约有１万多千米的直径，由于其各部分的互相吸引而联成一体。我们都知道它并非严格的球形，它的赤道部分稍微鼓起来一些。因为它表面的不平，于是确定它的准确的大小与形状也就比较困难。幸好人造卫星技术的进展帮助人们解决了这个难题。
关于地球形状及大小的结论可概括如下：
极直径１２ ７１３．６千米
赤道直径１２ ７５６．３千米
我们由此可以看出赤道直径比极直径大４２．７千米了。
地球的内部
我们由直接观察所知的地球差不多完全限于它的表面。人类在上面挖穿的最深处与全球大小比起来不过像苹果皮之于苹果一样。
我先要请读者注意一下地球上的重量、压力、重力等事实。我们试着研究一块１立方米的泥土，这是地球外层表面的一部分。这块泥土加在自己底上的重量也许是２．５吨。下面１立方米也有同样重量，因此加在自己底上的重量就是自身重量加上面１立方米的重量了。这种压力的增加一直随着我们的深入。地球内部的每１平方米都支持着一直到表面的１平方米的柱形的压力。表面下不到若干厘米的地方这种压力就以吨计了；１千米深的地方大概是２ ５００吨；１００千米的地方就是２５万吨了；这样一直继续到中心。在这种不可思议的压力之下，地球中部的物质被高度地压缩。那儿的物质也更沉重。地球的平均密度被认为等于水的５．５２倍，但其表面密度却只有水的两三倍。
关于地球的确定事实之一就是在表面以下的矿坑中，愈深处温度愈高。增加的比率依地域与纬度而各处不同，平均增加率是每下降约３０米增高１℃。
这种温度的增加到地球中心时将怎样呢？回答这问题我们可以说不能仅仅根据表面的情形。因为地球外部在很久以前就冷却了，所以我们不能在下降时得到很大的温度增加。从地球存在以来热量都被保持着这一点事实，表明中心温度一定更高，而近表面的温度增加的比率也一定会保持到更深的若干千米直到地球的内部。
依照这增加率来看，地球的２０千米或２５千米深的地方的物质一定是灼热的，而２００千米或２５０千米以下的热度则一定足以熔化所有构成地壳的物质了。这事实使早期的地质学家认为我们的地球是一个熔化了的大块，正如一大块熔化了的铁，上面蒙了一层几千米厚的冷壳层，我们就居住在这壳上。火山的存在以及地震的发生都增加了这种见解的可靠性。
但在１９世纪２０年代，天文学家与物理学家收集了一些证据，似乎证明地球从中心到表面都是固体，甚至比同样大的一块钢还坚硬。这学说是开尔文爵士（Ｌｏｒｄ Ｋｅｌｖｉｎ）第一个发展的。他认为如果地球是被一层壳包着的液体，月亮的作用就不是吸起海洋的潮汐而只要将全地球向月亮的方向拉起来，却不改变壳与水之间的相对位置。
同样可靠的是那奇特的现象，地球表面的纬度变迁，这在下面我们就要讲到。不仅一个内部柔软的球体不能像地球这样旋转，甚至硬度不如钢的球体也不能。
那么我们如何能调和这固体性质与那不可思议的高温度呢？看来只有一个可能的解决方法：地球内部的物质因那巨大的压力而保持其为固体。据实验证明：强大的压力能提高物质的熔点，压力越大，熔点就越高。一块岩石到了熔点以后再加以重压，压力的结果使它又还原为固体。因此，我们增加了温度只要同时考虑压力的问题就可以使地球中心物质保持固体了。
当然我们还有一些实际的办法来获得证据，在地表人工制造一个震源（如炸弹），通过接受地下的回波来确知地下结构。通过地震技术获得的资料发现，地球的内核与地壳为实体，而中间的外核与地幔层为流体。地核可能大多由铁构成，虽然也有可能是一些较轻的物质。地核中心的温度可能高达７ ２００℃，比太阳表面还热；下地幔可能由硅、镁、氧和一些铁、钙、铝构成；上地幔大多由橄榄石、辉石、钙、铝构成。地壳主要由石英和类长石的其他硅酸盐构成。
