书城童书宇宙谜团
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第27章 奇异的物质和光束

神秘事件的发生

1980年6月14日凌晨1时左右,在乌拉圭境内圣何塞省离蒙得维的亚90千米的一个地方,63岁的铁匠胡安·费罗切正躺在床上听收音机,他的妻子睡在他的身边。

突然,他觉得有一种奇怪的声音从外面传来,他不禁侧过头向窗外望去,只见两个样子很怪的年轻人,他们是一男一女,穿着贴身的上衣连裤服,神态高傲地盯着费罗切刚刚扭亮的门灯。那个少年看见费罗切便毫无犹豫地向他走来,费罗切以为是小偷,赶紧跳下床去用力把门顶住,可是无济于事,那少年用手只轻轻一推,门就开了。惊慌失措的费罗切急忙捉住少年的手,哪知刚一碰触,一种被人放在火焰上烧烤般的剧烈疼痛逼使他缩回了手。当他的妻子赶出来时,只见丈夫痛苦地把手垂着,其他什么也没看见。她仔细察看丈夫的手,发现上面布满红色的小斑点。

后来调查发现,他的手伤正处于结痂阶段。他们在费罗切的手心上数出了几个点状伤痕,它们毫无规律地散布在手心上。同时,调查人员发现,那天晚上,费罗切家里的电表显示消耗的电竟达千瓦,相当于他家一个多月的耗电量。

骇人听闻的怪事

1985年9月,在法国施特拉堡留学的索马里学生丹雷·戈霍回到首都摩加迪沙度假。9月3日黄昏,他与中学同学施默赫、拉费格尔、巴德巴卜一起开两辆摩托车到郊外林地兜风。

21时许,他们在林子里随着录音机播放的迪斯科乐曲跳舞。忽然,从东北方向传来一阵刺耳的声音,4个年轻人不约而同地循声望去,只见天空中有几片白云,转瞬间看见两道橙红色的光。一会儿,白色的光球飞近,竟是一个庞大的发光物,它的两束夺目的光不停地在移动扫射。

4个年轻人随即卧倒在地,屏息凝视,当光芒射到他们身上时,伴随着一阵剧烈的烧灼感,他们立即不省人事了。他们醒来时,已是深夜23时20分。那带电的庞然大物已不知去向。他们骑上摩托车,风驰电掣般返回摩加迪沙。第二天,他们向附近的民卫队报告了昨夜的经历,值班队长阿里赫中尉立即将谈话录音向上级作了报告。下午16时,阿里赫中尉带着几名队员跟随丹雷·戈霍等人到事故现场进行调查。4个年轻人一会儿蹲下,一会儿卧倒,重新重复了那天夜里的动作情景。到了傍晚时分,他们4人的脸部和胳膊开始发痒,并泛出红色,好像皮下出血,来到市立医院求诊,大夫说是由强光照射过久或大火炙烤的结果。

1985年9月8日上午,阿里赫中尉又把4个年轻人带到现场。同去的还有一位叫穆吉姆的民航局工程师。他用水准仪、照相机等器材,精确地测量了飞行物的位置及放射现象,结果表明:地面那个直径为3米多的圆圈范围内有焙烤症状,土壤中的沙粒都已经玻璃化,深度达0.1米,同时,仪器的指数显示,焙烤圈内有明显的放射线反应,有光束扫射过的地面和树干上也有轻微的放射线反应。从圈内取出6盒样土和杂草标本经过化验,证实土壤中的碳遭遇过严重破坏,杂草受过焙烤,水分严重缺损。穆吉姆工程师当即判断出,他们所说的那怪物是UFO。

我们所谈到的空中来客所产生的带电的强烈光束既能致人于死地,又能让困扰人类多年的恶疾化为乌有,加上不明物体散落的不明金属粉屑等,那么,这些光束、粉屑究竟由何而来?科学家们正在孜孜不倦地研究,以期早日揭开它神秘的面纱。

茫茫宇宙,无穷无尽,蕴藏着多少巨大奥秘啊!宇宙的形状到现在还是未知的,有人说宇宙其实是一个类似人的这样一种生物的一个小细胞,也有人说宇宙是一种拥有比人类更高智的电脑智慧生物所制造出来的一个程序或是一个小小的原件,或者宇宙是无形的。

那么,宇宙到底是怎样的形状呢?宇宙又是何时诞生的?它的范围有多大?它的具体年龄是多少?宇宙的尽头又在哪里呢?

宇宙的范围有多大

宇宙到底有多大

我们现在所谈到的宇宙大小,是指可见的宇宙,也就是以我们人类生活的地球为一个球体,它的半径是从大爆炸,即宇宙作为一个点诞生,并开始向外迅速膨胀以来光所通过的空间。从整体上看,宇宙很可能比这个可见的宇宙大得多。

“光年”是天文学采用的计量单位,也就是光在一年中经过的路程。光的速度大约为每秒30万千米,一光年大约是94600亿千米。银河系的直径约为10万光年,而且还有另外的星系在银河系之外,离我们有数10亿光年。我们目前所能观测到的宇宙边缘,最新发现了类星体,与地球相隔约100亿至200亿光年,这是到目前为止所知最遥远的天体。

宇宙尽头在何方

20世纪以前,人们认为太阳系几乎就是一切,不相信太阳系以外还存在其他星球。至1900年,人们又认为太阳系所属的银河系就是整个宇宙。至于银河系的大小,当时最大胆的估计是宽约20000光年,其中包含大约20亿至30亿颗像太阳一样的恒星。

1920年,天文学家哈洛·沙普利等人根据当时掌握的测量恒星距离的新方法,算出了银河的真实宽度是10万光年,其中包含的恒星总数达2000亿颗至3000亿颗。同20年前的看法相比,银河扩大了100倍,而且还断定这极度扩大了的银河,并不是全部宇宙。

与此同时,天文学家又发现宇宙是由许多个像银河系一样的星系集成的,每个星系大约由几十亿至几万亿颗星体组成。而且证明了宇宙是动态的,成群存在的星系彼此相互分离,它们之间的距离越来越大,好像宇宙也在不断扩大。

