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天文大发现3
2008年08月30日 星期六 下午 08:13
 几乎所有的天文学家都确信：宇宙空间中的“侏儒”比“巨人”多得多。 目前的天文学理论认为，所有的恒星都是靠热核反应来维持其能源的。 勿庸置疑，恒星的核原料迟早有用完的一天，那时，这颗恒星将如何度过它的暮年时光呢？先让我们来看看多数恒星的情况吧。 天文观测表明，一些质量不太大的恒星，或者说质量小于太阳质量 1.4倍的恒星，用完自身的核燃料后，一般都不可能再产生突发性的能量释放过程了。开始阶段，它们都是较平稳地发挥着“余热”，随着温度下降，它们的体积 日渐缩小，同时也就把它所存有的引力能也无私地奉献给宇宙空间。 最后，它们体积缩小到了自身的极限，密度增大到每立方厘米几百千克！这时，恒 星就变成了白矮星——恒星家族的侏儒。白矮星的直径一般只有太阳的几十分之一。例如，在天空中肉眼看去最明亮的天狼星，实际上是双星，主星直径2倍于太阳 的普通恒星。它的伴星天狼星B，则是一颗白矮星，直径大约只有太阳的三十分之一。 白矮星体积小，亮度低，一般用肉眼都无法看到它。而冷却到不 再发射可见光的白矮星，天文学家也很难用天文望远镜直接看见它们，而只能依据天体系统质量分布的大概情况去推断它们的存在。因为，冷却后的白矮星，和我们 称之为行星、卫星等的天体的重大区别，就在于白矮星有大于行星、卫星几万倍或十几万倍的密度。换言之，白矮星的巨大质量，会使靠近它的可见天体的运动受到 不容忽视的影响，这正是科学家寻找白矮星的重要途径，同时，也是白矮星踪迹难寻的重要原因。 天文学家期待着宇宙空间的飞船，在寻找智慧生命的同时，能早日查清距我们较近的白矮星的情况，为恒星演化的研究提供更多的事实资料。 密度惊人的中子星 从1992年年底算起，正好在四分之一个世纪之前，全世界绝大多数天文学家都处于一种紧张、亢奋的状态之中。一项偶然的发现，使全世界的射电望远镜都指 向了茫茫天球上的一个狭小的区域。新闻记者们捕风捉影，接收到了外星人无线电信号的消息成了全地球人的最热门的话题。事件是这样开始的： 1967年7月，在英格兰的剑桥附近，一架专为研究星空“闪烁效应”的射电望远镜启用了。8月的一天，专门负责检查自动记录图纸的贝尔小姐——爱尔兰的研 究生发现了一个十分奇异的射电信号，它与以前天文学家所了解的由太阳大气所引发的“闪烁效应”根本不同，它的脉冲短促，按当时的记录速度，难以辨别它的周 期。或许这是地面上电气设备的干扰信号吧？但无论如何，观测的负责人还是决定加强监测，并调快了自记纸张运行速度，以期弄清这个奇异的射电信号的周期。到 9月份，一切都准备就绪时，神秘的射电信号却失踪了。 1967年11月，该射电望远镜再次收到了来自太空的射电信号。当贝尔小姐将第一份高速 记录纸带送给负责人安东尼•海威斯先生过目时，海威斯先生竟惊异得目瞪口呆：神秘的信号源发来的是间隔约1.33秒的短周期脉冲无线电波。在紧张的核对这 一记录的过程中，科学家更加惊奇地发现，这些无线电波的历时，精度不低于百万分之一秒，是一座相当准确的天文“时钟”。 各国天文学家的共同努力，迅速排除了是智慧生物的联络信号的任何可能性。随后，很快证实了，这些无线电信号来自理论天文学家预言过的、过去还从未发现过的中子星。 20多年过去，科学家已弄清了中子星的大略状况。那些质量为1.5～2.0个太阳质量的恒星，用尽核燃料后，在引力作用下收缩时，达到白矮星阶段仍不会 停止，而要进一步收缩。如果说，强大的引力压力使白矮星物质的电子紧贴着原子核运行的话，那么，更大的引力高压则把电子完全压到原子核内，电子和质子合为 一体了。即是说，在这类天体上，物质的原子已不再显现出电的特性，完全由挨得很近很近的中子组成，这就是中子星。 中子星的直径大约只有8、9公里，但它的质量却差不多和整个太阳系的质量一样。据估算，中子星的密度可以高达每立方厘米1亿吨以上，真是令人难以想象。 一颗巨大的恒星，在收缩成为中子星的过程中，遵守着角动量守恒定律——质量越集中，自转速度就越快。目前，已观测到的银河系的中子星，每秒都自转 1000周左右。恒星收缩时，还导致了其原有磁场强度的增大，一般认为中子星的磁场强度可以达到普通恒星磁场强度的 100亿倍。 