书城科普读物破译奥秘大世界丛书:破译神奇天文之谜
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第5章 太阳系之谜(2)

在19世纪,还有的科学家认为太阳会发光,是由陨星落在太阳上产生的热量、化学反应、放射性元素的蜕变等引起的,但有这些仍不能解释长期以来太阳发出的巨大能量。

直到1938年,原子核反应被发现,才终于解开了太阳能源之谜。太阳发出的惊人能量,实际上来自原子核的内部。因为在太阳上含有极丰富的氢元素,在太阳中心高温(1500万℃)、高压的作用下,这些氢原子核相互作用,结合成为氦原子核,同时释放出大量的光和热。

所以,在太阳上之所以能发出光和热,并不是一般人想象的燃烧过程。太阳巨大能量的源泉,是在太阳内部进行的氢转变为氦的热核反应。这种热核反应所消耗的氢,太阳上的含量极为丰富,至少可以供给太阳像现在这样继续辉煌闪耀50亿年!即使太阳上的氢全部燃烧完,还会有别种热核反应继续发生,使太阳继续发射出巨量的光和热!

太阳上的斑点是怎么回事

在太阳光辉的表面,经常会出现黑色的斑点——黑子。在阳光减弱、风沙蔽日的旧子里,甚至用肉眼就能看见。

在中国史册《汉书·五行志》中记载着,公元前28年5月10日曾观测到的一次大黑子,这是世界上公认的最早有关黑子的记录,要比欧洲人发现黑子早800多年。

实际上,黑子是太阳表面的风暴,是个巨大的旋涡状气流。一个发展完全的黑子,有个近似圆形的较暗的中央核,称为“本影”;本影外面绕着一圈纤维状的较亮的影子,称为“半影”。

其实,黑子并不黑,温度大约为4500℃,比沸腾的钢水还要热得多。但它周围的温度高达6000℃,相比之下,低了1500℃左右,所以看起来就像是黑色的斑点。大黑子尤其是黑子群,直径可达10万千米以上,小黑子的直径也在1000千米上下。

太阳上黑子的出现多少有一定的规律:黑子数目逐年增加,增加到极大之后,又一年年减小,两个相邻的黑子数极小年之间平均间隔11年左右,被称为一个太阳活动周期。太阳黑子出现的多少,已被科学家认为是太阳活动强弱的标志。

另外,太阳黑子在日面上的分布,绝大多数出现在太阳赤道两侧80~35~的范围内,这也是黑子的一个明显特征。

早在1908年,美国的禾文学家海耳发明了一种方法,可以观测和测量太阳黑子磁场。用这种方法,海耳等人发现黑子普遍具有比较强的磁场。有趣的是,他们还发现黑子磁场的磁性具有复杂而规律的变化,变化周期为22年。这一发现后来被许多观测所证实。

根据对黑子磁场极性变化的观测结果,海耳等人于1919年提出:太阳黑子活动的完整周期应为11年的两倍,即22年。这常被称为“磁极转换周期”,简称“磁周期”,或者称为“海耳定律”。

太阳系是怎么形成的

因为太阳和人的密切关系,两个多世纪以来,许多杰出的科学家都曾探讨过太阳系的起源问题。对此,200年来没有出现一种权威的说法,但却出现了多种假说,累计起来,已多达40种,其中影响比较大的,主要有以下几种。

一是灾变学说:首先由法国的布封提出。19世纪,又有一些人相继提出灾变学说。他们都将太阳系起源归结于一次偶然撞击事件,而不是从演化的必然规律去客观探讨。他们认为先形成的是太阳。在一个偶然的机会中,一颗彗星(或恒星)撞到太阳上(或从太阳附近经过),它将太阳上的物质撞出(或吸引出)一部分。后来,这部分物质就形成了行星。根据这个学说,太阳物质和行星物质应源于一体,太阳和行星是“母子”关系,它们有“血缘”关系。