地球的重力与密度
与地球有关的另一有趣问题就是它的密度，或说比重。我们都知道一块铅比同样大的一块铁要重，而一块铁又比同样大的一块木头重。是不是有方法确定地球广大内部的深处一立方米有多重呢？如果有方法，我们就能确定全地球的实在重量了。这问题的解决要依赖物质的引力。
任何小孩从会走路时起就很熟悉于万有引力的效应了，可是最深刻的哲学家也不能真正明白它的起因。依照牛顿的万有引力的学说，将所有地面上的东西引向中心去的力量并不仅存在于地球的中心，却由于构成地球的一切物质的共同努力。牛顿还把他的学说更推进一层，说宇宙间一切物质都吸引着其他的物质，而这引力的大小是依两者之间距离增加按平方规律减少的。这就是说，距离加１倍，引力的大小就要除以４；远３倍除以９；远４倍除以１６，依此类推。
承认了这一点，那么我们四周的物体就都有自己的引力了，于是我们又有问题了：我们能不能用实验测出这引力的大小呢？数学理论说明，同等比重的球体吸引其表面小物体的力量与其直径成比例。一个直径６０厘米、密度跟地球一样的球体的引力就只有地球重力的两千万分之一。
于是，绝顶聪明的卡文迪许用了一个极其巧妙的方法，测定出了万有引力的大小。他用一根很细的石英丝来悬挂一根两端有两个等重铅球的轻质金属竿。然后在其中一个铅球旁边放上第三个铅球，通过石英丝扭曲的程度，就可以测得这两个铅球之间的引力了。这种测量是异常精巧而困难的。所用的工具虽然在原则上来讲是极简单的，但是我们必须记得，引力的大小还不及这两个小球重量的千万分之一呢！要找出一件重量不超过这引力的东西的确非常困难，不仅是一只蚊子的重量，就连蚊子的一条腿所受到的重力，也要大大的超过测出的引力。假如把蚊子放在显微镜下，由专家施行手术将它的触须切下一部分来，这个重力大概可以和这两球之间的引力相比拟了。
赫尔（Ｈｅｙｌ）在美国度量衡标准局所确定的万有引力常数是最精密的。这种测量的结果使我们知道，地球的平均密度比水的５．５倍略多一点。这比铁的密度稍微小了一点，可是比平常石头的密度却大不少。由于地球外壳的平均密度仅是这数目的一半，所以地球中心的物质被强大的压力压紧得致密无比——不仅比通常铁的密度大得多，简直要超过铅了——事实上，目前主流的理论认为，地核的中心那种无比紧密的物质，很可能就是大量致密的铁。我们可以把地球的中心想象成一个巨大的大铁块。
纬度的变迁
我们知道地球在通过其中心在两极与表面相交的一根轴上旋转。我们想象自己正站在极的中心，在地上竖一根棒，我们那时就会被地球带着每２４小时绕棒旋转一周了。我们能感知到这种运动，是因为我们能看到太阳星辰都由于周日运动而向反方向水平运行。可是我们更有一个伟大的发现——纬度的变迁。旋转的地轴与地球表面相交的那一点并不是固定的，而是在一个直径约１８米的圆圈中作可变而不规则的曲线运动。换句话说，如果我们能精确地找到北极上的那一个极点，那我们就会看到它每天移动１０厘米、２０厘米或３０厘米，并且绕着一个中心点转，它有时离这点近些，有时则远些。它照这不大规则的路线运动下去，约１４个月就能绕成一圆圈。