极高的密度，难以想象的飞快自转，超乎寻常的磁场强度，是中子星的基本特色，也是它能发射本文开头所提到的奇异射电信号的主要因素。理论物理学家正借此来推进他们的理论设想，射电天文学家们则希望能更多、更详细地了解中子星的秘密。 星际“双生子” 被阿拉伯人称为“阿尔果尔”——意为“魔鬼之星”的一颗亮星坐落在银河的繁星之间。这颗英仙座的亮星，中国人称它为大陵五，怎么得到了“魔鬼”的诨号？ 一位聋哑人，英国的天文学家约翰•古德里克在1783年首先解释了这个问题。他发现大陵五的亮度每2天22小时变暗一次；他提出，大陵五是两颗星组成 的：一颗较亮的恒星和一颗暗一点的伴星，它们互相绕转时，当伴星遮掩了主星时，我们就会看到似乎这颗星“变暗了”。就是说，大陵五看上去是亮度不断改变的 星，所以阿拉伯人称之为“魔鬼之星”，而实际上它是双星——星际空间奇异的双生子。古德里克的理论为其后的天文观测所证实，人们称大陵五这类因伴星遮掩而 改变亮度的双星叫食变双星。 人眼在夜空所看到的天狼星，也是一对双生子，不过它们的发育程度却有天壤之别。天狼星的主星直径相当于太阳的2 倍，发出耀眼的蓝白色光芒，表面温度高达40000～50000℃，属于热核反应最激烈的青壮年恒星；而它的那颗伴星，直径约为太阳的1/30，光也暗得 多。别看这对双生子的体积相差21万多倍，可它们的“体重”却相差无几。 星际中的巨人型双生子也不少，在紧靠大陵五的御夫座中，就有一对风采 过人的双星。其中一颗，直径约为太阳的7 倍，发出蓝色的光；另一颗的直径为太阳的98倍，发红色的光。它们绕着共同的重心旋转一周要用去约2.66年的时间，每一周期中我们可以观测到两次相互掩 食的现象，一次是红星将蓝星完全遮住，另一次则是蓝色的星在红星表面上掠过；每次掩食过程从偏食开始，到食甚，到结束，共历时约40天！ 有些双星相距很近，它们是宇宙中快节奏的“舞伴”。例如，北斗七星中勺柄上的双星，互绕一周的时间仅0.67天左右，两星的大气层则联成一体，看上去颇像天际的巨型哑铃。 最初，天文学家以为宇宙中双星是罕见的，茫茫天际，充其量有几千对而已。可是，80年代末期，随着观测手段的进步，人们惊奇地发现，恒星孪生的现象，在银河系中比例高达千分之二、三。按绝对数量而言，在银河系中双星可能有4～6亿颗之多。 目前，已查明的河外星系约有10亿个，宇宙中可能有多少“双生子”，每个读者不妨自己去估算一番吧。 太空巨蟹 请读者记住公元1054年。这一年的一项天文学发现，给天文学家留下了一个900多年的未解之谜，也为当代最热门的宇宙起源的理论设想奠定了基础。 宋至和元年，即1054年，中国天文学家记录到金牛座天关星附近的一次非同寻常的“大爆发”现象，当时的人们认为这是拜访天关星的客人，故称之为“天关客星”。日本的天文学家也观察并记录了这次异乎寻常的天象。 这是人类第一次观测到的超新星爆发。这次大的星际空间爆发事件，留下了一大片形如巨蟹的发光的星云，即天文学界著名的蟹状星云。 其后的观测，越来越使天文学家关注：蟹状星云的体积在不断扩大，其膨胀的速度高达1300公里/秒！蟹状星云始终发射着迷人的光彩。是什么天体在空中爆 发而产生了如此巨大的一片星云？它又是从哪里获得的能量，近千年来持久不衰地发光、发出射电信号、发出X射线和γ 射线？ 不少天文学家都假设在蟹状星云中，一定有一颗恒星，它的巨大爆发产生了星云。可是，要证实关于遥远天际的这样一项至关重要的假说，必须有确凿的证据。 1968年，在人类第一次观测到蟹状星云之后的第914年，在美国东部弗吉尼亚州的格林班克国家射电天文台终于在星云中找到了一颗脉冲星——即中子星， 随后由另一天文台准确测定了它发出的射电信号的周期为0.033秒。科学家确信，这颗中子星，就是导致900多年前那场大爆发的恒星的“残骸”。 精确的时间测量，进一步揭开了围绕着蟹状星云的迷雾。它中心处的脉冲星的频率正在逐步变小，正是它损失的能量，“点亮”了蟹状星云。计算结果表明，蟹状星云脉冲星的年龄约1000年，恰与宋代人记录到的天关客星出现的时间相吻合。 简单地说，蟹状星云之谜初步解开，给天文学家一个明确无误的启示：宇宙中可能产生我们怎么想像都不会过分的巨大爆发事件。 