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第9章 太阳系(6)

神奇的彗星蛋:哈雷彗星每76年回归地球一次,每当巨大、明亮的哈雷彗星拖着彗尾访问地球时,人们会惊异于看到的奇特现象--地球上会随之出现蛋壳上印有哈雷彗星图案的鸡蛋。

1682年,哈雷彗星出现时,德国马尔堡(今黑森州境内),一只母鸡生下一个蛋壳上布满星辰花纹的蛋;1758年,当哈雷彗星访问地球时,英国霍伊克附近乡村的一只母鸡生下一个蛋壳上有清晰彗星图案的蛋;1834年,哈雷彗星出现在苍穹,希腊科扎尼一只母鸡生下一个“彗星蛋”,该蛋表面的彗星图案令人惊奇不已;1910年5月17日,当哈雷彗星光临地球时,法国一个母鸡同样也生下一个蛋壳上绘有彗星图案的怪蛋;1986年哈雷彗星再次回归地球时,在意大利博尔戈的一户居民家里,再次发现一个彗星蛋。

奇异的鸡蛋为什么和哈雷彗星一样,周期性地出现呢?这一系列“彗星蛋”事件,使世界各地的科学家都感到困惑不解。

小知识

“深度撞击”撞彗星

2005年7月4日,美国的“深度撞击”撞击器成功实现了对坦普尔1号彗星的撞击。飞行器以3.7万千米/小时撞击彗星后,在彗星表面形成巨大陨坑,并激起巨型尘埃云。运载深度撞击的母体航天器在安全距离观望,并将收取到的影响传送回地面控制中心。

深度进入“坦普尔一号”,可帮助科学家了解有关太阳系最初的构成,甚至揭示更多宇宙起源和生命起源的奥秘。

“深度撞击”号太空飞船在预定轨道上成功释放了大小如一台滚筒洗衣机的铜质撞击器,释放位置距坦普尔1号彗星约88万千米。

释放后,彗星与撞击器不断靠近,直至撞击。同时,太空飞船在500千米之外观望,等候拍摄照片。就在撞击发生前刹那,撞击器发回一组照片,照片上是不断靠近的宽达14千米、由冰、灰尘、岩石组成的彗星,最后一张照片在撞击前3秒钟发回。

撞击器在彗星表面留下的“伤痕”可能介于一所大房子和一个足球场大小之间,深度在2~14层楼高度之间。深度撞击就如同“蚊子撞击波音747”,不同的是,蚊子并未被撞粉碎,而是穿透了747的挡风玻璃。

流星体

直径介于100微米至10米之间的固态天体,即流星和流星体。

太阳系在行星际空间还存在着大量的尘埃微粒和微小的固体块,绕着太阳运动。在接近地球时,由于地球引力作用使其轨道发生改变,这样就可能穿过地球大气层。或者,当地球穿越它们的轨道时也有可能进入地球大气层。由于这些微粒与地球相对运动速度很高(11~72千米/秒),与大气分子发生剧烈摩擦而燃烧发光,在夜间天空中表现为一条光迹,形成流星。造成流星现象的微粒就被称为流星体。

流星:流星是分布在星际空间的细小物体和尘粒,它们飞入地球大气层,跟大气摩擦产生光和热,最终被燃尽成一束光,这种现象叫流星。一般说的流星指这种短时间发光的流星体,俗称贼星。

大部分流星的主要由二氧化硅(也就是普通岩石)、5.7%是铁和镍组成,其他流星是这三种物质的混合物。流星有单个流星、火流星、流星雨几种。大部分可见流星体都和沙粒差不多,重量在1克以下。绿豆大小的流星体进入大气层后,即能形成肉眼可见亮度的流星。

地球的不速之客--陨石:流星体闯入地球大气圈同大气摩擦燃烧,产生光迹。如果它们在大气中未燃烧尽,落到地面后就称为“陨星”或“陨石”。原本绕太阳运动的流星体,在经过地球附近时,受地球引力的作用,改变轨道,从而进入地球大气圈。

陨石是太阳系中较大流星体闯入地球大气后未完全燃烧尽的残余,它给人类带来丰富的太阳系天体形成演化的信息,成为地球人欢迎的不速之客。一般的流星体密度极低,约是水密度的1/20。每天约有数十亿、上百亿流星体进入地球大气,它们总质量可达20吨。

散乱流星:散乱流星也称偶发流星,是不属于任何流星雨的流星。从地球表面看上去,散乱流星在天球上的轨迹似乎并无规律,在很大程度上属于偶然。散乱流星的流星体不像流星雨中的流星体那样在同一轨道里围绕太阳运转,而是在单个轨道上运行。

