书城童书探索神秘的宇宙
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第8章 宇宙中的各种天体(2)

科学家们猜想:白洞也有一个与黑洞类似的封闭的边界,但与黑洞不同的是,白洞内部的物质和各种辐射只能经边界向边界外部运动,而白洞外部的物质和辐射却不能进入其内部。形象地说,白洞好像一个不断向外喷射物质和能量的源泉,它向外界提供物质和能量,却不吸收外部的物质和能量。

白洞到目前为止,还仅仅是科学家的猜想,还没有观察到任何能表明白洞可能存在的证据。在理论研究上也还没有重大突破。不过,最新的研究可能会得出一个令人兴奋的结论,即“白洞”很可能就是“黑洞”本身!也就是说黑洞在这一端吸收物质,而在另一端则喷射物质,就像一个巨大的时空隧道。

科学家们最近证明了黑洞其实有可能向外发射能量。而根据现代物理理论,能量和质量是可以互相转化的。这就从理论上预言了“黑洞、白洞一体化”的可能。

要彻底弄清楚黑洞和白洞的奥秘,现在还为时过早。但是,科学家们每前进一点,所取得的成绩都让人激动不已。我们相信,打开宇宙之谜大门的钥匙就藏在黑洞和白洞神秘的身后。

彗星内“脏”

20世纪哈雷彗星回归两次,第一次是1910年5月,哈雷彗星庞大的尾巴在地球逗留了好几个小时,亮度如同火星,让人大饱眼福。第二次,1985~1986年,这次回归让人不免有些遗憾,其场面大不如前一次。直到1986年三四月份,人们才在南半球上空重又见到哈雷彗星。

这两次回归,使哈雷彗星风靡全球,变成了家喻户晓的“明星”。中国著名天文学家张鲸哲回忆:“哈雷彗星1910年回归时,我是8岁学童,彗星横扫天际的奇景,深深打动了我。这个最初的印象对于我以后转学天文并从事小行星的观测研究起到了重要的作用。”

1986年,天文学家终于认识到,彗星实际上是一个由石块、尘埃、甲烷、氨所组成的冰块,我们把这个冰块称为彗核。彗核形状酷似一个长马铃薯,呈深黑色,就像一个“脏雪球”。如果在彗星上作“环星旅行”,大约半天就走完了,远离太阳时,人们在地球上是无法辨认的。而当这个“脏雪球”飞向太阳的时候,太阳的加热,使彗星表面冰蒸发升华成气体,与尘粒子一起围绕彗核成为云雾状的彗发和彗核,合称彗头。彗核又使阳光散射,便形成星云般发淡光的彗尾。这时,彗头直径有几十万千米,彗尾长达好几千万千米,变得好似庞然大物,但其质量却非常小,仅有地球质量的十亿分之一。

天体撞击之谜

早在20世纪70年代,美国天文学家借助安装在智利的天文望远镜研究确认,当宇宙中发生并非罕见的宇宙悲剧——巨大星系相撞时,会导致这些相撞星系形状上的变化,还会破坏新恒星的诞生过程。美国天文学家基于大量观测认为,跟中学现代天文学教科书中关于宇宙演化的概念恰恰相反,新诞生的一大批恒星比整个宇宙要年轻得多,但是,当初,很少有人相信这一点。

1997年10月底,美国天文学家们借助修复后的“哈勃”

太空望远镜拍摄了一张发生最大宇宙悲剧的照片——触角星云中的两个大星系相撞,发生这一宇宙悲剧的地方距离我们6300万光年远。“哈勃”在瞬间拍下这一星系撞击的宇宙悲剧的同时,又在这“一瞬”的宇宙尺度内拍下1000多个新诞生的恒星群。这些细微宇宙照片使天文学家们大为震惊,他们通过目睹这一星系大撞击的宇宙奇观才如梦方醒,原来,星系之间并非相互隔绝,也并非静止不动,恰恰相反,它们相互撞击,融为一体并贪婪地“吞噬”着它们的“近邻”,与此同时,爆发出强烈的闪光并突然冒出火光,改变着自己的形状。这一震惊科学界的新发现,从根本上改变了天文学家的传统思维和对宇宙演化的旧有观念,这有助于我们对真正宇宙史的理解和认识,从而解开了历代各民族和天文学家留下的关于宇宙奥秘困惑不解的谜团。

我们人是从哪里来的?主宰自己的路又通向何方?

我们生命的真谛是什么?