1929年,美国天文学家埃德温·哈勃等人设计出了确定星系距离的多种方法,证明即使是离我们比较近的星系,如仙女星座系,距离我们也有230万光年。

按照宇宙诞生之后就急速扩大的宇宙模型,可以计算出宇宙的年龄大约为130亿年。

宇宙范围的测量

这样遥远的距离简直无法想象,但天文学家的职责就是准确地计算、测量出宇宙的大小和范围。

假如天文学家可以找到一支“标准蜡烛”,也就是某个类星体,它有稳定亮度,特别显眼,远隔半个宇宙也能够看见,那么这个问题便不再是谜。到目前为止,大家公认整个宇宙可通用的标准蜡烛还没有找到。因此,天文学家运用这一基本方法时通常采取一种分步方式,这就是设立一系列标准蜡烛,每一步的作用就是测定下一步。

近些年,远红外线观测造父变星、行星状星云和美国麻省理工学院的约翰·托里的成片星系,三种不同的标准蜡烛使大多数人认为宇宙并不古老,仅有110亿年至120亿年。

但是,并不能肯定这就是正确答案,至少有另外3个天文学家小组得出了不同的结果。

其中的一个小组是以哈佛大学天文学系主任罗伯特·柯什纳为首,他们得出的结论是宇宙并不古老,可能有150亿年。但杰奎琳·休特及她的学生们,以及普林斯顿大学的埃德·特纳,都测定宇宙有240亿年。至于宇宙究竟有多大,它的尽头究竟在何处,也许将永远是个谜。

什么是“失落的世界”

天文学家提出,在遥远的宇宙边缘,存在着一些与地球环境相似的行星,它们被称为“失落的世界”。

科学家们相信,这些行星在太阳系形成初期被摒出太阳系,从而成为宇宙中的游魂野鬼。它们那里的气候暖和而且湿度充足,足以维持生命的存在。

美国加利福尼亚州技术学院行星科学家史蒂文森表示,尽管这些地球的“孪生兄弟”没有像太阳那样的恒星为它们提供热力,但它们的表面很可能有厚厚的氢气层,氢气层中蕴藏着由行星天然放射作用所发出的热量,并使这些微热得以长期保存。

史蒂文森说,这些“被逐者”从太阳系形成过程中所获取的热能,即使经过几百亿年也不会冷却。

“失落的世界”理论问世后,引起了极大的争议,因为史蒂文森的论点目前基本上不能得到证实。

那些遥远的孤星如果存在的话,也只能发出极少的放射热能或无线电波,以目前的技术而言,地球上的科学家根本无法观察到它们。

宇宙的年龄之谜

宇宙年龄的猜想

德国科学家研究发现,宇宙深处的一个类星体上铁物质含量要远多于太阳系中任何一个星体。由于天体中铁物质的形成需要极漫长的时间,在与太阳系天体铁物质含量对比的基础上,科学家提出宇宙年龄可能大于此前人们的猜测。

马普学会地外物理学研究所和欧洲航天局的科学家们借助空间射线望远镜对这一编号为“APM08279+5255”的类星体上所含成分进行分析发现,虽然该类星体中似乎并不存在氧元素量大约是太阳系中单个星体的3倍左右。

根据现有认识,类星体及其所含铁物质是大爆炸后15亿年左右才逐渐形成的,而天体物质是在宇宙中星体燃烧爆炸之后经过聚变后形成的。

也就是说,某个天体上的铁物质只能在数十亿年时间内才逐渐积聚起来。现有研究认为,宇宙的年龄至少为125亿年,太阳系形成的时间约在90亿年前。

因此,以太阳系天体中铁物质含量作对比,这一新发现或者表明宇宙中存在一类人们迄今并无认识的富含铁物质的星体,或者表明宇宙年龄要大于此前的猜测。

宇宙年龄的测量

宇宙是否会膨胀的一个指标。测定宇宙年龄的方法有很多。用同位素年代法测量过地球的年龄为40亿年至50亿年,月球年龄为46亿年,太阳年龄为50亿年至60亿年,此法测定宇宙年龄为120亿年。

比较常用的还有球状星团测量法,它是借助恒星演化理论来测算恒星年龄,利用这个方法计算的宇宙年龄为80亿年至180亿年。

如果从测定的最老恒星的年龄约200亿年来看,宇宙的年龄至少应在180亿年以上。哈勃常数测定法是基于宇宙膨胀的观测事实确立的。在一个不断膨胀的宇宙中,测膨胀速度可通过红移量的测量来获得。测出邻近星系与我们的距离,再由此标定红移与距离的关系,就可提供宇宙的尺度,进而计算宇宙的年龄,因此测定出邻近星系与我们之间的距离是最为关键的。

测量与邻近星系距离的方法有两种,每种方法测量出的结果也都有两种,即200亿年和100亿年。

还有人采用一种与哈勃常数无关的测定方法,测得的宇宙年龄为240亿年。德国的科学家测定出宇宙年龄为340亿年。总之,运用不同的测定方法测出来的宇宙年龄都不一样,而且相差非常远。

宇宙年龄的增加

2006年8月7日,美国出版的一份报告称,宇宙的年龄可能比原先设想的还要早20亿年。

科学家们已发现一个比原先预想还远15%的邻近星系,这意味着宇宙的年龄可能少估计了15%。但是另一些专家认为现在下结论还为时过早。

天文学家们通过观测一颗阶段性改变亮度的特殊行星,已经成功测定出许多遥远星系的相对距离。

但是为了知道这些星系距离人们究竟有多少光年,科学家们需要直接计算银河系和一些星系之间的距离,这样的测量很难进行。

华盛顿卡耐基研究所的阿切斯特·波南斯和他的同事在银河系的“邻居”三角座星系中观测到一颗正在逐渐暗淡的失色双星。

这个系统中的两颗星星在它们的轨道上互相穿越,他们根据亮度估计行星离地球的距离约为300万光年。

如果这个数据得到确定,新的距离暗示更远的星系都将比原先远15%。而且因为宇宙的大小和年龄都以星系距离为基础,所以宇宙的年龄从137亿年增加到了157亿年。

由于宇宙是怎样产生,又是怎样演化等问题至今也没有一个正确的解释,所以宇宙的寿命到底有多大,也无法给它一个合理的解释,有待科学的进一步研究。

宇宙的归宿

自大爆炸至今,宇宙大约已有110亿年的历史。今后如何发展,科学家们有两种看法:一种是继续膨胀下去;一种是膨胀到一定程度后,转而收缩。但不管如何发展,最终都会走向死亡。当然,科学家们还不知道宇宙将在什么时候死亡,这会是一个很长很长的时间,比如说不可想象的亿兆年吧!