流星雨:由于流星体与地球大气层相摩擦,产生流星雨。流星群往往由由彗星分裂的碎片产生,因此,流星群的轨道常与彗星轨道相关。

成群的流星形成流星雨。流星雨看起来像是流星从夜空中的某一点迸发并坠落下来。这一点或这一小块天区叫作流星雨的辐射点。一般以流星雨辐射点所在天区的星座命名流星雨,以区别来自不同方向的流星雨。如每年11月17日前后出现的流星雨辐射点在狮子座,于是被命名为狮子座流星雨。猎户座流星雨、宝瓶座流星雨、英仙座流星雨也均这样命名。

流星雨的重要特征之一,是所有流星的反向延长线都相交于辐射点。流星雨规模不同,有时在一小时中只出现几颗流星;有时却在短时间里,在同一辐射点中迸发出成千上万颗流星,如同节日中人们燃放的礼花一样壮观。当流星雨的每小时天顶流量超过1000时,称为“流星暴”。

小知识

惊艳火流星

火流星是一种偶发流星,通常其亮度极高,还会像条闪光的巨大火龙划过天际。有的火流星会发出“沙沙”的响声,有的火流星会产生爆炸声,也有极少数亮度非常高的火流星在白天也能看到。火流星是天空中最令人惊艳的天文现象。

由于火流星质量较大(质量大于几百克),进入地球大气后来不及在高空燃尽而继续闯入稠密的低层大气,以极高的速度和地球大气剧烈摩擦,发出耀眼光芒。火流星消失后,在它穿过的路径上会留下云雾状长带,人称“流星余迹”;有些余迹消失得很快,有的则可存在几秒钟到几分钟,甚至长达几十分钟。人们根据尘埃余迹,就可以推测出高层大气内的风向和风速等。

假想星体

人们试图解译具体天文问题,对未来的认知给予的一种假设,假想有一种形体存在。

祝融星:祝融星也叫火神星,是一个假设在太阳与水星之间运行的行星,这个19世纪的假设被爱因斯坦的广义相对论排除。

祝融星的假设试图去解释水星实际近日点移位与计算出移位的差距。按传统力学方法计算,水星在受到太阳和其他大行星的引力作用下,其近日点在每世纪会东移574″,但实际观测的数字是531″,和预期相差43″,于是人们便假设水星轨道以内还有一颗大行星未被发现。

祝融星最初由法国数学家勒威耶在1859年提出,他曾以计算天王星受到的外来重力而成功发现海王星。

水内小行星:水内小行星是被设为轨道在水星以内的小行星,与太阳距离0.08~0.21个天文单位(日地之间的距离是一天文单位)之间,一个被假设出来的水内行星,去解释水星近日点的移位现象。该天体已被广义相对论推翻。

迄今为止,尽管美太空总署进行多次搜寻,但尚未发现任何水内小行星踪迹。此类搜寻由于太阳强光影响,极难进行。纵使真有存在,据测它们的直径也不会超过60千米,否则应该早被发现。

人们搜寻过的空间在重力上稳定,所以认为此等小行星有可能存在。在太阳系其他稳定的地带,也可以找到天体,还有水星表面满布的环形山可说明早期太阳系有可能存在大量此类小行星。

太阳伴星:太阳伴星是人们假想出来的一个红矮星或棕矮星,距离太阳5~10万个天文单位,并以复仇女神的名字来命名。美国物理学家穆勒发现,地球上出现大灭绝的时间具有一定的周期性,约2600万年一次,于是他提出太阳可能存在伴星,试图解释大灭绝的周期性。

该伴星推断其公转周期为2600万年,在经过奥尔特云带时,干扰了彗星轨道,使数以百万计的彗星进入内太阳系,从而增加了与地球发生碰撞机会。目前,尚未有证据证明太阳存在伴星,从而使地球周期性大灭绝原因受争论。

水星的卫星:一个卫星被相信曾在一小段时间内围绕着水星。1974年3月27日,在水手10号靠近水星前,地球上开始记录大量水星附近的紫外线射线。据一位天文学家说,他们记录到一种“不可能存在的”射线。隔天,这个射线消失了。3天后,该射线再次出现,且可能来自一个似乎在水星附近的物体。

某些天文学家推测可能侦测到一颗星星的射线,但有人觉得这个物体是颗卫星,因为根据射线发散来源,如此高能量的射线不可能穿透如此远的星际物质。且该物体速度被计算为4米/秒,刚好符合一个卫星被期望的速度。但很快这颗“月亮”就被侦测到从水星附近远离,最后被确认是一颗星星(巨爵座的巨爵座31)。