但是,银河系中的行星系比较普遍,太阳系绝不是惟一的行星系。所以,只有从演化的角度去探求才具有普遍意义。

就撞击来说,如果小天体撞击太阳上,因为质量太小,它不可能将太阳上的物质撞出来,而必被太阳吞噬掉。其中一个极鲜明的例证,就是1994年彗星撞击木星。21块彗核连续攻击木星,但在木星表面仅引起一点小小涟漪,最后彗星被消化掉。如果说恒星与太阳相撞,机率就更小了。

后来,曾提出灾变学说的一些人,自动放弃了原有的观点。

二是俘获学说:认为太阳在宇宙中运动时,遇到一团星际物质。太阳靠自己的引力捕获了这团星际物质。后来,在太阳引力作用下,这些物质加速运动。犹如在雪地里滚雪球,由小变大,便逐渐形成了行星。

根据俘获学说,太阳也是先形成的。但行星物质是太阳捕获来的,而不是从太阳上分出来的。它们与太阳物质只是“收养”关系,没有“血缘”关系。

三是星云说:由德国伟大哲学家康德首先提出,几十年后,法国著名数学家拉普拉斯又独立提出了这一观点。他们都认为,整个太阳系物质都由同一个原始星云形成,原始星云的中心部分形成了太阳,外围部分形成了行星。

但康德与拉普拉斯也有明显差别,康德认为是由冷的尘埃星云的进化性演变而成太阳系,先形成太阳,后形成行星。而拉普拉斯认为原始星云是气态的,而且十分灼热,它迅速地旋转着,先分离成圆环,后来圆环凝聚形成行星,太阳比行星的形成要晚些。

虽然以上各种假说都有充分的观测、理论和计算根据,但也都有致命的不足,所以始终没有一种假说被普遍接受。太阳系等待着新的假说。

太阳系这个大家庭中,成员包括太阳、九大行星、几十颗卫星、成千上万颗小行星和为数众多的彗垦、数不清的流星体,还有充满太阳系空间的行星际物质等,它们构成了一个天体系统。

太阳系的疆域极为辽阔。如果以冥王星作为太阳系边界,它到太阳的距离约合60亿千米。如果乘坐时速1500千米的高速飞机,从冥王星到太阳要连续飞行457年!

太阳系的中心天体是太阳,太阳系内所有的成县都围绕着太阳不停旋转。

太阳的九大行星,按距离由近及远的顺序是:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星和冥王星。其中木星的个头最大,是行星中的“老大哥”;最小的是冥王星,是行星中的“弟弟”。除水星和金星外,其他七颗行星都有自己的卫星。卫星中直径最大的是土卫六,约5800千米,比水星还大。

在19世纪第一年的元旦之夜,人们第一次发现了小行星。到现在为止,已有8000多颗小行星正式注册编号。然而,小待星的数量远不止这些,估计总数要超过50万颗。

太阳系中形状最为奇特、多变的成员是彗星。当接近太阳时,有的彗头直径大到10万千米以上,彗尾更长,达到上千万千米甚至更长,真是一个庞然大物,但是它的平均密度竟比人造真空还低得多。虽然,每年能用望远镜看到的彗星只有几颗或十几颗,但有人估计,太阳系中的总数不下10亿颗。

在平常,流星体是看不见的,只有当它们闯入地球大气层时,同大气产生剧烈摩擦并燃烧,在天空中就留下了一道耀眼的亮光,这就是人们看到的流星。每年落到地面上没有燃尽的流星体不下20万吨,绝大多数只有针尖般大小,有的流星体质量较大,没烧完就落下来,成为陨星。

行星际物质非常稀薄,大多集中在黄道面附近,从而形成对日照(在高山和低纬度地区,有时在背太阳的天空,能够看到的一个椭圆的亮斑)和黄道光(日出前或者日落后,在黄道两边出现的锥体状的微弱光芒)等天文现象。

