书城科普中国人一定要知道的科学常识
9791700000058

第58章 天文历法(4)

关于宇宙的起源,大多数科学家都承认大爆炸宇宙论。大爆炸宇宙论认为宇宙诞生于距今约150亿年的一次大爆炸。这个思想最早是伽莫夫在1950年前后提出的,勾画出这样一部宇宙历史:宇宙起始于一个“原始火球”,在原始火球里,温度和密度都高得无法想象,那时物质处于一种极不稳定的状态。这种不稳定最终使原始火球发生爆炸,这种爆炸是整体的,涉及宇宙的全部物质及时间、空间。爆炸导致宇宙空间处处膨胀,温度则相应下降。在这个过程中,按有关物理知识,高能的光子转变为各种正反粒子对,高能粒子与它们的反粒子湮灭转化为光子,余下的仅约占10亿分之一的极少部分粒子,在能量降低之后结合成轻的原子核,再进而结合形成原子。当温度降到一定程度,物质分裂成团块,逐步形成超星系团、星系团、星系乃至恒星、行星等。这个大爆炸的过程大约经历了30万年。大爆炸宇宙论被称为宇宙学的标准理论。

宇宙中的物质

宇宙是一个无边无际、没有中心、没有形状的物质世界,它是广漠空间和其中存在的各种天体以及弥漫物质的总称,包括空气、海洋、地球、行星、月球、恒星和空间。

我们居住的地球只是太阳系的一颗行星,太阳系还有另外的八颗行星:水星、金星、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星。除了水星和金星之外,每颗行星都有自己的卫星。太阳系中已发现的卫星有近50颗,在太阳系中,还有众多的小行星、彗星、流星等。太阳系仅仅是银河系的一小部分,在银河系中有无数像太阳一样的恒星。在银河系之外,还有很多像银河系一样的星系,人们称之为“河外星系”。

人类对宇宙的认识,从太阳系到银河系,再扩展到河外星系,人们的视野已达到100多亿光年的宇宙“深处”,人们把这些统称为“总星系”。但是总星系之外,还有很多未知的东西等待着我们去发现了解。

星座的命名

天空中的星星密密麻麻,数也数不清。天文工作者为了研究的方便,将星空划分为许多区域,这些区域叫做星座。

在很早以前,古人们就对星座进行了研究,但是各国划分的角度和位置是不同的。由于各国划分星座的系统不统一,星座数也不一样,界线也不规范,妨碍国际间的科学交流。于是1928年,国际天文学联合会根据天体上的赤经圈和赤纬圈,将星空划分了88个星座。在这88个星座中,有29个在天球赤道以北,46个在天球赤道以南,跨在天球赤道南北的有13个。

天空88个星座的名字,大约一半是以动物为名的,如大熊座、狮子座、天蝎座、天鹅座等。四分之一是以希腊神话中的人物名字命名的,如仙后座、仙女座、英仙座等。其余四分之一是以用具命名的,如显微镜座、望远镜座、时钟座、绘架座等。虽然古人划分星座的办法不科学,但很多星座的名称仍沿用到今天。我国古代划分的星座系统虽已不再使用,但一些古老的恒星名称,仍然保留着,如织女星、牛郎星等。

北斗七星

北斗七星是大熊星座的一部分,位于大熊的背部和尾巴上,像一个大勺子。但是北斗七星的位置并不是固定不变的。在宇宙中,没有绝对的静止,只有绝对的运动,所有静止都是相对的,因此宇宙中的一切事物都不是静止不动的,而是处于永恒的运动变化之中。北斗七星也不例外,这七颗星都在各自运动着,而且它们的运动速度和方向各不相同。天文学家们指出北斗七星在10万年前和10万年后所组成的图形,和今天我们看到的样子都有很大的不同,也就是说10万年以后的人类再看到的北斗七星极有可能不再是今天的勺状。

黑洞

黑洞很容易让人望文生义地想象成一个大黑窟窿,其实不然。所谓黑洞,科学家们认为,黑洞是由大质量恒星死亡后形成的,它有很高的密度和引力,它的引力场是如此之强,以至于任何物质和辐射包括速度最快的光都逃不出它的吸引。

与别的天体相比,黑洞显得很特殊。例如,黑洞有“隐身术”,人们无法直接观察到它,连科学家都只能对它内部结构提出各种猜想。那么,黑洞是怎么把自己隐藏起来的呢?答案就是弯曲的空间。光是沿直线传播的,可是根据广义相对论,空间会在引力场作用下弯曲。这时候,光虽然沿任意两点间的最短距离传播,但走的已经不是直线,而是曲线。形象地讲,好像光本来是要走直线的,只不过强大的引力把它拉得偏离了原来的方向。

在地球上,由于引力场作用很小,这种弯曲是微乎其微的。而在黑洞周围,空间的这种变形非常大。这样,即使是被黑洞挡着的恒星发出的光,虽然有一部分会落入黑洞中消失,可另一部分光线会通过弯曲的空间中绕过黑洞而到达地球。所以,我们可以毫不费力地观察到黑洞背面的星空,就像黑洞不存在一样,这就是黑洞的隐身术。

