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第28章 地学(14)

另一方面,地球的自转速度也逐渐变慢。也就是说,以前月球比现在更靠近地球,而地球的自转速度比现在更快。证据就在科学家发现的“二枚贝”化石上。二枚贝的成长速度会随着潮汐的涨落而变化,一边成长一边形成树木年轮一样的条纹,条纹数量和宽度依潮湿的大小而异。

根据这些条文数量和宽度,科学家发现,大约5亿年前,地球一天只有21小时,一年有410天。在地球的演化史上,地球运转变慢这种现象,还无法得到科学的解释。

谜团之四:火星上是否有生命?1996年8月18日,美国得克萨斯州休斯顿市约翰逊航天中心的科学家们激动不已,因为他们发现了他们认为是说明一种新理论的有力证据。他们认为:火星上有生命不再是科学幻想。

太阳风示意图据认为,火星生命可能曾入侵地球。这发生在16000年以前,而且“入侵者”只不过是微小的化石细菌。这一说法来自一块名为ALH84001的陨石。这块陨石是在南极阿伦希尔地区发现的,并据之命名。

化学分析表明,这是大约16000万年以前,小行星撞击火星时陨落到地球上的。它含有类似蚯蚓的外貌,比头发丝直径的1%还细的物质,这可能是火星生命形式的化石残骸。美国科学家认为,不排除在火星上仍然存在原始生命的可能性。

谜团之五:木星为什么有大红斑?地球人观测位于木星南半球的大红斑,已经有300多年了。大红斑差不多有两个地球那么大,大红斑是反时针旋转的高度压云形成的巨大旋涡。它之所以呈现红色,是因为云下层的磷化氢被搬运到上空,受到太阳紫外线照射而转化为磷的缘故。大红斑是如何形成的呢?目前科学家还不清楚。

谜团之六:行星为什么有环?木星、土星、天王星、海王星全部有环,各不相同。木星的环又薄又暗,由岩石粒子构成。环的成因有几种不同的说法,其中一种是:过去存在的卫星或彗星被行星的潮汐力破坏,分裂成小碎片,有的碎片进入环绕行星公转的轨道,因而形成了环。

谜团之七:冥王星以外有什么?以前有人主张,冥王星以外可能有第十颗行星。1992年夏天,科学发现冥王星轨道外面有一颗直径250公里左右的新天体,接着41颗轨道长半径大于海王星的天体陆续现身。1950年,天文学家欧特统计了当时已经观测到的周期彗星的轨道,结果发现绝大多数周期彗星都是从距离太阳几万AU(天文单位)的地方全方位飞来,可能有一个呈球壳状包住太阳系的彗星巢。整个彗星巢,叫做“欧特云”。

谜团之八:太阳系尽头在哪里?科学家说,太阳会喷出高能量带电粒子,称为“太阳风”。太阳风吹刮的范围一直达到冥王星轨道外面,形成一个巨大的磁气圈,叫做“日圈”。日圈外面有星际风在吹刮,但是太阳风会保护太阳系不受星际风侵袭,并在交界处形成震波面。

日圈的终极境界叫做“日圈顶层”,这就是太阳所支配的最远端,可以把这里视为太阳系的尽头。至于日圈层顶距离太阳有多远?它的形状如何?航海家1号和2号已分别飞到距离太阳66AU和51AU的地方,希望日后能够揭开太阳系最远的面貌。

宇宙来源于大爆炸吗

1954年12月27日,美国的天文宇宙大爆炸设想图学家们说,通过对800个银河系的观察,表明宇宙诞生于55亿年前的宇宙大爆炸。

用世界上最大的望远镜观察的结果向人们显示,自从原始大爆炸以来,由于无数个银河系以跟它们之间的距离成比例的速度互相退远,因此宇宙在不停地扩大。

到目前为止,天文学家们已经能够证实他们发现了距地球11亿光年的银河系,它们正在以光速1/5的速度远离地球。科学家们估计,将来会研究距地球更远的银河系。总有一天,会揭开巨大的原始爆炸的原因这个谜团。

天文现象

业余爱好者的大发现——百武慧星

1995年12月29曰,在日本九州南部的鹿儿岛,有一位名叫百武裕司的业余天文爱好者,发现了一颗彗星,经国际天文电报中心确定而被命名为“百武彗星”。该星发现时位于天秤座,星等为2~3等,带有一个美丽的彗尾。1996年3月25日,此彗星距离地球最近,约为0.1天文单位,即15000万千米,人约是地球到月球距离的40倍。这是1983年以来最接近地球的彗星。据世界各国对百武彗星的观测,该星的大小与哈雷彗星相似,直径在10千米上下,绕太阳的运行周期约1.84万年。今后如该星仍完整地运行,人类在2万年以后方可再睹其景。

