有的科学家对詹姆斯的这几种推测提出了不同的看法:他们认为詹姆斯的几种推测地球上同样也会出现,那么为什么地球上的海洋却没有消失呢?
美国爱阿华大学的弗兰克等人则认为,金星从来没有过海洋,金星探测器所探测到金星大气层里的少量水分并不是由海洋中蒸发出来的,而是由几十亿年来不断进入大气层的微小彗星的彗核所造成的,因为彗核的主要成分是水冰。
金星上究竟有过海洋吗?如果有,那么它又是如何消失的?至今还没有足够的证据令人信服。
探索银河系中生物之谜
生物进化的过程如此漫长,把它和恒星演化的时间去对比没有什么不恰当。我们知道,天上有的恒星那样年轻,甚至爪哇猿人曾经是它们诞生的见证人。在这种恒星周围的行星上,目前高级生物还来不及形成。我们也知道,大质量恒星发光发热只有几百万年,这对于生物进化实在太短暂了。看来合适的对象只有从质量相当于或小于太阳的恒星中去找。银河系大约共有恒星千亿,其中绝大多数的质量都算“合格”,这是因为质量较大的恒星终究甚少。
除了百分之几的少数例外,银河系中恒星的发热年代都很长,足以使智慧生物渐渐形成。但尚不清楚的是这些恒星有没有行星围绕着它们转,因为只有在围绕恒星公转的天体上才能具备液态水所需的温度。可惜天文学家对别的恒星周围的行星还一无所知。由于它们实在太遥远,即使离我们最近的一些恒星确有这种伴侣天体绕它们转,人们也还来不及做到用望远镜直接观测这些微乎其微的对象。可是话又说回来,别的恒星周围也有行星绕着转,这是极有可能的。首先,人们要打破生活在一个独特太阳系中这样一种概念的束缚。科学发展史曾一次又一次地表明,那种把人类放在宇宙中特优地位的想法,都是错误的信念。
我们已经了解,宇宙物质的角动量很可能使单星周围形成行星系。人类自己所处的行星系也支持这种观点。巨大行星木星和土星甚至以它们的卫星群在周围组成了具体而微的“行星系”,看来这也要归因于角动量。因此,单星周围都有行星系在运转的假想是合理的。
如果在恒星形成的过程中由于角动量因素而产生了一对双星,那么即使在此以前行星曾经出现过,它们也应该在不长的宇宙演变岁月中不是落到其中的一颗星上,就是被甩到宇宙空间。因为认真观测表明半数以上的恒星是双星,所以银河系整个算下来还剩大约400亿颗恒星伴有行星。
问题又来了:这些行星与各自恒星的距离是否合适呢?一个行星至少应该满足的条件是它与所属恒星的距离使得辐射在它表面造成液态水所需的温度。在太阳系中,水星极靠近太阳,而离太阳比火星更远的所有外行星则受阳光照射太弱,不够温暖。别的恒星周围的行星我们始终还没有见到,怎样才能知道它们之中有多少已经具备了距离恒星恰到好处的条件呢?我们的办法只有和自己所处的行星系类比。地球无疑地处在太阳系生命带内部,火星和金星靠近此带边缘。“水手”号探测器拍到的照片表明,火星表面的荒凉程度和月球表面类似。尽管火星有大气并且含有水分,但是从在它表面上着陆的一系列“海盗”号探测器经过取土分析后并没有发现生物细胞的任何迹象。前苏联的一批探测器测到的金星表面温度超过450℃,所以金星也不是生物栖息的场所。在太阳系中我们似乎是独此一家。
