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第8章 宇宙天体(7)

公元前44年,古罗马帝国统帅恺撒去世。恰巧在第二年,天空中出现了彗星。于是古罗马人认为,这颗彗星是运载恺撒上天的灵车。

“扫帚星”——彗星

在繁星闪耀的夜空中,有时候,会出现一种形状奇特的星,它拖着长长的尾巴,看起来像是倒挂在天上的一把扫帚。这就是我国人民所说的“扫帚星”。天文学家把它叫做“彗星”。

在汉语中,彗星的意思就是扫帚,把彗星叫作扫帚星,真的名实相符。在希腊语中,彗星的意思是“毛发”,因为古希腊人觉得它毛绒绒的活像一绺头发。

看看彗星的真实面目

严格地说,彗星简直算不上一颗星,它只是一大团气体,中间夹杂着冰粒和宇宙尘。天文学家证明,彗星的主要化学成分是碳、氢、氧、氮。

彗星明亮的“头”,叫“彗头”;又有长长的“尾”,叫“彗尾”。彗头又包括两部分:彗核和彗发。彗核很小,直径只有几百米到几十千米,可是彗星的绝大多数物质都集中在彗头里。它的平均密度是每立方米1克,和水差不多。

彗尾通常总是背离太阳的。彗尾的体积大极了,大的有上亿千米长,宽度从几千千米到一二万千米。彗尾的物质非常稀薄,密度只有地面上空气的十亿亿分之一!

哈雷和哈雷彗星

哈雷是英国的著名天文学家。在哈雷以前,人们一直认为,天空中每次出现彗星都是一位新的“过客”。1705年,哈雷发现1531年和1607年先后出现的彗星,和他本人在1682年亲眼看到的大彗星在天空中运行的轨道十分相似。它们出现的时间大约相隔七十五六年。哈雷猜想:它们可能是同一颗彗星。于是,哈雷大胆地预言:等到1758年,这颗大彗星还会再次光临。

到了1758年,这颗巨大的彗星果然来了。当时哈雷已经去世,人们为了纪念他的功绩,把这颗大彗星叫作“哈雷彗星”。

哈雷是大科学家牛顿的好朋友。他利用牛顿的万有引力定律准确地计算和预言彗星的行踪,这对出现不久的万有引力定律是有力的支持。他是第一个全力计算彗星轨道的人。

“崩溃”的彗星

比拉彗星是一颗著名的彗星。它绕太阳旋转的周期是6.6年。1982年11月27日夜晚,本来应该是比拉彗星再次出现的时候。天空中突然出现了一场灿烂的“流星雨”,好像节日里的焰火。在几小时里,天空中的流星多达16万颗,比拉彗星崩溃了。

彗星和其他天体一样,有诞生,也有死亡。“死亡”的形式很多,有的像比拉彗星那样崩溃,有的和其他天体相撞而毁灭,也有的是每次接近太阳的时候,都受热蒸发,损失一些气体,最后彻底瓦解。

太阳系中的“旅行家”

彗星轨道有三种:椭圆、抛物线、双曲线。沿着椭圆轨道运转的彗星叫“周期彗星”,它们绕太阳一周的时间,短的只有几年,长的甚至有几十万年。沿着抛物线和双曲线轨道运动的星星,绕着太阳一去就不重返了。

哈雷彗星蛋之谜

1682年,哈雷彗星对地球进行周期性的“访问”时,在德国的马尔堡,有只母鸡生下一个异乎寻常的蛋,蛋壳上布满星辰花纹。76年后,即1758年,英国霍伊克附近乡村的一只母鸡生下一枚蛋壳上清晰地描有彗星图案的蛋。1834年,哈雷彗星再次在苍穹出现,希腊科扎尼一个名叫齐西斯·卡拉斯的人家里,有只母鸡生下一个“彗星之蛋”,这个鸡蛋表面的彗星图格外规则,主人惊奇不已。后来,他将这枚蛋呈献给国家,还得到一笔可观的奖金。1910年5月17日,当哈雷彗星重新装饰天空时,法国人诧异地从报端获悉,一位名叫阿伊德·布莉亚尔的女同胞的母鸡生下一枚“蛋壳上绘有彗星图案的怪蛋”,图案“如雕似印,可任君擦拭”。