行踪不定的陨石

陨石又称“陨星”,是一种行星际物质碎片,有的灰尘般大小,有的直径达数千米,它的轨道极不稳定,每天有无数颗砸到地球表面。陨石分为铁陨星(铁镍合金为主,含铁90%左右,镍占7~8%)和石陨星(硅酸盐为主)之分,石铁陨星是它们的过渡型。最常见的是石陨星,其中最大的是我国吉林1号陨石(1770公斤)。陨石对研究太阳系的形成和演化等有重要价值。至20世纪80年代收集保存有各类陨石1700多种。我国拥有古代陨石最系统和最早的记载。

世界罕见的吉林陨石雨

陨石雨是陨星进入地球大气圈与大气发生撞击、摩擦、燃烧、发光,并在高空爆炸形成碎块而像雨水般散落到地面的现象。现在已知我国发生过四次陨石雨。

吉林大陨石吉林大陨石

吉林陨石雨是1976年3月8日15时零1分降落在我国吉林省的一场罕见的陨石雨,面积约500平方千米。吉林市博物馆陈列的138块陨石就是从这次陨石雨中所搜集到的。其中一块重达1770公斤,是迄今所见最大的石陨石。吉林陨石在47亿年前太阳系形成的初始时期就已形成,比地球上年龄最古老的岩石39亿年还早很多。

世界第三的新疆大陨铁

新疆陨铁是坠落在我国新疆地区的一块铁陨石。1965年在新疆准噶尔盆地东北部的青河县境内发现,是世界上第三大陨铁。它的体积为3.5立方米,重量约30吨,现存新疆乌鲁木齐市展览馆。

太阳黑子现象

太阳黑子为太阳光球上经常出没的暗斑,是太阳活动的基本标志。发展完全的形如浅碟,线度为1000~20万公里,由较亮的边框(半影)围绕暗核(本影)组成。一般分布在日面纬度±8~40°区间,温度比光球低1000~2000K,寿命几小时到几个月,有的可达1年多。从出现到消失可经历由小黑点发展为黑子群的阶段。常成群出现,群中通常有两个极性相反的大黑子。有平均11年(可能还有22年、80年等)的活动周期。

太阳黑子

世纪谜团——通古斯卡大爆炸

1908年6月30日,在位于今俄罗斯西伯利亚的通古斯卡地区,一团巨大的火球划破苍茫的夜空,随即引发了一场相当于1000枚广岛原子弹能量总和的大爆炸。爆炸引起的大火,烧毁了周围数百英里内的原始森林,成群的驯鹿在大火中化为灰烬。大爆炸后的数日内,通古斯卡地区方圆9000英里的天空,被一种阴森的桔黄色所笼罩,犹如一个巨大的火球,发出的光亮使远在西欧的人在夜间不用灯火就能看报!

通古斯卡大爆炸引起了前苏联科学家的足够重视,许多一流的科学家每年夏天都要去通古斯卡考察,他们搜集了大量的资料。其中有位叫法斯特的科学家,测出了大爆炸所摧毁的树木占地约850平方英里。在这之后,又经过35年的艰苦努力,法斯特拼出了该区域内被毁树木的详解图。根据此图,科学家们推算出,这片原始森林,当年是被一个自西向东飞行的、相当于1~2千万TNT当量的天体,距地面4英里的高空爆炸所毁。就此,大爆炸的真实原因逐渐露出端倪。

随着苏联的解体,冷战结束。大批西方科学家蜂拥而至,他们对通古斯卡的兴趣是显而易见的。搞清大爆炸的真实原因,对人类本身有着至关重要的意义。暂且不说“第一代人类文明”是否存在,又是如何毁灭的,仅是搞清6500万年前,恐龙神秘消失的小行星碰撞的场景原因,对科学家们来说,就是个不小的进步。

意大利核物理学家用重同位素法测试出,1908年被击毁的冷杉,其微量元素的含量远远高于其他年份的含量,而这些微量元素不可能源于地球。显然,大爆炸与陨石有关。

美国科学家在实验室里,用计算机模拟出了大爆炸的真空效果:当一块直径约200英尺的陨石以45°角撞向地球时,由于与大气的剧烈摩擦,使其充分燃烧和分解,恰好在距地4英里的高空处爆炸,冲击波扬起的地面尘埃高达大气外层,反射回的日光恰好解释了当年通古斯卡周边地区的如昼之夜。

