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第8章 天文篇(2)

然而,令天文学家们疑惑不解的是,这个巨型黑洞是如何能在如此短暂的时间内聚集如此之巨的质量。据罗格·罗曼尼教授解释称,为了揭开这个庞然大物的质量之谜,天文学家们使尽了全身的解数——包括测量微粒的运动速度和多普勒效应强度。

众所周知,黑洞是看不见的,因此,科学家们只能依靠它发出的辐射和对相邻恒星的万有引力作用来判定它的存在。一般来讲,天文学家们将黑洞分为两类:星状黑洞和超大质量星状黑洞。星状黑洞由质量相当于几个太阳的恒星坍缩形成,而超大质量星状黑洞的质量则可达十亿个太阳质量。

首次捕捉到太阳系外行星的身影

德国天文学家曾利用“斯皮策”红外望远镜,第一次捕捉到太阳系外行星的图像,直接证明了太阳系外有行星围绕恒星运行的推测。

由于恒星发出的光比围绕其运行的行星所反射的光要亮许多倍,因此,太阳系外行星很难被直接观测到。天文学家一般通过观察行星在恒星表面造成的引力效应,或是在行星运行到恒星前方时观察到恒星光芒出现短暂暗淡现象,来判断行星的存在。过去10年中,天文学家在太阳系外发现了近150颗行星,但都是通过间接手段实现的。

据英国《新科学家》网站报道,距离地球约400光年的一颗年轻恒星及围绕它运行的一颗行星为天文学家提供了很好的观测条件。德国耶拿大学天文物理学院研究人员利用“斯皮策”望远镜观测到一颗名为“GQ卢皮”的恒星附近始终有一颗星体。研究人员根据两个原因断定,该星体是围绕“GQ卢皮”的行星。

首先,它本身具有温度,却不及“GQ卢皮”的温度高。从两者温度的差别看,这颗星体很像是一颗“年龄”不大的行星。因为它刚诞生不久,表面温度较高,所以能够在红外望远镜上“现身”。第二,根据1999年到2004年间美国哈勃望远镜、日本的昴宿星团望远镜和设在智利的欧洲南方天文台望远镜拍摄到的一系列图像判断,这颗星体和“GQ卢皮”间的距离一直没有变化,因此它肯定是围绕“GQ卢皮”的一颗行星。

据德新社报道,耶拿大学天文物理学院院长拉尔夫·诺伊霍伊泽说,这颗行星是太阳系外直接通过照片发现的第一颗行星。这颗行星还很年轻,质量是木星的两倍,约有2000℃的高温,环绕“GQ卢皮”运行一周约需要1200年,两者之间的距离是太阳与地球距离的100倍以上。恒星“GQ卢皮”年龄最多有200万年,比46亿岁的太阳要“年轻”得多,质量相当于太阳的70%。研究人员对“GQ卢皮”的研究发表在《天文学和天体物理学》杂志上。

最美丽的行星

土星是太阳系八大行星之一,按离太阳由近及远的次序是第六颗;按体积和质量都排在第二位,仅次于木星。它和木星在很多方面都很相似,也是一颗“巨行星”。从望远镜里看去,土星好像是一顶漂亮的遮阳帽飘行在茫茫宇宙中。它那淡黄色的、橘子形状的星体四周飘拂着绚烂多姿的彩云,腰部缠绕着光彩夺目的光环,可算是太阳系中最美丽的行星了。

古时候,我们称土星为“镇星”或“填星”,而西方则称之为克洛诺斯。无论是东方还是西方,都把这颗星与人类密切相关的农业联系在一起。

土星是扁球形的,它的赤道直径有12万千米,是地球的9.5倍,两极半径与赤道半径之比为0.912,赤道半径与两极半径相差的部分几乎等于地球半径。土星质量是地球的95.18倍,体积是地球的730倍。虽然体积庞大,但密度却很小,每立方厘米只有0.7克。

土星内部也与木星相似,有一个岩石构成的核心。核的外面是5000千米厚的冰层和8000千米的金属氢组成的壳层,最外面被色彩斑斓的云带包围着。土星的大气运动比较平静,表面温度很低,约为零下140℃。

土星以平均每秒9.64千米的速度斜着身子绕太阳公转,其轨道半径约为14亿千米,公转速度较慢,绕太阳一周需29.5年,可是它的自转很快,赤道上的自转周期是10小时14分钟。

土星的美丽光环是由无数个小块物体组成的,它们在土星赤道面上绕土星旋转。土星还是太阳系中卫星数目最多的一颗行星,周围有许多大大小小的卫星紧紧围绕着它旋转,就像一个小家族。到目前为止,总共发现了23颗。土星卫星的形态各种各样,五花八门,使天文学家们对它们产生了极大的兴趣。最著名的“土卫六”上有大气,是目前发现的太阳系卫星中,唯一有大气存在的天体。