脉冲星 脉冲星是20世纪60年代天文的四大发现之一。至今，脉冲星已被我们找到几百颗，并且已得知它们就是高速自转着的中子星。 脉冲星有个奇异的特性——短而稳的脉冲周期。所谓脉冲就是像人的脉搏一样，一下一下出现短促的无线电讯号，如贝尔发现的第一颗脉冲星，每两脉冲间隔时间 是1.337秒，其他脉冲还有短到0.033秒的，最长的也不过3.745秒。那么，这样有规则的脉冲究竟是怎样产生的呢？ 天文学家已经探测、研究得出结论，脉冲的形成是由于脉冲的高速自转。 那为什么自转能形成脉冲呢？原理就像我们乘坐轮船在海里航行，看到过的灯塔一样。设想一座灯塔总是亮着且在不停地有规则运动，灯塔每转一圈，由它窗口射 出的灯光就射到我们的船上一次。不断旋转，在我们看来，灯塔的光就连续地一明一灭。脉冲星也是一样，当它每自转一周，我们就接收到一次它辐射的电磁波，于 是就形成一断一续的脉冲。脉冲这种现象，也就叫 “灯塔效应”。脉冲的周期其实就是脉冲星的自转周期。 然而灯塔的光只能从窗口射出来，是不是说脉冲星也只能从某个“窗口” 射出来呢？正是这样，脉冲星就是中子星，而中子星与其他星体 （如太阳） 发光不一样，太阳表面到处发亮，中子星则只有两个相对着的小区域才能辐射出来，其他地方辐射是跑不出来的。即是说中子星表面只有两个亮斑，别处都是暗 的。这是什么原因呢？原来，中子星本身存在着极大的磁场，强磁场把辐射封闭起来，使中子星辐射只能沿着磁轴方向，从两个磁极区出来，这两磁极区就是中子星 的“窗口”。 中子星的辐射从两个“窗口”出来后，在空中传播，形成两个圆锥形的辐射束。若地球刚好在这束辐射的方向上，我们就能接收到辐射，且每转一圈，这束辐射就扫过地球一次，也就形成我们接收到的有规则的脉冲信号。 脉冲星是高速自转的中子星，但并不是所有的中子星都是脉冲星。因为当中子星的辐射束不扫过地球时，我们就接收不到脉冲信号，此时中子星就不表现为脉冲星了。 暗物质 茫茫宇宙中，恒星间相互作用，做着各种各样的规则的轨道运动，而有些运动我们却找不着其作用对应的物质。因此，人们设想，在宇宙中也许存着我们看不见的物质。 20世纪30年代，荷兰天体物理学家奥尔特指出：为了说明恒星的运动，需要假定在太阳附近存在着暗物质；同年代，茨维基从室女星系团诸星系的运动的观测 中，也认为在星系团中存在着大量的暗物质；美国天文学家巴柯的理论分析也表明，在太阳附近，存在着与发光物质几乎同等数量看不见的物质。 那 么，太阳附近和银道面上的暗物质是些什么东西呢？天文学家认为，它们也许是一般光学望远镜观测不到的极暗弱的褐矮星或质量为木行星30～80倍的大行星。 在大视场望远镜所拍摄的天空照片上已发现了暗于 14星等，不到半个太阳质量的M型矮星。由于太阳位于银河系中心平面的附近，从探测到的M型矮星的数目可推算出，它们大概能提供银河系应有失踪质量的另一 半。且每一颗M型星发光，最多只能有几万年。所以人们认为银河系中一定存在着许许多多的这些小恒星“燃烧”后的“尸体”，足以提供理论计算所需的全部暗物 质。 观测结果和理论分析均表明漩涡星系外围存在着大质量的暗晕。那么，暗晕中含有哪些看不见的物质呢？英国天文学家里斯认为可能有三种候选 者：第一种就是上面所述的小质量恒星或大行星；第二种是很早以前由超大质量恒星坍缩而成的200万倍太阳质量左右的大质量黑洞；第三种是奇异粒 5子，如质量可能为20～49电子伏且与电子有联系的中微子，质量为10电子伏的轴子或目前科学家所赞成的各种大统一理论所允许和需求的粒子。 欧洲核子研究中心的粒子物理学家伊里斯认为，星系晕及星系团中最佳的暗物质候选者是超对称理论所要求的S粒子。这种理论认为：每个已知粒子的基本粒子 （如光子）必定存在着与其配对的粒子（如具有一定质量的光微子）。伊里斯推荐四种最佳暗物质候选者：光微子、希格斯微子、中微子和引力粒子。科学家还认 为，这些粒子也是星系团之间广大宇宙空间中的冷的暗物质候选者。 到现在，已有不少天文学家认为，宇宙中90％以上的物质是以“暗物质” 的方式隐藏着。但暗物质到底是些什么东西至今还是一个谜，还待于人们去进一步探索。 寻找黑洞 自从在理论上证明了黑洞存在的可能性以后，探索黑洞便成了最引人注目的研究。那么黑洞到底隐藏在哪里呢？ 或许你想象不到，在宇宙间发现黑洞是件多么难的事情。