只要仔细想想,一个行星必须同时满足多少条件才能栖息生物,我们就会明白,天体具备适于生物的气候是多么稀罕的巧合。1977年,在美国航空航天局工作的科学家迈克尔·H·哈特指出,只要把我们对太阳的距离缩短5%,地球上的生物就会因热不可耐而不能生存;这段距离只要加长1%,地球就要被冰川覆盖。我们所居住的行星伸缩余地是不大的,因此他认为,外部条件合适,使生物能进化到较高级阶段的行星,在银河系中最多只有100万个。
在某个行星上如果适宜的气候能维持足够长的年代,生命确实会形成吗?这个问题应该去问生物学家而不是天文学家。不过天文学家也能帮一点忙,他了解,除了少数例外,整个宇宙中化学元素的分布大体上是相同的,银河系中离我们最遥远的恒星,甚至别的星系中的恒星,它们的化学组成和太阳一样。没有由硫组成的恒星,也没有由汞组成的云团。压倒多数的情况下宇宙物质的最主要成分是氢,其次是氦,再其次才是其他的化学元素。我们可以向生物学家保证,即使是在一个遥远的,但气候适宜的行星上,他也能找到构成一切有机分子所需的各种物质。射电天文学家在气体云发现了名目繁多的各种有机分子,其中有乙醇和甲酸,有氰化氢和甲醚。当然,从这类简单有机化合物向那些构成生命基础的复杂分子演变,是一条漫长的道路。让我们假想。凡是可能孕育生命的场所,生物实际上都已出现,那么银河系中可能有着100万个居住生物的行星,这些生物也许各自都已演变了40亿年,只不过它们理应处在各自不尽相同的进化阶段罢了,甚至有些行星上的生物已达到智能生物阶段了。
怪星之谜
宇宙中有各种各样的星体,有的炽热异常,有的非常寒冷,但是同一个星体的温度一般是稳定在一个范围内的。然而,上世纪30年代,天文学家在观测星空时却发现了一种奇怪的天体。对它的光谱进行的分析表明,它既是“冷”的,只有两三千度;同时又是十分热的,达到几十万度。也就是说,冷热共生在一个天体上。
1941年,天文学界把它定名为“共生星”。它是一种同时兼有冷星光谱特征(低温吸收线)和高温发射星云光谱(高温发射线)的复合光谱的特殊天体。几十年来已经发现了约100个这种怪星。许多天文学家为解开怪星之谜耗费了毕生精力。我国已故天文学家、前北京天文台台长程茂兰早在20世纪四五十年代就在法国对共生星进行过不少观测研究,在国际上有一定影响。后来,我国另一些天文学家也参加了这项揭谜活动。
然而,半个世纪过去了,它的谜底仍未完全揭开。
最初,一些天文学家提出了“单星”说,认为这种共生星中心是一个属于红巨星之类的冷星,周围有一层高温星云包层,红巨星是一种处于比较晚期的恒星,它的密度很小,而体积比太阳大得多,表面温度只有2000℃~3000℃。可是星云包层的高温从何而来呢?人们却无法解释。太阳表面温度只有6000℃,而它周围的包层——日冕的温度却达到百万摄氏度以上,能不能用这来解释共生星现象呢?答案是否定的。日冕的物质非常稀薄,完全不同于共生星的星云包层。因此,太阳算不得共生星,也不能用来解释共生星之谜。
也有人提出了“双星”说,认为共生星是由一个冷的红巨星和一个热的矮星(密度大而体积相对较小的恒星)组成的双星。但是,当时光学观测所能达到的分辨率不算太高,其他观测手段尚未发展起来,人们通过光学观测和红移测量测不出双星绕共同质心旋转的现象,而这是确定是否为双星的最基本特征之一。
1981年的讨论会上,人们只是交流了共生星的光谱和光度特征的观测结果,从理论上探讨了共生星现象的物理过程和演化问题。在那以后,观测手段有了很大发展。天文学家用x射线、紫外、可见光、红外到射电波段对共生星进行了大量观测,积累了许多资料,才逐步揭开共生星之谜的帷幕。
