书城科普世界科普故事精华·科学探索故事卷
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第4章 太空篇(3)

中子星表面只有两个亮斑,别处都是暗的。这是什么原因呢?原来,中子星本身存在着极大的磁场,强磁场把辐射封闭起来,使中子星辐射只能沿着磁轴方向,从两个磁极区出来,这两磁极区就是中子星的“窗口”。中子星的辐射从两个“窗口”出来后,在空中传播,形成两个圆锥形的辐射束。若地球刚好在这束辐射的方向上,我们就能接收到辐射,且每转一圈,这束辐射就扫过地球一次,也就形成我们接收到的有规则的脉冲信号。

灯塔模型是现在最为流行的脉冲星模型。另一种磁场震荡模型还没有被普遍接受。

两颗可能有生命的行星

在探测宇宙奥秘过程中,寻找外星生命(SETI)是重要的研究内容之一。多年来,美国、俄罗斯等先进国家在此项工作上投入很大的人力和物力。其中美国付出的经费最为庞大,采用强功率多频道的无线电对外太空进行扫描;同时还发出宇宙飞船,试图在太空中发现生命的存在。其他国家也发射不少探测器去外星,试图找到生命的蛛丝马迹。

这两颗行星是美国加利福尼亚大学天文学家杰弗里·马西和美国华盛顿卡内基研究所的天文学家保罗·巴特勒共同发现的,它们距离地球有不到50光年,它们围绕着不同的恒星运转。

第一颗行星围绕着狮子座一颗名叫“吉莱斯436”的红色矮星运转,它距离地球的距离约30光年。马西与巴特勒对这颗行星的观察早在2003年7月就已经开始,根据一年多来发现,他们认为这颗行星至少比地球大20倍,它围绕恒星公转的周期为2.64天,而不是地球围绕太阳公转的365天。

同地球一样,第二颗行星围绕着一颗黄色的恒星公转,这颗恒星是巨蟹座的“巨蟹55”。这颗行星的质量是地球的18倍,公转周期为2.81天,距离地球的距离是41光年。

这两颗行星上有水存在,温度适宜,有很大可能存在生命。

太阳的黑子之谜

1610年,伽利略发现了太阳黑子现象。从此,人类开始了对太阳黑子活动的探索。

1926年,德国的天文爱好者施瓦贝发现每经过约11年,太阳活动就很激烈,黑于数目增加,有时可以看到四五群黑子,这时称作“黑子极大”;接着衰弱,到极衰弱,到后来太阳几乎没有一个黑子。因此,每经过11年,就称作一个“太阳黑子周”。

国际天文学界为黑子变化周期进行了排序,从1755年开始的那个11年称作第一个黑子周,1998年进入第23个黑子周。

1861年,德国天文学家施珀雷尔发现,黑子出现是遵从一定规律的:每个周期开始,黑子与赤道有段距离,然后向低纬度区发展,每个周期终了时,新的黑子又出现在高纬区,新的周期也就开始了。

20世纪初,美国天文学家海耳研究黑子的磁性,发现磁性由强到弱直至消失的周期恰好是黑子周期的2倍,即22年。人们将这个周期称作磁周期或海耳周期。

但也有人对太阳黑子活动周期持续的时间提出异议。19世纪80年代,德国天文学家斯波勒发现1645~1715年里,人们很少看到太阳黑子活动,紧接着,英国天文学家蒙德尔指出,这70年太阳活动一直处于极低水平,太阳黑子平均数比通常11年周期中黑子极少的年份还要少,有时连续多年竟连一个黑子也没有。被称为“蒙德尔极小期”。

关于太阳黑子活动周期问题,争论一直在继续,新观点不断涌现。

月球的辉光之谜

人类在地球上观测月亮,总能发现月亮带着淡淡的黄色光晕。可是当人类到那里实地考察时才发现,月球其实是个死寂的世界。但月球的环形山却经常发出美丽的辉光,这令人大惑不解。

英国天文学家赫歇尔在1883年,苏联科学家阿齐列夫1955、1958、1961都在阿里斯塔克环形山发现了月球的辉光,都认为是火山喷发造成的。

1963年,美国洛韦尔天文台的两位天文学家也在阿里斯塔克环形山观测到两次月球的辉光。同一年,英国曼彻斯特大学的两位科学家对月球开普勒环形山进行观测时,也发现了辉光。