为了得到1986年的彗星蛋,早存1950年,前苏联科学界便在国内联系了数以万计的农户,法国、美国、意大利、瑞典、波兰、匈牙利、西班牙等20多个国家也建立了类似的调查网络。1986年,意大利博尔戈的一户居民家里的母鸡,生下一枚彗星蛋。存科学技术突飞猛进的今天,这枚蛋已经成了价值连城的稀世珍宝。

为什么当天空出现哈雷彗星时,地球上就出现蛋壳上描有哈雷彗星的鸡蛋呢?前苏联生物学家亚历山大·涅夫斯基认为:“二者之间肯定具有某种因果关系,这种现象也许和免疫系统的效应原则,甚至和生物的进化是相关的。”这两者之间究竟有何联系,目前还是个未解之谜。

太阳在变小吗

最近,美国著名天文学家艾迪根据格林威治天文台150年的资料研究断言,太阳的直径正在以每一百年收缩百分之零点一的速度越变越小,平均每小时缩小1.5米。若按这样的速度收缩下去,太阳将会在20万年以后消失在银河系。当然,这种变化是暂时的短期的震荡现象。

艾迪的论断立即引起科学界的关注,因为太阳与地球的关系太密切了。如果太阳在不断变小,那对地球一定会发生巨大的影响。不久,华盛顿海军天文台研究了1846年以来的资料,证实艾迪的观点是可信的。但是,人类观测太阳的变化时还必须考虑地球大气折射造成的误会,因此,这项研究还需要更长的时间才能作出进一步的结论。

星球颜色五彩缤纷吗

在人们的心目中,星球颜色是五彩缤纷的,可是实际上,星球并不迷人:“皎浩”的月亮是一片灰暗,“橘红”的火星其实是暗淡的棕黄色,红橙相间的木星则是浅绿色的云雾……

物体真实的颜色由物体反射的光波的波长决定,而波长由构成物体的分子种类和排列方式所决定。为什么我们眼睛看到的颜色与物理学家用仪器测出的实际颜色大相径庭呢?这得归咎于我们眼睛的错觉。如我们看到的巧克力和橘子的颜色是不同的,但光谱测量,显示这两种物体所反射的光波具有相同的波长,所不同是它们的分子结构。因此,在同样的照明条件下,巧克力的反射光比橘子的深,若用更强的光照巧克力,那我们就会看到橘子与巧克力的颜色一样了。星球颜色给人类错觉的原因与巧克力、橘子之例非常相似。相对宇宙空间黑暗的背景,火星显得明亮一些,月亮的银白色也是夜空给人的假象。

当然,并不是任何星球的实际颜色都和我们肉眼看到的不一样,如地球,从太空看地球,同样显出漂亮的蔚蓝色。

地球之水从何而来

现在,越来越多的科学家都认为,地球上的水,包括海洋、湖泊和冰帽都来自黑雪球彗星,这种彗星至今仍然数以百万计地从太空掉下来。

衣阿华大学物理学家弗兰克在美国地球物理联合会上提出他的新发现。弗兰克从用于研究地球周围气辉的照片中,发现了一些看上去是由大气层上层被击穿的但还没有得到解释的洞孔。他断定能够造成这些洞孔的惟一物体是100吨重的彗星,这些彗星由冰构成,并覆盖着一层黑色碳氢化合物。他算出这些雪球每1万年能给整个地球表面提供25.4米水,这在45亿年前地球形成时就开始了。这些雪球能为地球提供足够的水来装满海洋,并构成覆盖南极大陆的冰帽。

宇宙的起始与终结

天文学家相信,150亿年间,突然发生一场大爆炸,宇宙从此诞生。爆炸后涌出的气体演化为各大星系、恒星、行星等,包括太阳和地球。他们凭什么推算出这些事发生的时间?