这些年,天文学家用可见光波段对冷星光谱进行的高精度视向速度测量证明,不少共生星的冷星有环绕它和热星的公共质心运行的轨道运动,这有利于说明共生星是双星。人们还通过具有高的空间分辨率的射电波段进行探测,查明了许多共生星的星云包层结构图,并认为有些共生星上存在“双极流”现象(从一个星的两个极区向外喷射物质)。现在,大多数天文学家都认为,共生星可能是由一个低温的红巨星或红超巨星和一个具有极高温度的看不见的极小的热星以及环绕在它们周围的公共热星云包层组成。它是一种处于恒星演化晚期阶段的天体。
有的天文学家就共生星现象提出了这样一种理论模型。共生星中的低温巨星或超巨星体积不断膨胀,它的物质不断外逸,并被邻近的高温矮星吸收,形成了一个巨大的圆盘,即所谓的“吸积盘”。吸积过程中产生强烈的冲击波和高温。由于它们距离我们太远,我们区分不出它们是两个恒星,而看起来像热星包在一个冷星的外围。
有的共生星属于类新星。类新星是一种经常爆发的恒星。所谓爆发是指恒星由于某种突然发生的十分激烈的物理过程,导致能量大量释放和星的亮度骤增许多倍的现象。仙女座Z型星是这类星中比较典型的,这是由一个冷的巨星和一个热的矮星外包激发态云组成的双星系统,经常爆发,爆发时亮度可增大数十倍。它具有低温吸收线和高温发射线并存的典型的共生星光谱特征。
但是,双星说并未能最后确立自己的阵地。
这其中一个重要原因是迄今为止未能观测到共生星中的热星。科学家只不过是根据激发星云所属的高温间接推论热星的存在,从理论上判断它是表面温度高达几十万度的矮星。许多天文学家都认为,对热星本质的探索,应当是今后共生星研究的重点方向之一。
此外,他们认为,今后还要加强对双星轨道的测量,进一步收集关于冷星的资料,以探讨其稳定性。
天文学家们指出,对共生星亮度变化的监视有重要意义。通过不间断的监视可以了解其变化的周期性,有没有爆发,从而有助于揭开共生星之谜。但是共生星光变周期有的达到几百天,专业天文工作者不可能连续几百天盯住这些共生星,因此,他们特别希望天文爱好者能共同来监视。
揭开共生星之谜,对恒星物理和恒星演化的研究都有重要的意义。但是想要彻底揭开这个谜,看来还需要付出许多艰苦的努力。
北斗星
有歌唱道:“天上有颗北斗星……”从科学上讲,错了!北斗不是一颗星,而是靠近北极星的一个“大勺子”,它包括了七颗较亮的恒星。在西方,北斗七星是著名的大熊星座中的熊体。这七星分别为天枢(北斗一,大熊α)、天璇(北斗二,大熊β)、天玑(北斗三,大熊γ)、天权(北斗四,大熊δ)、玉衡(北斗五,大熊ε)、开阳(北斗六,大熊ζ)和摇光(北斗七,大熊η)。因为它在星空中十分显眼,所以中外都有不少相关的神话。希腊神话中,大熊原是一个美丽的少女,主神宙斯使她怀孕后,神后赫拉妒火中烧,施展神法,让她连同她的儿子一起变成了面目可憎的大熊和小熊,甚至还让两头猎犬在后面紧紧追赶,不让她们母子有喘息的时候(不会落入地平之下),也有国家把它当成天神用的大犁……中国人的眼中,“北斗星君”是掌握每个人寿命多少的神灵,《三国演义》中就有“赵颜借寿”的故事。
宇宙中的智慧生物
21世纪的地球居民,并不是宇宙中唯一的智慧生物——这个说法能令人信服吗?