1969年7月21日,美国“阿波罗11号”飞船在环绕月球航行时,宇航员阿姆斯特朗发现阿里斯塔克环形山发出荧光,他当即向地面指挥中心汇报了这一情况。

对于月球发出的奇异辉光,除有人认为是火山喷发之外,人们还作出了种种解释。有人认为这种辉光同太阳有关,尤其同太阳的耀斑有着密切的联系。有人认为是月球土壤中的气体挥发,扬起灰尘,灰尘摩擦生电,而静电积累到一定程度就产生了辉光。还有人认为,由于某种原因月球岩石发生断裂,其中的某些气体因体积膨胀而发出了辉光。

上述的这些解释虽各有道理,但均未得到普遍认可,因此,月球为什么能发出辉光,至今仍是个谜。

木星磁场、极光与光环

木星磁场强度为地磁强度的10倍,磁极方向和地球相反,在木星指南针确实是“指向南方”,木星的磁层比地球的磁层要大100倍,可直接达到700万千米之处。地球磁层只在距地心7~8千米范围内。打个比方,如果我们在夜间能用眼睛看见木星和它的磁层的话,木星本身只相当于一颗亮星那么大,木星的磁层则要比月亮大16倍。另外,木星磁层随太阳风“吹拂”,十分迅速地频频收缩和膨胀着。

木星有极光。地球上极地地区出现极光,是因为磁场捕获了来自太阳的带电粒子,太阳风到达木星这么远的地方,带电粒子也衰减得很多了,但由于木星强大的磁场,仍然可能捕捉到太阳带电粒子,这在理论上完全成立,过去却一直没有观测到。1979年,当“旅行者1号”转到木星的背面时,观看到一场动人的极光“演示”,夜幕中,一条长约3万千米的巨形光带,正在长空摇曳生姿,翩翩舞动。这还是在地球以外的太阳系天体上头一回遭遇极光,既在意料之外,又在情理之中。这一切再次说明了物理规律的普遍性和准确性。

木星也有光环。这是1979年3月4日,由“旅行者2号”无意中发现的。4个月以后,“旅行者2号”再次飞抵木星,证实了这一发现。木星环像个薄薄的圆盘,很暗,也不大。其厚度只有30来千米,宽度约6500千米,由大大小小的黑色块状物构成,外围离木星中心12万千米。由于黑色石块不反射太阳光,光环又小又薄,难怪我们在地球上长期都发现不了它。于是,木星在土星、天王星以后,一跃而进入有光环行星的行列。

木星的最大卫星

木星的卫星是个大群体,共有16颗,其国四个最大卫星,分别为木卫一爱莪、木卫二欧罗巴、木卫三盖尼米得、木卫四卡利斯托。

木卫一距木星的平均距离为42万千米,以强烈的火山爆发而闻名。迄今记录到正在爆发的至少有9座,喷发时间很长,火山灰每年覆盖表面约1毫米厚。木卫一表面非常平坦,没有陨石坑,表面由火山灰装饰得五彩缤纷。

木卫二离木星平均距离67万千米。表面江河花纹很显眼,可能存在软冰或液态水。“旅行者1号”发现木卫二是一颗由厚厚冰层覆盖的岩石球体,近乎白色,色调柔和。赤道一带有斑状的黑区和亮区,被黑色线条穿过有长、短,纵横交错如同乱麻。可能是相连接的环形山、方山,最高不过50米,是最平坦的天体。

木卫三是太阳系最大卫星,距离木星107万千米。“旅行者1号”测得其朝向木星一面有严重环形山化了的多边形区域,横跨达几十千米。它们周围是明亮的网状系统,这些地形是相距很近的一些平行的山脊和山脊之间的沟组成的一个个区域,有的达20条之多。表面有断层和地壳变动痕迹。

木卫四,由于被陨星撞击了约40亿年之久,它的表面布满了环形山。在一个巨大而平坦的圆形盆地,周围镶嵌着一圈圈同心的山脉,就像一圈冻结了的海啸(潮汐波)。科学家们推测,由于一颗特大陨星的撞击,将木卫四表面的冰层融化了,使水从撞击处向四处扩展,但又快速重新冻结,因而形成了这些山脉。

相信科学技术的迅速发展,总有一天人类会更加深入地了解木星。

火星上的尘暴

火星上也有尘暴,影响面特别广,可遍及火星每个角落,而且持续时间长,可达几个月之久。通常,尘暴发起于火星南半球的“诺阿奇斯”地区。当火星达到近日点时,“诺阿奇斯”地区接受的热量最多,这就会引起一次大尘暴。因此,按火星绕日周期算,约2个地球年发生一次大尘暴。1971年9月~1972年1月的大尘暴持续了近4个月,当时美国的“水手9号”飞船恰好于1971年11月飞达火星,大尘暴使这艘飞船根本就无法拍照。这次大尘暴是迄今观测到的最大的一次火星尘暴。

