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第2章 星球之谜(1)

当今世界,科技飞速发展,人类“呼风唤雨”的神话已成现实。然而,宇宙并没有因为科技的进步而有所改变,仍然存在着许多人们无法解释的谜团和困惑。

不可思议的类星体

1960年,美国天文学家桑德奇,用当时世界上最高倍的天文望远镜,观察到一个名叫3C48的射电源;但是随后人们又发现,其实它并不是一个射电皇系,而是一颗颜色发蓝的暗星。它的光谱中有一些又宽又亮的发射线,这些发射线在光谱中所处的位置很奇特,以至在长达3年之久的时间里,竟然无人能辨认出。

1963年,另一位旅美荷兰天文学家施密特,又发现了距离我们有23亿光年并且与3C48相类似的天体3C273。施密特在对3C273的光谱进行详细研究分析后,发现它们不过是普通的氢光谱线;因而可以确定在这个天体上,并没有什么地球人未知的新元素。

所不同的是,这些元素的谱线都向长波方向移动了一段距离,天文学上把这种现象叫做“红移”。当一颗恒星背我们而去时,从地球上看,恒星的光波频率会降低,波长会变长。这就是红移现象。红移值越大,则恒星离去速度越大,与我们距离越远。一般恒星发生这种红移现象时,移动的数量很小。可是这个星体的红移量非常大,比一般恒星的红移要大上几百:倍甚至上千倍。

这种新型的天体即使用最大的天文望远镜观测,绝大多数也仅仅呈现为恒星似的微小光点。根据美国天文学家哈勃在1929年总结出来的规律,红移的大小同星系与我们的距离成正比,红移越大,星系距离我们也就越远。这种巨大的红移表明它们是极遥远的河外天体。按照哈勃定律,可以推测出这些天体远在几十亿光年甚至上百亿光年以上。

当初,天文学家们正是因其貌似恒星而实非恒星,便将它们命名为“类星体”——意即“类似恒星的天体”。不过,后来发现有些类星体的周围有微弱的星云状包层,还有一些有喷流状结构,因此其外观与恒星并不完全相似。所以严格说来,“类星体”这个名称已经算不上名副其实了。

如今,多数天文学家认为,类星体乃是星系一级的天体,它们可能是某些活动剧烈的星系核心部分。经过科学家们的研究,类星体的发光能力极强,比普通星系要强上千百倍,例如3C273亮度为12.8星等,而太阳若放到其位置上,我们根本就观测不到,因此类星体得到了“宇宙灯塔”的美名。更令人们界非常吃惊的是,类星体的体积很小,直径仅有普通星系的十万分之一甚至百万分之一。

为什么在这样小的体积内会产生这么大的能量?这一问题使得科学家们兴趣倍增而又大伤脑筋。起初人们难以对它的能量来源作出解释,便将此称为类%星体的“能源困难”。近年来,种种假说接踵而来。有人认为其能源来源于超(新星的爆炸,并猜测其体内每天都有超新星爆炸。还有人分析是由于正反物质的湮灭。更有人推测类星体中心有一个巨大的黑洞,吸引并吞噬周围的物质同时以辐射的形式释放出巨额的能量,单单这一过程已足够提供为解决“能源困难”所需的全部能量。当然,要想拨开类星体的迷雾,还有待于科学家们辛勤探索。

另外,在类星体与我们之间的漫长距离上,存在着种种非常稀疏又非常暗弱的物质,通常人们是无法观测到它的;但是,这些暗物质会吸收类星体的辐射,使类星体的光谱中出现各种附加的吸收线。研究这些吸收线,就可以反过来推知那些暗物质的情况了。这也是人们对类星体极感兴趣的又一个重要原因。

关于类星体,目前尚有许多争论,焦点就在于其距离究竟是否那么遥远。测定类星体距离的依据正是它们的光谱线红移。星系光谱线红移的原因是它们都在有条不紊地彼此远离而去。换句话说,星系红移的本原乃是光源运动造成m的多普勒效应。类星体既是星系级天体,人们便猜想哈勃定律同样也适用于它。于是,只要测出类星体光谱线的红移量,就可以推算出它们的距离。然而问题在于:类星体的红移量异常之大,如果用多普勒效应来解释,则绝大多数类星体必定正在以每秒几万公里、十几万公里,甚至以接近光速的巨大速度退离我们而去。根据哈勃定律算出这类类星体与我们的距离远达数十亿乃至上百亿光年。正是由于类星体既如此遥远又显得相当明亮,才导致了其产能率高得令人吃惊的“能源困难”。这时,有人便转而怀疑:

类星体是否果真如此遥远?用多普勒效应来解释类星体的红移是否合理?就这样,“类星体红移本原”便成了当代天文学中的一大疑惑。

在探求类星体红移本原时,天文学家有不同的意见,于是出现不少说法,如“宇宙学红移”、“非宇宙学红移”、“速度红移”等等。遵循完全不同的思路,还先后有人用“光子老化”、“基本物理常数的变化”等越出传统物理学框架的大胆假说,来解释河外天体红移的本原。但是它们迄今尚未得到任何物理实验和天文观测事实的支持。