行星

行星是环绕着恒星的,自身不发光的天体。一般来说,行星需要具有一定的质量,行星的质量要足够大,形状大多是圆球状。但是在科学界至今没有对行星做出一个科学上的定义。行星大概可以这样定义:行星是不能进行内核熔融的球状星体,形成并运行于另一个有时发生内核熔融的星体轨道上。当然这只是一个很模糊的定义。

历史上,行星的名字来自于它们的位置在天空中不固定,就好像它们在行走一般。太阳系内的肉眼可见的5颗行星水星、金星、火星、木星和土星早就已经被人类发现了。后来人类了解到,地球本身也是一颗行星。望远镜被发明后,人类又发现了天王星、海王星和冥王星。20世纪末人类在外星系统中也发现了行星,现在已有近百颗太阳系外的行星被确定。

最明亮的恒星

在恒星的世界中,看上去最亮的星星是天狼星。它位于大犬星座之中。春季,它在西南方的天空中熠熠发光。天狼星在历史上是非常有名的。1718年,哈雷把自己测定的恒星的位置与托勒密的观测做比较,发现天狼星等4颗恒星的位置稍有变化,从而发现了恒星并不是纹丝不动的。它的质量是太阳的2。3倍,半径是太阳的1。8倍;它的光度是太阳的24倍。天狼星不但本身比较亮,而且离我们比较近,只有8。56光年,因此,看起来它特别亮。

小行星

小行星是太阳系家族中的一类成员,它们比大行星的卫星还小得多,一般分布在火星和木星的轨道之间——小行星带。它们的特点是体积小、质量小,最大的小行星直径还未超过800千米。它们和大行星一样,沿着椭圆轨道绕太阳运行。1801年1月1日夜,意大利天文学家皮亚齐发现了一颗行星,取名为“谷神星”。虽然这颗星具有行星的一切特征,但是由于这颗星小得出奇,比月亮还要小,天文学家只能对它另眼相看,称其为“小行星”。1802年3月28日,又发现了第二颗小行星——“智神星”,它的个头更小,直径只有490千米。至19世纪末,天文学家总共发现了4000多颗小行星。

有人认为之所以会在火星和木星轨道之间出现这么小的行星,是因为这里原来有一颗大行星,后来受到其他外来天体的毁灭性撞击,破裂以后才形成这么多小碎块的。

火星上的大尘暴

火星上的气候十分干燥,空气中飘浮着大量的尘粒。当太阳照射的时候,由于尘粒的吸热作用,使得这部分气流的温度升高,上升加剧,并将更多的尘粒携带至空中。于是,火星上的风越刮越大,直至尘粒漫天飞舞,形成尘暴。

规模较小的尘暴是火星上的“常客”,时时都会发生。差不多每年火星的春末夏初之时都会发生一次大规模的尘暴。因为当火星的南半球到了夏季,天气特别炎热时,空气流动加剧,尘暴也尤其猛烈,如果地面上再起了风,那就更加一发而不可收了,从南半球一直蔓延到北半球,形成席卷火星全球的“大尘暴”。当尘暴分布到火星全球范围时,温差开始减小,风也渐渐平息下来,漫天的尘粒也从空中慢慢地落回地面,一场“大尘暴”就算平息了。

最早的日食记录

我国古代对日食的观察,保持了纪录的连续性。例如在《春秋》这本编年史终究记载了有公元前770年—公元前476年的244年中的37次日食。从公元3世纪开始对于日食的记录,更是一直延续到近代,长达一千六七百年之久。

公元前1217年5月26日,我国河南省安阳的天空上光芒四射的太阳,突然产生了缺口,光色也暗淡下来。但是,在缺了很大一部分后,又开始复原了。这就是人类历史上关于日食的最早记录。

水星上并没有水

水星虽然被称为水星,但是水星上一滴水都没有,是一个死寂的星球。水星是太阳系里最小的一颗行星,个头儿和月球差不多。1974年,人类第一次向水星发射探测器,发现水星像月球那样有大大小小的环形山,还有山脉、平原、盆地和峡谷。

水星离太阳很近,水星本身的大气层又十分稀薄,所以太阳的热量可以长驱直入水星表面,使其温度非常高,达到400℃以上。在这样的高温下,锡、铅等金属会熔化,水则变成水蒸气。

地球绕太阳一周需要365天,而水星只需要88天,水星自转却又极慢,水星上的一昼夜相当于地球上的59天,所以水星接触太阳的时间很长,以至于水星表面的温度在430℃左右。所以水星上没有水存在。

水星上没有水,依然叫它水星,是因为我国古时候用阴阳五行代表日、月、行星,把行星叫成金、木、水、火、土等。水星只不过是给它起的名字,并不是认为上面水多才这样叫的,就像金星上面并不全是金子一样。