天文学家们估计,在望远镜所及的范围内,大约有1兆颗恒星,假设1000颗恒星中有1颗行星,在有行星的恒星中,只有1‰具备生命所必需的条件,这样计算的结果,还剩下100万亿颗。假设在这些星球中,有1‰颗星球具有生命存在需要的大气层,那么还有1000亿颗星球具备着生命存在的前提条件,这个数字仍是大得惊人。即使我们又假定其中只有1‰已经产生生命,也有1亿颗行星存在着生命。如果我们进一步假设,在100颗行星中只有1颗真正能够容许生命存在,仍将有100万颗有生命的行星……
毫无疑问,和地球类似的行星是存在的,有类似的混合大气,有类似的引力,有类似的植物,甚至可能有类似的动物。然而,其他的行星非要有类似地球的条件才能维持生命吗?
实际上,生命只能在类似地球的行星上存在和发展的假设是站不住脚的。以往人们认为放射性很强的水中是不会有任何微生物的,但是实际上有几种细菌可以在核反应堆周围足以致死的水中存活。有两位科学家把一种蠓在100℃高温下烤了几个小时后,马上放进液氦中(液氦的温度低得和太空中一样),经过强辐照后,他们把这些试验品再放回到正常的生活环境中。这些昆虫又恢复了活力,并且繁殖出了完全“健康”的后代。
这无非是举出了极端的例子。也许我们的后代将会在宇宙中发现连做梦也没有想到过的各种生命,也会发现我们在宇宙中不是唯一的、也不是历史最悠久的智慧生物。
地球外的茫茫宇宙中,究竟有没有生命?究竟有没有类似地球人甚至更文明的高级外星人?随着空间科学技术的不断发展,这个富有神话色彩的猜测,越来越激励着人们的心。对这个亘古未解之谜,尽管目前众说纷纭,莫衷一是,但原来持否定态度的权威人士,越来越多地转向了可能存在这一边。
科学家能够提出地球外有生命,甚至推测存在比我们更聪明的外星人,是很了不起的。因为有些人会用地球上生命形成与存在的传统理论来衡量外星球,忘却了它们之间在地理条件和自然环境上的不同。
科学家希柯勒教授在实验室里创造了一种与地球环境截然不同的木星环境,在这样的环境条件下成功地培养了细菌与螨类,从而证明生命并不是地球的“专利品”。我们地球上的所有生物也不是按照同一个模式生活的。氧是生物进行新陈代谢的重要条件,但是有一种厌氧细菌就不需要氧,有了一定的氧反而会中毒死亡。高温可以消毒,会使生命死亡,但海底有一种栖息在140℃条件下的细菌,温度不高反而会死亡。据估计,地球上不遵守生命理论而存在的生物有好几千种,只是我们没有全部发现而已。
有些人往往自诩地球的环境是完美无缺的,什么只有一个大气压,温度、湿度正常……其实,这些标准是地球人自定的。事实上,地球上的各种生命不一定都生活在“自由王国”之中,它们必须受到各种限制。我们不应该以地球上生命存在的条件去硬套外星球,各星球有自己的具体条件。如果表面温度为15℃至-150℃火星上存在着火星人,他们也许会认为在地球这种温度条件下根本无法存在地球人。
于是,在生命理论的研究领域中,行星生物学应运而生了。它主要研究地外各种行星的自然条件,是否存在适宜于这些环境条件的生物,地球生物是否可以移居到地外行星上去以及发现行星生物的新方法。因为生物往往具有一种隐蔽的本能,即使存在也不一定能轻易发现。例如地球空间中存在着许多微生物,但又有谁能用眼睛去发现它们呢?目前,对火星、金星、木星等的探察工作刚刚开始,断言这些星球上不存在任何生命,似乎为时过早。
随着人类对自然界认识的深化及当代科学技术飞速发展,人们提出在地球以外的星体上存在生命甚至存在高级文明社会的问题不足为怪。科学家们为好奇心驱使极力想探索出个究竟来,于是在数十年前就产生了寻找“地外文明”的科学方向。