你不可能简单地用一架望远镜仰望漆黑的天空，就此老老实实地期望发现一个黑洞。因为黑洞不发光，使得它们极其难以捉摸。 黑洞可能有大有小，但它的类型却是有限的。黑洞的特性是指它的质量、自转和电荷。如果我们以从大质量恒星演化而来的黑洞为目标，则搜索黑洞就会容易些， 因为我们对这类黑洞的起源比较了解。恒星在晚年核燃料全部耗尽，星体在其自身引力作用下开始坍缩。若其质量大于太阳质量3倍，则坍缩的最终结果就是产生黑 洞。此类恒星级黑洞的质量一般不超过太阳的50倍。此外，在双星系统中，黑洞天体可以从它的伴星吸取物质并发射X 射线，而X射线我们是可以观测和分析的。正是对双星系统的分析，我们获得了黑洞存在的最好证据。其中天鹅座X—1是最强有力的黑洞候选者。 寻 找不同质量黑洞也是可能的。远小于恒星质量的小黑洞可能在宇宙开始时大爆炸的引力混沌中形成，大爆炸异乎寻常的力量把一些物质挤压得极其紧密，于是形成了 “原生黑洞”。其典型尺度仅相当于一个基本粒子，质量与小行星相仿。20世纪70年代研究黑洞的一个引人注目的结果是小黑洞的蒸发理论。但目前尚未发现正 在蒸发的小黑洞。质量比恒星大的黑洞也可能存在。星系和球状星团的中心部分恒星很密集，星体之间容易发生大规模的碰撞而产生超大质量天体的坍缩，形成质量 超过太阳质量1亿倍的大黑洞。这些大黑洞可能为在巨大的星团中观测到的X射线源提供能量，它们也可能是给类星体供应能量的“发电站”。如果整个宇宙停止膨 胀的话，宇宙的结局就会是一个黑洞。 然而，黑洞的存在与否，以及它的类型和性质，仍有待我们去证实与检验。黑洞就像其本身的特性一样，用它极其强大的引力吸引着我们去探测这一宇宙的杰作。 由于黑洞极其独特的性质，使对它的发现和检测变得非常困难。面对巨大的挑战，科学家们充分发挥了他们的卓越才能和智慧。 解决问题的钥匙正是问题的性质本身。所有黑洞的周围环绕着强引力场，以至于黑洞视界内的任何辐射都无法逃离黑洞。因此使我们不能直接探测到它们。然而也 正因为这样，可以通过观测黑洞对周围事物的强引力作用而对它进行检测。虽然有一点是不幸的，我们永远不能直接观测到黑洞本身，而是间接发现和检测。但是我 们终于摆脱了困境，找到了出路。 检测黑洞的一种可能方法牵涉到光的引力偏转现象。光线通过一个强引力场时会发生弯曲。当光线在黑洞附近通过 时，则由于环绕黑洞的强引力场引起时空有很大的曲率，这种效应将显著得多。当地球、黑洞和遥远的星体排在一条直线上时，地球上的观测者将看到遥远星体的两 个像，分别在黑洞两侧。而这种借助黑洞扫曲遥远的背景恒星或星系的配置就像光线通过一个玻璃透镜一样，所以称之为引力透镜，当然这种方法本身就是很困难 的。因为这要求地球、黑洞和背景星体三者必须极其准确地排列成一条直线，而这种完美无缺的排列是极罕见的。 在探测黑洞这个问题上，也许观测黑 洞对气体和尘埃的吸积现象比观测引力透镜格外奏效。因为掉进黑洞的气体可能会发出在远处可以检测的辐射。由于星际空间几乎是完全真空的，星际气体的原子彼 此相距如此之远，以至一个孤立的黑洞不可能吞噬这种气体快到足以产生可以检测到的辐射。 我们必须改在气体供应充足的附近去探测黑洞。而双星系 统是理想的候选者。当一个双星系统中有一个黑洞存在时，另一颗恒星风中的粒子经过黑洞附近时被俘获进入绕黑洞的轨道而形成吸积盘。当这些向内盘旋的气体越 来越近黑洞时，它们被摩擦加热到越来越高的温度，恰在它们最终掉进黑洞之门前产生极其强烈的X射线。 由于地球大气对X射线的吸引完全阻碍了地面观测。在此天文学家必须在地球大气之外进行观测。于是在1970年12月12日，美国发射了一颗名为 “乌呼鲁”意即“自由”的X射线天文卫星。“乌呼鲁”的上天使得对黑洞的检测得以实测。一年后便发现了一个最理想的黑洞候选者——天鹅座X—1双星系统。此后相继发射了一系列X射线检测卫星，例如“爱因斯坦天文后” 等等。因而接连不断地得到越来越好的X射线图，从而对黑洞的检测工作进展迅速。 寻找快速X射线闪烁的捷径在于从天空里接连不断发现的许多X射线源中间找到黑洞的候选者。我们说不定会立刻发现黑洞比任何人想象的要多得多。 黑洞的神奇魅力，使对它的检测成为现代天体物理学的前沿，也是整个科学和人类认识观的前沿。 