膨胀宇宙模型

膨胀宇宙模型为解释大爆炸宇宙模型最初一刹所存在的问题,1979~1981年由美国古斯、温伯格和威尔茨克根据粒子物理大统一理论,首先提出的一种仍属半经典理论的宇宙模型。

该理论认为宇宙早期“真空”中有超光速物质存在,字宙在最初10-43-10-32秒按指数暴胀,其间温度急剧下降后回升,视界距离急增,物质向现有粒子形式转化。其余演化过程和大爆炸模型一致,有奇点,但可观测范围总小于视界距离。

天文学精英

星系天文学的奠基人——哈勃

哈勃(1889~1953)是美国天文学家,星系天文学的奠基人。自1919年起,他一直在威尔逊天文台工作。哈勃首先利用造父变星的光变周期关系,确认仙女座大星云是位于银河系外并和银河系一样的恒星系统,提出了红移一距离哈勃关系和星系的哈勃分类法。他著有《星云世界》、《用观测手段探索宇宙学问题》等。

黑体研究大师——钱德拉塞卡

钱德拉塞卡(1910~1995),印度裔天文学家,1930年毕业于印度马德拉斯普雷斯顿大学物理系。读研究生期间,他就提出著名的“钱德拉塞卡极限”,即一个恒星的质量是太阳质量的1.44倍以上时,当其氢核燃尽,将不可能变成白矮星,而会继续坍塌收缩,变成体积比白矮星更小,密度比白矮星更大的星体,甚至于会坍塌成一个点。他于1933年获博士学位,1962年获皇家学会金质奖章。1967年由美国总统授予国家科学奖。1983年由于“对黑体的结构及其演变过程的理论研究”而获得诺贝尔物理学奖。

射电天文学的先驱——克里斯琴森

克里斯琴森是澳大利亚天文学家,1996年6月当选为中国科学院外籍院士。他是二战后“新一代射电天文学”的先驱者之一。早期率先发展观测手段,与美国天文学家各自探测到至关重要的宇宙21厘米波长氢谱线,这是天文学实测上的一个历史性贡献。他发展了“克里斯琴森十字”(组合天线阵射电望远镜),成为今日占重要地位的组合望远镜原形。20世纪50年代初,他发展了“综合孔径”的理论和方法,依靠手摇计算机完成对太阳综合图像的实验观测,这比诺贝尔奖成果——“综合孔径射电望远镜”的实验先行近十年。克里斯琴森所著的《射电望远镜》一书,成为当今天文技术方法的一部经典著作。

现代天文学大师——程茂兰

程茂兰(1905~1978)是我国现代天文学家,1939年获法国里昂大学数理博士学位,曾任法国上普罗旺斯天文台副台长、北京天文台台长,中国天文学会第二、三届理事会副理事长。他否定了光速和波长有关的理论,对极光、夜天光、恒星和星云光谱、变星、共生星等均有研究,并取得重要成果。程茂兰主持筹建了北京天文台。

20世纪最杰出的天文学家——沙普利

沙普利(1885~1972),美国著名的天文学家,美国科学院院士,曾任哈佛大学天文台台长,美国天文学会会长。

南京紫金山天文台沙普利是20世纪科学史上最杰出的人物之一。他出身于农民家庭,幼年家境贫寒,没有受过系统的教育,16岁就参加了工作。在强烈的求知欲驱使下,沙普利自学成才,由短训班,至预科班,最终进入大学,并成为了举世闻名的大科学家。沙普利在天文学上做出了重要贡献。他对球状星团和造父变星进行了系统的研究;推出太阳系不在银河系中心,而是处于银河系边缘,银河系的中心在人马座方向。他的研究为人们认识银河系奠定了基础。

大爆炸理论的提出者——勒梅特

勒梅特(1894~1966)比利时天文学家和宇宙学家。他的理论认为宇宙起始于一个小的原始“超原子”的灾变性爆炸。1923~1924年间在剑桥大学太阳物理实验室学习,后到美国麻省理工学院学习,在那里他了解了美国天文学家哈勃的发现和沙普利有关宇宙膨胀的研究。在1927年任卢万大学天体物理学教授时,他提出宇宙大爆炸理论,用这一理论,星系的退行可在爱因斯坦广义相对论框架内得到解释。虽然宇宙膨胀模型早已有人提出过,但经伽莫夫修改过的勒梅特理论在宇宙论中已居于主导地位。勒梅特还研究过宇宙射线和三体问题。三体问题是用数学方法描述三个互相吸引的物体在空间中的运动。勒梅特的主要著作有《论宇宙演化》(1933)和《原始原子假说》(1946)。