宇宙如果转而收缩,宇宙中的物质密度会逐渐增大,星球之间的距离会缩短,整个宇宙的温度将逐渐升高。

当整个宇宙的温度升高到超过太阳等恒星的温度时,恒星也将化成气体而消失,黑洞则趁机饱餐一顿。然后,变“胖”变重的黑洞相互合并,形成一个大黑洞,最后蒸发。

宇宙的诞生与消亡

宇宙诞生的研究

宇宙是如何诞生的?现在的样子又是如何演变而成的呢?在很早以前人类就提出了这些疑问。这个使人类困惑千年而未能破解的重大问题,直至爱因斯坦完成了一般相对论学说之后,才首次提出符合科学逻辑的解答。

一般相对论提出宇宙有可能发生膨胀,后来研究的结果证实了这一点。科学家们发现远方的银河正在以非常快的速度和我们的银河拉远距离,这说明宇宙正在逐渐地膨胀着。另外,还发现宇宙空间到处充满着杂音电波,这证明宇宙曾经是一个超高温、高密度的大火球。

宇宙到底是什么

宇宙是广袤空间和其中存在的各种天体以及弥漫物质的总称。宇宙是物质世界,它处于不断地运动和发展中。《淮南子·原道训》写道:“四方上下曰宇,古往今来曰宙,以喻天地。”即宇宙是天地万物的总称。

宇宙中的物质分布出现不平衡时,局部物质结构会不断发生膨胀和收缩变化,但宇宙整体结构相对平衡的状态不会改变。仅凭从地球角度观测到的部分,可见星系与地球之间距离的远近变化,不能说明宇宙整体是在膨胀或收缩。就像地球上的海洋受引力作用不断此涨彼消的潮汐现象,并不说明海水总量是在增加或减少一样。

大爆炸宇宙论

“大爆发宇宙论”被公认为是最标准的宇宙进化理论。根据这个理论推算,宇宙诞生的时间在150亿年之前。宇宙刚刚诞生时它的直径仅有1/10米,但它的温度和密度却高得让人无法想象。由于物质的温度和密度骤然下降,使这个宇宙之卵以爆炸性的速度猛烈膨胀。在“大爆发”中诞生了各种元素和支配它们运动的力,也因此形成了星球和银河,顷刻间宇宙之卵便演变成了“成年”的宇宙。

“大爆发宇宙论”提出,宇宙可能是从既无空间也无时间的“虚无”之中以惊人的速度迅猛膨胀而瞬间诞生的。这种理论还提出,宇宙常常是周而复始地从诞生至消亡,再诞生、再消亡的轮回,我们现在的这个宇宙只是从过去到未来无数个宇宙中的一个而已。但到目前为止,对于宇宙的起源还没有一个统一的理论,这还需要人类进一步的考察和研究。

宇宙也会死亡吗

生老病死是人之常情。但宇宙也会有完结的一天吗?会以怎样的形式完结?会是瞬间爆炸吗?

根据科学家的最新观测结果,宇宙最终不会变成一团燃烧的烈火,而是会逐渐衰变成永恒的、冰冷的黑暗。然而地球人或许没有必要杞人忧天,因为地球人暂时还不会被宇宙“驱逐出境”。

科学家又指出:没有什么东西是可以永远存在的。宇宙也许不会突然消失,但是,随着时间的推移,它可能会让人觉得越来越不舒服,并且最终变得不再适于生命存在。

这种情况将会在什么时候出现呢?又会以怎样的方式出现呢?这的确是一个令人沮丧的问题。但是,对于我们这些生活在地球上的人来说,这些问题却是一种冷酷的问题。

天文学家的推测

自从20世纪20年代,天文学家哈勃发现宇宙正在膨胀以来,“大爆炸”理论一直没有摆脱被修改的命运。

根据“大爆炸”理论,科学家指出,宇宙的最终命运取决于两种相反力量长时间“拔河比赛”的结果:一种力量是宇宙的膨胀,在过去的100多亿年里,宇宙的扩张一直在使星系之间的距离拉大。另一种力量则是这些星系和宇宙中所有其他物质之间的万有引力,它会使宇宙扩张的速度逐渐放慢。如果万有引力足以使扩张最终停止,宇宙最终会变成一个大火球。显然,任何一种结局都在预示着生命的消亡。目前,天文学家的观测结果仍然存在着不确定的因素。

科学家指出,这一不确定因素涉及到膨胀理论。根据这一理论,宇宙始于一个像气泡一样的虚无空间,在这个空间里最初的膨胀速度要比光速快。在膨胀结束之后,推动宇宙膨胀的力量可能存在于宇宙中,潜伏在虚无空间里,在不断推动宇宙的持续扩张。为了证实推测,科学家又对遥远的星系中正在爆发的恒星进行了观察。通过观察,他们认为膨胀推动力有可能确实存在。

宇宙膨胀后的世界

宇宙如果继续膨胀下去,各星球将耗尽内部核燃料,逐渐变成白矮星、中子星和黑洞。最后黑洞遍布宇宙,它们吞食包括光线在内的所有物质,整个宇宙变成黑暗世界,最后黑洞也会蒸发,组成物质的基本粒子也会衰变,宇宙又成为一个混沌世界。

宇宙热死假说

1854年,德国科学家亥姆霍兹提出了宇宙热死说,他指出,宇宙只能使所有的能量转化为热,并最终处于均匀的状态,进而使宇宙陷入永恒的静止状态。这种假说也称作热死假说或热力学假说。

