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第7章 星球之谜(6)

太阳炽热无比,这主要因为太阳每时每刻都在向外释放出巨大的能量。可以毫不夸大地说,地球上人类迄今为止利用的主要能量,直接或间接地都来自太阳。而在人类有史可査的漫长岁月中,太阳光和热都未见有丝毫的减弱,这既让人高兴,又令人费解:如此巨大而持久的能量是从哪里来的呢?

对此,古往今来的科学家们众说纷纭。首先有“燃烧说”,这是一种最原始也是最朴素的猜测。该观点认为,太阳是通过燃烧内部物质而发出光和热的。有人设想太阳是一只巨大无比的“煤炉”,靠类似煤炭燃烧发出强光和辐射热量。然而,根据测量,太阳表面温度高达6000:很难解释由碳和氧发生化学反应生成二氧化碳的“燃烧”,能达到这样高的温度。同时,根据测到的数据,太阳每秒的辐射能量以功率单位瓦计算为3.9x1026,用普通的燃烧难于维持这个大得惊人的天文数字。再者,如果太阳是靠这种化学能来维持的话,最多不过燃烧几千年,可是至今太阳已经存在了45亿年而不见衰退的迹象。由此可见,“燃烧说”不符合事实。

于是出现“流星说”。有人认为太阳周围有稠密的流星,它们以可观的宇宙速度撞击太阳,这样流星的动能便转变为太阳的热能。然而,果真如此的话,欲维持太阳发出那样巨大的能量,坠落在太阳表面上的流星之多,应该使太阳的质量在近2千年内有显着的增加,这就会影响九大行星的运动;但是从九大行星的运动情况来看,并没有什么显着的变化。况且按照牛顿的万有引力理论,流星不会漂浮在太阳的上空,不会大量落在太阳上,它们是以闭合的轨道绕太阳运行。

关于太阳能的来源,第一个可称得上“理论”的,是天文学家亥姆霍兹于1854年提出的太阳“收缩说”。他认为像太阳那样发出辐射的气团必定会因冷却而收缩。当气团分子在收缩中向太阳中心坠落时,势能转变成动能,再转变为热能以维持太阳所发出的热量。

但是计算同样表明,如此太阳的寿命不应超过5千万年,而太阳的实际年龄却是45亿岁。面对事实,连亥姆霍兹自己也对“收缩说”摇头了。

然后是“核燃烧说”。根据光谱分析,早已知道太阳中含有丰富的氢,还有少量的氦。可见,这两种元素一定与太阳能有密切的关系。1911年原子核发现后,人们开始猜测太阳能也是从原子核反应中释放出来的。

已知几个核子(组成原子核的粒子)通过核反应结合在一起,就会放出能量。例如4个氢通过核反应结合成1个氦,便能放出20兆电子伏特以上的能量。按照着名的爱因斯坦质能关系式“E(能量)=m(质量)xC2(光速)”,4个氢核质量约相当于4000兆电子伏特的能量,核燃烧后的“质量亏损率”为Am/m=20/4000:5xl03。而从太阳的辐射功率,同样可由质能关系估计出太阳每秒减少的质量为4xlO6吨,这与太阳总质量2xlO27吨之比为2x10-这就是太阳的“质量亏损率”。两者一比较,便得出太阳寿命估计为几百亿年。于是人们恍然大悟,原来氢就是太阳中的燃料,氦则是它燃烧后的余姆,太阳能来自氢的聚变反应。从太阳光的光谱分析,也证实太阳里确实存在氢气和氦气。

人类对太阳能来源的认识在步步深化,然而,疑团却远未解开。氢弹爆炸是瞬息之间发生的,反应是在顷刻之间完成的,人们至今无法控制聚变反应,使之像裂变反应那样持续进行。要是太阳在进行“氢弹爆炸”,为什么不是所有的氢气一起参加反应?要是所有的氢一起参加反应,反应一次完成,反应之后理应逐渐冷却,但是,研究证明,数百万年来,太阳光的强度没有丝毫减弱。如果太阳是在进行大规模的有控制的热核反应,那么什么条件使得太阳中的氢能局部地持续地参与聚变反应?有控热核反应正是人们追求的目标,但是至今没有做到。由此看来,太阳能的来源问题,仍是科学家们努力探索的一个谜题。

天外来客——陨石

陨石是坠落地面的流星体残余。它可分为三大类:

一般认为,它的重要来源是彗星和小行星。

陨石,这是各类陨石的统称。有时为区别起见,称为石陨石。多数石陨石中到处可见的很小的球状颗粒,直径一般从零点几毫米到几毫米,由于它们是在特殊条件下形成的,其结构也是前所未见的。这种球状颗粒结构在地球上的岩石内还没有见到过。含球状颗粒结构的石陨石中,球粒陨石约占84%。世界最大的石陨石于1976年3月8日降落在中国吉林省,在已收集到的100多块限石碎片中,最重要的一块约1770千克。

陨铁,或称铁陨石,几乎全部都是由铁和镍等金属元素组成,譬如铁占90%左右,镇占5~8%,或更多些。已知世界最大陨铁仍在降落原地,即非洲纳米比亚南部,质量约60吨。名列世界第三的中国“新疆大陨铁”,质量约30吨。

陨铁石,或称石铁陨石,是介于陨石和陨铁之间的一种陨石,大体上由铁、镍等金属和硅酸盐各半组成。这类陨石比较少见。

据估计,每年大约有千万颗陨石降落到地球上来,其中大部分落到了荒无人烟的地方或江河湖海里去了,只有很少一部分被人们找到。人们在接待这些“宇宙来客”之时,不禁发问:这些神秘的天外来客的故乡究竟在哪里?

