书城教材教辅科学知识大课堂——趣味科学
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第36章 趣味天文地理(3)

宇宙中应该均匀地分布着许多发光的恒星,虽然有的亮些,有的暗些,不妨假定它们都按一个平均亮度发光。还要考虑,离地球近的星,照到地球上的光要强一些,远一些就弱一些,把距离的因素也考虑进去。如果宇宙是无限的,恒星和恒星之间不会有暗区,地球的上空不会是黑的,而且比白天亮得多,大约相当于天空中布满了太阳那么亮!

奥伯斯的理论告诉我们,夜晚的星空是亮的,是白夜;而人们的实际观察,夜晚的星空是黑的,是黑夜。理论和实际发生了矛盾。

提出这个矛盾,奥伯斯不是第一人。1610年,天文学家开普勒就反对过宇宙无限的说法,他认为,如果天空的星星无限多,夜晚的星空就应该是亮的。

理论和实际发生矛盾,其中必定有原因,只是一下子还不知道问题出在哪里。从奥伯斯开始,不断地有人探讨矛盾的根源,推动了学术的发展,促使人们去思考宇宙到底是什么样的。

为了解决矛盾,曾经出现过许多说法。

有人说,星空中存在着吸光物质,比如尘埃之类的物质,吸光物质吸收了星光,使得天空黑了下来。

有人说,奥伯斯的理论,是根据恒星均匀地分布在空中计算的,而实际的恒星分布并不均匀,有的星区恒星多,有的星区恒星少,宇宙中有亮区和暗区,地球的位置在于暗区。

有的人倒是赞同奥伯斯的理论,只是说,奥伯斯假定了恒星永远在那儿发光,要考虑到恒星也有个寿命问题,要是恒星的平均寿命很短,那么遥远的恒星在“死亡”以前发出的光到不了地球。

还有一种理论,认为宇宙起源于原始火球的大爆炸,大爆炸以后,出现了许多星云,逐渐凝聚成各种天体。大爆炸以后,宇宙膨胀开来,大量恒星远离我们而去。这样,这些恒星的光也不能到达地球。

也还有这样的推论,如果宇宙存在的时间太短,那些距离我们十分遥远的星光,还没有射到地球上来呢。

也许还会出现一些新的解释,总之,白夜和黑夜的问题已打开了人们的思路。只要无法推翻奥伯斯的理论,那就得找出原因来说明这个相互矛盾的事实。

月球出生之谜

从地球上遥望夜空,最惹人注目的是那一轮晶莹的明月。它那柔美多姿的身影,它那皎洁淡雅的辉光,留给人们的是永恒的眷恋,是无尽的遐想。几千年来,月亮在人们心目中是一首诗一幅画,一支宜人心脾的小夜曲。贝多芬的《月光奏鸣曲》令人如痴如醉;唐诗宋词中的“举杯邀明月,对影成三人”、“但愿人长久,千里共婵娟”令人百读不厌。

月球的美丽动人不仅使民间有了嫦娥奔月、玉兔捣药、吴刚伐桂等神话传说,月球的永恒魅力还使许多科学家也心向神往。1609年,着名的意大利天文学家伽利略制造出世界上第一架天文望远镜,他首先观测的目标就是月球。1887年,有人在法国巴黎的“世界博览会”广场上架起了一架望远镜,每当明月当空的时候,广场上就会排起长队,人们都想看一看望远镜中的月亮。

人们在地球上看到的最美丽的天体是月球,而宇航员在月球上看到的最美丽的天体是地球。如果把航天的步子迈到地球和月球以外的太空中再回过头来看时,人们会发出惊叹,地球像一颗晶莹璀璨的蓝宝石闪闪发光,而围绕着这颗蓝宝石旋转的小宝珠就是月球。

人们赞美月球与地球结下了缘分,同时也极想知道地球为什么会有月球作伴?月球又是从哪里来的?19世纪以来,许多科学家对这个问题进行了研究,并提出了几种不同的意见。

第一种意见认为,月球是从地球上分裂出去的。这个观点是小达尔文(进化论学说创立者达尔文的儿子)在1879年提出来的。他认为地球当初快速旋转产生的离心力使地球上的一大块物质被抛了出去,这块物质进入环绕地球的轨道后变成了月球,地球上留下的空穴就变成了后来的太平洋。

第二种意见认为,月球是地球抓来的“俘虏”。这个观点出现于20世纪40~50年代,代表人物是1970年获诺贝尔物理奖的瑞典科学家阿尔文。他认为月球原来在火星的区域内,是与火星一起形成的独立天体,后来,由于受地球引力的吸引,它落入了地球的“势力范围”内,就再也没有逃出去,后来就成了地球的天然卫星。

第三利意见认为,月球和地球是由同一块小星云凝聚而成的,它俩是同时“出生”的孪生姐妹。

这三种意见各有各的道理,但也有各自不能自圆其说的地方。比如第一种意见,科学家通过计算发现,地球当初的自转速度不可能快到能产生分裂的力量。又比如第三种意见,地球上铁矿资源丰富,但月球上却没有铁。如果地球和月球是从同一块星云中形成的“孪生”姐妹,那它们身上的含铁量为什么那么不同呢?

