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第52章 探索博大的天文奥秘之最(1)

距离我们最近的恒星

太阳是距离地球最近的恒星,是太阳系的中心天体。太阳系质量的99.87%都集中在太阳上,其质量为地球的33万倍。它的直径是139.2万千米,为地球的109倍,体积是地球的130万倍。它强大的引力控制着大小行星、彗星等天体的运动。

太阳是唯一可以详细研究表面结构的恒星,是一个巨大的天体物理实验室。但太阳只是银河系内1 000亿颗恒星中的普通一员,它位于银河系的对称平面附近,距离银河系中心约33 000光年,在银道面以北约26光年,它一方面绕着银心以每秒250千米的速度旋转,另一方面又相对于周围恒星以每秒19.7千米的速度,朝着织女星方向运动。

太阳是一个炽热的大火球,它的热源是由其核心四个氢原子核(质子)聚变,形成一个氦原子,释放出正电子和中微子的粒子,同时也释放出辐射能,就是被称作伽马射线的光子。根据目前对太阳内部氢含量的估计,太阳至少还有50亿年的正常寿命。

记载恒星最多的著作

我国东汉伟大的天文学家张衡所著的《灵宪》一书,是世界上最古老、记载恒星最多的著作。

《灵宪》是张衡积累多年的实践与理论研究写成的一部天文学巨著,也是世界天文学史上的一部不朽名作。此书全面阐述了天地的生成、宇宙的演化、天地的结构、日月星辰的本质及其运动等诸多重大课题,将我国古代的天文学水平提升到了一个前所未有的新阶段,使我国当时的天文学研究居世界领先水平,并对后世产生了深远的影响。

张衡在认真观察天体的基础上,对前人留传下来的好几种星表进行了整理、汇总,并在《灵宪》一书中建立了多达2 500颗恒星的新星表。

据《灵宪》记载,“中外之官常明者百有二十四,可名者三百二十,为星二千五百,而海人之占未存焉”。张衡所制的星表,不仅大大超过前人,也为后世所不及。汉末时,张衡所制星表失传。晋朝初期陈卓建立的星表有1 464颗恒星,只有张衡制作的星表的一半。直到清康熙年间,人们用望远镜观察,才发现超过3 000颗恒星。由此可见,张衡星表的丢失是我国天文学史上的重大损失。

《灵宪》是我国古代天文学史上最杰出的天文学著作之一,也是我国天文学发展达到一个新高度的里程碑,虽然其中还有一些错误和不足,但在天文学史上的意义并不因此而逊色。

最有名的超新星

在恒星世界里,有时会出现一种奇怪的现象:一颗本来较暗的恒星,突然变得很亮。然而仅仅过了几个月甚至几天,它又渐渐消失了。

这种光亮发生剧烈变化的恒星,在天文学上称为变星。古代人把变星称为“客星”,意思是这是一颗“前来做客”的恒星。

变星有很多种,其中亮度变化最剧烈的是超新星。一般认为,恒星之所以会突然变亮,主要是由于这颗恒星发生了猛烈的爆炸,放出巨额的能量。

新星和超新星是变星中的一个类别。人们看见它们突然出现,曾经一度以为是刚刚诞生的恒星,所以取名叫“新星”。其实,它们不但不是新生的星体,相反,而是正走向衰亡的老年恒星。其实,它们就是正在爆发的红巨星。

当一颗恒星步入老年,它的中心会向内收缩,而外壳却朝外膨胀,形成一颗红巨星。红巨星是很不稳定的,总有一天它会猛烈地爆发,抛掉身上的外壳,露出藏在中心的白矮星或中子星来。

在大爆炸中,恒星将抛射掉自己大部分的质量,同时释放出巨大的能量。这样,在短短几天内,它的光度有可能增加几十万倍,这样的星叫“新星”。如果恒星的爆发再猛烈些,它的光度增加甚至能超过1 000万倍,这样的恒星叫做“超新星”。

超新星爆发的激烈程度让人难以置信。据说它在几天内倾泻的能量,就像一颗青年恒星在几亿年里所辐射的那样多,以致它看上去就像整个星系那样明亮!

新星或者超新星的爆发是天体演化的重要环节。超新星的爆发可能会引发附近星云中无数颗恒星的诞生。另一方面,新星和超新星爆发的灰烬,也是形成别的天体的重要材料。比如说,今天地球上的许多物质元素,就来自那些早已消失的恒星。

根据历史记载,最有名的超新星是我国1054年记录到的金牛座超新星。它是一颗最明亮的超新星。光亮的程度使人们在白天都能看到它的芒角四射。

迄今为止的宇宙最深处

美国宇航局说,“哈勃”太空望远镜新拍到了迄今可见宇宙最纵深景观的照片,这张具有历史意义的照片中,可能包含着宇宙诞生后不久产生的最早期星系。

科学界普遍认为,宇宙诞生于距今约137亿年前的“大爆炸”。在“大爆炸”后的3亿年中,宇宙处于黑暗和冷寂状态,随后第一批恒星以及星系开始产生。“哈勃”新拍下的照片捕获到的正是宇宙中首批星系所发出的光芒。