讲到这里，我们不禁要奇怪，相对地球这样大尺度的物体，这小小的变动是如何发现的呢？回答是：利用天文观测，我们就可以在任何夜间测定当地铅垂线与当日地球自转轴所成的精确角度。１９００年国际大地测量学会（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｇｅｏｄｅｔｉｃ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）在地球四面设立了四五个观测点来测量这种极点的变动。一处在盖瑟斯堡（Ｇａｉｔｈｅｒｓｂｕｒｇ），另一处在太平洋岸，第三处在日本，第四处在意大利。在这以前，在欧美的许多地方已经完成了类似的观测。
上述这种变迁最先是在１８８８年被德国的库斯特耐尔（Ｋüｓｔｎｅｒ）发现，他从许许多多为别的目的而进行的天文观测中得出了这个结论。从此以后，这方面的考察就一直延续下来，目的是确定上述的变迁的运动曲线。直到现在所知的只是这种变迁有些年份较大而有些年份较小。从结果来看，在七年之中定有一年北极点会划出一个比较大的圈子，而三四年后它又会保持数月几乎不离中心。
地球自转时快时慢的不规则变化，同样可以在天文观测资料的分析中得到证实，这种变化的幅度约为１毫秒。此外，地球自转的不规则变化还包括周期为近十年甚至数十年不等的所谓“十年尺度”变化和周期为２～７年的所谓“年际变化”。十年尺度变化的幅度可以达到约３毫秒，引起这种变化的真正机制目前尚不清楚，其中最有可能的原因是地核与地幔间的互相作用。年际变化的幅度为０．２～０．３毫秒，相当于十年尺度变化幅度的十分之一。这种年际变化与厄尔尼诺现象期间，赤道东太平洋海水温度的异常变化具有相当的一致性，因此可能与全球性大气环流有关。然而引起这种一致性的真正原因目前仍然是一个谜团。
大气
从天文学的角度来看和从物理学方面一样，大气都是地球的一件最重要的附属品。虽然它对我们的生活非常必要，却给了天文学家带来了进行精密观测的巨大障碍。它多少会吸收去一些从中经过的光，因此微微改变了天体的真实色彩，即使在极晴朗的夜空也不免使得星星比原来更黯淡。它还会弯曲从中经过的光，使它沿一条微曲的路线（这线对地球而言是凹的），却不是直射入天文学家的眼里。结果又使星辰都看起来离地平线比实际位置高了一些。从天顶直射下来的星光是不受弯曲的，离天顶愈远则折光愈甚。在离天顶４５度时，折光之差达到了一弧分，虽然这个曲折的程度肉眼发现不了，但在天文学家看来已是很大的误差了。物体越靠近地平线，其折光率就越大；离地平线２８度时已比４５度时增大了一倍；在地平线上眼见的天体由折光引起的误差已在半度以上，这已比肉眼所看到的太阳和月亮的直径还要大了。结果就是，在日出日落的时候，我们在地平线上看到的太阳实际上是在地平线以下。我们看得见它只是因为折光的缘故。地平附近折光率增大的另一有趣的结果就是，太阳在那儿看起来要扁一些，它的垂直直径要比水平的直径看起来短。这是因为太阳的下半部较上半部受到的折光率更大。有机会在海上看日出或者日落的话，任何人都可以看到这种景观。
当太阳在热带晴朗的空气中沉下海洋去时，我们可以看到一种在温带浓厚的空气中很难见到的美丽景观。由于大气对各色光线有不同的折射率，大气也像一片三棱镜一样按不同的角度折射不同的光线：对于红色光线折射最少，按红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的顺序逐渐增大折射的角度。结果，当太阳在海平面上消失的时候，最后的一串光线也按同样的顺序逐渐消失。太阳逝去前两三秒钟，它的残留可见的边缘会很迅速地改变颜色，并且越来越暗。我们最后见到的是转瞬即逝的一道绿色的闪光。至于波长更短、折射更大的蓝光紫光，则在达到我们眼睛之前已经被大气散射和吸收了。