总的说来,在现阶段,绝大多数天文学家认为类星体红移具有宇宙学本质。

例如,按照一定的标准将类星体分类,将某一类类星体当作具有相同绝对光度的“标准烛光”,结果表明,它们大致遵循哈勃定律;又如已在几个星系团内各发现一个类星体,而这些类星体的红移与相关星系团的宇宙学红移相近等等。

但有不少天文学家,如美国的阿普认为,类星体红移具有非宇宙学的本质。而美国基特峰天文台台长伯比特则认为,类星体红移既有宇宙学红移,也有非宇宙学红移。

大部分天文学家根据类星体光谱线有较大的红移,认为类星体是相当远的天体。但是后来几位天文学家指出,至少有一些类星体距离地球比较近。他们的主要证据是在那里一颗类星体与一个多普勒位移小得多的星系有明显的联系。美国国家射电天文台的卡里利和他的同事,对上述令人颇感兴趣的类星体——星系样本进行研究。

更令人惊奇的是,类星体的速度居然超过了光的速度。1977年以来的发现证实,还是那颗3C273它的内部有两个辐射源,并且它们还在相互分离,分离的速度竟高达每秒2880000公里,是光速的9.6倍。不仅如此,继此之后,人们还相继发现了几个“超光速”的类星体。简直不可思议!因为迄今为止地球上的人类普遍认为,光速是不能超越的,然而上述发现又是那样的奇特,不能不让人感到困惑不解。

探索红色星球——火星

在太阳系中,火星是一颗旋转于地球轨道外侧的行星。它呈现出不寻常的红色光芒,荧荧如火,在人类的视野中产生了极深刻的印象。在中国古代,人们将火星称为“荧惑”。很早以前,日本人也曾把火星当成是一颗不吉祥的星,给它取名为“灾难星”和“红焰星”。而古罗马人称它为“马尔斯”(神话中的战神),将它与战争、鲜血联系在一起。

的确,火星是一个红色的世界,它充满了神秘的色彩,就连它为什么是红色的,人们都研究了数千年。后来,科学家们从发射的火星探测器带回的新资料分析中才知道,原来,火星的红色与它的表面物质状况是分不开的。火星表面有如同月亮上那样众多的环形山和火山,风化作用产生的大量铁锈,使这里几乎到处是红色沙漠,连天空也是红橙色的。火星表面为什么含铁量会如此的丰富呢?这个问题直到现在也仍然没有人能够说明白。

在太阳系九大行星中,人类对火星的探测力度最大。从20世纪60年代初至今,美国和前苏联一共向火星发射过20多个探测器。其中探测收效比较好的有:1971年美国发射的“水手”

9号;1975年美国发射的“海盗”

1号和2号;1996年美国发射的“火星环球勘测者”号和“火星探路者”号。其中“海盗”1号和2号,“火星探路者”号三个探测器均在火星上软着陆,并进行了多方面的考察。“探路者”号还带去了“旅居者”号火星车,实现了可移动性的探测考察,为宇航员登上火星开辟了道路。一系列探测活动使得人类对火星的研究有了较大的进展。

我们为什么偏偏对火星情有独钟呢?也许因为它是我们的近邻,也许因为它和地球太相似,所以对我们别具吸引力。

火星素有“小地球”之称。它的半径为3390千米,比地球的半径(6378千米)差不多小了一半。论体积,在类地行星中,它只是比水星大些,比地球和金星都要小。相对于地球,火星离太阳的距离远些,它的运行轨道比较长,运行的速度也慢些,因此,它的公转周期是687天。这样一来,地球每隔两年又两个月才能遇上火星。另外,它以24.623小时的周期绕轴自转。自转周期与地球如此相近的行星,目前尚未发现第二颗。不仅如此,火星的自转轴的倾角方式也和地球非常接近。火星上也有四季交替,只是它的每一季都是地球的两倍长。有趣的是,火星的南、北极白色的隆起部分,会随着季节变化而扩大、缩小,人们把它们叫做“冰冠”、“极冠”。从天空中观察火星,还能看见它有稀薄的大气层,有两个“月亮”——火卫一、火卫二围绕着它运行。

这一切都让人感到亲切,它简直就是地球的影子。毫无疑问,“小地球”增强了人类对它作出深人研究的信心,更多的人则是希望拨开层层迷雾,见到期待已久的宇宙同类,哪怕它们是“小绿人”之类的另类生命;也有人希望能通过对火星的研究,为地球上日益膨胀的人口开辟出一个更加美好的世界。