1994年7月的“彗木之吻”使天文学家们目睹了一场天文体大撞击的宇宙奇观和悲剧后果。然而,这不过是在太阳系范围的一次普通天体撞击现象。倘若两个对面飞驰而来的星系相撞,或彼此“擦肩而过”,那便是天体力学上一个惊人的宇宙过程,要从头至尾观测完这一过程需花费几亿年时间,即便几十代天文学家的辛勤努力也恐难胜任这一天文观测。

为了全面揭示和研究星系相撞会导致什么样的悲剧性后果,前不久,日本天文学家借助计算机和数学模拟系统,总共只用了几小时的时间就完成了通常需要几亿年时间才能完成的一项星系碰撞模拟实验。

在实验现场显示出两个相撞后相互作用的星系

之间出现的遥远异地的宇宙奇观,在对撞的两个星系之间出现光桥、光尾、“纽带”状和圆盘状星系的扭曲变形等现象。但模拟计算并不能对相互作用星系的某些特性作出解释,比如:两个星系相撞时的颜色为什么往往跟单个星系的颜色截然不同?两个星系较高的X线亮度与什么有关?归根结底的问题是为什么在数学模拟实验时总是不出现环状星系。这一点早已引起天文学家的关注。

须知,星系的外形和颜色首先取决于那些年轻、明亮和连成一大片的恒星。

这些恒星诞生不久,它们分布在频繁诞生恒星的宇宙区域中。这就是说,要观测到两个星系碰撞时相互作用的结果,首先必须仔细洞察星际气体的未来状况,成为年轻恒星的“建筑材料”。

根据数学模拟实验表明,在两个星系飞速接近时,这两个星系的气体云中的次星系并非像圆盘状星系中的次星系那样牵制着自己。这时,恒星就会在两个相互接近的星系之间形成“纽带”,或形成被强力展开的螺旋状分支物,气体云会形成环状结构,其半径小于恒星圆面的半径。邻近星系的影响会破坏气体云沿圆形轨道匀速运动,它们往往相互碰撞从而强化了恒星的诞生过程。几亿年后,星系掠过最近点后,星系间引力的相互作用促进了恒星的形成过程,从而使恒星形成的强烈度达到极点,其恒星形成的速度是孤立星系中恒星形成正常速度的10倍。

大批年轻的恒星由于2个星系的相互作用,明显变换着自己的颜色,它们的颜色变得更加蔚蓝,而其余恒星则是致密的相对论性天体——中子星和黑洞,它们成双结对地栖身于众多的普通恒星之中并伴它们同行,进而变成强X线源,它们还能明显强化这一区域中星系的亮度。

星团和星云

星团中的恒星紧密地挨在一起,但是并非“亲密无间”,它们之间弥漫着星云。星团是由10个以上的恒星组成且被各成员星间的引力束缚在一起的恒星群。许多较亮的星团用肉眼或小型望远镜看起来就是一个模糊的亮点。

星团可以分为球状星团和疏散星团两种,疏散星团即前面提到的银河星团。而星云则是恒星系内一切非恒星的气体尘埃云。星云中的物质都是由气体和尘埃微粒组成的,不同的是星云中的气体和尘埃含量略有不同。历史上,曾因观测工具的限制,把星云和河外星系混为一谈。

星云的演变

一般认为行星状星云是由激发它的中心星抛射出来的,将会逐渐消失;新星和超新星爆发所抛出的云也在很快地膨胀而逐渐消失。它们都是恒星演化过程中的产物,也是恒星逐渐变为星际物质的过程。一些发射星云内部含若干热星,它们常常组合成聚星、银河星团或星协(如O星协)。这些星云和年轻恒星一起分布在银河系旋臂中。因此天文学界认为,这些星云中的热星群可能是不久前才从这些星云中诞生的。

天体的“自行”

人们肉眼可以看到的星有6000多颗。这些星可以分为两类:一种是行星,也就是太阳系的八大行星。古人观测天空,只看到离我们最近的水星、金星、火星、木星、土星,古人发现这五颗星的位置总在变化,这说明它们在天上不停地走来走去(这种“走动”,按现在的说法就是行星的“公转”),因此称它们为“行”

星。而对于另一类星,它们在天上的位置看上去总是固定不变(当然,这必须排除地球自转、公转造成的星星们看上去的“变动”),所以称它们为“恒”星。

随着科学的发展,人们逐渐认识到宇宙中的运动是绝对的,而“静止”永远是相对现象。大量观测表明,恒星并不是固定不变的,它们也在运动。

天文学上称之为恒星的“自行”。其实,恒星的运动如果与视线平行,我们是看不出来的。所以,自行的真正定义应该是恒星运动垂直于视线的分量。

恒星自行的绝对速度并不慢,往往比行星的运动速度快得多,只不过除太阳外的恒星离我们都太遥远了,它们跑得再快,从地球上看去也跟静止差不多。

但经过上万年之后,恒星的位置变化就会较为明显。

“灾难之星”——彗星

彗星俗称“扫帚星”,历来被迷信的人们认为是“灾难之星”。它往往会在不期之间突然“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,天上的星宿和地上的人类是息息相关的。彗星因为“相貌”奇特,所以它的出现才会引起猜疑乃至恐惧。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。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,罗马市民为恺撒举行追悼仪式,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。

到了近代,天文学已经能够比较准确地预报一些彗星的回归时,迷信仍然大有市场。哈雷彗星是第一颗被准确预言回归的彗星。英国天文学家哈雷计算出,它每隔大约76年会按时回归地球一次。