热死假说引起了恐慌,因为那死寂的没有生命的宇宙就等于世界的末日来临,为了消除假说,德国物理学家克劳修斯和奥地利物理学家玻尔兹曼曾为此展开争论,后者认为宇宙并非只向一个方向变化,也会向相反方向转化。恩格斯也不同意热死假说的观点,他认为这同能量守恒原理相矛盾。

由于热死假说同宇宙无限论相矛盾,主张大爆炸学说的宇宙学家则从宇宙膨胀的观点加以解决。美国天文学家哈勃发现宇宙在膨胀着。由于宇宙的热膨胀,粒子是热平衡的,辐射也是热平衡的,但二者之间不是热平衡的,达到热平衡尚需要一定的时间,由于引力作用,所以它们没有足够的时间达到热平衡。然而,科学家对于宇宙热膨胀提出了疑问,把某些特定物理性质的解释都归结到宇宙初始时的情况是不能令人满意的。人们都希望宇宙不会有热死那一天,但一直没有找到推翻热死假说的办法。

宇宙毁灭的类型

坍缩。宇宙不断膨胀,直至某一天暗能量不足以继续推动宇宙加速膨胀,宇宙膨胀的速度变慢并最终走向停止膨胀,然后在星系间引力吸引之下再逐渐互相吸引,最终所有物质都吸引在一起,又形成原点。

热寂。宇宙不断膨胀,直至某一天暗能量所推动的宇宙膨胀超过各星系间相对速度达到光速,各个星球间最终也达到光速,这样所有的光不再到达我们的眼中,我们所看到的星空就消失成完全的黑色,再扩张到最后,所有的原子也互相远离,物质变为均一的基本平均分散结构。目前这一学说被认可的可能性少。

时间停止学说。这种学说新兴起,但其理论很有趣。星系间红移是因为时间也是在不断做减速,所以导致我们观察到红移。因为暗能量没有被证实。这样,宇宙的加速膨胀实际上是时间的减速。有朝一日时间减速停止,或者变得非常慢,宇宙就终结了。

宇宙的主宰是谁

黑暗的暴君

你知道吗?很多大的星系中心都有一个黑暗的“暴君”。这一发现,是现代天文学研究的新成果。英国出版的《新科学家周刊》的载文,指出:虽然它的臣民们看不见这位“君主”,但它统占着伸展到数千光年以外的几十亿个“太阳系”,它在所有“太阳系”诞生之前就已存在,并且早就在帮助塑造它们的未来了。这些“暴君”就是黑洞,天文学家将它们称为“超大质量”天体。天文学家于20世纪初预言了黑洞的存在后,人们陆陆续续地得到了各种证据,证明了宇宙中确实存在着黑洞。然而,对于这种无法以可见光看到的天体,人类又了解到什么程度呢?

天文学家发现类星体

多年前,天文学家就发现了类星体。类星体的亮度是环绕在它周围的星系的数百倍,体积却比太阳系还小。到底是什么东西可以发出这么多的光和辐射呢?尽管人们对于黑洞吞噬光线的能力了解得更多一些,但是它们也可以成为灿烂光芒的发源地,被黑洞吞没的物质会在黑洞周围形成一个呈螺旋形运动的圆盘,而圆盘在剧烈的翻腾过程中所产生的摩擦会将默默的气体加热到白热状态。天文学家认为,这就是类星体发光的原因。

因此,当天文观测的结果开始证明更多的普通星系中央存在着黑洞时,天文学家自然会认为它们是能量已经耗尽的类星体。

黑洞扮演什么角色在星系的生命进程中,这些超大质量的黑洞扮演着什么样的角色呢?在2000年1月的美国天文学会上,里奇斯通提出一个引起天文学家激烈争论的观点:黑洞可能首先是星系的缔造者。里奇斯通这一观点将传统的天体物理学整个颠倒了过来。宾夕法尼亚州立大学的戈登·加迈尔则指出:巨大的黑洞可能在时间刚刚诞生时就已经形成,而且它们一直都是在其周围形成的新星系萌生的“种子”。星系为什么会需要这样的“种子”呢?创世大爆炸残留下来的余晖表明,在早期的宇宙中,不同区域之间的密度差异非常小,不超过大约1/10万。为了创造出今天的由星系和空间组成的宇宙,这些微小的密度差异被放大了许多倍。

天文学家的研究

由天文学家组成的研究小组在《自然》杂志上发表了钱德拉望远镜的观测结果。理查德·穆绍茨提出:新发现的“暗光天体”可能是非常遥远的类星体,它们发出的普通光线被星系间的气体吸收,只有X射线穿过星际间气体到达了地球。根据路透社华盛顿电,关于黑洞的强大力量之说又有了新的证据。电文发布当天,天文学家公布了一张照片,从中可以看到电子流的喷发。这股电子流像探照灯一样闪闪发光,其动力来源于吸力强大的黑洞。

这个电子流是由以光速从M87星系中心喷射出来的电子以及亚原子粒子组成。M87星系距离地球5000万光年,这股电子流自身的长度大约为5000光年。天文学家们说,M87星系的中心隐藏着特大的黑洞,它已经吞噬了相当于太阳质量20亿倍的物质。

为什么会出现彗星蛋

不同寻常的蛋

1682年哈雷彗星定期回归的时候,在德国的马尔堡,有只母鸡生下一个异乎寻常的蛋,也就是说蛋壳上布满星辰花纹。

1758年,英国霍伊克附近乡村的一只母鸡生下一个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·卡拉齐斯的人家里,有只母鸡生下一个蛋,壳上有彗星图。他把蛋献给了国家,得到了一笔不小的奖励。

1834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,一名叫阿伊德·布莉亚尔的妇女养的母鸡也生下一个蛋壳上绘有彗星图案的怪蛋,图案有如雕刻,任你擦拭都不能改变。

科学家的调查

为了得到1986年的彗星蛋,早在1950年,苏联科学家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。

现在,调查结果已经揭晓:1986年,意大利博尔戈的一户居民家里的母鸡生下一个彗星蛋,母鸡的主人意大利人伊塔洛·托洛埃因此暴富。

科学家的研究

为什么天空出现哈雷彗星时,地球上就出现蛋壳上绘有哈雷彗星的鸡蛋呢?一个在太空中遨游,一个在大地上诞生,二者之间有联系吗?