银河系内最古老的行星

2003年7月11日,美国航空天局使用哈勃望远镜发现了银河系内人类已知的最古老的行星。该行星在130亿年前形成。这一发现为研究宇宙中行星的形成历史提供了新线索。

这颗气状行星大小与木星相当,质量相当于木星的2.5倍,处于代号为“M4”的球状星团核心区域附近。该星团包含的恒星数量在10万颗以上,位于距地球约5600光年的天蝎星座。

新发现的行星围绕由一颗脉冲星和一颗白矮星组成的双星系统运转。据天文学家们推测,这颗行星约在距今127亿年前,也就是导致宇宙诞生的“大爆炸”后约10亿年形成,它起初在“M4”星团边缘围绕一颗类似太阳的年轻恒星运转,随后二者一起落入恒星密集的星团核心区域,并被一颗中子星及其伴星俘获,形成一个混合系统。该行星围绕运转的恒星以及中子星,随着时间的推移,最终分别变成了白矮星和脉冲星。

这颗宇宙最古老行星的发现引起了科学界巨大的震撼,由于行星是繁衍生命的必需桥梁,因此美国科学家预言,早在127亿年前宇宙中也许就已有智能生命存在,并且这些外星生命还曾亲身体会过恐怖的“末日来临”!

据华盛顿卡内基研究协会天文学家阿兰·波斯称,发现这样一颗古老的行星是“一件令人震惊的科学发现”,因为它意味着最古老的行星也许在宇宙大爆炸10亿年之内就诞生了,比大多数科学家以前断定的要早上数十亿年。

阿兰·波斯道:“如果127亿年前能产生气体行星,那就意味着127亿年前也能产生类地球行星,这就意味着在127亿年前,宇宙生命就可能已经在那里诞生、繁衍和灭亡,这是一个非常大的可能!”

这颗类木星行星与它的恒星间的距离大约为地球到太阳的2—8倍。科学家认为,在这个距离之内,有足够的空间容纳一颗类地球行星的存在。参加该项研究的美国宾夕法尼亚大学天文教授斯泰恩·西格德森道:“研究显示,在该类木星行星轨道内的生命可居住区域,有足够的空间可以容纳一颗类地球行星。如果真有这样一颗类地行星存在过的话,在那儿的‘太阳’还未死去之前,那儿很可能曾经繁衍过远古生命。”

最年轻的行星

美国宇航局(NASA)的“斯皮策”太空望远镜发现了一颗形成不超过100万年的“婴儿”行星,而这颗行星很可能是目前已知的所有行星中最年轻的。

这颗新行星位于金牛座,围绕一颗距离地球420光年、名为金牛座“CoKuTau4”的恒星运行。美国宇航局的天文学家利用“斯皮策”太空望远镜对金牛座的5颗恒星进行了长期观察,以往可以清晰地看到这些恒星都带有尘埃盘,但最近他们发现“CoKuTau4”恒星的尘埃盘上,有一个环状区域并没有尘埃。从天文学的角度看,这可能意味着该恒星周围的尘埃物质已经聚积成了一颗新的行星。

威斯康星大学天文学教授丘吉尔称:“太空望远镜让我们穿透尘埃,看到了行星形成的激烈演变过程。但迄今为止,这颗新行星还没有最后成型,需要在今后的观察中继续关注。”天文学家一致认为它不会超过100万年,这是一颗行星形成所需要的最短时间。

纽约罗切斯特大学太空专业的沃森教授对此发现颇感兴奋,他认为对这颗“婴儿”行星的跟踪研究,很可能给行星形成理论带来新的突破。沃森表示:“有史以来第一次,我们通过太空望远镜看到了恒星周围尘埃组织的演变,而这些恒星可能与我们熟知的太阳系十分相似。”更令人惊讶的是,除了已被发现的这颗“婴儿”行星外,天文学家们发现“CoKuTau4”恒星周围至少还有300颗类似的新行星正在形成。华盛顿卡内基研究中心的波斯教授认为,这项发现在天文学上具有重大意义,它证明行星的形成具有普遍规律,而地球作为存在生命的行星,在宇宙空间中可能并非是唯一的。

水星之最

在太阳系的八大行星中,水星获得了几个“最”的记录:

离太阳最近。

水星和太阳的平均距离为5791万千米,约为日地距离的0.387倍,是距离太阳最近的行星,到目前为止还没有发现过比水星更近于太阳的行星。

轨道速度最快。

它离太阳最近,所以受到太阳的引力也最大,因此在它的轨道上比任何行星都跑得快,轨道速度为每秒48千米,比地球的轨道速度快18千米。

一“年”时间最短。

地球每一年绕太阳公转一圈,而“水星年”是太阳系中最短的年。它绕太阳公转一周只用88天,还不到地球上的3个月。这都是因为水星围绕太阳高速飞奔的缘故。难怪代表水星的标记和符号是根据希腊神话作比喻,把它比作脚穿飞鞋、手持魔杖的使者。

表面温差最大。

因为没有大气的调节,距离太阳又非常近,所以在太阳的烘烤下,向阳面的温度最高时可达430度,但背阳面的夜间温度可降到零下160度,昼夜温差近600度,是行星表面温差最大的冠军,这真是一个处于火和冰之间的世界。