太阳系中还有第十颗大行星吗

大家都知道太阳系有九大行星,然而长期以来,天文学家都被这样一个问题困扰着,就是:天王星和海王星的实际运行轨道和计算出的轨道位置不相符。

后来,人们在海王星之外又发现了冥王星,但冥王星的质量实在太小,不能解释天王星和海王星运行轨道的问题。一些天文学家相信:太阳系中,冥王星之外还存在着质量更大的第10颗大行星。

多少年来,从来没有人断然否定过冥外行星的存在,却有越来越多的人,从不同角度提出了它存在的可能性。

有人曾计算过从1835年倒推到公元295年之间哈雷彗星的运行轨道,发现彗星经过轨道近日点的实际日期和理论计算值之间存在明显差异。1835年那次,实际日期比理论推算出的日期就推迟了3天;1910年回归时,又推迟了3天。科学家们还发现,哈雷彗星经过近日点的日期,似乎以500年为周期而变化。

对此,有一种解释是:当彗星运行到轨道远日点附近的太阳系空间时,可能受到某种未知天体的摄动影响,这未知天体很可能就是人们正在寻找的冥外行星,这颗未知新行星绕太阳公转的周期约500年。

1950年,在计算遥远彗星运动轨道时,有人提出在冥王星以外应该还有一颗大行星,这颗大行星与太阳之间的距离为了7天文单位。但可惜的是,天文学家用望远镜在遥远的天空寻找了几年,也没有找到这颗大行星的踪迹。

天文学家汤博是冥王星的发现者,他对于寻找冥王星外行星也很感兴趣,曾花了14年的时间来搜寻冥外行星,并仔细核查了70%以上新行星可能出现的天区,但也是一无所获。

另外,天文学家也曾怀疑在水星轨道内是否存在绕太阳运行的行星,也就是所谓的“水内行星”。因为即使存在“水内行星”,但因离太阳太近而很难观测,所以迄今为止也没有任何发现。

那么,太阳系中究竟有没有第10颗大行星呢?今天,谁也不能肯定地下结论。

金星的表面温度为什么特别高

与地球相比,金星离太阳要近大约30%,它表面的温度应该比地球高些,是完全可以理解和预料的。但是,当科学家们通过观测的时候,竟然发现金星表面温度高达465~485℃,也感到有点吃惊。

那么,金星的表面温度为什么如此之高呢?

在金星周围有着浓密的大气层、阻挡人们直接看到它的表面。在空间探测器接二连三地对金星表面和大气层进行现场考察后,才逐渐揭开了它神秘的面纱。

现在,科学家已经知道,金星大气中的二氧化碳含量达到令人难以想象的程度,在97%以上。而大气低层的二氧化碳含量还要高些,高达99%,几乎全是二氧化碳了。而地球表面附近的大气层中二氧化碳的含量仅约占0.03%,同金星比起来,简直是太微不足道了。另外,金星大气中还含有少量的氮、一氧化碳、氩、水蒸气等。

在金星表面以上三四十千米高空的大气层,存在着很厚的浓云密雾。更令人吃惊的是,这些浓云密雾竟然是由雾滴状的浓硫酸组成的。硫酸是地球上重要的化工产品,想不到在金星上它竟然是大量存在的天然产品。

金星大气能够反射大76%的太阳光,这使金星在天空中显得特别明亮。剩下的24%的太阳光穿过金星大气,照到金星地面。

本来情况应该是这样的,照射到金星地面的24%太阳光中,会有一部分从地面返回太空,但金星大气层中浓密的二氧化碳却阻碍它们的返回,就像给金星盖了一床大棉被。于是,在金星表面附近,太阳辐射的热量越积越多,温度也越来越高,产生所谓的“温室效应”,最终达到现在令人难以想象的程度。