关于在地球以外广大的宇宙中是否有智慧生命的问题,科学家们分成了两大派。一派说,既然我们人类居住的地球是个最普通的行星,那么有智慧的生命就应当广泛地存在和传播在宇宙中;另一派却说,尽管生命可能在宇宙中广为存在和传播,但能使单细胞有机体转变成人的进化过程所需的特定环境出现的可能性是极小的,因此在地球外存在智慧生命就不大可能了。就科学的发展来看,这样的争论是正常的、有益的,而且会推动对“地外文明”的探索。
外星人的传闻日益增多,不管男女老幼对此都感兴趣。但是除了我们地球的人类之外,其他天体上到底有无类似人的生命?这件事已成为当代科学的第一大谜。
为解开此谜,1987年10月,世界上有69位著名科学家联合发出呼吁,要求对外星智慧生物进行世界性的探索。
月亮的卫星
1961年三四月间,科迪列夫斯基在天空中发现了两个相距不太远的雾状斑点。同年9月,在另一处又发现了一个类似的雾斑。他认为,每一个雾斑都是由一些大小不同的物质微粒组成的。这些雾斑又都环绕地球运行,轨道跟月球轨道差不多。这三个尘云型的“卫星”离地球的距离大约是40万千米,也就是在月球绕地球运行的轨道上。前两个雾斑彼此相距4万千米,而两者的共同质量中心位于月球前40万千米处。后一个雾斑位于月球后40万千米处。因而,这些“卫星”同地球和月球组成两个等边三角形。这三个尘云型“卫星”可以说是月球的邻居,可是除了科迪列夫斯基以外,没有其他天文学家观测到月球的这些邻居。航天飞行没有对它们作专门的探测,也没有发现这些尘云,所以它们究竟存在与否还是一个谜。
那么,除了“邻居”以外,月球还有自己的小月球环绕它运行吗?英国天文学家基斯·朗库德认为答案是肯定的。在数十亿年以前的一段时期,月球曾拥有若干个小月球,每个小月球的直径至少有30千米,可是到了距今42亿年~38亿年前的时候,它们一个个从轨道上陨落,在月面上形成一个个“月海”。他认为,小月球每次对月球的撞击,撞出大量的岩石,使运行中的月球失去平衡,月球就发生摇晃,使月球的极点移动,然后再恢复到平衡状态。被撞击抛出大量岩石后暴露出的月壳内层逐渐凝结成坚硬的岩层,形成新的盆地(即“月海”),此时月球就稳定在一个新的极点上了。
这一假说后来得到一个验证。科学家兰康对阿波罗登月舱取回的月球岩石进行分析研究后,从古磁学研究方面发现在几十亿年前,月球的极点确实移动过好几次。他认证出三条分别相应于42亿年前、40亿年前和38.5亿年以前的月球磁赤道,具有相似年龄的撞击盆地形成的“月海”,正好沿这些磁赤道排列着,他也认为这种撞击使月面物质重新分布,改变了月球的转动惯量,从而造成月极移动,这符合上述假说解释的小月球陨击的过程。
但是上述过程还不能最后确证,因为,小行星或大陨星撞出月面也可能形成“月海”;还有,天文学家早就提出另一种造“海”过程的假说,认为在遥远的过去,月球自转比现在快得多,由于离心力的作用,那时候月球两极要比现在扁得多,当月球自转变慢时,两极附近的压缩减小了,这就引起了“海”所在位置的区域下沉;同时,在月球的两极地区也发生了由强烈升起造成的破裂。这不仅说明了“月海”的成因,而且能够解释为什么“月海”呈带状分布,还能说明月谷可能就是月壳的伸张所引起的破裂造成的。人们认为,这种假说是很有道理的。
由于众说纷纭,所以科学家还要搜集更多的证据才能确认月球有过自己的小月球。例如:在月面上各个“海”中进行钻探比较,分析“海”区与“陆”区岩石成分的异同,判断“月海”成因是不是真的由于小月球的陨落还是其他原因。另外,将来人类飞往太阳系其他行星的卫星上考察,也可以研究其他类似月球的卫星是否也曾有过自己的伙伴,这能间接地证实小月球陨落假说能不能成立。宇宙间需要人们去孜孜不倦地探索的问题真是多着呢!