科学家一般认为,“二者之间”一定存在着某种因果关系,这种现象或许和免疫系统的效应原则,甚至与生物的进化是有关的。但这终究只是猜测,仍需要进行科学验证。有人认为,主要是哈雷彗星的磁力使鸡蛋上出现星辰花纹,也有人觉得是哈雷彗星所散发的粒子射在了母鸡身上,而产生了哈雷彗星蛋。

哈雷彗星蛋到底是怎么形成的?至今,还是一个未解之谜。

宇宙真的和谐吗

宇宙秩序的和谐

宇宙的运动规律与和谐似乎已成为一种万古不变的信条。从古希腊时期起,著名的毕达哥拉斯学派就提出了“美是和谐与比例”,进而指出,人类生活的宇宙正是由于这种和谐才演化至今天并且秩序井然的。也正是由于这种和谐,天体才应该是球形的,其运动也应该是圆周运动。

16世纪,哥白尼经过自己的观测,否定了传统的“地心说”,提出了“日心说”。他认为,以太阳为中心的这种宇宙模型既符合天体运动的规律,又体现了一种“美妙的和谐”。

后来,德国天文学家开普勒也非常推崇毕达哥拉斯的美学原则,把天体运动同音乐的音阶联系起来。

牛顿从力学上对天体运动作了更深入的探讨,他提出了万有引力定律,不仅对运动的变化提出了更科学的解释,而且还指导天文学家发现了海王星。牛顿的万有引力定律体现出宇宙的秩序是如此的和谐。

现代天文学的研究

这种“先定的和谐”也影响着现代天文学的研究。著名的反映宇宙膨胀的“宇宙大爆炸”假说非常具体地体现了“和谐”的原则,它以哈勃关于星系红移的观测事实为基础,预言了宇宙背景微波辐射的存在。这些都是宇宙和谐图景在大尺度宇宙空间上的再现。

现代物理学家爱因斯坦指出,宇宙这种先定的和谐可给人以美感和快感,是人类一切文学与艺术创作、毅力和耐心产生的源泉。

开普勒第三定律告诉我们,宇宙是和谐的;生命的历程见证了和谐常数的存在。和谐的宇宙孕育了和谐的生命,处于和谐生命金字塔顶端的人类也应该是和谐的!

长期以来,宇宙的和谐性已被人们普遍接受,但近年来却遭到了挑战。以美国麻省理工学院的科学家萨斯、天文学家威兹德姆为代表的一些人认为,整个太阳系根本无法预测,也许400万年后,牛顿学说就被证实是错误的。他们认为,在宇宙中存在一种现象,根据某种简单的法则预测,由于许多偶然的因素起作用,会导致非常复杂和无规则的现象,这就是混沌现象。那么,宇宙的主宰究竟是和谐还是混沌呢?这真是一个无法解释的谜。

太阳在捣什么鬼

天空中的奇光

1989年春天,美国亚利桑那州基特峰国家天文台天文学家阿弗拉在一天夜间发现,夜空之中突然出现了一片红光。最初他还以为是森林着火映红了天空,瞬间,满天红色又变成绿色的北极光,如一块巨大的幕布悬挂在天上。

阿弗拉所见的情景原来是太阳捣的鬼。太阳与地球大约1.5亿千米的距离,它的直径约为140万千米,大小约为地球的33.3万倍。这个巨大的星球的组成成分中,大部分是氢气,约占72%,氦占27%,其他物质占1%。

太阳核心的温度高达1500万度,每秒钟有6亿吨的氢在那里被聚变成氦,然后被送到太阳表面。太阳表面又叫光流层,那里的温度较低,只有5500度。

太阳悬浮在空中的天然核反应堆,能释放惊人的能量,这些能量是通过核聚变而产生。这些能量形成太阳上的风暴,高速粒子将能量的一部分带到太空中。当风暴吹向地球的时候,地球磁场因为受到它们的干扰而变成椭圆形状。

太阳能的作用太阳表面的能量还以可见光、紫外线和X射线的形式向地球辐射,它们的力量足以穿透地球的大气层,其功率竟高达100万千瓦。也就是说,地球上每平方米都受到1.35千瓦来自太阳的能量辐射,科学家把这个数字称为太阳常数。有了太阳能,植物才能进行光合作用,才能生长;同时也因为这种太阳能储存在已经变成矿物燃料的古物中,从而为我们提供煤和石油。阳光给地球送来了热量,促使大气循环,海水蒸发,形成云和雨。

在大气层中,太阳能撞击两个氧原子组成的氧分子,将变成由3个氧原子组成的臭氧分子。臭氧层挡住了太阳的紫外线,另外一小部分透过臭氧层的紫外线,能使人晒得黝黑,而且如果照射的时间太长,就会导致皮肤癌。阳光是地球最稳固的热源,45亿年以来,它使地球温度控制在一定的范围之内。这对维持生命的存在是相当重要的,来自太阳的能量无论变多变少,都会深刻地影响到行星。

太阳之谜

人类对太阳的研究已有几千年的历史,直至今天太阳还有许多秘密仍没有破解。人类将借助于未来的宇宙探测器去解开一些太阳之谜。

透过天文望远镜,人们看到太阳的表面变化万千、广阔而又恐怖的景象:有的地方像是成荫的绿树林,有的地方像正在起火的大草原。在半径为70万千米的太阳上,到处充满了氢,那里氢的密度是地球上水的1/1000。“黏附”在太阳表面上不断抖动着的“微细纤维”,实际上是正在喷射到30万千米高处的数以10亿吨计的物质,那些竖立着的“骨针”是比喜马拉雅山还高的高山。太阳的活动,如热核反应等,与地球的气候直接相关。

科学家还预测,等太阳上的氢消耗得差不多时,它将膨胀成一个巨大无比的红色“气球”。膨胀出的部分可以覆盖水星甚至金星,就算地球不至于被火葬,强烈的热辐射也足以使海洋沸腾蒸干,地球上的生命都会灭亡。不过,这场宇宙大劫难在50亿年内不可能发生,这就给科学家充足的时间去探索离我们最近恒星的奥秘,寻找拯救地球生命的“诺亚方舟”。