上个世纪20年代,美国天文学家赫布尔发现,各星系向外离散,越远的星系离散速度越快,仿佛是一场宇宙大爆炸射出的碎片。赫布尔将星系的距离除以离散速度,计算出爆炸发生时间。利用最新最准确的观测结果,算得的答案是爆炸在150亿年前发生。

以宇宙的标准而言,有些星团较年轻,只有7000万年(太阳已有50亿年历史。)有些星团的“年纪”较大,尤其是球状星团。一个球状星团约有100万颗星。天文学家发现球状星团内星球的年龄都已很老——约在120亿到一百40亿年之间,可能是大爆炸后第一批形成的星体。由此估计,大爆炸大约发生于150亿年前。

大爆炸学说还有一个极具说服力的证据,只是还不能显示其发生的时间。这个证据是射电天文望远镜接收到宇宙到处有一种微弱的噪音。最言之成理的解释是,大爆炸产生炽热气体,炽热气体放射出电磁波,这些电磁波至今仍在波动,造成噪音。

大多数天文学家对宇宙诞生的经过虽看法一致,但对宇宙如何结束的问题却未有定论。可能性有两个,一是大爆炸的动量足以使星系永远向外分散,各星系内的星球最后形成黑洞、黑矮星或中子星,由此终结寿命。最后,在未来1万亿年后,宇宙死亡。

另一种可能是,各星系间的引力减弱大爆炸的动量,把各星系拉拢,宇宙开始收缩。目前这个假说还不太流行。有些天文学家计算过,假如这个假说是对的,1,000亿年后各星系将收缩成一点,此后的情况就更难推测了。收缩成一点的物质或许再度大爆炸,产生另一个宇宙。

宇宙的尽头

欧洲的天文学家正打算建造一座巨型天文望远镜,倍数比目前最强的大10倍。他们希望用这座望远镜探索更远的空间;不过,没有人期望可以看到宇宙的尽头。

现代的宇宙研究基于爱因斯坦的广义相对论,说物质有一个引力场,会干扰时空,使空间弯曲,使时间加快或减慢。物质的引力也会使光线弯曲。

科学家验证广义相对论,发现可用以解释儿大行星绕太阳运行,以及星球绕其他星球运行的情况。

宇宙学家不但认为相对论可应用于整个宇宙,而且同意相对论的最后一项预测:宇宙没有尽头。相对论实际上提出宇宙有两种可能性,其一是宇宙像是圆形,如行星表面一样,虽然没有边际尽头,却是有限的。太空旅客朝一个方向出发,一直前行,最终会返回原地。这是个“封闭”的宇宙。

另一种可能性是宇宙无穷无尽,太空向四面八方无限地伸展。在这个“开放”的宇宙中,不管走多远,永远不会到尽头。

哪一个可能性大,要看宇宙内有多少物质。若有足够物质,物质的引力能使空间弯曲合拢,宇宙就是“封闭”的。由于引力强大,最后宇宙停止膨胀,反而收缩起来,各星系聚向一点。

最近期的宇宙物质估计显示,宇宙的物质并不足以形成“封闭”的宇宙。因此宇宙很可能是无限大的,无边无涯。换言之,宇宙将一盲膨胀下去。

宇宙之谜

宇宙中除我们居住的地球外,还有没有生命存在?为解开“宇宙人”之谜,世界上69位科学家联合发出呼吁,要求对外星智慧生物进行世界性的探索。他们认为,宇宙中存在地球外的生命有三大理由:宇宙间到处广泛存在着与生命有关的有机物质;在某些星球上也存在着像原始地球那样适合产生生命的环境;一旦出现生命之后,也一定会由低级到高级不断进化,最后会产生像地球上人类一样的动物。