第四种意见认为,大约在地球刚形成的时期,一颗比地球小的宇宙天体以每秒钟12公里的速度撞上了地球。巨大的碰撞力使相撞处的大量物质被抛到了空中,有的物质被冲撞造成的高温气化了,有的物质经过慢慢冷却凝聚变成了月球。月球大概就是在46亿年前形成的,从那时起,它就与地球相依为伴,从远古走到了今天。这种观点最早提出于1975年,80年代后越来越引起人们的注意。

这些关于月球来历的说法仅仅是科学家的一些设想。喜欢刨根究底的人类不仅想知道月球的“来龙”,还希望能知道月球的“去脉”,月球会永远伴着地球吗?

月球沿着一条稍带椭圆的轨道绕地球旋转,与地球之间的平均距离是3844万千米。如果我们告诉你,月球和地球之间的距离正在拉大,月球正在慢慢地离开地球,你会相信吗?然而这是事实。

如果你到过海边,或从电影电视中,你一定看到过或知道海水的涨潮和退潮。海水的这种涨落主要是受月球引力的影响。每天的海潮涨落使大量的海水流来流去,对海洋底部产生巨大的摩擦,这种摩擦对地球的自转会产生阻力,使地球自转变慢。地球自转一变慢,每日的时间长度就会加长,日积月累下来的结果是每100年地球自转变慢千分之一秒,相应的,地球上每100年的时间就要加长千分之一秒。这种变化看起来极其微小,但经过长时间的积累,就会影响到月球和地球之间的“关系”。地球自转越来越慢,月球环绕地球的轨道就会相应地变得越来越大,月球绕地球转一圈所需的时间就会越来越长,月球与地球之间的距离也就会越拉越远。

这种变化并不是现在才开始出现,而是古往今来都在缓慢地进行着。我们知道,地球上现在每年有36524天,每天24小时,月球与地球之间距离是3844万千米,月球从圆到亏再到圆的盈亏周期是28天。但天文科学家根据考古学和古生物学的研究成果测算出,在40亿年前,地球上每年有1069天,每天只有82小时,月地之间的距离是1121万千米,月球的盈亏周期也只有几天。

那么,月球离地球越来越远,最后会远到哪野去呢?地球会失去这位月球伙伴吗?人类会失去这盏长夜明灯吗?科学家认为还不至于会达到那一步。当地球自转、月球自转、月球绕地球公转这三者的周期(即所需的时间)完全等同时,月球远离地球的过程就会结束,两者之间的距离也就远到了顶点。因为那时地球将会一直以同一面对着月球,就像月球现在一直以同一面对着地球一样。地球上对着月球那一面的海水将受月球引力吸引,永远处于高涨而不再有落潮。海水不再有涨落,不再由于月球引力而流来流去,对海底也就不会再产生阻碍地球自转的潮汐摩擦。没有摩擦,地球自转不再变慢,地球日的时间也不会再加长。那时,月球也不再远离地球而去,月球和地球之间的距离将会保持在56万千米左右。从地球上看,月球会比现在小三分之一,亮度也将比现在减弱一半。那时地球上一天的时间将是现在的55倍,即一天等于现在的55天,一年只有66天。

地球和月球的这种变化会使你感到吃惊吗?其实大可不必,因为那起码是10亿年以后的事了。

“火星人”之谜

火星是离我们地球最近的一颗外行星,在太阳系行星排列的顺序中紧挨地球排第四位。火星的颜色是火红色的,因而在罗马神话中,火星被称为战神,它那火红的颜色象征着战火和鲜血。

火星在天空中很显眼,人们无须借助任何观测手段,凭肉眼就能认出它。在火星最靠近地球的时候,人们只要用一架普通的天文望远镜,就能把火星放大到月球那么大。尽管从望远镜中看火星表面不如看月球那么清楚,但在太阳系所有的行星中,人们对火星表面的情况相对来说知道得较多,因而火星也就成了人们最感兴趣的行星。

从望远镜中观测火星,可以看到火星上南北两极处覆盖有白色物体,就像地球两极覆盖着厚厚的冰雪一样;火星上也有四季交替,火星表面一些区域的颜色随着季节有明显的深浅变化,就像地球上的植物随季节有青黄枯荣的变化一样;一百多年前的19世纪后半期,又有人从望远镜中看到火星上有一些很规则的条纹,就像地球上人工开凿的运河一样……火星上的这些迹象使人想到,火星也许和我们地球一样是个有生命的星球,那深浅变化的颜色所在处一定生长着火星植物;那些很规则的条纹可能是火星上的运河,而火星运河一定是火星人为灌溉火星土地而开凿的……

于是,从19世纪末开始,奇形怪状的“火星人”开始出现在文学作品之中,他们有的长得像章鱼,有的长着三头六臂,有的是看不见的幽灵。英国作家威尔斯的科幻小说《宇宙战争》

