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第3章 摇银河系的秘密(2)

这个区域由高密度的恒星组成,银河晕轮弥散在银盘周围的一个球形区域内,银晕直径约为9.8万光年,这里恒星的密度很低,分布着一些由老年恒星组成的球状星团。在银河中还可以看到许多暗带,是大量的星际介质和暗星云。

早在半个世纪前,科学家就已经发现了银河系“弯曲”的特性,但是始终未能弄清楚银河系弯曲的原因。

一个由意大利和英国天文学家联合组成的国际小组在分析银河系复杂的构造时,追溯到了银河系外层星盘状形成的起源,并且对于银河系星盘的弯曲情况提供了确凿的证据,这一弯曲度比人们原来想象的至少要多出70%。通过近红外线2MASS观察,科学家们对银河系星盘结构,特别是其中的弯曲部分进行了重新构造。通过观察发现,这种弯曲是由于银河系星盘在第一、第二银河经度象限时向上凸翘的。

近来,科学家观察发现,银河系弯曲区域面积广阔,方圆约有2万光年。1光年为10万亿千米,代表一束光一年内在真空里传播的距离。而分布在银河系中的氢气层形状弯曲尤为明显。

为判定银河系变形原因,科学家对弯曲区域的氢气流情况加以研究。结果又让他们吃了一惊。他们发现,银河系不但弯曲变形,而且还以三种模式颤动。

一种模式是像一只碗,银道面弯成一圈;另一种像一具马鞍;第三种像一顶浅顶软呢帽的边缘,背面是弯曲的,正面是垂直向下的,就像“鼓面振动”。

科学家将银河出现异象的外因归咎于银河系“邻居”——大小麦哲伦星云。麦哲伦星云环绕银河系运行,运行一周时间为15亿年。银河系被大量暗物质所环绕,当大小麦哲伦星云环绕银河系运行时,引起暗物质激荡,导致银河系变形。暗物质无法为人类肉眼所见,但宇宙空间的90%由其组成。

科学家根据研究成果制作了一个银河系“变形”的电脑模型。模型显示,当麦哲伦星云沿轨道环绕银河系运行时,由于暗物质受激运动,银河系发生弯曲。

科学家过去从质量角度认为,麦哲伦星云质量并不大,只有银河系的2%,这样小的质量不足以影响银河系形态。因此,麦哲伦星云因为质量较小曾一度被排除在嫌疑之外,科学家认为幕后一定有一个拥有2000亿个恒星的大星系影响银河系的形态。

科学家认为,电脑模型揭示了暗物质的重要作用。银河系的暗物质尽管无法为肉眼所见,其质量20倍于银河系其他可见物质。当麦哲伦星云穿过暗物质时,暗物质运动使星云对银河系的引力影响进一步扩大。就像“船只行驶过洋面”,引起的波浪威力强大,足以使整个银河系弯曲并振动不已。

持反对意见的人则认为,银河系发生形变可能与自身的运动轨迹、能量变化有关。

究竟是什么原因导致银河系“水波吹皱”,出现变形呢?迄今为止,还是一个谜。

银河系也有“闪电”

闪电是地球上常见的一种很普通的自然现象。其实,不仅仅是地球上会出现闪电,银河系中存在着持续了几百万年的巨型蛇状闪电。

闪电是一种自然现象,暴风云通常产生电荷,底层为阴电,顶层为阳电,而且还在地面产生阳电荷,如影随形地跟着云移动。阳电荷和阴电荷彼此相吸,但空气却不是良好的传导体。阳电奔向树木、山丘、高大建筑物的顶端甚至人体之上,企图和带有阴电的云层相遇;阴电荷枝状的触角则向下伸展,越向下伸越接近地面。

最后阴阳电荷终于克服空气的障碍而连接上。巨大的电流沿着一条传导气道从地面直向云层涌去,产生出一道明亮夺目的闪光。一道闪电的长度可能只有数百米,但最长可达数千米。

闪电的温度从1.7万~2.8万益不等,也就是等于太阳表面温度的3~5倍。

闪电的极度高热使沿途空气剧烈膨胀。空气移动迅速,因此形成波浪并发出声音。距离闪电近,听到的就是尖锐的爆裂声;如果距离远,听到的则是隆隆声。

在看见闪电之后如果开动秒表,听到雷声后即把它按停,然后除以3,根据所得的秒数,即可大致知道闪电离你有几千米远。

大多数的闪电都是连接两次的,第一次叫前导闪接,这一股看不见的空气叫前导,一直下到接近地面的地方。这一股带电的空气就像一条电线,为第二次电流建立一条导路。在前导接近地面的一刹那,一道回接电流就沿着这条导路跳上来,这次回接产生的闪光就是我们通常所能看到的闪电了。

长期以来,人们的心目中只有蓝白色闪电,这是空中的大气放电的自然现象。其实除了蓝白色闪电外还有黑色闪电、干闪电、海底闪电、高速闪电、银河系巨型蛇状闪电等多种形态。

银河系巨型蛇状闪电是怎样形成的呢?它和普通闪电又有什么不同呢?