类星体 20世纪50年代后，类星体的发现，使之成为最引人注目的天体之一。 由于它们看上去像恒星，因此就称它们为类星状天体，简称类星体，然而类星体与恒星有着天壤之别。那么类星体的结构是怎样的呢？ 通过对类星体的大量观测和研究，使我们对类星体有了大致的了解。首先，我们知道类星体 （或至少是其内部的产生能量的区域）是很小的。这个事实是通过它们的快速高度变化推导出来的。其次，类星体是极其明亮的。 这个事实则根据它们的巨大红移，因而意味着它们位于离地球非常遥远的地方而推断出来的。这两个事实合在一起，使类星体成为迄今天空中所发现的最异乎寻常 和捉摸不透的天体。天体物理学家面临着这样一个艰难的任务，试图去解释在仅仅比太阳系大几倍的体积内何以能产生相当于100个星系的能量输出？ 为了解释这一难题，经过科学家的努力，在理论上构造出了类星体的一般的总体模型。 类星体中心是未知的能源——高速电子的源。外面有许多高速电子云。 这些小云产生了射电和光学的继候辐射，可能还产生了其他波段的连续辐射。外面的气体纤维在高能连续辐射的作用下电离，并把这种辐射转变为发射线光子，就 是波长一定的一些光子。类星体的最外面可能是高速运动的云，当它们从朝着我们传播的辐射中俘获光子时，就产生了吸收线。 这就是我们在理论上所描述的类星体的基本模型。 听起来似乎我们已经对类星体了解得一清二楚了。然而，可别忘了，我们并不知道类星体的能量是从哪里来的。对类星体的演化也一无所知。为了解决这些问题，现在已经提出几种互相竞争的理论。 一种观点认为，类星体是与星系形成相联系的现象。在原星系坍缩的过程中，早一代大质量恒星抛出的物质聚集在原星系的核心，在短暂而强烈的爆发性恒星形成中，可以达到相当的光度。类星体可能与此有相似的过程。 然而由于类星体显然有正常含量的重元素。这相当于恒星已演化到一定的程度，而不可能处于演化的初期阶段，因此这一事实成为这一理论的困难。 另一种不同的观点认为，类星体代表星系演化的最后阶段。在星系的中心区域恒星的密度非常高而恒星的分布倾向于把大质量的恒星和小质量恒星分开，前者落向 中心区，开始相互碰撞。恒星间的碰撞是灾变事件，有可能导致超新星的爆发。在挤紧的稠密恒星系统中，高比率的恒星爆发就可以提供类星体的能源。 一种更流行的类星体模型是，类星体是一个超重天体，是处于星系致密核心。是质量为太阳质量1亿倍以上的巨大黑洞。大质量的黑洞将把离黑洞过近的恒星弄碎。直至全部吞掉。当物质被吸积到黑洞中去时，它们变得非常炽热，由此产生的X射线辐射就可以满足类星体的能量需求。 在各种类星体理论模型中，最可能的是大质量黑洞模型这个模型很吸引人，可以想象，每个大星系的核心都可能埋藏着这样的黑洞。而且它也能很好地解释许多观测到的现象。 然而，类星体至今仍然是一个未解之谜，许多问题仍未揭晓。为了解答这些尖端问题，天体物理学家们还在继续他们的探索。 类星体是如此的莫名其妙——它是那么的小却又产生那么多的能量，以致于使它成为对天文学家最大的挑战之一。因此，对这个宇宙中最遥远、也是最明亮的天体进行观测和研究，已经成为目前最重要的课题之一。 近几年来，在大尺度范围对类星体的巡天观测有了巨大的进步。首先，巡天技术的改进丰富了寻找类星体候选体的方法。目前主要的技术有：射电源选择方法、多 色方法、无缝光谱方法、X射线源选择方法、弱变光天体选择方法等等。另外，近年来，许多国家如英、美、加拿大等国都采用了机器方法进行自动选取，主要运用 于无缝光谱方法和多色方法。自动选取方法的优点是可以大批量进行，同时减少了选择效应。 其次，由于巡天技术的改进，天文学家储备了大量的类星 体候选体等待观测。据保守估计，总共有5万个类星体候选体有待观测，而就算把全世界的大望远镜全调动起来，也需要13年以上的时间。何况，类星体候选体的 数目还在成倍的增长。到目前为止，估计已经证实的类星体在 5000颗以上。 1982年，澳大利亚的天文学家在“意外中”发现了一颗红移量为3.78的类星体。打破了自1973年以来一直保持的红移量为3.53的纪录。1990年天文学家发现了红移量达4.75的类星体，已经接近了宇宙学理论预言的红移量为5的理论极限。 最近，根据新的观测资料，不断对类星体的空间分布进行研究，已经得出了有关类星体的面密度和空间分布的较系统的数据。