中的“火星人”有超人的智慧和发达的科学技术,性格古怪而凶残无比。根据这部小说改拍的科幻电影《大战火星人》更把“火星人”描绘得活灵活现。1938年,根据这部电影改编的广播剧在美国播放时,很多人竟信以为真,以为“火星人”真的在美国新泽西州登陆了……有关火星植物、火星运河、火星人的问题在很长时期内一直争论不休,直到20世纪60年代,人类把宇宙飞船送上了天,宇宙飞船飞临火星进行空间探测后,火星的真面目才为人所知。

1965年7月15日,美国的“水手4号”宇宙飞船首次向地球发回了火星的近距离照片。人们这才知道,火星上并没有运河,那些看起来很规则的条纹不过是一些峡谷、裂缝或天然排成线状的长条形尘土和一些大大小小的环形山;火星上出没有植物,那些颜色的深浅明暗变化是由火星上的云雾和尘暴引起的气象变化;火星的两极也没有水结成的冰雪,那些白色覆盖物是二氧化碳冻结成的干冰。

探测火星最成功的是美国的两艘“海盗号”飞船。飞船上的着陆器于1976年夏天降落在火星表面,人们才更清楚地知道了火星上是一片沙漠般荒芜的世界,没有水,没有氧气,火星大气中95%以上的成分都是令人窒息的二氧化碳,火星上也没有任何生命存在。“海盗号”飞船和其他航天探测器对火星的拜访打破了人们长期以来对火星生命抱有的种种幻想。

然而,有关“火星人”的论争并没有因此而停息多久,80年代末到90年代初,火星生命又被重新提了出来。原因是美国的一些火星研究专家从1976年“海盗号”飞船拍摄的照片资料中发现,在火星上某个地方有一些人工建筑遗迹,其中一个长方形石台上有一座巨大的人面石雕像,雕像有鼻子眼睛嘴巴。在石头雕像西南方约16公里处,还发现有金字塔式的建筑群和都市建筑遗迹。

有关研究专家说,当年“海盗号”飞船送回来的照片资料太多,来不及处理,致使这一重大的航天发现被搁置了十多年才重见天日。这些新发现使科学家对火星过去的历史提出了一系列的推断和设想。联系到火星上有不少干涸的河床(说明火星上曾有过丰富的水),科学家认为,在几十万年前,火星上曾有过与地球人类相仿的火星人,那时的火星上不仅有海洋和河流,火星的大气成分也与今天的地球大气成分相差无几……当然,这只是一些科学家的推测,但如果事实真的像科学家推测的那样,那火星人和火星上的文明世界又是怎样消亡的呢?火星上现在是否就绝对没有幸存的生命物质了呢?

1996年8月,美国航天科学家向世人宣布并展示了他们在南极发现的一块来自火星的陨石。

这块陨石大概是1600万年前落到地球上来的,科学家发现陨石中含有单细胞生物的化石,还发现陨石中含有碳酸钙(如果没有水,碳酸钙通常无法形成)。这块陨石成了火星上曾经有过原始生命的有力证据,并由此推动人类的火星探测再次掀起高潮。1996年11月起,美国航天局开始实施“火星岩石标本取样计划”,并成功地发射了“火星环球探测器”和“探路者探测器”。美国科学家准备在10年内向火星发射10个探测器,并预计在2003~2005年间把火星岩样带回地球。如果火星上收集的化石与南极发现的火星陨石中的生物化石相吻合,那么火星原始生命问题将得到确认。

火星给人们留下的很多谜团现在还暂时无法解开,也许要等将来人类登上火星进行实地考察后,才能对这些问题作出结论。现在,科学家正在加紧努力,以争取在21世纪的第2个10年内把宇航员送上火星,实现人类去火星探险的愿望。到那时,我们才能确定火星上曾经是否有过火星人。

九星联珠

太阳的九个子女——九大行星,就像小鸡围着母鸡打转一样,总是太阳家长走到哪里,它们就跟到哪里,按太阳家长给它们规定的活动范围和路线各自运转,从不乱套。

通常,九大行星散布在太阳周围,距离太阳有远有近有前有后有左有右,运行速度有快有慢;但每隔一定时期,它们又会不约而同地运行到太阳的同一侧,聚集在一个角度不大的扇形区域内,这种现象叫做行星联珠。

行星联珠是罕见的自然天象。一般说来,行星数目越多,聚集在一起联珠的机会就越少。九大行星倘若要在太阳的同一侧排成一条直线,至少需要几百亿亿年时间。可以说九大行星自诞生以来,还没有过这种机会。一般所说的九星联珠,是指九大行星都运行到了一个90度左右的扇形区域内。即使是这种一定区域内的九星联珠也极不容易,至少要间隔179年才会遇到一次。离现在最近的一次发生在1982年,再之前的一次发生在1803年,1982年之后的下一次则要等到375年后的24世纪的2357年。