1965年7月,当“水手”4号火星探测器首次飞越火星上空,把拍摄的照片传送到地球时,人们喜悦的心情混杂了些许失望。

火星是怎样的一种状态呢?原来,火星像月球那样布满了环形山,其中有些大山高度在2万米以上,地球上的最高峰都无法与之相比。另外还有被撞得坑坑洼洼的地表以及深沟宽壑。

火星上稀薄的大气层密度相当于地球大气层30~40公里高处的密度,大气的主要成分是二氧化碳,约占95%此外还有氮占2~3%氩占1~2%,氧的含量很少。火星表面白天最高气温为-13T,夜间最低气温为-73T气温和气压都变化很快。在最冷的地方连二氧化碳都会结冰,它的冰冠至少有一部分是冻结的二氧化碳。在这样的状况下,液态水存在的可能性极小。

虽然人们美好的愿望遭到打击,但对于火星的认识却跨出了重要的一步。如过去人们一直困惑于火星的红色,有人甚至猜测说,火星上生长着大片大片红色的植物,而冰冠的冰雪消融,正好灌溉红植物。经过火星探测器探测,人们才知道火星上并没有红色植物,它之所以呈现红色光芒,是因为地表风化浮土层富含氧化铁,这种浮土层厚达20米,并有2米厚的氧化硫尘埃。当火星反射太阳光的时候,富含铁的铁锈红便反射了出来。有时火星上狂风大作,黄色尘埃腾空而起,形成所谓“大黄云”,有时能将半个星面盖住。

虽然现在的火星是完全干涸的,但研究显示,火星上曾经有过水。有丰沛的水,又有大量的氧,加上比较充足的阳光,这三条产生生命必备的条件都有了,让人不禁追问:火星上存在过生命吗?如果存在过,它是以什么样的形式存在呢?

1996年8月,人们在地球南极的冰层下发现一块陨石,随即掀起了一场“火星生命热”。一块重约1.9千克、看起来并不起眼的陨石,一下子变成了稀世珍宝,备受世人瞩目。美国航天局和一些着名大学的科学家宣称,他们发现了来自火星的陨石,这块陨石在南极的冰层下已沉睡了1.3万年,它的内部存在着微生物的化学、化石残留物。

这块陨石被命名为ALH84001,根据推测,它是在大约1600万年前,随着一场意外的爆炸(也许就是未知的卫星撞击火星时),被抛到了火星大气层。偶然的机会让它摆脱了火星的引力,在星际空间流浪了几百万年。约在1.3万年前,它划出美丽的弧光,落在地球南极洁白的冰原。

天外来客ALH84001受到了极高的礼遇。科学家们围着它整整研究了3年。人们用扫描电子显微技术,对它的内部构造、成分进行分析,发现了它有一些分节段的管状物、若干碳酸盐的小球、一种与地球上古代细菌化石类似的圆形物等等。研究结果认为,有理由表明火星在36亿年前,是一个有生命的时期。

这一研究结果使许多人感到振奋,但也有人认为就一块陨石而下如此结论为时过早。他们认为,火星生命之谜是一个不寻常的课题,必须要有充足的证据来证明。这并非否定火星生命的命题,而是必须对火星进行深层次的探测。

火星上是否有生命,是科学家们非常关注的话题。目前,“火星环球勘探者”上,有专门探测火星表面矿物构成的仪器。现在它还没有发现能够产生构成生命基本成分的岩石。

可以预计,科学家们探索火星的手段也将越来越高。根据报道,下一步将计划火星有人探测。它是继月球探测之后的又一重大目标。到火星去,单程即需要200多天,它涉及许多领域和新技术,预计在2010年,将由一个庞大的宇宙飞船团实现伟大的火星之旅。在此之前,地球的南极将被科学家们用来做“适应性训练”的实验场。因为南极有永久冰封的大陆,长期缺乏阳光,用它来模拟火星表面环境,也许是再合适不过的了。

有人说,全面揭开火星秘密的时代即将到来。凭借今天的科技力量,再用百余年的努力,火星也许就是地球人类的理想居住地。

横空出世的彗星

彗星俗称“扫帚星”,历来被迷信的人们认为是“灾难之星”。它往往不期之间突然“横空出世”,拖着一条别致的长尾巴,在夜空悠然而过(有时可能有两条尾巴,即“双尾彗星”,让一些疑心重重的人更觉“灾难深重”)。但在现代天文学家眼里,它与人间是非完全无关,只不过是宇宙里一个孤独的“流浪汉”。甚至有时,它引发人们奇思妙想,也让喜欢它的人诗兴大发。

在古人观念中,天上的星宿是和地上的人类息息相关的。彗星因为“相貌”奇特,所以它的出现引起猜疑乃至恐惧。在中国古代,人们除了叫它扫帚星(形似扫帚),还称之为“蚩尤”(喷火的龙)、“妖星”、“灾星”等等。古代西方人觉得它像“匕首”、“长枪”或“宝剑”,实属“不祥之物”。人们常常将它看成是瘟疫、战争、灾害降临的征兆,于是出现了许多相关的迷信和恐怖传说。如公元前44年3月15日,古罗马恺撒被暗杀;9月23日,罗马市民:

为悟撒举行追悼仪式,突然天空中出现一颗大彗星,持续了7天之后才离去。人们认为这是恺撒显灵,预示更加残酷的内战。

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