卫星最少的行星。

太阳系中现在发现了越来越多的卫星,总数超过60个,但只有水星和金星是卫星数最少或根本没有卫星的行星。

一“天”时间最长。

在太阳系的行星中,水星“年”时间最短,但水星“日”却比别的行星更长,在水星上的一天(水星自转一周)将近两个月(为58.65地球日)。在水星的一年里,只能看到两次日出和两次日落,那里的一天半就是一年,地球人到了水星上很不习惯。

发现金星凌日之最

世界上第一个用肉眼观察金星凌日的人是阿拉伯自然科学家、哲学家法拉比(870—950年),他在一张羊皮纸上写道:“我看见了金星,它像太阳面庞上的一粒胎痣。”据分析,法拉比目睹到这次金星凌日发生在公元910年11月24日。

世界上第一个向世人预告金星凌日是德国伟大的天文学家开普勒(1571—1630年)。他在1629年出版的《稀奇的1631年天象》一书中写道:“1631年12月7日将发生金星凌日。”

世界上第一个用天文望远镜观察金星凌日是英国的天文学家霍罗克斯(1619—1641年)和克拉布特里。他俩在1639年12月4日用望远镜观察到17世纪最后一次金星凌日。

世界上第一个提出用金星凌日测量太阳视差和日地距离(天文单位)的人是英国天文学家哈雷(1656—1742年),他在1716年建议在世界各地联合观察金星凌日,并论述了利用金星凌日测量太阳视差的方法,这是当时精确测定太阳视差的理想方法。

世界上第一个发现金星有大气存在的人是俄国科学家罗蒙诺索夫。他在1761年6月6日观察金星凌日时发现金星有大气存在,这是人类在其他行星上首次发现大气。

最早观察水星凌日的人

“水星凌日”是指水星运行到地球与太阳之间,它们三者之间几乎成一条直线时,水星就会从太阳表面经过。这时人们在地球上可以看到,在耀眼的太阳光球层上,有一个小小的黑圆斑(像人脸上的一颗黑痣)自东向西缓缓移动,这一天文现象就叫“水星凌日”。

在人类历史上,第一次预告水星凌日是“行星运动三大定律”的发现者,德国天文学家开普勒(1571至1630年)。他在1629年预言:1631年11月7日将发生稀奇天象——水星凌日。当日,法国天文学家加桑迪在巴黎亲眼目睹此现象。从1631年至2003年,共出现50次水星凌日,其中,发生在11月的有35次,发生在5月的仅有15次。

水星凌日发生的原理与日食相似。由于水星和地球的绕日运行轨道不在同一个平面上,而是有一个7度的倾角。因此,只有水星和地球两者的轨道处于同一个平面上,而日、水、地三者又恰好排成一条直线时,才会发生水星凌日。地球每年5月8日前后经过水星轨道的降交点,每年11月10日前后又经过水星轨道的升交点。所以,水星凌日只能发生在这两个日期的前后。

“水星凌日”跟月亮遮住太阳出现日食的原理一样,但其几率比日食小得多,因此更显难得。据记载,“水星凌日”大约100年会出现13次,大多发生在11月,而在5月比较罕见。

观察水星凌日必须借助望远镜。它与观察太阳黑子的方法相似。通常有两种方法:一是投影法。通过望远镜,把太阳投影到一张白纸上进行观察。二是目视法。在望远镜的物镜上装上滤光镜,再进行观察。天文爱好者可以用烧电焊用的黑玻璃,也可以用X光底片或电脑软盘的磁片,几张重叠起来制成眼镜,戴上它用双筒望远镜观察水星凌日。选购双筒望远镜时需注意两点:一是口径(物镜)越大越好,物镜(前镜)直径70毫米的较理想;二是选购多层镀膜的物镜,通常镀绿膜、蓝膜的较好,镀红膜的最差。需要着重指出的是,观察水星凌日,千万不能用肉眼直接看太阳,要注意保护眼睛。

最早发现天王星的人

天王星是太阳系中离太阳第七远行星,从直径来看,是太阳系中第三大行星。天王星的体积比海王星大,质量却比它小。

天王星基本上是由岩石和各种各样的冰组成的,它仅含有15%的氢和一些氦(与大都由氢组成的木星和土星相比是较少的)。天王星和海王星在许多方面与木星和土星在去掉巨大液态金属氢外壳后的内核很相像。虽然天王星的内核不像木星和土星那样是由岩石组成的,但它们的物质分布却几乎是相同的。

最早发现天王星的人是英国的的天文学家威廉·赫歇尔,在这以前,人们只认识水星、金星、火星、木星五大行星,因为这五颗行星都可以用肉眼观察到。

德意志诞生的英国天文学家威廉·赫歇尔(1738年—1822年),他出生于汉诺威,最初是一个音乐家。17岁时来到英国,当宫廷歌会的双簧管吹奏者。他一方面以音乐维持生活,另一方面他刻苦努力学习数学和物理。1774年在他36岁的时候,亲自制造成功一台反射望远镜。他一生中制造了400多台望远镜,口径最大的有125厘米。