银河系这道巨大的蛇状闪电是天文学家在1992年发现的,它位于人马座,长达150光年,宽2~3光年,并且在不断摆动。科学家估计它已持续了几百万年的时间。

天文学家研究发现,银河系中心巨大蛇状闪电是由于导电分子云与银河系中心的磁场相互作用形成的。由于带电粒子不断生成和消失,因而这一闪电是摆动的。

天文学家在银河系中心还发现了22条类似的闪电,但长度均没有这一条长。

巨大蛇状闪电是目前在银河系中发现的唯一打两个结的闪电,科学家猜测,打结的地方是因为磁场很强,迫使闪电改变了形状,同时也使打结的地方辐射出的电磁波大大加强。但是,迄今为止,仍没有发现相应证据加以佐证。

银河系里还有其他生命吗

人类在探索宇宙奥秘的同时也在不断询问—我们在宇宙中到底是不是独一无二的?别的星球上或其邻近的星球究竟还有没有生命存在?

众所周知,生物进化的过程如此漫长,拿它和恒星演化的时间去对比也没有什么不恰当。天上有的恒星是那么年轻,甚至爪哇猿人曾经是它们诞生的见证人。在这种恒星周围的行星上,目前高级生物还来不及形成,大质量恒星发光发热只有几万年,这对于生物进化来说实在太短暂了。看来合适的对象只有从质量相当于或小于太阳的恒星中去找。

除了百分之几的少数例外,银河系中恒星的发热年代都很长,足以使智慧生物渐渐形成。但尚不清楚的是这些恒星有没有行星围绕着它们转,因为只有在围绕恒星公转的天体上才能具备液态水所需的温度。

可惜天文学家对别的恒星周围的行星还一无所知。由于它们实在太遥远,即使离我们最近的一些恒星确有这种伴侣天体绕它们转,人们也还没有能做到用望远镜直接观测这些微乎其微的对象。

生命离不开液态水。我们想知道,在某行星上是不是已经存在类似人类甚至进化阶段更高的生物。南非德兰士瓦省翁弗瓦赫特的发掘结果告诉我们,早在35亿年前地球上就存在过比较高级的单细胞生物蓝藻,而人们估算的地球年龄只比这个数字大10亿~15亿年。所以我们要搜索的对象星周围应该具备这样的条件,使原始生物至少有40亿年之久能稳定地向较高级生物进化。

科学家研究发现,生物所在的行星与恒星的距离与生物的产生有关。可是,行星与各自恒星的距离是否合适呢?一个行星至少应该满足的条件是它与所属恒星的距离使得辐射在它表面造成液态水所需的温度。

在太阳系中,水星极靠近太阳,而离太阳比火星更远的所有外行星则受阳光照射太弱,不够温暖。别的恒星周围的行星我们始终还没有见到,怎样才能知道它们之中有多少已经具备了距离恒星恰到好处的条件呢?地球无疑处在太阳系生命带内部,火星和金星靠近此带边缘。科学家发现金星表面温度超过450益,经过取土分析并没发现生物细胞的任何迹象。

一个行星必须同时满足许多条件才能栖息生物,天体具备适于生物生存的气候是多么稀罕。除了有液态水,适宜的气候也是生命产生的一个重要因素。

科学家指出,只要把我们对太阳的距离缩短5%,地球上的生物就会因热不可耐而不能生存。这段距离只要加长1%,地球就要被冰川覆盖。我们所居住的行星的伸缩余地是不大的,因此,外部条件合适、使生物能进化到较高级阶段的行星,在银河系中最多只有100万个。

科学家还发现,除了少数例外,整个宇宙中化学元素的分布大体上是相同的,银河系中离我们最遥远的恒星,甚至别的星系中的恒星,它们的化学组成和太阳一样。它们大多由氢、氧和其他的化学元素组成。

因此,科学家认为,即使是在一个遥远的但气候适宜的行星上,也能找到构成一切有机分子所需的各种物质。然而,从这类简单有机化合物向那些构成生命基础的复杂分子演变,是一条漫长的道路。凡是可能孕育生命的场所,生物实际上都已出现,那么银河系中可能有着100万个居住生物的行星,这些生物也许各自都已演变了40亿年,只不过它们理应处在各自不尽相同的进化阶段罢了,甚至有些行星上的生物已达到智能生物阶段了。

银河系到底有没有其他生物存在?迄今为止,还是一个谜。

银河系中的恒星质量有多大

我们都知道,质量是物质的最基本的属性,又是衡量物体的最基本的物理量。天体质量的特征就是“巨大”。测量被研究物体的质量,这本来是很容易理解的事。但是,给恒星“称”体重,或者说求其质量,恐怕会有人认为这是不可能的。

在地球上测量物体的质量,这是很容易理解的,但是测量遥远恒星的质量,则是一件非常困难的事。我们已经知道,恒星是非常遥远的天体,但居然还能看到它的光辉,那么恒星的真实光度一定是很强的,维持这么长时间的强光源的质量一定是很可观的。

宇宙中大部分已知恒星的质量都比太阳小,它们都是寿命在数百亿年左右的矮星。根据传统的天文学理论,这些矮星由于体积小,因此其内核变化不可能产生大量的重元素,比如氧和铁。而宇宙中目前存在的这些重元素都是由更少见的、体积更大的恒星产生的。这些恒星亮度极高,寿命比矮星短。

长期以来,恒星质量一直是天文学家们所关心的。那么,恒星的质量到底能达到多少,这个问题一直困扰着天文学家。

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