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第6章 宇宙的奥秘——无限未知的星空世界探奇(5)

哈雷彗星(Halley"scomet)是第1颗经推算,预言必将重新出现而得到证实的著名大彗星。当它在1682年出现后,英国天文学家哈雷注意到它的轨道与1607年和1531年出现的彗星轨道相似,认为是同一颗彗星的三次出现,并预言它将在1758年年底或1759年年初再度出现。虽然哈雷死于1742年,没能看到它的重新出现,但在1759年它果然又回来,这是天文学史上一个惊人成就,这颗彗星因而命名为哈雷彗星。

随着对彗星研究的不断深入,天文学家发现彗星出现时还有更为神奇的现象:它能喷发出是其自身亮度几万倍的亮光。

1991年,欧洲南方天文台的天文学家发现,哈雷彗星的亮度猛增了300倍,并形成了很大的彗发。当时它位于土星与天王星之间,这是首次观测到离太阳如此之近的彗星爆发现象。人们对这种现象感到疑惑:究竟是什么原因促使它爆发呢?

英国天文学家休斯认为:这可能是一颗直径为2.6~60米的小行星横向袭击了哈雷彗星。果真是这样的话,当2061年哈雷彗星再度回归时,人们将会从它身上发现一处近2千米的新伤。但休斯假说遇到了疑难,首先是在土星与天王星轨道之间,迄今只发现过3颗小行星,其中最小的也比哈雷彗星大5000倍。但休斯认为,太阳系有许多直径在60米以内的小天体,它们在土星轨道附近时的亮度很小,连哈勃空间望远镜也难以探测到,但不能因此就忽略它们。

然而这样的解释仍然难以让人信服。

还有两位美国天文学家从另一个角度解释了这次哈雷彗星的爆发。他们认为是太阳耀斑的激波撼碎了哈雷彗星薄弱的外壳,致使尘埃大量外逸。行星际的激波早就被“先锋10号”飞船在离太阳40天文单位以外探测到。两年前金星探测器也观测到多次太阳耀斑引起了激波。1991年1月31日,太阳上出现了特大耀斑,据信这次耀斑产生的强激波于两星期后抵达哈雷彗星,引起了爆发。

作为哈雷彗星爆炸的发现之一,英国夏威夷大学的天文学家米茨则认为:组成彗星的成分中除了冰之外,还有一氧化碳冰。而且固态的一氧化碳易升华为气体。如果它的压力一旦聚集到足够大时,就能将在表层的薄弱处冲开缺口,喷出大量的冰、尘埃而引发爆炸。

关于哈雷彗星爆发之谜,是由于太阳风暴激发引起,还是与小行星碰撞引起,还是另有他故,目前还无法定论。

黑洞与白洞之谜

在一望无际的宇宙中,有很多不发光的天体。科学家们发现,一些从前认为“消失”了的星体仍然能放出宇宙射线,而且还很强烈。这证明了之前广义相对论预言的一种物质——黑洞确实存在,它吸引着宇宙中的一切,甚至光线都逃脱不了。此外,太空中还有一种与黑洞相反的物质,叫做白洞。它也有封闭的边界,但只能向外部提供物质和能量,不能吸收外部区域的任何物质和辐射。白洞和黑洞充满了神奇的色彩。

那么,黑洞和白洞是如何形成的呢?

黑洞的产生过程类似于中子星的产生过程:恒星的核心在自身重量的作用下迅速地收缩,发生强力爆炸。当核心中所有的物质都变成中子时收缩过程立即停止,被压缩成一个密实的星球。但在黑洞情况下,由于恒星核心的质量大到使收缩过程无休止地进行下去,中子本身在挤压引力自身的吸引下被碾为粉末,剩下来的是一个密度高到难以想象的物质。

由于地球上万有引力的作用,地球上的生物不能任意飞向空中。人造卫星要想被送入围绕地球运行的轨道,至少要用每秒钟8千米的速度发射火箭,这就是“第一宇宙速度”。同样,飞船只有完全摆脱了地球的引力控制,才能飞到别的星球上去,而这要求火箭的速度最少达到每秒11千米,这就是天体的表面脱离速度,即“第二宇宙速度”。