火星尘暴是如何形成的呢?一般的解释是,太阳的辐射加热起了重要作用,特别是火星运行到近日点,太阳的辐射非常强,引起火星大气的不稳定,使昼夜温差加大,而加热后的火星大气上升便扬起灰尘。当尘粒升到空中,加热作用更大,尘粒温度更高,这又造成热气的急速上升。热气上升后,别处的大气就来填补,形成更强劲的地面风,从而形成更强的尘暴。这样一来,尘暴的规模和强度不断升级,甚至蔓延到整个火星,风速最高可达每秒180米。在地球上,12级台风的风速定为每秒35米,而18级的特大台风,其风速也不过每秒60米。由此可见火星尘暴的厉害。

然而,火星尘暴的分布很特别,尘暴的发源地多半在火星南半球,特大尘暴发源地更局限在某几个地区,特别是“诺阿奇斯”地区。

神秘的金卫

人们已经发现太阳系内有67颗卫星,但人们又一致认为,水星和金星没有卫星,不过金星曾经有过卫星。

那是在1686年8月,法国着名的天文学家,巴黎天文台第一任台长卡西尼宣布发现了金星卫星,并推算出这颗卫星的直径是金星的四分之一,即1500公里,类似于地球和月亮的比例。

1740年10月23日,英国人吉姆·肖特也在金星附近发现了一个,有1/3个金星大的天体;1759年5月20日,德国人安德里·迈耶尔在近金星处同样观察到一个天体;1761年3月的3日、4日、7日、11日,法国利摩日社团的成员杰奎斯·蒙泰格尼他也看到了这颗卫星。

同样地,1761年3月15日、28日和29日,法国奥赫里人蒙特巴隆通过他的望远镜也发现了这个金星的“幼仔”,而同年的6月、7月、8月间,美国科佩汉根人罗德科伊尔对这一天体也曾观察了8次。后来在1768年1月3日,科佩汉根的克里斯坦·霍利鲍又仔细研究了这颗金卫。但后来金卫这个爱神之子失踪了整整一个世纪!

可是在1886年,这个金卫又出现了——天文学家Houzeau曾7次看到了这个小不点,他把这颗金卫命名为尼斯(Neith)。

1892年8月13日,美国天文学家爱德华·埃默森·伯纳德在金星附近看到一个七星等的天体,但爱神之子金卫忽然间却又悄然走失了。

自此以后的很长一段时间里,天文学家试图再一次寻找这颗金卫但都无功而返。这颗为许多科学家所观测到的卫星仍是一个谜。

特殊的星座

仙王座位于天鹅座以北,仙后座以西,由5颗星组成,但其形状是一个五角形。它大部分沉浸在银河之中,我们一年四季都可以看到它。不过,由于这个星座的星星亮度不大,所以要找到它并不是很容易。仙王座中最美丽的天体是彩虹星云(NGC7023),位于1300光年远的仙王座恒星丰产区,星云物质围绕在一颗大质量、炽热,显然尚处于形成阶段的年轻星球,泄漏机密的红色辉光,在恒星明亮的中心区两侧告诉我们,那里有大量的氢原子被来自于恒星看不见但强烈的紫外光照耀激发。

仙后座是拱极星座之一,位于仙王座以南,仙女座之北,与大熊座遥遥相对,因为靠近北天极,全年都可看到,尤其是秋天的夜晚特别荣耀。

向北延长秋季四边形的飞马座γ星和仙女座α星,有一颗明亮的星,这就是仙后座β星(沿着这条线再向北就可以看到北极星了)。仙后座中最亮的β、α、γ、δ和ε五颗星构成了一个英文字母“M”或“W”的形状,这是仙后座最显着的标志。

仙后座的“W”与北斗七星隔北极星遥遥相对,所以当秋季仙后座升到天顶的时候,北斗正在天空最低处,这时在我国南方甚至都看不见它了。没有北斗,我们可以连接δ星和ε与γ星的中点,向北延伸,就能找到北极星了。

太空流浪者——彗星

20世纪末,全世界天文爱好者开始翘首以待,用期待又兴奋的心情迎接起两个回归的彗星明星——先有1996年的百武彗星,后有1997年的海尔波普彗星闪亮登场!

彗星为什么如此引人注目呢?首先是它的奇异的形状,毛茸茸的彗头中间嵌着闪光的彗核,拖着又长又透亮的彗尾;其次彗星突然出现,来也匆匆,去也匆匆,有的则从遥远的行星际尽头奔向太阳,随后又扬长而去,长久不归,如同浪迹太阳系的漂泊者。