土星的光环

土星最让人着迷的便是美丽的土星环,土星光环主要是由无数形状、大小不等的冰块构成的,光环的直径达27万千米,厚度为10千米左右,自东向西自转。由于纯净的冰是白色的,所以天文学们认为,土星光环之所以呈现出各种缤纷的色彩,是因为其中混合了许多其他物质,如岩石或碳化物,而且随着这些物质在光环中聚集密度的不同,土星光环才会显现七彩的颜色。

1675年,意大利天文学家卡西尼发现光环中有一圈空隙,这就是著名的卡西尼环缝。土星环可以划分为7层,而且每一层又可细分成上千条大大小小的小环,即使被认为空无一物的卡西尼环缝也存在几条小环。

陨石

陨石是一种行星际物质碎片,从地球以外其他星球上来到地球的。它们大小不一,有的灰尘般大小,有的直径达数千米,轨道极不稳定,每天有无数颗砸到地球表面。陨石由直径大约为1毫米的硅酸盐橄榄石聚集而成。硅酸盐是球粒结构,在地球上至今没有发现这种结构的物质。

陨石包含着大量丰富的太阳系天体形成演化的信息,人类对它们的实验分析结果有助于探求太阳系演化的奥秘。陨石是由地球上已知的化学元素组成的,在一些陨石中找到了水和多种有机物。这成为“地球上的生命是陨石将生命的种子传播到地球的”这一生命起源假说的一个依据。同时,通过对陨石中各种元素的同位素含量测定,可以推算出陨石的年龄,从而推算太阳系开始形成的时期。因为陨石可能是小行星、行星、大的卫星或彗星分裂后产生的碎块,它能携带来这些天体的原始信息。

著名的陨石有中国吉林陨石,中国新疆大陨铁,美国巴林杰陨石,澳大利亚默其逊碳质陨石等。

银河

银河不是天上的河。天文学家告诉我们,晴朗的夜晚,我们会经常看到一条狭长的闪光的带,像一条大河流过,其实那是由无数密集的小星聚集起来形成的。

所谓小星,只不过我们看起来小,实际上有很多都比太阳还大,只是这些星离我们很远。天文学家把银河所围绕成的空间叫做银河系。就像地球是太阳系中的一员一样,太阳和别的恒星都不过是银河系中的一颗小星。银河系像一个扁平的车轮,直径约8万多光年,而且一直像车轮一样在旋转着,因此其他星都以不同的速度绕着银河系的中心在移动。太阳并不在这个大车轮的中心,与中心的距离大约2。8万光年,所以它和邻近的恒星都以每秒钟约220公里的速度绕着银河系的中心在转动。以这样的速度,也得2。5亿年才转一周。

第一个登上月球的人

自古以来,月球一直是一个神秘的星球。中国古代就有“嫦娥奔月”的传说,人们也一直梦想着登上神秘的月球。终于,在美国东部夏令时间1969年7月20日,美国的宇宙飞船阿波罗11号登上了月球,宇航员尼尔?阿姆斯特朗走下太空舱,率先踏上月球那荒凉而沉寂的土地,成为第一个登上月球并在月球上行走的人。当时阿姆斯特朗说出了此后在无数场合常被引用的名言:“这是个人迈出的一小步,但却是人类迈出的一大步。”的确,这是人类有史以来第一次对月球做的最伟大的探险,人类完成了登月的梦想。从此,各国科学家都在进行研究,实现人类定居月球的计划。

雷电的产生

雷电是一种常见的大气放电现象。雷电的产生实际上是带电的积雨云发出的声音和强光。地面的热空气携带大量的水汽不断地上升到高空,形成大范围的积雨云,积雨云的不同部位聚集着大量的正电荷或负电荷,形成雷雨云,而地面因受到近地面雷雨云的电荷感应,也会带上与云底相反符号的电荷。当聚集的电荷达到一定的数量时,在云内不同部位之间或云与地面之间就形成了很强的电场。电场达到一定强度时,就会把空气击穿,打开一条狭窄的通道强行放电。当云层放电时,由于云中的电流很强,通道上的空气瞬间被烧得灼热,温度高达6000~20000℃,所以发出耀眼的强光,这就是闪电,而闪道上的高温会使空气急剧膨胀,同时也会使水滴汽化膨胀,从而产生冲击波,这种强烈的冲击波活动形成了强烈的轰鸣声这就是雷声。

雷电发生放电现象,产生巨大的电火花,可以产生永生态氧原子。永生态氧具有强氧化作用,能起到净化空气与杀菌的作用。因此雷雨后人们感到空气特别新鲜。

季节的变化

一年四季,春夏秋冬,周而复始地变化着。其中的玄机和奥妙,我们的地球在围绕太阳公转的同时,也在绕自身的地轴自转,不过地轴并不垂直于公转轨道面,而是有一个23度27分的倾角。

大家知道,地球围绕着太阳转动,当太阳光直射到地球表面的时候,温度升高,地球表面就表现为炎热的夏季。当地球围绕着太阳转动,地球表面只受到太阳光的斜射时,地球表面接受到的热量减少,就表现为冬季。