月亮
各种不同的测量都一致认为，月亮到地球的平均距离约３８．６万千米。得到这距离的方法是直接测量视差（以后我们要说），还有一种是计算月亮绕地球的轨道运动。因为这轨道是椭圆的，所以它的实际距离常常会不同，有时它比平均距离少１．６万千米或２．４万千米，有时却又多出了这个数目。
月球的直径比地球直径的四分之一略大一点，准确些说是３ ４７６千米。最精密的测量也未发现它不成球形，只不过表面是不规则的罢了。
月亮的公转与位相
月亮陪着地球绕日运行。这两种运动的联合在部分读者的眼中看来要觉得稍为复杂些，但其实并不难明白。我们可以想象一下有一把椅子放在急行火车中，一个人离椅子一米远绕着椅子转。他可以不论转多少次也不改变距离，更与火车的运动毫无牵涉。就像这样，地球在自己的轨道中向前运行，月亮连续绕着它转，而相对地球的距离并无多大变动。
月亮绕地球一周实际所需的时间是２７日又８小时，但从一新月（朔）到另一新月所经历的时间却是２９日又１３小时。这种不同是因为地球同时也绕着太阳运动，或者说（实际上意思一样）因为太阳顺着黄道的视运动。要表明这一点，画ＡＣ弧作为地球绕日轨道的一段。假定某一时候地球在Ｅ点，月亮在Ｍ点正处于地球、太阳之间。２７日又８小时之后，地球已从Ｅ点移到Ｆ点。当地球这样运行的时候，月亮也按自己轨道顺箭头方向前进，这时恰到Ｎ点。这时ＥＭ线与ＦＮ线是平行的，因此月亮实际已完成它的公转一周，看来又回到和上次一样的众星之间的位置了。可是太阳此时在ＦＳ方向上。因此月亮要回到太阳地球之间的位置上就必须再运动一些时间不可。这又需要两天多一点的时光，于是两个新月之间的时间就成了２９．５天了。
月亮的不同的位相（ｐｈａｓｅｓ）是随它对太阳的位置而定的。因为它是不能自己发光的物体，我们只是在太阳照到它的时候才看见它。它在太阳跟我们之间的时候，它的黑暗的一半对着我们，就完全不能被看见。历书中称这为“新月（朔）”，但我们平常在新月的后两日还不能看见月亮，因为它还在黄昏的暮霭中。在第二天或第三天我们才看到这球形被照亮的一小部分，形状正是我们所熟悉的一弯蛾眉。这蛾眉月有时也被叫做新月，虽然历书中的新月期要更早几天。
在这位置上又过了几天之后，我们就可以看见到月亮的全貌了——黑暗部分发着黯弱的光，这是从地球上反射去的光。假如有人在月亮上居住，他会看见在他的天空上，地球像一轮将圆的兰色满月——虽然实际上要比我们所见的月亮大得多。月亮在它的轨道中一天天前进，这种地光就一天天减少，约在上弦时地光没有了，一方面因为月亮上有光部分在逐渐增加光强，另一方面也因为地球的光减弱了，下弦时亦复如此。
在历书中的新月（朔）后约七八天，月亮就到了上弦期。我们就可以看到明亮的部分占月亮的一半。以后的一星期内，月亮被叫做“凸月”（ｇｉｂｂｏｕｓ ｐｈａｓｅ）。在新月后第二星期的末尾（望），月亮正与太阳相对，我们就可以见到月亮宛如明亮玉盘的全面，这被称为满月。之后，月亮的位相则会反转并还原，这是人人知道的。
我们也许会认为这些事情实在太平常不值得叙述。可是，在“古舟子歌”（Ｔｈｅ Ａｎｃｉｅｎｔ Ｍａｒｉｎｅｒ，英国诗人Ｃｏｌｅｒｉｄｇｅ 的名作）中竟描写了一颗星挂在蛾眉月的两尖之间，好像那儿没有黑暗物体一样。大概有过不止一个诗人描写过新月出现于东天而傍晚的一轮满月却赫然照耀于西天吧——尽管很有诗意，但是这显然绝不可能发生。
月亮的表面