日月为什么同行

日月同升奇观

离杭州82千米的海盐县南北湖风景区鹰窠顶上见到的“日月并升”现象,是个千古之谜。

这种现象,不但在当地群众中世世代代流传,在明代古书上也有描述和记载。但是由于种种原因,这一天下奇景,几乎湮没了千年。

直至1980年杭州大学的冯铁凝先生从古书中发现后,并于当年的农历十月初一有幸见到了太阳和月亮并升的奇景。

日月并升景象

日月并升是一种什么现象呢?从这几年的出现过程看,有这样几种情况。

太阳先升起,月亮随即跃入日心。太阳升起不久,在太阳旁边出现一个暗灰色月亮,围绕着太阳跳来跳去。一会儿跃在太阳右边,一会儿跃在左边,一会儿落在上面,一会儿又落在下面。当月亮经过太阳时,太阳表面大部被月亮遮盖,颜色变暗,未被遮没的部分就闪现出金黄色的月牙形状。

太阳和月亮重叠,合为一体,同时从江海上升起。太阳直径比月亮稍大一点,太阳外圈显示出血红或青蓝色光环,或月影先在日轮中,后又跳出日轮,在太阳四周跃动。

月亮先出,几乎在同一直线上太阳随之出来,太阳托住月影一起跃动;月影先在日轮中,后又跳出日轮,在太阳四周跃动,阴影呈月牙形,月影在日轮中一起升起,并在日轮中跃动,直至月影消失。

解谜奇观

上述几种现象,有的与日食过程非常相似,但又显然不是。因为日食不会每年正好发生在农历十月初一,也不会仅发生在鹰窠顶一带。有人认为这大概是太阳光线的折射造成的假象。这种现象在气象学中称为“地面闪烁”。如果说是地面闪烁造成的假象,为什么一年一度只有在农历十月初一才会出现呢?鹰窠顶上到底有哪些得天独厚的条件,使人们能目睹这一奇景呢?日月同升是否就是中国史籍上所记载的日月合璧呢?这一切还没有科学的事实根据,只是一个未解之谜。

月球的形成之谜

月球形状不规则

月球不是规则球形,而是两极直径略小于月球赤道直径的天体。仔细观察月球形状,我们会发现它好像被人用拇指和食指捏住两极“挤”过一样。

早在18世纪末,法国数学家皮埃尔·西蒙·拉普拉斯就注意到,形状不规则的月球自转时会发生“颤抖”。

月球赤道直径约3476千米,是地球的3/11。体积只有地球的1/49,质量约7350亿亿吨,相当于地球质量的1/81,月面的重力差不多相当于地球重力的1/6。

月球形状不规则的程度较轻微。但参照月球27天7小时43分钟11.5秒的自转周期,赤道直径与两极直径的长度差异仍比理想值大了一些。

20世纪60年代至70年代,太空探测器发现,处于月球与地球地心连线上的月球半径被拉长,也就是说,如果沿赤道把月球分成两半,截面不是正圆,而是像橄榄球一样的椭圆,“球尖”指向地球。

但迄今无人能就月球当前形状的成因给出完全令人信服的解释。

科学的探索

时代发展到当今社会,科学知识的普及已经使当代人对月球有了正确的认识。

天文望远镜的诞生,使人类第一次有幸目睹了月球的表相,看到了月球表面上的山峰和土地,于是,便开始了对月球的科学研究。人造卫星上天、宇宙飞船的研制成功,打开了从地球通向月球的路,开始了人类天文研究的新纪元。

1969年7月16日,美国佛罗里达半岛上的肯尼迪宇航中心站人潮汹涌,欢声雷动,来自世界各地的科学家和观光人群正万分激动地等待着划时代时刻的到来,即人类首次登月航行开始点火。

7月20日下午16时17分,人类终于完成了这一划时代的伟大创举,千百年来人们登月的梦想变成了生动的现实。

宇航员阿姆斯特朗小心翼翼地爬出舱门,一步一歇地走下来,因重力小,他用了3分钟的时间才走完9个梯级。他向月球表面迈出了历史性的第一步,非常激动地向全世界宣告:

对一个人来说,这是一小步。对人类来说,这是一大步。

之后,人类又先后多次登上月球,并在月球上设置了科学站,进行各种考察试验。随着人们对月球认识的不断深入,月球展示出了更多的谜团。

分裂说

这种假说坚持月球是地球的亲生女儿观点,即认为月球是从地球中分裂出来的。坚持这一假说的科学家认为,在地球形成的早期,地球呈熔融态,由于潮汐共振作用,地球自转不稳定,即使只考虑地球和月球的角动量,当时地球自转的周期也仅有4小时,加上太阳的潮汐作用,地球的自转周期可缩短到2小时。因此这类科学家相信,在历史的早期,地球的自转速率比现在要高得多。

假设当初的地球是熔融状态,那么地球物质在地赤道面上将会出现一个膨胀区,使在赤道面上的一部分熔体分离,或者说在地球高速自转情况下,这部分熔融物质从赤道区被甩了出去。而月球正是这部分被甩出去的物质在地球附近的行星际空间凝聚,冷凝后形成的。一些持这种假说的人还认为,地球上的太平洋就是分裂出月球后留下的“疤痕”。由于这种假说提出月球是从地球分离出去的,因此这种假说被形象地比喻为“母女说”。不过,由于这种月球形成假说不符合地月系的基本特征,因此这一假说已经被大多数科学家所摈弃。

同源说

这一假说坚信月球与地球是平等的姐妹或兄弟的关系,即在太阳星云凝聚过程中,月球与地球同时形成。

坚信这一假说的科学家认为,在原始的太阳星云内,星球与太阳的距离取决于其自身的温度和化学成分。太阳系的各个行星是在星云中不同的区域、由不同化学成分的星云物质凝聚、吸积而形成的。月球与地球在太阳星云中相距较近,形成过程相似,属于同时形成的“兄弟”。但同源说及其模式与太阳星云的凝聚过程和地月系的运动特征不完全相符,因此这一假说也是不尽如人意的。