同地球一样,一切天体都具有非常强大的吸引力,附近的一切物体都被它们紧紧地“抱”在怀里。黑洞正是因为具有非常强大的引力场,才能将靠近它的物质全部吸进去。

黑洞理论一经问世,就在天文学界引起了巨大的轰动,有人认为他给天文学界带来了一场革命。黑洞的普遍性一旦证实,那么“宇宙不仅比我们想象的神秘,而且比我们所能想象的还要神秘”。我们知道由于“宇宙核”初期爆炸的结果,宇宙一直处于不断地扩张中。宇宙核乃是一切物质的来源,当那里的物质越来越稀薄时,宇宙是否停止扩张?天体的巨大引力是否最终引起宇宙收缩?相对论回答:“是的。黑洞的存在部分地证实了它的预言。即使宇宙不会消失在一个黑洞中,也可能会消失在几百万个黑洞中。”另外,彻底揭开黑洞之谜,就有可能揭开人类的终极猜想——宇宙之谜。

关于白洞的形成,一些天文学家认为,在宇宙大爆炸的过程中,由于爆炸的不完全和不均匀,可能会遗留下一些超高密度的物质暂时没有爆炸,它们的膨胀和爆炸还需要等待一定的时间,这些遗留下来的致密物质就成为新的局部膨胀的核心,也就是白洞。目前,关于白洞的研究只是停留在理论模型的阶段,一直还未得到事实上的论证。

宇宙暗物质之谜

在物理学中,把状态变化的“转折点”称为“临界点”,比如水变成冰,温度临界值(或者说“临界点”)为0℃。宇宙学的研究认为,宇宙中物质的平均密度,与决定宇宙是膨胀还是收缩的临界值,相差不会超过百万分之一。可是,宇宙中发可见光的恒星和星系的物质总量不到临界值的1%,加上辐射其他电磁波的天体,如行星、白矮星和黑洞等,最多也只有临界值的10%。于是,科学家推测,宇宙中有一种未知的物质存在,并称其为“暗物质”。

长期以来,暗物质对人类而言始终是一个神秘之物。但随着时间的流逝,科学家很有可能在不久的将来解开这种令人迷惑不解的物质——构成宇宙中绝大多数物质的神秘面纱。

没有一个人知道不可见的暗物质究竟是什么,但它一定存在于茫茫宇宙中,如果没有它,星系便会彼此分离。自20世纪70年代以来,科学家们根据对许多大型天体之间,如星系之间的引力效果的观测发现,常规物质不可能引起如此大的引力,因此暗物质的存在理论被广泛认同。

几十年前,暗物质刚被提出来时仅仅是理论的产物,但是现在我们知道暗物质已经成为了宇宙的重要组成部分。暗物质的总质量是普通物质的6倍,在宇宙能量密度中占了1/4,同时更重要的是,暗物质主导了宇宙结构的形成。如果没有暗物质就不会形成星系、恒星和行星,也就更谈不上今天的人类了。

一般人很难相信暗物质的存在。天文学家介绍说:“这个物质很奇怪,不仅本身不发光,而且光线也射不进去,所以人是看不到的。最令人惊讶的是,它虽然摸不到,却有重量和引力,如果前面有个暗物质山,可能会将人压死。”

知道暗物质的存在并不等于知道它是什么东西。科学家们承认,他们对暗物质仍然一无所知。普遍的推测是它由大约137亿年前宇宙大爆炸后留下的微粒组成。

当前一项最主要的假设认为,暗物质由一些尚未被探测到的怪异粒子构成,它们不与光发生联系,因此无法被我们看到。一种理论将这种怪异粒子称之为WIMP(大质量弱相互作用粒子的英文缩写),它们呈电中性,质量是质子的100倍。

1972年,高能所云南高山宇宙线观测站曾观测到:一个从宇宙射线中来的能量大于3000亿电子伏特的粒子碰撞石墨中的粒子后,产生了3个带电粒子。分析表明,其中一个是负介子,一个是质子,还有一个是能量大于430亿电子伏特、寿命长于0.046纳秒的带电粒子。许多科学家认为这种带电粒子一旦被证明存在,就很有可能是暗物质的粒子。

暗物质存在与否,虽然已经得到初步证实。但暗物质将由什么样的物质所形成?它们是什么样的粒子或是场,或是两者的统一,仍然需要进一步的研究。

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