一种较合理的宇宙学理论认为：宇宙在演化过程中由均匀状态 （微波背景）向成团状态（星系） 过渡，首先形成的是类星体。因此它是研究宇宙形成和演化过程的最重要的探测体。类星体在宇宙中的分布究竟是系统性的成团结构，还是大尺度上的均匀分布，对于理解宇宙在这一阶段上的演化过程非常重要。但目前的理论分析和观测资料还不能下十分肯定的结论。 然而，随着人类对宇宙不断深入地探索和研究，类星体的真实面目终将展现在我们眼前。而通过它，人类将更深刻地了解我们世世代代所生活的这个神奇辽阔的宇宙空间。 视超光速现象 1972年，美国天文学家首先发现了赛佛特星系3C120的膨胀速度为光速的4倍。我们现在都已知道，根据著名科学家爱因斯坦的相对论理论，光速是世界 上最快的速度，没有任何物质具有的速度能超过它。但是天文学家在以后的工作中又陆续发现了几个类星体（如 3C345等）的两个射电子源的分离速度为光速的7倍，甚至达到10倍。以后的研究使天文学家认识到：这些现象反映出来的超过光速的现象只是一种视现象。 实际上，上述天体的速度并没有超过光速，分析出的原因可以有几种：一、为引力透镜或是一种折射而引起的，二、为射电源的依次闪光而使人产生错觉，三、透视 现象。另一些人则给出了不同的解释。他们认为这种现象的产生是由距离上的视觉错误造成的，其发射点实际不在同一距离上，对这一解释，天文学家现在已找到了 观测上的一些证据。但是，具体的原因是什么，现在还不能说已经找到了答案；若依据现有理论有一点是肯定的，即光速是无法逾越的，很多天文学家都坚信这一 点，并由此出发去寻找宇宙的答案。 宇宙中的反物质 量子理论的早期成就之一就是预言了反粒子的存在，无论是已发现的粒子还是理论上 预言的粒子，都有一个共同的特点：每一种粒子都有一种相应的反粒子。粒子和反粒子的质量相同，而其他一些性质（如电荷等）却正好相反。在比原子更小的基本 粒子尺度上粒子和反粒子是高度对称的，它们总是形影不离，缺一不可。然而，一旦大于这个尺度，却出现了强烈的不对称性。我们的地球、太阳系和银河系都是“ 正”粒子组成的“正”物质。那么反物质又在何处呢？ 在银河系中，我们可以断言没有反物质构成的恒星。否则，广大的星际介质就会与反物质发生湮 灭，从而产生数量远超过观测值的γ射线。然而在星系际空间深处可能有反物质存在，甚至可能有由反物质构成的反恒星组成的反星系。但是银河系以外的星系究竟 是由物质还是反物质组成的，现在还无法判断。因为我们对遥远星系的知识完全来源于它们发出的光子，而光子的反粒子就是它本身。因此即使是反物质组成的星 系，其光学性质也与我们的星系相同。 然而即使反星系存在，它们与星系之间必须由真空隔开，否则就要发生强烈的湮灭反应。现在我们知道星系际空间的许多区域被稀薄气体占据着。 同这些气体的相互作用使得湮灭在反物质区域不可避免，从而产生可观测的超量γ射线。 可是我们并未发现这种特别现象。因此，至少目前我们推断：宇宙看来基本上是不对称的，物质大大超过反物质。 著名的物理学家温伯格等人把大爆炸宇宙理论和基本粒子大统一理论合在一起对这一问题进行了探讨。他们认为在极早期宇宙中，物质和反物质的数量必定几乎相 等。辐射场大量产生粒子——反粒子时，偶尔也有极少的质子和电子掺杂在这个炽热的环境中，每1亿个光子和粒子对只多出1个质子。 但是，随着辐射的冷却和粒子对的湮灭，每个光子能量减少，过剩的物质最终变为主要的成分。结果，原子现在构成了质量密度的主体。 宇宙创生的最初一刹那，宇宙曾经是高度对称的，即正反粒子数大致相等。然而，为什么早期宇宙有这么一点儿不对称而导致在今天反物质如此之少呢？这是大爆炸宇宙学理论的未解之谜。也正因为如此，物质的我们才出现在这个世界中，这也是宇宙的奇妙之处吧。 对称的宇宙 人们都热爱、崇尚并且追求美好的事物，在对自然界的，尤其是在对整体宇宙的探索中更是如此。以和谐、统一和完美作为信仰的科学家们在理论上构造出了简单和对称的宇宙模型，因为人们都相信对称是完美的特征。那么，事实上是否如此呢？ 随着科学技术的日新月异，天文观测手段也有了惊人的突破，从传统的光学波段遍及到整个电磁波谱的探测，使我们对宇宙大尺度结构有了长足的认识。观测表 明，相对我们自己的星系，宇宙在大尺度上是各向同性的。虽然在较小的范围内物质的分布是不均匀的，有成团性。