书城童书难以想象的天文奇观
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第11章 璀璨的星球(2)

称“三连会合”。这种会合59年才发生一次,而且离地球最近,会合时看起来很亮,且相当明显。开普勒自1603年观测到木星与土星的会合后开始思索、计算,结果发现,木星与土星的三连会合曾发生于公元前7年的5月、10月、12月,出现在双鱼座。这与最早和后来定下的耶稣的诞生日5月和12月吻合,而且与耶稣实际诞生日吻合。因为这与马太福音上所载的东方博士是看至U新星升起后于公元前7年去巴勒斯坦看望耶稣的时间也吻合。

近年来,剑桥大学的天文学家哈弗瑞兹综合了上述各家的说法后,提出:

马太福音上的东方博士于公元前7年看到木星与土星的三连会合,认为巴勒斯坦可能发生了大事而留意,翌年竟发现木星、土星、火星聚集在一点。加上公元前5年的春天,摩羯座出现陌生的星星,东方博士下决心启程前往巴勒斯坦一看究竟。马太福音中的耶稣诞生的故事带有明显的占星术的色彩。但是公元前7年至公元前5年,天空中出现过一颗明亮的新星应当是真的。

如果伯利恒星是前面提到的几种天文现象的话,那么在耶稣诞生之前,这些天文现象就存在了。但在东方博士说起之前,并没有人知道伯利恒星。看来长期争论的伯利恒星之谜还将继续争论下去。

不光是伯利恒星的问题,其实宇宙中有太多的争论还要继续下去。不过,这未尝不是一种动力。

脉冲星的秘密

脉冲星就是高速旋转的中子星。地球自转一周是24小时,而脉冲星自转一周只需0.001337秒。可见它转得有多快,唯有如此,它才能发出被人类接收到的射电脉冲,从而被人类发现。如果人类没有发明射电望远镜,这类星不是就“藏在深闺人未识”了吗?

人们最早认为恒星是永远不变的。而大多数恒星的变化过程是如此的漫长,人们也根本觉察不到。然而,并不是所有的恒星都那么平静。后来人们发现,有些恒星也很“调皮”,变化多端。于是,就给那些喜欢变化的恒星起了个专门的名字,叫“变星”。

脉冲星,就是变星的一种。脉冲星是在1967年首次被发现的。当时,还是一名女研究生贝尔发现狐狸星座有一颗星发出一种周期性的电波。经过仔细分析,科学家认为这是一种未知的天体。因为这种星体不断地发出电磁脉冲信号,人们就把它命名为脉冲星。

脉冲星发射的射电脉冲的周期性非常有规律。一开始,人们对此很困惑,甚至曾想到这可能是外星人在向我们发电报联系。据说,第一颗脉冲星就曾被叫做“小绿人一号”。

经过几位天文学家一年的努力,终于证实脉冲星就是正在快速自转的中子星。而且,正是由于它的快速自转而发出射电脉冲。

正如地球有磁场一样,恒星也有磁场;也正如地球在自转一样,恒星也都在自转着;还跟地球一样,恒星的磁场方向不一定跟自转轴在同一直线上。这样,每当恒星自转一周,它的磁场就会在空间划一个圆,而且可能扫过地球。

那么岂不是所有恒星都能发射脉冲了?其实不然,要发出像脉冲星那样的射电信号,需要很强的磁场。而只有体积越小、质量越大的恒星,它的磁场才越强。而中子星正是这样高密度的恒星。

另一方面,当恒星体积越大、质量越大,它的自转周期就越长。我们很熟悉的地球自转一周要24小时。而脉冲星的自转周期竟然小到0.001337秒!要达到这个速度,连白矮星都不行。这同样说明,只有高速旋转的中子星,才可能扮演脉中星的角色。

这个结论引起了巨大的轰动。虽然早在20世纪30年代,中子星就作为假说而被提了出来,但是一直没有得到证实,人们也不曾观测到中子星的存在。而且因为理论预言的中子星密度大得超出了人们的想象,在当时,人们还普遍对这个假说抱怀疑的态度。

直到脉冲星被发现后,经过计算,它的脉冲强度和频率只有像中子星那样体积小、密度大、质量大的星体才能达到。这时,中子星才真正由假说成为事实,这真是20世纪天文学上的一件大事。因此,脉冲星的发现,被称为20世纪60年代的四大天文学重要发现之一。

至今,脉冲星已被我们找到了不少于1620颗,并且已得知它们就是高速自转着的中子星。

脉冲星有个奇异的特性——短而稳的脉冲周期。所谓脉冲就是像人的脉搏一样,一下一下出现短促的无线电信号,如贝尔发现的第一颗脉冲星,每两个脉冲间隔时间是1.337秒,其他脉冲还有短到0.0014秒(编号为PSR-J1748-2446)的,最长的也不过11.65735秒(编号为PSR-J1841-0456)。那么,这样有规则的脉中究竟是怎样产生的呢?

