书城童书宇宙奥秘我来破
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第10章 神秘莫测的银河系(4)

陨石雨之谜

在晴朗的夏天晚上,我们经常可以看见美丽的流星划过天空。有时候,一大片流星会连续不断地划空坠落,就形成了流星雨。流星或流星雨都是些天体小块从地球外部闯进了地球大气,因与大气摩擦燃烧而发光。没烧完的流星就落到地面上了,这便是陨石。如果有许多块落到地上,就称为陨石雨。

据《竹书纪年》记载:“帝禹后氏八年雨金于夏邑。”这是公元前2133年降落在今河南省的一场铁陨石雨,是人类历史上最早的一次陨石雨记录。以后记录不断,总数有二三百条之多,对于流星雨描述得非常生动而形象,常用“星陨如雨”“众星交流如织”“流星如织”等加以形容。有些记录很全面,很完整,包括时间、流向、个数、在天空中的位置,有时还记录了颜色和响声。这些记录对于研究我国古代陨石雨的情况都很可贵,它们描写得非常形象、准确。例如沈括曾在他的名著《梦溪笔谈》中记载了陨石陨落的全部过程,从摩擦生热发光、光球的大小、爆炸声、陨石飞行的方向、余热、陨石的形状、大小、陨石坑,直到陨石的性质和收藏经过等都讲到了。中国古人在记录流星雨和陨石的同时,还对它们的来源进行了探索,提出了基本上正确的看法。早在春秋时代我国人民就认为,陨石是天上的星陨落而来的。明末著名科学家宋应星也说“星坠为石”。

流星雨和陨石的记录在探索宇宙秘密方面很重要。陨石是从地球外面飞来的实物标本。对流星雨和陨石的研究,对认识天体的起源和演化、彗星的轨道、天体的化学成分等等都有重要价值。我国古代人民对此做出了杰出的贡献。

流星雨是被称为流星群的、沿同一轨道绕太阳运行的大群流星体,在地球公转轨道上与地球相遇时出现的天相。流星雨出现之际,流星出现的频率为几千颗到几万颗每小时。这种天象虽然有周期性,但是规模巨大的流星雨却少见。规模巨大的流星雨极为壮观。流星雨犹如自然界为人们施放的焰火。由于流星雨出现的天区的不确定性以及流星出现的瞬时性,所以一般天文台不安排流星的常规巡天观察。

大量的观测表明,每年从天球上的某一点及所谓流星群的辐射点发出的流星雨可出现许多次。当围绕太阳运行的流星群经过地球附近之际,由于受地球引力的振动,大量的流星体改变其轨道向地球靠近并且进入地球高层大气就会出现流星雨现象。流星的光主要集中在其本体的周围。亮的流星尤其是火流星,在其本体之后,沿着流星经过的路径,可以看到比其头部暗弱的光,称为流星的余迹。火流星余迹的持续时间为几秒钟,有的可达几分钟。

天体怪星之谜

20世纪30年代,天文学家在观测星空时发现了一种奇怪的天体,它既是“冷”的,只有两三千摄氏度,同时又是十分热的,可以达到几十万摄氏度。也就是说,冷热共生在一个天体上。1941年,天文学界把它定名为“共生星”。它是一种同时兼有冷星光谱特征(低温吸收线)和高温发射星云光谱(高温发射线)的复合光谱的特殊天体。几十年来已经发现了约100个这种怪星。许多天文学家为解开怪星之谜耗费了毕生精力。

最初,一些天文学家提出了“单星”说,认为这种共生星中心是一个属于红巨星之类的冷星,周围有一层高温星云包层。红巨星是一种处于比较晚期的恒星,它的密度很小,体积比太阳大得多,表面温度只有两三千摄氏度。可是星云包层的高温从何而来呢?人们无法解释。

太阳表面温度约有6000摄氏度,而它周围的包层——日冕的温度却达到百万摄氏度以上,能不能用它来解释共生星现象呢?

有人提出,日冕的物质非常稀薄,完全不同于共生星的星云包层。因此,太阳不算共生星,也不能用来解释共生星之谜。

也有人提出了“双星”说,认为共生星是由一个冷的红巨星和一个热的矮星组成的双星。但是,当时光学观测所能达到的分辨率不算太高,其他观测手段尚未发展起来,人们通过光学观测和红移测量测不出双星绕共同质心旋转的现象。而这些正是确定是否为双星的最基本物质特征之一。

近些年,天文学家用可见光波段对冷星光谱进行的高精度视向速度测量证明,不少共生星的冷星有环绕它和热星的公共质心运行的轨道运动,这有利于说明共生星是双星。人们还通过具有高的空间分辨率的射电波段进行探测,查明了许多共生星的星云包层结构图,并认为有些共生星上存在“双极流”现象。现在,大多数天文学家都认为,共生星可能是由一个低温的红巨星或红超巨星和一个具有极高温度的看不见的极小的热星,以及环绕在它们周围的公共热星云包层组成。它是一种处于恒星演化晚期阶段的天体。