但如果把这些局部的起伏平滑地去掉，则整体上 表现出均匀性。在最大望远镜所及范围内，星系的分布是非常均匀的。换句话说，从我们的星系看去，宇宙在大尺度上不存在任何优越的方向 （即这个方向与众不同）。对我们来说，宇宙所表现出的是各向同性的，对称的。 然而我们井不知道其他星系的观测者观测到的宇宙是否是各向同性 的，没有任何方法可以直接验证这个结果。但是我们可以作一个简单的逻辑推理。如果其他星系的观测者所看到的与我们的观测结果不符，那么，我们得到的是各向 异性的情况，也就是说“上帝”在创造宇宙时，在整体结构上把地球或我们的星系放在了最优越的地位，宇宙仅对我们来说是各向同性的——我们是宇宙的中心。 古代的人们是这样认为的，然而当代的科学彻底打破了这一神话。因为 “以自我为中心”和“自以为是”思维方式被证明是错误的。而原则上，其他星系的观测者们也会发现，宇宙是如此的均匀、对称。 当然，观测结果与均匀结构一致是对于我们所能达到的宇宙范围而言，但观测并未证实情况必须如此，而更大尺度上的均匀对称性还只是天文学家们的一种美好的愿望而已。 宇宙的对称性并不仅仅包含空间分布这一事实。而作为四维时空中必不可少的时间上也是宇宙对称性的一个重要因素。现代科学理论已经否认了牛顿绝对时间的正 确，因而不存在为所有观测者都接受的统一时间系统，每个观测者所测的时间是不一样的。由于考虑到宇宙整体均匀性和各向同性以及把星系联系起来的哈勃定律， 可以得到一个美妙的结论，每个星系的观测者所得的时间是同步的，我们得到了一种类似牛顿的宇宙时系统。宇宙在时间也是对称的。 由于对称时空的完美组合，使我们所认为的宇宙和谐、迷人。然而对称与美毕竟只是我们的梦想，宇宙会满足我们的梦想吗？我们只刚刚开了个头。 小行星的发现 自1930年3月天文学家们发现冥王星以后，我们便知道，太阳系中环绕着太阳这颗中心天体运动的，有九大行星及其卫星，同时还有许许多多的小行星、彗星、流星体和星际物质等等。 那么，小行星又是怎样发现的，它们位于太阳系宇宙空间什么地方，共有多少颗小行星，它们又是怎样形成的呢？ 很多年以来，科学家们在研究太阳系里各个行星的轨道时，发现了一件有趣的事。他们发觉，行星并不是随随便便的散居在太空的，而是非常有“秩序”地按着某种规则分布在太阳的周围；它们几乎是像排过队似的，彼此之间的距离都成一定的比例。 1766年，德国有一位中学教师提丢斯，发现当时已知的水星、金星、地球、火星、木星和土星这6颗行星与太阳的平均距离有一定的规律，它们可以用有趣的 数列来表示，即是：4，4+3，4+6，4+12，4+48，4+96。4即为水星距太阳之间的平均距离（约58 百万千米）；4＋3为金星与太阳之间的平均距离，即58百万千米+58百万千米的四分之三（43.5百万千米），等于101.5百万千米；4＋6为地球与 太阳之间的平均距离，即58百万千米+87百万千米，等于145百万千米，以下类推。这样计算的结果，虽然这6颗行星与太阳之间的距离，与我们现在知道的 它们与太阳之间的平均距离还有些出入，但是已相差不了多少，例如，地球与太阳之间的平均距离仅差2.67％。 提丢斯的这个发现大家觉得很有意义，于是引起了人们的重视。几年后，柏林天文台长波得，对上述规律作了进一步的论述，人们就把它称为“提丢斯——波得定则”，一般简单的称为波得定则。 对上面的数列，如果我们仔细地看，每项后面的数都是前项后面数的两倍。但是第四项和第五项之间，却把这个“秩序 ”给打乱了，少了一项4＋24，这是什么缘故呢？当时便引起人们的注意，而根据波得的推测，在火星和木星之间应该有一颗行星。然而，天文学家怎么找也没有 发现这颗行星，这使天文学家们感到非常奇怪，但大家认为，在火星和木星之间，肯定还有一颗行星存在着。如果找不到它，它一定是“躲”起来了，为了寻找这个 “空缺”的行星，天文工作者和天文爱好者花费了许多时间，对火星和木星之间进行了大量的观测，直到19世纪初的1801年1月1日夜里，这个“躲”起来的 行星，终于被意大利的天文学家皮亚齐在天文望远镜里“捉”到了。人们给这个行星起名为谷神星。这样，就完整的填补了波得定则。 天文学家一面感 到高兴，一面也感到有些失望。因为这颗行星出奇的小，其直径只有770千米。