天文学家经探测、研究得出结论,脉冲的形成是由于脉冲星的高速自转。那为什么自转能形成脉冲呢?原理就像我们乘坐轮船在海里航行看到过的灯塔一样。设想一座灯塔总是亮着且在不停地有规则运动,灯塔每转一圈,由它窗口射出的灯光就射到我们的船上一次。不断旋转,在我们看来,灯塔的光就连续一明一灭。脉冲星也是一样,当它每自转一周,我们就接收到一次它辐射的电磁波,于是就形成一断一续的脉冲。脉冲这种现象,也就叫“灯塔效应”。脉冲的周期其实就是脉冲星的自转周期。

然而灯塔的光只能从窗口射出来,是不是说脉冲星也只能从某个“窗口”射出来呢?正是这样,脉冲星就是中子星,而中子星与其他星体(如太阳)发光不一样,太阳表面到处发亮,中子星则只有两个相对着的小区域才能辐射出光来,其他地方的辐射是跑不出来的。即是说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,这两个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律的脉冲信号。

灯塔模型是现在最为流行的脉冲星模型。另一种磁场振荡模型还没有被普遍接受。

脉冲星是高速自转的中子星,但并不是所有的中子星都是脉冲星。因为当中子星的辐射束不扫过地球时,我们就接收不到脉冲信号,此时中子星就不表现为脉中星了。

“脏雪球”的来历

彗星,俗称扫帚星,出现时总是以它那拖着长长尾巴的特有外形吸引着人们的注意。在古代,它往往被视作不祥之物而给人以恐惧感。尽管人们对彗星已有几个世纪的科学观测历史,但认识还是很不足的。从体积上讲,彗星堪称太阳系中的庞然大物。彗星的彗发大过太阳,彗尾则更可长达3亿千米。然而这一切都是彗星运动到离太阳较近时在太阳光作用下从彗核发展而来的。因此,彗星又是太阳系中最为活跃的成员。

彗核太小了,在地球上即使用大望远镜也观测不到。人们只是间接地猜测有彗核存在,并估计它的性质和大小。

那么彗核究竟是什么呢?一个世纪之前,纽顿认为彗星是一大团固体粒子,它们在相似的轨道上独立地绕太阳公转。这团粒子的中心密集区即成为弥漫的彗核,但核并不是一个整体。这就是最早的着核沙砾模型。这类模型认为固体微粒是在太阳系外形成的,因而有星际物质成分。但各种沙砾模型的具体内容又有所不同。1953年,英国科学家里特顿在他的《着星及其起源》一书中主张着星是松散的粒子群,粒子间无引力束缚。而利奇特则在1963年他的《着星本质》一书中认为着星虽是较松散的粒子群,但粒子间有引力束缚。沙砾模型可以很自然地解释着星的分裂以及形成流星群等观测事实。

另一种观点认为着星具有致密着核。这种看法在19世纪就有了,但直到1950年美国科学家惠伯才使这种观点有了重大的发展。他认为沙砾模型不能解释有关着星的许多观测事实,如轨道长期变化,着星爆发以及大着星的气体尘埃比。惠伯的致密核模型认为着核是由冰冻的母分子和尘埃微粒混杂组成的整块团状物质,并把其称为“脏雪球”。这种模型可以解释着星的多种观测特征,在惠伯之后又得到很大发展,但长期以来始终没有直接的观测证据。

1985-1986年哈雷着星回归期间,有5艘飞船到达着星附近进行实地探测。根据探测结果,哈雷着星的着核并不是惠伯认为的那种简单的“脏雪球”。这首先表现在外形不是一个球,而是呈长条形。着核表面极不规则,看上去像是由许多碎片组成的冰砾堆。表面粗糙,颜色极黑,如天鹅绒。着核内物质的分布是不均匀的,最外部是由肖挥发性物质构成的多孔表面层。因此当着星接近太阳,外表温度高达30~130°C时,表面层之内仍可以有冰存在,温度低于-70°C。这一结构使着核大部分表面不呈现较为均匀的气体升华现象。只是当阳光热量通过表面层传到内部并使冰升华时,蒸汽才能穿过表面层逸出,成为喷流等着核活动现象。因而,外部看来只有小部分着核表面是活动的,喷流呈离散状分布,而不是从整个表面向外发出。核的不规则外形本身就表明了冰不是在一段较长时间内从包壳下部持续地通过升华释放出来,因而核的内部结构也不会均匀。

这种带有外壳的复杂脏雪球模型为许多人所接受。但这毕竟只是对哈雷着星单一样品的研究结果,而且严格说来许多内容还是间接推测出来的,以能说明用惠伯的简单均匀结构脏雪球模型所不能很好解释的一些观测现象。有些人,比如上面提到的里特顿,长期以来仍坚持他的沙砾模型。其他着星的着核又怎么样呢?如果有朝一日能直接从着核上或深人着核内部取一些样品来分析又会得出什么结果?这些只能留待以后的进一步研究来取得正确答案了。