但1835年哈雷彗星如期回归时,有人把它同世界许多地方出现的自然灾害联系起来。如在日本发生了“天保大饥荒”(德川幕府时代最大的饥荒),有20万~30万人被饿死,饥馑还引起了全国性的大暴乱。其实这简直是嫁祸于“人”。把1910年哈雷彗星的再次回归,同日本明治时代东京发生的最大的水灾胡乱联系,也是一例。在欧洲,人祸胜于天灾的情形更加明显。当天文学家宣布1910年5月19日哈雷彗星的回归时,欧洲一些国家出现了恐慌。人们居然相信彗星是有毒的,如果它扫过地球上空,人就会被毒死。一些神父们乘机蛊惑人心,宣扬“世界末日”来临,要求人们赶紧祈求上帝宽恕。可笑的是,有人竟然因恐惧自杀。可结果如何呢?它对地球和人类没有丝毫破坏,人们只是虚惊了一场。

彗星在冤屈之中度过了漫长的岁月。随着实践和知识的发展,今天人们不再以恐惧的眼光来看待它。那么,彗星的真实面目究竟是如何呢?

古代人们描绘的彗星形态是奇形怪状的,但这些描绘都不是彗星的真实形态。随着科学技术的发展,有了照相技术和宇宙飞船、人造卫星等探测设备,我们对彗星有了更加正确的认识。

彗星是太阳系中一种云雾状的小天体,一般包含彗核、彗发、彗尾三部分。

中央比较明亮的是彗核,彗核周围是云雾状的彗发。随着与太阳之间距离的不同,彗星的形状也在不断地变化。只有当它接近太阳的时候,彗星才在很短的时间内“长”出尾巴。彗尾一般总是朝着背离太阳的方向延伸,这一点,中国古代的科学家就已经认识到了。所谓“夕现则东指,晨现则西指”,就是对彗尾的描述。

16世纪德国天文学家开普勒形象地打了一个比喻:“彗星在天空里就像鱼在大海里那样多。”这也许有些夸张,但科学家们已经观测到成百上千颗彗星,只是我们用肉眼不能看到那么多罢了。因为并不是所有的彗星都会具有彗核、彗发、彗尾等结构。有许多彗星被称为“望远镜彗星”,也就是只能用望远镜才能看得到它们。这些小彗星大多数是没有彗尾的,有的连彗发也很小。它们一直保持为云雾状,再加上彗星绕太阳转一圈的时间往往很长,而且彗星出现的时候,常在早晨或傍晚,这时黎明的曙光或落日的余晖,使原本就不亮的彗星更不易被人“发现”了。

彗星的轨道也不是单一的,它不像行星轨道那样近似圆形。彗星的轨道一般都是拉得又扁又长的椭圆形。

这种彗星称为周期彗星。像大家熟知的哈雷彗星,它的轨道就是椭圆形的。还有非周期彗星,它们的轨道是抛物线形或双曲线形。这种彗星对于我们来说只是一个“过路客”,匆匆绕太阳转个弯,就一去不复返了。

由于彗星运行轨道不稳定,当它运行经过大行星附近的时候,很容易受大行星的引力影响,改变彗星运动的速度和方向,使得彗星的轨道形状发生变化。这可能会使本来绕太阳一圈需要200年以上的长周期彗星,变为绕太阳一圈只需200年以下的短周期彗星;也可以使短周期彗星变为非周期彗星。正是因为彗星轨道的这些特点,人们才形象地把彗星称为太阳系的“流浪汉”。

1986年回归的哈雷彗星和1994年撞击木星的“苏梅克—列维9号”彗星,虽然曾两次轰动了世界,但能够亲眼见到到彗星身影的人却很少。1996年3月,北京出现了“百武彗星”观测热,众多天文爱好者有幸目睹了这颗彗星的风采。百武彗星是由日本的一位天文爱好者百武裕司发现的。由于这颗彗星比较亮,特别是在3月25日前后的几天内,它在天穹上运行的轨道经过北极星附近,因此地球上北半球的人们整夜都可以看到。更使人感到吃惊的是,百武彗星竟是一颗离地球很近的彗星。

在近300年的彗星记录上,距离地球由近及远,它排行第19位,这就可以让天文学家在近处仔细观察它的真面貌了。

天文学家对百武彗星的轨道进行了计算,发现它是一颗周期9年左右的彗星。但百武彗星是否第一次向太阳回归呢?我们还不能断定。1996年5月以后,世人的目光随着百武彗星的离去而转向了另一颗彗星——“海尔—波普”彗星。1995年7月23日傍晚,两位美国业余天文爱好者海尔和波普分别用小型天文望远镜发现了一个模糊的雾状天体。后来证实,他们看到的是同一颗很大的彗星,因此国际天文联合会将这颗彗星命名为“海尔—波普”彗星。天文学家们都将望远镜对准了它,在观测中证实了这颗彗星移动很慢,说明它离我们非常遥远。