还不到我们地球的卫星——月亮直径（3467千米）的四分之一。它只算个很小 的行星。大约过了一年的时间，1802年，业余天文爱好者，德国医生奥伯斯又发现了第二颗小行星 ——智神星。智神星比谷神星还要小，它的直径还不到500千米。 当智神星被发现的时候，让当时的天文学家感到惊异。因为他们原来只想找到一颗行星，而现在却找到了一双。这时他们便猜想，既然发现了第二颗小行星，还会不会在火星和木星轨道之间存在着第三颗、第四颗、乃至更多的小行星呢？ 事实也正如这些天文学家所猜想的那样，过了两年，1804年，人们又发现了第三颗小行星——婚神星。到 1807年，又发现了第四颗小行星——灶神星。 后来，又大约过了40天，天文学家又发现了第五颗小行星。在发现第五颗小行星后的第二年，又发现了第六颗小行星，在整个第19世纪，天文学家们共发现的 小行星有400颗以上。到了20世纪，随着科学技术的发展，不断先进的观测手段，小行星的发现便越来越多了。到目前为止。天文学家发现的小行星已经有 2000个以上。那么，火星和木星这两颗大行星轨道之间，到底有多少颗小行星呢？具体数字很难确定。因为随时都可能会发现新的小行星。因此，关于小行星的 数字，或者说有2000多颗，或说有成千上万颗。 由于在火星和木星轨道之间的小行星太多了。因此，我们称它们为一个小行星带。它们就像九大行 星一样绕太阳公转。不过，它们的质量体积都很小。最大的直径只有1000千米；小的直径还不到1千米。有人估计，全部小行星的总质量，不会多于地球质量的 万分之四。当然，这需要我们进一步考察。 至于这些小行星是怎样形成的，目前说法不一，有的人认为：在火星和木星之间本来是有一颗大行星的，但 不知是什么原因，也许是跟一个什么星球相撞了，这个行星爆裂了。现在的小行星，可能就是这颗星的残体，不然的话，为什么这些小行星形状都不那么规则呢？还 有人认为，在火星和木星之间，本来就有一些星际物质可以凝聚成为一个大行星的，但这些物质凝聚得不够结实，结果就分裂成大小不一样的小行星了。总之，有关 小行星的成因，尚无定论，有待于科学家进一步的考察、分析、定论。 在发现这些小行星的工作中，我国天文工作者也作出了不少贡献。在已编号的 2000多颗小行星中，有一颗名叫“中华”的第1125号小行星，是由我国天文学家张钰哲于1928年发现的。解放后，我国天文事业有了飞跃的发展，由于 有了强有力的天文望远镜，从1954年秋天起，我国南京紫金山天文台已先后发现了400多颗小行星。其中，1977年有4颗新的小行星曾在国际上得到正式 编号，分别被命名为“张衡”、“祖冲之 ”、“一行”和“郭守敬”，以纪念我国古代著名的天文学家。1979年下半年，又有4颗由我国发现的新小行星，被正式编号命名为：第2027号“沈括”； 第2045号“北京”；第2077号“江苏”，第2078号“南京”。这4颗小行星都已经过多次观测，并计算出了它们的轨道。在这以后，紫金山天文台又连 续发现了5颗小行星，被国际上正式编号为：第2058号“河南”；第2162号“安徽”；第2169号“台湾”；第2184号“福建”；第2185号“广 东”。 推荐天文地理观察软件（WEB版） 天文大发现6 天文大发现5 天文大发现4 天文大发现3 天文大发现2 天文大发现1 波兰夹逢中求生存的败亡之路就是韩国自取其辱的镜子 难题不难 关于科学、伪科学与反科学 地理大发现-征服南极 地理大发现-征服澳大利亚 地理大发现-征服北美洲 地理大发现-征服南美洲 用欧美自己制定的规则来防制欧美 让Google Earth使用中文地图数据库，看到每一个乡镇名 驳斥几个网络上关于北京奥运、中国体育的谬论 贪官不足依，美国不足法，精英不足信 听惯了国内网民对奥运开幕式的嘲弄再来看西方网民的评价 教大家学逻辑分辨“精英”话语“虚假伪” 北京欢迎您，用谷歌地球(Google Earth)带你看奥运 Google Earth(谷歌地球)相关和地图相关网站大全 比Google还先进？体验微软版“虚拟地球” 如何用Google Earth(谷歌地球)研究和观测天文 二十八宿与西方星座对应星图与星表 天文观测入门:四季星空图 |
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