木星的巨大红斑

木星,是离太阳较近的第五颗行星,而且是八大行星中最大的一颗,比所有其他的行星的总质量大两倍(是地球的318倍)。木星绕太阳公转的周期为4332.589天,约合11.86年。

木星除了有色彩缤纷的条和带之外,还有一块醒目的标记,从地球上看去,就像一个红点,仿佛木星上长着一只“眼睛”,大红斑形状有点像鸡蛋,颜色鲜艳夺目,红而略带棕色,有时又鲜红鲜红。人们把它取名为大红斑。

其实人们很早就注意到了木星那鲜亮的红斑。意大利天文学家卡西尼在1665年首先觉察到木星上有斑痕,并以此红斑为标志,测出了木星自转的周期是9时50~56分。这与现在公认的赤道部分自转周期9时50分30秒相当吻合,这在当时天文观测仪器相当简陋的情况下是很不简单的成就。

从那时起又过了三个世纪,人们一直看到这块红斑,虽然颜色有浓有淡、大小有增有减,但从未消失过,成为木星上醒目的永久性标志。这也是科学家观测、研究、讨论的课题。

大红斑十分巨大,南北宽度经常保持在1.4万千米,东西方向上的长度在不同时期有所变化,最长时达4万千米。也就是说,从红斑东端到西端,可以并有卩放下三个地球。一般情况下,长度为2000-3000千米,大红斑在木星上的相对大小,就像地球上的大洋洲。

大红斑之“红”也有特色,它的颜色常常是红而略带褐色,时常有变化。20世纪20年代到30年代,大红斑呈鲜红色,呈现出有史以来最美丽的颜色。1951年前后,也曾出现淡淡的玫瑰红颜色;大部分时间,它的颜色比较暗淡。

人们对大红斑的颜色问题有很多解释。有的提出那是因为它含有红磷之类的物质;有人认为,可能是有些物质到达木星的云端以后,受太阳紫外线照射,而发生了光化学反应,使这些化学物质转变成一种带红棕色的物质。总之,这仍然是解。

人们在地球上隔着6亿千米对着大红斑看了300多年,却不知怎么解释这种红斑。到20世纪70年代,先有1972年、1973年4月和6月“先驱者10号”“先驱者11号”相继升空。在1973年12月和1974年12月近距离观测了木星,紧随其后的又有1977年8月20日和9月5日发射的“旅行者2号”“旅行者1号”,分另IJ于1979年7月和1979年3月从木星上空掠过,对红斑进行详细察看。它们发现,它是一团激烈上升的气流,即大气旋。它不停地沿逆时针方向旋转,像一团巨大的高气压风暴,每12天旋转一周。这强大的风暴气流可谓“翻江倒海”“翻天覆地”。从人类认识它以来狂暴地乱了三个多世纪,真让人咋舌,可以说是一场“世纪风暴”。目卩么,它是靠什么法力长盛不衰、长期肆虐的呢?

原来,大红斑是以自己实力占尽地利之便。巨大的旋涡像夹在两股向相反方向运动的气流中,摩擦阻力很小,如果大红斑比现在要小得多,那么“阻碍”的力量便相应要大得多,这团风暴要不了多久便会平息。大红斑不是独霸木星的风暴,也有小姊妹。“先驱者10号”1973年12月也发现过其他小红斑,其扩大程度直逼大红斑,然而“先驱者11号”1974年12月飞过时小红斑却消。

小红斑从形成到消失只用了短短两年时间,规模上也只与地球风暴差不多,这跟大红斑不能相比。也有人认为大红斑长久不息应该还有别的原因。总之,关于大红斑,还有待继续探索研究。

木星是未来太阳之说

木星是太阳系八大行星中最大的一个,它那圆圆的“大肚子”里能装下1300多个地球。它的分量也很重,太阳系里除太阳之外,所有的行星、卫星、小行星等大大小小的天体加在一起还不及木星重。天文学上把木星这类巨大的行星称为“巨行星”。

有,这星在来很可能改变自己的属性,成为太阳系中的“第二个太阳”,这是什么原因呢?

来,104年1368年间的天文观测资料表明,木星的亮度在逐渐增加。另外根据理论计算,木星的表面温度应该是-168C,然而1974年12月“先驱者11号”飞掠木星时,却测得它的表面温度为-148C。一般行星表面的温度是稳定的,它从太阳那儿接收的能量与它发散到宇宙空间的能量应收支平衡,但木星却支出大于收人。这说明木星内部存在着丰富的能源,它是一颗能自己发光发热的行星。

一些科学家认为,木星内部正在像太阳那样进行热核反应,核心温度越来越高。他们还认为,太阳以太阳风的形式向外抛出的粒子,相当一部分被木星俘获,木星的质量和能量因而逐渐增加,太阳却日。30年以,太像一个垂暮的老人,而木星就会像一颗新生的太阳一样,照亮茫茫的太空。