黑洞天体为何物?近年,美国与加拿大确证银河系的大麦哲伦云星系中有一个“黑洞”,质量为太阳的8至12倍。但它到底是不是黑洞,还有待找出直接的证据。

引力辐射探测引力,对于我们生活在地球上的人类来说,并不陌生。1916年爱因斯坦从理论上证明,引力是一种波动过程,称为引力波。1978年科学家间接证实了引力波的存在,但直接检测出引力波仍然是实验物理学留下的一个很大课题。研究引力波,将有助于人类更好地了解和认识宇宙。

太阳系是否存在第十颗行星。18世纪的法国天文学者波德,曾预言在冥王星外侧可能存在第十颗行星。1977年帕诺玛天文台的考瓦耳宣称发现一颗低速移动、光度为十八等级的新天体,而且确定在天王星内侧。但到底是否是波德说的那一颗呢?还要继续观察。

神奇的“太阳风”

什么是“太阳风”?“太阳风”就是从太阳日冕层——太阳大气的最外层中发生强大的高速运动的带电粒子流。

日冕是太阳最外一层大气,温度比太阳光球部分(太阳最里的一层大气)约高300倍左右。在这样高的温度下,日冕中的质子和电子就会由于日冕膨胀而向外运动。这些带电的粒子,运动速度每秒达350千米以上,最高每秒达1000千米。尽管太阳的引力比地球的引力大28倍,但这样高速的粒子流,仍有一部分要冲脱太阳的引力,像阵阵狂风不断地吹向行星星际空间,所以人们称它为“太阳风”。

“太阳风”吹到地球,一般只需五六天时间。强劲的太阳风“吹”向地球的时候,将对地球产生一系列的影响。

1.太阳风可以引起地球磁场的变化。强大的太阳风能够破坏原来条形磁铁式所组成的磁场,将它压扁而不对称,形成一个固定的区域——磁层。磁层像一只头朝太阳的“蝉”,“尾”部拖得很长。

2.太阳风的带电粒子流,可以激发地球上南北极及其附近上空的空气分子或原子(称为“微粒”)。这些微粒受激后能发出多种形态的“极光”。

3.带电粒子流还会使地球上电离层受到干扰,也会引起磁爆,给地面的短波通讯、电视、航空、航海事业带来影响。

“卫星凌日”与电视节目中断

通信卫星的地面接收站,经常会遇到无线电通信受到干扰甚至工作中断的情况,但不一会儿就马上恢复正常工作。原来这是“卫星凌日”所造成的。

太阳系中的内行星水星和金星,有时会从太阳表面上经过,这种天象叫做水星或金星“凌日”。“凌”在这里面是“侵犯”的意思。它实际上是太阳、内行星、地球三个天体成一直线时的现象。日蚀实际上就是月球“凌日”,只不过月球较大离地球又近,我们看上去十分明显。同样原理,人造卫星也会“凌日”,只不过它个儿小,只在地球上某些很小的地带才能察觉。

太阳不但发着光,而且在不断发射着紫外线、红外线和强烈的无线电波。通信卫星的地面接收天线指向通信卫星,当卫星凌日时,太阳、卫星、接收天线成一直线,接收天线不但指向通信卫星,同时也指向了太阳,把太阳上发射的强无线电波也接收了,冲击了由通信卫星发来的信号,于是出现电视节目的中断。

神秘的宇宙线

宇宙线是一种神秘的宇宙结构。其特点是质量大,分布成环状,吸引力很强,肉眼无法看到。更稀奇的是它的厚度不及一粒原子,非常薄,只能借助很大的射电望远镜才能寻找到它的踪迹。这个秘密是澳大利亚的科学家首次发现的,他们认为宇宙线是在宇宙爆炸后第一秒钟内形成的。有人认为,宇宙线是150亿年前宇宙爆炸时所产生的一束能量,它将所有的星系拉拢。宇宙线会影响银河系,这是前苏联天体物理学家1981年的结论。宇宙线形成一个极大的地心吸力环。它进行剧烈的扭动,其速度接近光速。质量异常之大,每厘米可达10亿吨。科学家已在地球的南半球天空发现了其中的一环。由于宇宙线的发现和研究,开拓了一个科学的新领域,叫“线理论”。

奇异的声寂区