有的天文学家对共生星现象提出了这样一种理论模型:共生星中的低温巨星或超巨星体积不断膨胀,其物质不断外溢,并被邻近的高温矮星吸积,形成一个巨大的圆盘,即所谓的“吸积盘”。吸积过程中产生强烈的冲击波和高温。由于它们距离我们太远,我们区分不出它们是两个恒星,而看起来像热星云包在一冷星的外围。

有的共生星属于类新星。类新星是一种经常爆发的恒星。所谓爆发是指恒星由于某种突然发生的十分激烈的物理过程而导致能量大量释放和星的亮度骤增许多倍的现象。仙女座Z型星是这类星中比较典型的,这是由一个冷的巨星和一个热的矮星外包激发态星云组成的双星系统,经常爆发,爆发时亮度可增大数十倍。它具有低温吸收线和高温发射线并存的典型的共生星光谱特征。

天文学家指出,对共生星亮度变化的监视有重要意义。通过不间断的监视可以了解其变化的周期性,有没有爆发,从而有助于揭开共生星之谜,这对恒星物理和恒星演化的研究都有重要的意义。但要彻底揭开这个谜看来还需要付出许多艰苦的努力。

银河系最古老的恒星

“大爆炸”后宇宙经历了什么事情?

一颗刚刚在银河系发现的原始恒星可以为苦苦追问的天文学家提供线索,它的年龄约为132亿年,几乎与宇宙同龄,成为已知的最长寿的恒星。一个国际研究小组利用世界上分辨率最高的欧洲南方天文台的VLT望远镜捕获了这颗遥远的恒星,并将其编号为HE1523-0901。从它的年龄上看,应该是诞生于银河系的初始阶段,那时银河系最终的螺旋形状还未形成,而年龄仅为46亿年的太阳系更是远未出现。

就像其他的原始恒星一样,HE1523中仅包含少数几种比氢和氦质量重的化学元素,其中就有两种放射性金属元素——钍和铀,其半衰期分别为140亿年和47亿年。科学家通过分析望远镜收集到的光谱数据确定了钍和铀的精确含量,并进一步推算出了HE1523的年龄。这种技术与考古使用的放射性碳年代测定法类似,只不过天文学家需要测定的时间跨度更大。

在HE1523上的钍和铀可能来自于另一颗演化到超新星爆发阶段、走向衰亡的更古老的恒星。天文学家普遍认可的宇宙的年龄为100亿年~150亿年,这颗恒星的发现有助于了解宇宙形成早期的历史信息。

虽然科学家能借助设在南半球的一个望远镜看到HE1523,但还不能确定它的距离究竟有多远。根据光谱分析,作为一颗恒星,它已经步入老年,成为一颗中心向内收缩、外壳却朝外膨胀的红巨星。

尽管HE1523目前暂时攫取了“最古老恒星”的称号,不过科学家认为还有很多资格更老的恒星没有被发现。科学家认为,经过对它化学成分的测定,这颗恒星具备了某些原始的金属特性,但有些恒星比它的特性更原始。

根据宇宙理论,大爆炸发生后几亿年中,宇宙中基本上是均匀分布的氢和氦,以铁为代表的重元素都是在恒星内部的核聚变反应中形成的,第一代恒星里的重元素很少。第一代恒星死亡后,新生的恒星会从其遗骸中继承一些重元素,因而重元素含量更多。

科学家认为,宇宙“第一世代星”形成于“大爆炸”后3000万~1.5亿年间,它们都是异常耀眼的庞然大物,质量至少是太阳的200倍。不过,它们燃烧非常迅速,只存在了几亿年就逐渐形成了黑洞或者爆炸成为超新星。

近来,科学家又发现位于长蛇座方向的一颗恒星可能是迄今为止发现的最古老的恒星。该恒星距离地球1500~4000光年,接近太阳系,亮度等级为13.5级,表面温度比太阳高,为61807摄氏度。从表面温度等可以推测出它的质量约为太阳的70%。

研究人员通过频谱分析,测出了该恒星中各元素的含量。结果发现,其中铁的含量只有太阳的二十五万分之一,比迄今为止重元素含量最少的恒星还要低40%。宇宙在大爆炸后开始膨胀,最初诞生的所谓“第一世代星”只含有氢、氦等轻元素,而没有以铁为代表的重元素。因此含重元素非常少的恒星,一般认为是在宇宙初期形成的。

据研究人员测算,该星已有130多亿岁,估计是“第一世代星”中残存下来的质量较小的一颗,或许也可能是第一世代星爆发后生成的第二世代星。

随着科技的发展,人类会发现更多宇宙的奥秘。