水星的卫星尽管不存在,但却为天文学带来一个重要发现,即紫外射线不会完全被星际物质吸收。

飞越太阳系

科学家如何在有生之年完成太阳系外之旅呢?这时,飞船的速度应达到每秒几百千米,而目前最快的飞船只达该速度的1/10。现行飞船所以行动迟缓,原因在于它们只靠化学火箭在其飞行的头几分钟里加速,冲出大气层后的航程全部倚赖惯性滑行,最多在路过大行星时靠其引力加速。因此要想飞向太阳系外恒星,解决动力问题是关键。

目前,“旅行者”号和“先驱者”号探测器已飞越冥王星轨道,成为离地球最远的探测器。为达到这一目标,科学家花费了十几年时间,其间还不断利用大行星的引力加速。而从一开始,它们就是用最强大的化学火箭(“土星”号)发射的。

科学家设想了飞越太阳系到达其他恒星的方法,其中有一些现在即可实现,而另一些也许永远只是停留在设想阶段。

核动力火箭:20世纪50年代,原子火箭发动机产生了。法国人设计了以水为工作物质的原子能火箭,它靠核反应堆产生的热量将水汽化,高速喷射出的水蒸汽能使星际飞船逐渐加速。火箭需喷出5000吨的水才能在50年内将飞船送往最近的恒星:比邻星(距地球4.22光年)。

原子能火箭的结构质量占总质量的12%~15%,其中有效载荷占总质量的5%~8%。以氘为燃料的核聚变火箭,排气速度可达1.5万千米/秒,足以在几十年内将宇宙飞船送到别的恒星。

聚变比裂变释放更大的能量。理论上,在一个核聚变推进系统中每千克燃料能产生100万亿焦耳能量,比普通化学火箭的能量密度高1000万倍。核聚变反应将产生大量高能粒子。用电磁场约束这些粒子,使之定向喷射,飞船就可高速前进。为安全起见,核飞船至少应在近地轨道组装。月球上具有丰富的氦资源,因而月球也是理想的组装发射地。

此外,也可在拉格朗日点(该点处的物体在绕地球运转的同时保持与月球相对距离不变)处完成组装,原材料从月球上用电磁推进系统发送。

光帆:对于核动力火箭来说,以下几种进入太空的方法更有可能在未来的星际飞行中使用。

在20世纪20年代,物理学家证明电磁波对实物具有压力效应。1984年,科学家提出,实现长期太空飞行的最好方法是向一个大型薄帆发射大功率激光。这种帆被称为“光帆”。

为进行详细考察,可采用“加速-减速”飞行方案。光帆直径取100千米,功率巨大的激光器向它发射激光。在减速阶段,将有一些类似减速伞的小型光帆被释放。它把大部分激光向飞船的前进方向反射,以达到制动目的。

较其他形式的星际飞船来说,光帆是在技术上和经济上最易实现的方案。据估算,在使用金属铍作为帆面材料时,飞到半人马座α星的总费用为66.3亿美元,只相当于阿波罗计划投资的1/4。

人工时空隧道:科幻影片(如《星球大战》)中会有这样的镜头:船长一声令下,结构复杂的引擎开始工作,宇宙飞船消失于群星中,几乎就在同时,它完好出现在遥远的目的地……现代物理学证明,这看似荒诞的场景能够发生。

现代物理学(时空场共振理论)认为,时间是能量在时空中高频振荡的结果,宇宙间各时空点的性质取决于该点电磁场的结构特性。该理论认为宇宙中各时空点有其确定的能量流动特性,它可用一组谐波来描述。如果用人工方法产生一定的谐波结构,使它与远距离某时空点的谐波结构特性相同,那么两者就会产生共振,形成一个时空隧道,飞行器就可循着这个时空隧道在瞬间到达宇宙的另一位置。

实行该方案关键是飞船必须能产生适当的能量形态,以满足选定时空点的谐波结构特性。

通过“虫洞”的星际航行:名为“虫洞”的奇异天体,是连接空间两点的时空短程线。科学家认为,通过虫洞可实现物质的瞬间转移。用过这种方法进行的星际航行,可完全不考虑相对论效应。但很遗憾,这种理论上应存在的“空间桥梁”至今未被发现。

无疑,无论哪种方法离现实都存在一定距离,但它们在技术上并非不可行。无论困难多大,人类探索未知领域的天性不会改变。不妨设想,人类最终迈出太阳系摇篮,飞向星际的日子也不是太遥远的事了。