我们用肉眼也可看出月亮表面上有着不同的明暗区域。暗的地方常被人看成像一个人的面孔，尤其是鼻子与眼睛更加显然。这就是所谓“月中人”了。就算用最小的望远镜我们也可以看出月面上有繁复的地形，望远镜越好，我们所看到的也愈细微。我们在望远镜中所见的第一样触目的东西将是那些隆起物，或按照平常说法是那些山。这些最好在上下弦月时看，那时日出或日没照出的长影使那些突起处显得更加清晰，反倒是满月时不易看清，因为太阳光几乎是直射在上面而把一切都照亮了。虽然平常把这些高低的地方叫做山，但它们大半却跟地上普通的山形状大不相同，与地上大火山的喷口倒更类似些。这些山很通常的形状是一座圆形碉堡，直径常有若干千米，周围的墙也有近一千米高，而中间则相当平坦——因此我们称之为环形山。在许多这样的月亮环形山中央，有一个或更多的山峰拔地而起。在上弦月中我们可看出这些围墙以及中央山峰的影子投在内部平地上。
早期的观测者在用望远镜观察月亮后，假定其中黑暗的部分是海，而明亮的部分是大陆。这种想法是因为黑暗的部分看起来比别处平坦。这些假想的海洋于是都有了名称，例如 Ｍａｒｅ Ｉｍｂｒｉｕｍ（雨海），Ｍａｒｅ Ｓｅｒｅｎｉｔａｔｉｓ（澄海）。这些名称虽皆出于幻想，却保留到了现在，用来称呼月亮上的黑暗部分。望远镜稍进一步的改良就证明这些暗区为海洋的想法全是空幻不实的，这些形状的不同只是由于月面物影的明暗，而月海其实是月亮上地势比较低洼的平原而已。自从探月卫星和人类登月计划以来，我们就可以身临其境，仔细瞧瞧月亮上的大小石块和著名的环形山了。现在我们已经知道，覆盖月球表面达１６％的月海地形是由火山喷出的炽热的熔岩冲蚀出的，而其余大部分表面则被灰土层尘埃与流星撞击的石头碎片覆盖。
月亮上最可注意的景物之一就是从某些点上发射出的一些明亮的光线。很一般的望远镜也可看出其中最显眼的来。在月球南极附近，第谷（Ｔｙｃｈｏ）环形山旁，就是许多很美的光线散发的中心点，看上去好像月亮被敲破了而空隙充满了熔化的白色的物质，因此有人相信当年月亮上是大火山的施威场所，而今却都烟消云散了。但这些线状辐射纹的成因尚无定论，也有人认为是陨石轰击月面造成的。
常有人问月亮上有无空气或水。早在人类登上月球之前，科学家就给出了否定的答案：假若月亮上的大气能有地上大气密度的百分之一，我们也可以通过星光从月面掠过时的折射发现其存在。可是我们一点也没有见到存在这种折光的迹象。假若月亮上有水，就一定会藏在凹处或在低处流着。假若在赤道区有这样一片水，就一定会反射太阳的光，因而会很明显地被我们看见——而月球探测器和登上月球的宇航员证实了我们在地球上得到的结论。
以上种种似乎都想来答复另一问题——就是月亮上是否有生命存在的问题。而地球上所有的生命都必须要空气和水来维持。
月亮上完全没有水和空气的事实造成了一种我们在地球上经历不到的情形。可以确信，月面上除了被新的太空陨石撞击之外，将永远毫无变化。地面上的一块石头永远遭受气候的折磨，于是风和水年复一年将它解散冲开，最后成为沙子和土壤——这就是所谓的风化。可是月面上并无气候变异，一块石头躺在上面可以经历若干千万年而遇不到任何一点扰害。月面当太阳照着时异常之热，而日落之后又变得非常的冷——因为没有大气层来保持温度，这温度的变化将在太阳隐去后非常短暂的时间内完成。除了这种温度的变化以及流星的撞击以外，整个月面是绝对平静无事的——一个没有风、没有雨、没有四季更替、没有朝露晚霞、没有气候、除了大大小小偶尔落下的流星之外没有任何事件发生的死寂世界——这就是月亮。
月亮的自转
