书城童书十万个为什么——那些你所不知道的囧问题
16608600000004

第4章 你所不知道的天文窘问题(3)

但斯蒂恩并没有将这次发现称作天文学上最重大的发现之一,因为在此之前,天文学发现了许多这般大小的星体,“2003UB313”只是其中一个。比如,去年布朗的研究小组发现了“塞德娜”,它的体积大约是冥王星的3/4,天文学家发现的其他的星体还包括“2004DW”和“Quaoar”等。斯蒂恩认为,太阳系的外层空间其实有许多天文学家从未发现的星体,他说:“虽然现在我们拥有了看到它们的技术,但我们也只是看到一点点皮毛而已。”

一起在国际空间站打场高尔夫球吧

据说,俄罗斯计划由宇航员从国际空间站里将一个高尔夫球击入地球轨道,如果美国宇航局同意这一计划,将这个球击出的宇航员将是自有高尔夫球诞生以来击球距离最远的“长打王”。但一些专家也警告,如果不小心发生失误,就会对国际空间站造成“灾难性”的破坏。

这一计划是俄罗斯航天局与加拿大多伦多“元素21高尔夫公司”商业协议的一部分。届时,宇航员将用一只镀金的高尔夫球杆击打那个高尔夫球,而这个高尔夫球也不是普通的球,是用制造国际空间站的钪合金制造的。

在被从国际空间站旁边的一个特别平台上击打出去后,那个高尔夫球预计将会在地球轨道上运行四年,通过使用全球定位发射器向地面的计算机报告自己所处的位置,这个球在大气拉力的作用下向地球逼近,最终进入大气层后烧毁。

可是这一计划的成功与否依赖于能否将球击出空间站的轨道平面,如果在被击出去后仍在与空间站同一个轨道平面上,那么这个球可能再落回空间站里,或者在轨道上飞行时与国际空间站发生碰撞。而碰撞引起的后果则要依据碰撞的角度、碰撞的速度以及球的重量等因素而定。

美国德克萨斯州休斯敦宇航局约翰逊航天中心的轨道残片专家利奥说,在最坏的情况下,这个球会留在与国际空间站同样的高度上,它的飞行轨道平面会发生变化,直到与在旁边飞行的国际空间站相撞。利奥告诉《新科学家》

说:“那将会是以每秒9.4千米的速度正面相撞。”这种碰撞的力量相当于一辆6.5吨的卡车以每小时100千米的速度行驶时所产生的冲击力。利奥说:“所以说,最坏的情况将会引起一场灾难。”不过他又补充说,这种可怕的想象发生的可能性很小。

美国加利福尼亚航天公司“轨道与再入碎片研究中心”主任比尔·埃勒说,如果这个球没有进入预定的轨道而只是回到国际空间站上,速度将不会太快,相对而言,造成的威胁很小。他估计说,如果这个高尔夫球以这种方式击中国际空间站的话,它的速度相当于职业高尔夫球员最初击打球时的速度,这个速度大约是每秒30米。埃勒告诉《新科学家》说:“由于太空服阻碍宇航员的行动,我拿不准击打高尔夫球的那名宇航员能否准确地击中球。”

埃勒说,在离地球约400千米上方飞行的国际空间站附近的低地球轨道上,大约有300个人造卫星,当那枚高尔夫球在旋转着向地球方面飞行时,它有可能会碰上这些卫星中的一个,不过发生这种情况的机会也非常低。他指出,除了人造卫星外,这些轨道上还有“太空服卫星”,这是一种装有无线发射机的太空服,被扔出国际空间站,不过没有损害轨道卫星。他说:“低地球轨道有一些非常好的特点,大气实际上能够在一段相当短的时间里清除轨道,我们正努力最大可能地减少产生的碎片数量,所以不要开放一个太空高尔夫球场也许是一个好主意,不过偶尔进行这种尝试不会影响太大。”

据美国航天局发言人阿拉德·比特尔说,美国航天局目前正在研究这一计划的安全性,而这一计划只是俄罗斯众多商业交易计划中的一个,如果这一计划得到同意,那么“元素21高尔夫球公司”将会把那个镀金的高尔夫球杆送回地球用于慈善事业。