俘获说

俘获说认为月球是被地球抢过来的“女儿”。主张俘获说的科学家们认为,地球和月球处在太阳星云的不同部位,由化学成分不同的星云物质凝聚而形成。月球原来的运行轨道与地球的轨道面交角很小,当月球运行到地球附近时,约在距离为10个地球半径的范围内,月球可能被地球俘获而成为地球的卫星。不过,这一假说只能解释部分观测事实,不能完全令人满意。于是,仍有许多科学家不断地另辟蹊径,以提出新的假说。

撞击说

撞击成因说是最新提出的一种假说,一经提出立刻引起了科学界人士的极大关注。因为这一假说能解释更多的观测事实,是目前最合理的月球起源假说。

撞击成因说的另一种叫法是“大碰撞分裂说”。这一假说认为,地球早期曾受到一个如火星大小的天体的撞击,撞击的碎片,即两个天体的硅酸盐幔的一部分,最终形成了月球。

撞击成因说可以合理地解释地月系统的基本特征,如地球自转轴的倾斜与自转加速、月球轨道与地球赤道面的不一致、月球是太阳唯一的与主行星质量比为1/81的卫星、月球富含难熔元素而匮乏挥发性元素和亲铁元素、月球的密度比地球低以及月球形成初期曾产生过广泛熔融、存在过岩浆洋等事实。因此这一假说是目前最为合理、最为成熟的月球起源学说。

月球有生命存在吗

从大量的观察和登月活动来看,从目前来看,月球表面并不存在生命的迹象。那么月球的表层下到底是一个怎样的世界呢?是否真的存在一个“生命世界”呢?

瓦西里和晓巴科曾是前苏联著名的天体物理学家,他们曾大胆提出这样一个假说。他们一致认为,月球可能是外星人的宇航站,月球是空心的,在它的表层下存在一个极为先进的文明世界。这种胆大且离奇的假说一经提出,立即震惊了科学界,并引起了巨大的震动。

在这一假说提出后,科学家很快联想到在1969年7月“阿波罗”在探月过程中曾发生过的一件事。当时有两名宇航员回到指令舱后,登月舱突然失控坠毁在月球表面,设置在离坠落点72千米处的地震记录仪,记录到了长达15分钟的震荡声,这种声音犹如一只大钟和大锣鼓所发出的声响。在“阿波罗12号”探月时,碰撞月球所发出的回声持续了4小时。如果说月球是实心的话,那么这种声音最多也只能持续一分钟左右。另外月震的震级很弱,但震动持续时间却很长。这一切的事实似乎证实了“月球是空心的”这一假说。

然而,又有科学家提出了质疑,他们认为,月震持续时间之所以比地震长,是因为月球上没有水和表面松散的沉积层。而地球上正是因为有水和松散沉积层对地震有一定的吸收作用,才使地震波很快衰减。还有科学家认为,月球并非是空心的,其内部是由月核,月幔,以及月壳组成的,和地球的内部结构完全相同。

金星上有海洋吗

对金星的探索

一直以来,人们都认为金星是地球的孪生姐妹。它的大小、质量和密度都与地球相近,有着很厚的大气。现在看来,金星的表面是一片炽热的、没有任何生命的荒原。

1982年3月前苏联行星探测器“金星13号”和“金星14号”的着陆器成功地降落到金星上,对金星表面土壤进行直接化学分析,才迈出了探测金星新的一步。

关于金星,曾有过许多猜想。有人认为金星的表面是一片汪洋,有人认为是石油海,天体植物学者则说金星表面适合于生物生存等,真是众说不一。因为它的真面目用厚厚的云层遮盖着。用光学方法无法穿透这块“蒙头纱”。

金星的真实风貌

由于探测器发回了全景图像,人们才了解到,藏在浓云后面的原来是一个没有生命的世界。那里温度高达450度,借助于雷达,通过几年的努力,科学家才绘制出了金星的地形图。

从地形图上看出,金星表面2/3是丘陵地,高度达2500米以上,上面有特别多的火山口;另外的部分是高原,深谷纵横交错,这里温度低于50度。平坦低地约占表面的30%,看起来非常像月海。

金星表面风速特别小,每秒都在一米以内,但这并不意味着它根本不存在。计算和模拟试验表明,如果在金星和地球上扬起一样多的灰尘,那么,在金星上所需的风力仅为地球的1/10。

金星的天总是橙黄的,从未出现过蓝色。因为,它的大气密度太高,使得紫色、蓝色和淡蓝色光线都散射掉了。甚至连山岩、石头也是橙黄色的。

金星上的岩石是什么

这些橙黄色的岩石是由什么组成的?与地球上的岩石有什么区别?这一类问题,从照片上当然不可能得到解答。在“金星8号”,“金星9号”和“金星10号”的着陆点,通过辐射探测,成功地测出了岩石中所含的放射性元素,也就是钾、铀和钛。发现金星上也许存在放射强度与地球上的玄武岩和花岗岩相似的岩石。

金星有含硫的矿石。所以它没有冬夏,没有雨雪,非常有可能是硫的循环造成的。金星厚达25千米的云层可能就是硫酸雨滴组成的。

含硫的气体是行星二氧化碳大气的重要成分,而表面岩层中又含有大量的硫。这究竟是物质循环的环节,还是偶然的巧合?目前还无法下结论。

关于金星大气干燥的争论

金星大气是否特别干燥,也存在各种争论。“金星13号”和“金星14号”测出靠近金星表面的大气层含水蒸气大约不超过0.002%,这就绝对推翻了金星上可能有海的推论。

金星表面没有一滴水珠,甚至连水分子也几乎没有,炽热的大气接触表面岩石,使岩石的化学成分发生改变,通过“金星13号”和“金星14号”的考察,明白了金星上最多的是玄武岩,而且地区不同,成分也不同。

通过对金星土壤分析得出:玄武岩的火山活动是行星外壳长期演化不可缺少的一环。金星玄武岩的成分硅、铝、铁等与地球的相似,说明了太阳系所有行星的演化特征。

总而言之,对金星的探测已取得相当多的成果。人们对这颗行星的认识正逐步加深。总有一天,人们会将它的神秘面纱一层层揭开。

火星上是否有生命

关于生命存在的争论

火星的外表虽然伤痕累累,现在却已经有许多科学家认为:火星地表之下,有可能生存着最低级的、类似细菌或病毒的微生物有机体。另一些科学家虽然感觉到火星上现在根本不存在生命,但并不排斥这样一种可能性:在某个极为遥远的古老时期,火星可能曾经出现过“生物繁盛”的时代。