月亮是否绕轴自转这个问题在古代曾经引起过许多争论，因此我们要解释一下。人人都知道月亮永远以同一面对着我们。这说明它的自转周期跟它绕地球公转的周期是一致的。也许有人因此认为它根本不旋转。这混乱的产生是因为关于运动的概念不同。在物理学中我们这样判断一个物体是否旋转：用一根直线通过除转轴外的任何方向，如果这根直线永远不改变方向，那么我们就说这个物体不旋转。我们假想有这样一根线通过月球，如果月球不自转，那这根线就永不变方向——无论月亮在绕地球轨道中的哪一点上（如图１７所示）。稍微仔细地研究一下这幅图就可以知道：如果不是月亮自己也旋转，那我们就一定会看到它全表面的各个部分的。
月亮如何引起潮汐
住在海边的人都特别熟悉海潮的涨落。平均说来海潮的涨落规律与月亮的周日视运动相符合——高潮恰巧比月亮经过当地子午圈晚了三刻钟。这就是说，如果今天月亮在天空某处时海潮涨起，以后月亮又到那一处时一定又会有高潮，天天如此，月月年年亦复如此。我们很容易理解，月亮用它加在海洋上的引力造成了这种潮汐，月亮在任何地方上面天空时就会吸引起当地的水，难懂的只是一天有两次潮，涨潮不仅在对着月亮的这边有，连地球那边背对着月亮的地方也有。关于这一问题，我们可以先温习一下我们刚才提过的关于引力的知识：引力的大小是和距离的平方成反比的。换句话说，离月亮越远的地方，受到的引力就越小。所以，地球上靠近月亮的那一面所受到的引力比较大，而背面受到的引力相对就要小一些。这个差异所产生的效果，就好像是有一种力量将地球拉扁了一样——而这扁的方向，正是正对和背对月亮的方向，也就是潮汐了。
对于这种情形完善的解释必然会引出一些运动规律来，在这里，我们却不打算这样做。但我还是要补充一句：假如月亮加在地球上的吸引永在同一方向，几天之后，两者就要“砰”的一声，撞在一起了。可是因为月亮绕地球转，这吸引的方向便永远改变，所以一个月内也只将地球拉离其平均位置约５ ０００千米。
也许又有人假定，既然月亮如此引起潮汐，那么我们就总是当月亮在子午圈上时有高潮，而月亮在地平线上时则有低潮了。事实并不如此，原因有二。首先，地球所拥有的无比巨大的水体所造成的强大惯性，将会使得潮汐现象相对月亮位置的变化有一个延迟现象。这潮汐运动在月亮离开子午圈后还要继续下去——这正像一块石子离开手后还向上冲去，而波浪也被水的动力推向高于水平面的岸上一样。另一原因是大陆的隔断，海潮遇上大陆就按大陆情形而改变方向，但由一点转向另一点又需要长时间。因此我们比较各地潮汐时就会发现其并不规则了。但是通常，这个延迟的时间等于我们刚才提到过的４５分钟。
太阳也同月亮一样要引起潮汐，但作用比较小——有兴趣的读者可以根据我们曾经给出的数据和方法，按照引力的平方规律来算出太阳和月亮引潮能力的不同。值得一提的是，新月和满月时，这两者在一条线上合力吸引，因此有最高潮和最低潮。这些是所有住在海滨的人都熟悉的，他们叫做“大潮”（ｓｐｒｉｎｇ ｔｉｄｅｓ）。在上弦和下弦时，太阳的吸引抵消了部分月亮的吸引，因此潮既不涨得极高也不落得极低，这就叫做“小潮”了（ｎｅａｐ ｔｉｄｅｓ）。
月食
月食是月亮进入了地球的阴影中。日食则是因为月亮在太阳与我们之间经过。我们以下就要说明这些现象中的最有趣的几方面以及其发生的规律。