尽管地球大气层中的二氧化碳含量不多,但在地球上,每时每刻产生的二氧化碳可不少,地球上的温室效应已经成为一个相当重要的环境问题,假如长此以往不采取有效措施,后果将会非常严重。金星无异给人类上了严肃的一课,并提出了警告。

木卫二上为什么可能有生命

1979年3月,美国发射的“旅行者号”空间探测器,在飞越木星近空的时候,曾意外地发现木星的第二颗卫星——木卫二上,有着与众不同而且非常奇特的外貌,它并不像许多固态的天体那样,有千疮百孔的陨星撞击坑,而是分布着许许多多条纹,纵横交叉犹如一大堆乱麻般。这是什么呢?

经过进一步研究,科学家们终于明白,原来木卫二有一个厚厚的冰层构成的外壳,这些条纹就是冰壳反复破裂而形成的裂缝。这些裂缝有的长达上千千米,宽达10千米,深100~200米。

更加有意思的是,科学家们还注意到,这些纵横交错的裂缝具有褐色的基调,和周围颜色较浅的部分相比较,显得格外分明。科学家对这种褐色物质进行了光谱分析,结果表明,它们很可能是有机化合物的反映。众所周知,生命是由有机物组成的。

在木卫二冰壳裂缝周围,有可能存在有机物,这使人们对在那里可能存在生命充满了期待。

一项来自地球本身的发现,也大大鼓舞了人们在木卫二上找到生命的信心。原来,在地球的南极大陆上,有一些常年冰封的湖泊,极地阳光原本就极其微弱,在透过上部厚厚的冰层后,到达湖底的阳光更是微乎其微。但是,当人们潜入这黝暗、冰冷的湖底时,却意外发现在湖底竟然生活着一大片蓝绿藻,它们靠那极其微弱的阳光生活着。

尽管木卫二离太阳远、阳光弱、温度低,但与南极冰湖下的环境相比,并不差。而且因为自转和公转耦合的关系,它的白昼长达60小时。

所以,在木卫二上,在一些冰壳裂缝刚刚破裂开的地方,便有可能接受到较充足的阳光,使生命有可能在那里生存繁殖。一直到若干年后,当裂缝重新被厚厚的冰层覆盖起来,生命也将暂时潜伏起来,等待另一次机会。

当然,上面讲述的一切还只是一种推测,木卫二到底有没有生命,还有待人们去实地考察。

土星美丽的光环是什么

土星是太阳系中一颗美丽的行星。土星的赤道外面围着一圈明亮的光环,犹如一个人戴着一顶宽边大草帽。

在太阳系内,虽然木星和天王星也有光环,但远不如土星光环那样明亮和引人注目。

1610年,天文学家伽利略,在用自制的望远镜观察土星时,察觉到土星旁边似乎有一些异样的东西,使土星仿佛长了两个耳朵。差不多过了50年,荷兰天文学家惠更斯利用更先进的望远镜观测土星,证实了实际上它拥有一个又薄又平的光环。

起初,人们认为土星光环是一整块的。直到19世纪中叶,人们才通过观测认识到,土星的光环由无数小碎块组成,它们是些冰块和砂砾,直径从几厘米到几米不等,如走马灯般围绕着土星旋转。

通过望远镜中看去,土星光环平滑而光洁。但是,空间探测器发回的照片,却为人们揭开了光环复杂结构的真面目。1980年11月,当空间探测器“旅行者1号”飞越土星时,拍摄到的极其清晰的土星光环照片,让人类第一次看清了土星光环的细微构造。原来,土星光环是由数不清的明暗相间的细环组成的,看上去就像密纹唱片上的波纹一样。

土星的光环很薄,厚度大约只有10千米,但却非常宽,足以把地球放在这个光环上滚动,犹如篮球在人行道上滚动。

从地球上看,土星的光环不但美丽、明亮,而且它的形状也在不断变化着。有几年土星像戴着一顶宽边草帽,几年之后,这个光环居然消失得无影无踪。