美国宇航局在公布新照片时称,该照片是根据“哈勃”望远镜两台相机的拍摄结果合成的,共包含约1万个星系。从照片上看,这些星系仿佛散落在黑天鹅绒上的宝石。照片覆盖的太空区域相当狭窄,仅相当于满月直径的十分之一。天文学家们说,照片上的星系如此暗淡和遥远,寻找它们就好比拍摄月球上飞着的萤火虫。

新照片拍摄时间持续了5个月,其间“哈勃”围绕地球运转400圈,太空望远镜上的相机共完成总计100万秒的800次曝光。照片中不仅包括大批经典的螺旋形和椭圆形星系,也可以看到类似牙签等形状的其他一些古怪星系,还有少数星系似乎进行着碰撞等相互作用。据天文学家分析,这些形状古怪的星系表明,当时的宇宙要更为混乱和无序。

天文学家们说,他们希望能借助新照片寻找到“大爆炸”后4亿到8亿年间宇宙中所存在的星系,从而为研究星系起源和演化提供新的线索。他们指出,宇宙的演化与一个人的成长有点类似,最急剧的变化往往产生于最早期。因此,看到的宇宙景观越纵深,对宇宙的基础研究也将越深入。

宇宙中最寒冷的地方

2003年2月20日,天文学家公布了一个新发现的气体云团——被认为是宇宙中最寒冷地方的首张照片。位于离地球5 000光年的布梅兰格星云是1979年由瑞典和美国天文学家利用架设在智利的巨大望远镜发现的,它在1980年取名为“布梅兰格”,是因为它看上去像加长的变成弯形的飞去来器(布梅兰格是英文飞去来器的音译)。

天文学家也称该星云为“宇宙冰箱”,布梅兰格星云的温度为-272℃,仅比绝对零度(-273.15℃)高1℃左右。虽然在地球实验室中已成功获得比这更低的温度,但是在自然界从未发现过如此低的温度。

这张布梅兰格星云照片,是由美国宇航局和欧洲航天局发射升空的“哈勃”太空望远镜拍摄的,这些照片为美国宇航局和欧洲航天局共同拥有。美国哥伦比亚号航天飞机为“哈勃”安装了新型改进镜头,使照片的分辨率提高了10倍。特别是改进后的“哈勃”,拍摄到离我们地球4.2亿光年的两个银河的碰撞照片,使天文学家能观察到位于所谓“朦胧区域”即银河形成初期的个别银河。

欧洲航天局代表声称,“即使是大爆炸之后形成的-270℃温度也比布梅兰格星云温度要高,这是迄今为止在自然界中发现的唯一一个温度比大爆炸后保留的辐射背景温度更低的天体。”现已查明,布梅兰格星云气体在吸收微波背景辐射——大爆炸后留下的残余辐射,这一过程只在气体温度冷却到-270℃以下时才会发生,这在自然界中任何地方从未观察到。

布梅兰格星云是一个气体和尘埃云团,云团是从一颗正在死亡的恒星中以大于150千米/秒的速度喷溅出来的,这导致布梅兰格星云急剧变冷。最可能的是,该星云变冷是由于家用压缩制冷冰箱作用原理所致,即由于气体快速膨胀的结果。不排除这样的可能性,即该星云局部冷却可能存在暂时未发现的“黑洞”一类天体。简单地说,这种情况与儿童玩气球的效应相似,如果突然从气球中放出空气,则气球会马上变冷。

最古老的黑洞

美国斯坦福大学的天文学研究小组,在遥远的宇宙中发现了目前为止堪称最庞大最古老的黑洞。其质量是太阳质量的100多亿倍,这意味着,这个被称为Q 0906+6 930的黑洞,能够在自己的引力场中吸纳上千个太阳系,其质量也相当于银河系内所有恒星的质量之和。

这个巨型黑洞位于大熊座星系中央,与地球的距离约为127亿光年。据来自斯坦福大学的罗格·罗曼尼表示,科学家们初步确定这个黑洞的年龄约为127亿岁,也就是说,它在“大爆炸”之后10亿年内就已经形成了。

然而,令天文学家们疑惑不解的是,这个巨型黑洞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,天文学家们使尽了浑身解数——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可达10亿个太阳质量。

最美丽的行星

土星是太阳系八大行星之一,按八大行星离太阳由近及远的次序是第六颗,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,是太阳系中最美丽的行星。

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9.42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95.2倍,体积是地球的730倍。虽然土星体积庞大,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5 000千米厚的冰层和8 000千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-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29.46年,可是它的自转速度很快,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大小不等、直径几微米到几米的颗粒(粒子、烁石或冰块)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,总共发现了将近50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,美国国家航空和航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须桥梁,因此美国科学家预言,早在127亿年前宇宙中也许就已经有智能生命存在,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时间要早上数十亿年。

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距离的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学教授斯泰恩·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球行星存在过的话,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

美国航宇局(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。美国航宇局的天文学家利用“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形,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。