这些争论的范围不断扩展。其中的一个关键因素就是:从作为陨石到达了地球的火星碎片或岩石当中,是否找到了一些可能存在过的微生物化石,是否找到了生命过程的化学证据。这个证据,必须连同对生命过程进行的那些肯定性试验结果一同被定了下来,即“海盗号”登陆车就曾经进行过此类试验。

生命的烙印

火星上干涸的河床构造是否显示曾有过生命存在?但是,吉尔伯特·莱文却不认同。他为此进行了“放射性同位素跟踪释放”实验,而这个实验则显示出了准确无误的积极读数。他当时想公布这个结果。

1996年8月,美国宇航局宣布,他们在编号ALH8400的火星陨石中,发现了微生物化石的明显遗迹。这时,莱文公布了实验结果。美国宇航局公布的证据,支持了莱文本人的观点,即这颗红色星球上一直存在着生命,尽管那里的环境极为严酷:“生命比我们所想象的要顽强。在原子反应堆内部的原子燃料棒里发现了微生物;在完全没有光线的深海里,也发现了微生物。”

英国欧佩恩大学行星科学教授柯林·皮灵格也同意这个观点。他说:“我完全相信,火星上的环境曾一度有利于生命的产生。”他还指出:“有的试验证明,在150度高温里也有生命形式存在。你还能找到多少比生命更顽强的东西呢?”

生命存在的依据

科学家们认为,没有液态水,任何地方都不可能萌发生命。假如这是正确的,那么,火星过去和现在存在着生命的证据,就必然非常明显地意味着:火星上曾经充满过大量的液态水。

但是,这并不必然意味着任何生命都不能在火星上存活。恰恰相反,最近一些科学发现和实验已经表明:生命能够在任何环境下繁衍,至少在地球上是如此。

在地球上,休眠的微生物被琥珀包裹了数千万年而保存下来。1995年,美国加利福尼亚州的科学家曾经成功地使这些微生物复活,并把它们放在了密封的实验室里。另外一些有繁殖能力的微生物有机体,已经从水晶盐当中被分离了出来,它们的年龄超过了两亿年。

科学家的继续探索

随着美国宇航局对火星的继续探索,科学家们相信,火星和地球之间存在交叉感染的情况是极为可能的。的确,早在人类开始太空飞行时代以前很久,可能已经发生过这种交叉感染的情况了。来自火星表面的陨石落到地球上,同样,有人认为因小行星的撞击而从地球飞溅出去的岩石有时也必定会到达火星。

可以想象,地球上的生命本身就有可能是由火星陨石携带过来的,反之也是如此,生命体也可能被从地球上带到火星。火星上到底有没有生命?也许,直至人类的脚印踏上火星之前,它永远不会有一个明确的答案。

彗星是从哪里来的

彗星的周期性

彗星也是宇宙天体中一种流浪的天体,它不是经常能被我们所见到的天体。彗星的出现有一定的周期性。

彗星分两种:周期彗星和非周期彗星,不同周期彗星的周期不定,有的几年回归一次,有的几十年回归一次,有的上百年和上千年回归一次。还有的非周期彗星永不回归。

周期彗星运行轨迹大部分是椭圆形和抛物线状;但非周期彗星轨迹是开放形双曲线,这种运行轨道是受天体间万有引力作用造成的。在行星的摄动下,一切的周期彗星都变为非周期彗星,反之,有的非周期彗星也可变为周期彗星。

彗星的命运

假如彗星的寿命那样短暂是事实,而且四分五裂是它们的命运,形成大量的宇宙尘埃而结局就是消亡,那么为何直至今日还有那么多的彗星遨游于天际呢?为何在太阳系形成至今的亿万年间的漫长岁月里,彗星仍没有消失完呢?

上述问题的解释只可能有两种:一种,彗星形成与它消亡的速度是等同的;另一种,宇宙中的彗星无可计数,所以在46亿年后的今天仍未消失完。但是第一种成立的可能性并不大,因为天文学家们直至现在也没有发现彗星仍在形成的证据。

彗星的由来

彗星给我们带来了许多疑团,但它究竟从何而来呢?有一种假说是荷兰天文学家奥乐特提出来的。他推测在离开太阳系很远很远的边缘区,有一个彗星冷藏库,也就是彗星云。其中聚集着大量的彗核,估计彗星是从这里来的。

据估计,彗星云大约位于离太阳10万亿千米处。在那里,大约有10000亿颗彗星。在众多的彗星中,由于受某种力的影响,有少数彗星就能从太阳系边缘跑到太阳系里面,成为我们看得到的彗星。

有一种假说则认为,彗星本不是太阳系的成员,它们来自恒星际空间,在那里,由许多尘埃和气体混合的星云,由于引力不稳定,它们被分解为许多小气体尘埃团,凝结而成小晶粒,这些小晶粒聚合成彗核。

太阳在银河系里运行时,把这些小晶粒吸引到自己的周围,变成了彗星。

也有的科学家说,彗星来自太阳系内,是天王星和海王星未能吸住的小星子,在大行星的引力下,小星子跑到了太阳系的边缘,形成了一种彗星云。

关于彗星的身世,众说纷纭,至今还是个疑谜。总而言之,有关彗星之谜还有待于科学家进一步去探索。

一般认为,宇宙产生于150亿年前一次大爆炸中。大爆炸后30亿年,最初的物质涟漪出现。大爆炸后20亿至30亿年,类星体逐渐形成。大爆炸后100亿年,太阳诞生。38亿年前地球上的生命开始逐渐演化。也就是说,从地球生命诞生到如今,已经过去了几十亿年的时间,而人类对于宇宙的了解还非常肤浅,所以,若想探知宇宙的奥秘,我们还需要不断探索,不断地努力,并最终揭开它的神秘面纱。