大多数人认为,陨石的故乡是在太阳系的小行星带上。小行星沿着椭圆形的轨道围绕太阳运行,当它们接近地球时,有些便告别了家乡,前来拜访地球。1947年2月12日上午10点左右,一块巨大的陨石落在了符拉迪沃斯托克北面的锡霍特阿林山脉。

考察队员根据陨石坠落的方向和角度,推测出了这颗陨石进人地球大气层时的轨道是细长的椭圆形,近日点在火星和木星的轨道之间,远日点在地球内侧。所有这一切说明这颗陨石的轨道与小行星的轨道是一致的。因此可以说,这颗陨石的前身是小行星。1959年4月7日晚,落在捷克斯洛伐克布拉格市附近菲拉布拉姆镇的那颗陨石,科学家们根据它下落的方向和速度,也推测出了它来自于小行星。1970年,降落在美国俄克拉荷马州北部的罗斯特西底的一颗陨石,根据它的运行轨道,也证明它摆是一颗小行星。

与此同时,也有人认为,陨石是由彗星转变而来的。因为有些彗星只有彗核,没有彗发和彗尾,这就很难与小行星分辨了。日本东京大学的古在山秀博士就认为,最早发现的小行星伊卡鲁斯,很可能就是由彗星转变来的。有人还就小行星和陨石的结构进行分析,发现他们的物质构成是相同的。

就在人们对陨石的故乡进行寻找的同时,人们在陨石当中发现了金刚石。我们知道,金刚石是一种比较坚硬的矿物,没有高气压是难以形成的。那么,陨石里为什么会有金刚石呢?

前苏联地质学家尤里波尔卡诺夫认为要想形成金刚石,陨石的母体应该有月亮那么大才行。因为碳元素是构成金刚石的重要物质,要使碳元素变成金刚石,至少也需要二三万个大气压。月亮的半径是1700公里,它的中心部位的压力可达四五万个大气压。因此看来,陨石母体如果小于月亮,那是很难形成金刚石的。

关于陨石中金刚石的成因,还有另一种说法,认为是在陨石与地球相撞时形成的。在美国西部亚利桑那州科科尼诺县,有个举世瞩目的巴林杰陨石坑,人们在这个陨石坑的边缘找到了含金刚石的陨石。有人认为,这种含金刚石的陨石,可能是在陨石与地球相撞时所产生的冲击力的压力下形成的。只要这种冲击力足够大,就可能形成金刚石。在这种情况下,陨石母体没有月亮那么大也就无关紧要了。

除了以上两种着名观点之外,还有一种观点认为,陨石在空间飘荡的时候与其他陨石相撞,在足够的冲击力下产生了金刚石。

探索月球之谜自1969年7月16日美国“阿波罗11号”飞船首次实现载人登月以来,根据对月球的多次实地勘探和对从月球带回的岩石、土壤进行的分析研究,人类对月球的面貌已有了较多的了解。从实地勘探中,人们发现,月球上总共有30多万座环形山,星罗棋布,彼此环抱,最大的环形山,直径近300千米、海拔高达6000米以上,十分壮观。

经过勘探,科学家们发现,月球上的岩石比地球上的岩石还要古老,月球和地球几乎是由同样的化学元素构成的,只是组成的成分有所不同。例如,月球上的岩石所含的钙和铝比起地球上的岩石含量要高,月球没有磁场,其外壳比较稳定,近30亿年以来几乎没什么变化。尽管天文学家早就认为,月球体态娇小,引力柔弱(为地球的1/6),根本不具备缚住大气的能力,在向阳面的高温下,任何气体分子都会轻而易举地达到脱离速度而逃之夭夭。但对月球的实测表明,月球表面并不是没有任何大气的“空洞之国”,只是月球的大气层太稀薄,而且大气成分比较复杂,随时空多变,通常在黑夜时的大气成分主要由40%的氩、40%的氖和20%的氦组成,到日出时还会加人极少量的甲烷和氨等,有些地区的大气中还会发现极微量的氢、氡、钠、钋和钾原子等。

遗憾的是,由于月球上没有水源,这些山都是光秃秃的,寸草不生,十分荒凉。显然,要想使如此荒漠的月球世界成为适合于生物生存的天堂,最终变成一个生机勃勃、万物竞存、鸟语花香的天上人间,当务之急是必须解决月球上的供水问题。多年来,科学家们已提出过多种设想。其中的一个解决办法是采掘月球上储存量极为丰富的氧化铁,用太阳能熔化炉进行培炼,使其放出大量的氧,与运输飞船从太空中收集制取的液态氢相结合,来生成供月球开发需要的水。这种在月球和太空就地取材,合成制水的方案,从原理上是可行的,但要实施这一巨大的工程,绝不是轻而易举的,涉及到能源、采掘、运输、生活等一系列问题需要配套解决。美国科学家日前宣称,月球上有冰存在,这就可能为探索月球奥秘的人们提供饮用水,也可将冰分解为氢和氧,从而为火箭提供燃料。那么,月球上到底有哪些可利用的资源呢?这是人们在开发月球前最为关心的课题。

月球的最大资源是空间资源。它拥有相当于亚洲那样大的广阔的月面。有了这样大的地方,人们未来无论是在那里建设月球城市,开办太空农场,还是建造星际航行的中途站,设置太阳能发电站(最终实现大规模移民),都有了最基本的前提条件。

月球特殊的自然环境,可以让我们在那里做一些地球上难以办到的事情。譬如,建造在月球上的天文观测站,因为没有大气,它具有全波段观测的优势;月球有足够大的空间,在那里建天文观测装置,可建造得更大一些,更精密和复杂一些。一个大规模的天文观测站将首先出现在月面上,也许第一个接收到外星人拍来的电报的将是月球天文台。

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