为什么不是每次满月都有月食呢？地球的阴影当然永远在背对着太阳的一面，可是满月的月亮却有时在阴影上有时在阴影下经过，因此不会被蚀。这是因为月亮的轨道面对黄道平面约有５度的倾斜，地球却正在黄道平面上运行而其阴影中心也正投在那儿。再回到我们从前的假想，把黄道在天球上画出来，再进一步假定把月亮在天球上运行的视轨迹（白道）也画出来。我们那时就会发现月亮的轨道与太阳轨道在相对的两点相交，其交角只有５度。这两点叫做“交点”（ｎｏｄｅｓ）。在一交点上月亮由下面移到了上面，或者说是从黄道南移到了黄道北。这一点叫做“升交点”（ａｓｃｅｎｄｉｎｇ ｎｏｄｅ）。在另一点上月亮则是由北而南，这一点叫做“降交点”（ｄｅｓｃｅｎｄｉｎｇ ｎｏｄｅ）。
因为太阳比地球大，地球的阴影（指本影）呈一个锥顶伸向远处的圆锥体。在地球身后地月距离处（即正对地球身后的月球轨道处），锥体阴影的截面直径约有地球的３／４，也就是说约９ ６００千米。又因为阴影中心是在黄道平面上，在地球正身后的月球轨道处，所以阴影就只能在黄道面上下各遮掩４ ８００千米。而在两交点之间，月球轨道偏离黄道面最远的两点与黄道平面的距离约为地月距离的１／１２，就是说约有３２ ０００千米。所以月亮只有在到了两交点附近，同时又正好处于地球身后时，才能进入地球的阴影区。
食季
连接太阳、地球的这根线当然要随着地球绕太阳而改变方向的。因此它在一年之内两次经过黄白交点。这就是说，如果我们假定两交点画在天上，升交点在一点上，降交点在另一点上，那时太阳在沿黄道而东行的运动在我们看来就要在一年之内经过这两交点的。太阳经过一交点时，地球的阴影就经过另一交点。日食或月食一年只能发生约两次（隔６个月一次）。这种“食季”（ｅｃｌｉｐｓｅ ｓｅａｓｏｎｓ）约长１个月，这就是说，从太阳离交点近得足以发生月食开始算到离得太远而不能发生月食为止，约有１个月。
假如黄白交点在黄道上的位置是固定的，月食就只能在固定的两个月份之内发生了。可是，因为太阳加在地球和月亮上的引力，交点位置不断地逆着地月运动方向而变动。每一交点约在１８年又７个月内绕天球西向旋转一周。也在同样的周期中食季倒转一年。平均说来，每年较上一年提早约１９天。
月食的景象
如果我们在一次月食开始时就守候着月亮，就会看到它的东边沿渐渐黯淡起来，并最终完全消失。月亮一面向前进，月面被吞进阴影，而黑暗的部分一面加大。可是如果我们非常细心地注视，就会看到被阴影浸着的部分并未完全消失，却发出一种极黯弱的光。如果全部月亮都进了阴影中，这就是全食；如只有一部分入了阴影中，这就称为偏食。全食时，那始终照在月面上的微弱亮光就更清楚可见，因为这时它不可能被其他明亮的部分所干扰。这种黯红色的光是由地球大气折射光线而引起的（这种折射已在第三章讲到）。那些刚擦过地球边的或在离地球表面不远处经过的太阳光线，都被折射而投在阴影中，于是又投射在月亮面上。这光的红色也和落日的红色是同一原因——浓厚的大气吸收了波长较短的绿色和蓝色光线却让波长较长的红色光线透过。
月食每年要发生两三次，几乎总有一次是全食。当然，地球上只有那时正在月光下的那半球才可以看见。
我们完全可以想象出，月食时在月亮上的观测者看见的地球所造成的日食。我们所描写的这种现象在他看来是非常清楚的。在月球上，地球的目视大小当然比我们所见的月亮要大。其直径会比太阳还大出三四倍。起初，因为耀眼的太阳光，这么大的物体接近太阳时是看不见的。那观测者所见到的只是太阳光被看不见的球状物体切去。当地球差不多全部遮住太阳时，他就可以看出全轮廓来：因为周围有一圈由地球大气折光而生的红光。最后当真正的太阳光完全消失时，就只能看见一个明亮的红光环圈住一个黑暗的球状物——地球。