其实,这次的太空高尔夫击打并不是首次,1971年2月6日,美国航天局宇航员艾伦·谢泼德在结束月球行走前击打了两个球,让它们飞行了“几英里,又几英里,又几英里”。

看来,这又是一次有意义的尝试。

月球只用一个月的时间就诞生了吗

迄今为止,关于月球的形成原因有许多假说,但最主要的假说只有四种,即“亲子说”“捕获说”“兄弟说”和“大碰撞说”。

现在最有说服力的要属第四种假说,即大碰撞说。这是因为月球的平均密度为每立方厘米3.3克,而地球的平均密度为每立方厘米5.5克。大碰撞假说能对月球的特征进行详细的说明。小行星的碰撞和聚集诞生了原始地球,碰撞的能量形成了熔化的泥浆状态。不久,铁、镍等重金属沉到地球中心,于是地核便形成了。较轻的硅酸盐形成了地壳和地幔。地幔的密度为每立方厘米3.3克。所以说如果从地幔中间物质来考虑月球的诞生是合乎逻辑的。因为曾有天体对地球发生碰撞,飞溅的地幔物质聚集起来就形成了月球。然而,从地球飞溅出来的大多数地幔物质又落到了地球上面。这一点,从后来的模拟试验中得到了证实。目前,有人认为,月球中的物质有很多是碰撞天体的地幔物质。如果是火星大小的天体,就与地球一样形成地幔和地核。飞溅的碰撞天体的碎片中多数地核物质落到了地球上,大多数地幔物质飞散入宇宙空间,这些我们通过模拟实验就能得到证实。模拟实验再现月球诞生过程。

最近,日本东京大学综合文化研究系研究员小久保莫一等人,通过利用现有的引力问题,用计算机进行模拟实验,便显而易见地看到了从天体与地球的碰撞到月球诞生的完整过程。

由于天体的碰撞,一些向宇宙空间飞散碰撞的天体的地幔物质扩展开来包围了地球;而被碰撞产生的巨大能量所蒸发的物质很快冷却,变成岩石,形成土星光环状的圆盘。当岩石相互碰撞时,在地球半径三倍以内的距离(洛希极限)被地球的引力撕裂后不能聚集。由于岩石变得粉碎,圆盘变薄;而在圆盘密度变高时,就形成了漩涡。此时,岩石好像在漩涡内振动起来并向外侧运动。

到达洛希极限之处的岩石通过碰撞就可以结合在一起,并急速成长起来。这就是“月种”的诞生、从碰撞开始只有1~2周时间,“月种”与希洛极限之外活动的岩石反复碰撞结合而变大,这样碰撞一个月后,月球便形成了约90%的规模。此后,残余的岩石在与月球和地球碰撞后消失了。上述那种天体的碰撞发生一年后,一个直径约3500千米的月球,便在距地球约2万千米的地方诞生了。

目前,地球和月球之间的距离约有38万千米,是月球刚刚诞生时的20倍。

这是由于地球和月球之间的潮汐摩擦作用,故而目前月球还在以每年3厘米的速度离地球远去。

最近,支持巨大冲撞假说的一个有力证据就是NASA的一个重要发现。美国国家航空与宇宙航行局的月球探测器“Lunaprospector”对月球的引力场进行了详细认真的测定。测定结果表明,月球内核的半径可达220~450千米;而地球地核的半径则达3500千米,占了地球总质量的30%。另一方面,月球的核心非常小,仅占约月球总质量的2%。从月核很小这一事实来看,就可以否定月球是以与地球同样方式形成的“兄弟假说”和“捕获假说”。如果利用使地球地幔缩小的亲子假说,好像也能解释地核缩小的原因。但是,要使地球的地幔缩小,地球必须以两小时旋转一周的高速自转。然而在45亿年前,地球的自转周期仅为5小时左右一周。这样,“亲子假说”也被否定了。只有用大碰撞假说来解释月球的诞生了。

然而,此次公布的月核半径范围还在增大,月球的内部构造也还有很多不明之处。地球内部地震波传播速度的变化,通过调查进行了详细的了解:在月球上也有类似地球的地震称月震。同样通过调查月震的震波也可了解其内部构造。不过,月震发生的次数较少,且在月球表面上只有“阿波罗”号宇宙飞船设置的月震仪。为了更详细地了解月球的内部构造,有必要再设置许多新的月震仪。日本计划把数个称为“穿刺器”的标枪状装置发射到月球表面,实现对月球全面观测的网络系统化。由此看来,自从43年前美国的“阿波罗”号飞船登上月球以来,人类对月球的挑战仍在继续。