有趣的是,英国天文学家目前还发现有第二个月亮正在围绕地球运行,这月亮虽770年才围绕地球一圈,但对研究太阳系星体有极大帮助。
月亮是环绕地球轨道运行的天体。英国天文学家指出,第二个月亮是一个名为“Cruithne”的星,它原是一颗在太空飞行的小行星,因受到地球和太阳的引力吸引而进入地球轨道,成为另一颗地球卫星。“Cruithne”直径只有3千米,其轨迹呈偏心圆型,每770年环绕地球一圈,预计能最少运行5000年。天文学家称,他们早已知道“Cruithne”的存在,但近期才发现它原来是环绕地球而行,而这一发现有助于天文学家以数学方法将太阳系星体的运行归类,以及研究小行星撞向地球的可能性。
南向天体流
自古以来,人们一直认为地球处于宇宙的中央,远处的恒星钉在天上不动,太阳、月亮围绕地球运转不息。直到大约500年前,哥白尼提出日心说,将这颠倒了的概念再颠倒过来,至此,我们才有了一幅太阳中心说的图景。1718年,天文学家哈雷把人类的视野和认识又深入了一个层次。他在研究星空时,将天狼星、大角星、毕宿五等恒星的位置跟古希腊著名天文学家托勒密的星表相对照,惊讶地发现了这些恒星都在运动。这一发现打破了恒星都是一动不动的古老说法。
18世纪的天文学家赫歇尔开始了对银河系的探索,到了20世纪初,沙普利基本上完善了银河系的模型,这是人类认识宇宙的又一进步。天文学家们认识到恒星都在运动,并把这种运动与银河系的模型相结合,说明了太阳和其他恒星都围绕着银河系中心(离太阳约3万光年)运转。现在人们认为,银河系的跨度至少有10万光年,质量大约是太阳的2000亿倍。到20世纪60年代,天文学家告诉我们,银河系跟近旁的大约20个星系形成了一个大家庭,称本星系群。与此相类似,在本星系群周围的天域,也有其他的星系群,一般称星系团。这种星系团在更大的尺度上(估计约6000万光年)形成超星系团。我们的银河系就属于一个名叫室女超星系团的大天域,这个超星系团里聚集了大约10万个像银河系这样的星系,真可称得上是天外有天。
在这样的宇宙结构中,地球又是怎样运动的呢?地球一方面以约每秒30千米的速度绕太阳公转;另一方面又和整个太阳系一起,以每秒大约250千米的速度围着银河系的中心旋转,现在正向着天鹅星座飞奔而去;同时,银河系与本星系群一起以约每秒600千米的速度向长蛇星座的方向飞驰。这样一幅纷纭复杂而完美无缺的天体运动图景就是目前我们对宇宙天体运动的基本认识。
可是最近这幅完美的天体运动图却被捅了个大窟窿。1986年,伯尔斯汀等7位科学家发现了一个所谓的南向天体流。原来室女超星系团连同它近旁的3个超星系团,正以每秒700千米的高速向南飞去,就像有一只看不见的巨手,把它们猛拉过去。
这一发现在天文学界引起了很大的震动,因为它威胁到了目前流行的大爆炸宇宙论。因为“天体南流”的一个最可能的解释是,在长蛇——半人马超星系团之外,可能隐藏着一个巨大的物质积聚,这对天文学家来说颇为意外,并很难用现有的宇宙理论解释。根据宇宙大爆炸理论,天文学家们认为,宇宙在大尺度上是应该平滑的,物质分布是均匀的;后来又认识到,宇宙的结构要比原先想象的复杂得多,不仅星系结成星系团、超星系团,而且在星系团之间还有巨大的空穴,形成一种纤维状结构。现在又观测到,能把几个超星系团拉着跑的更大的物质积聚,这使得宇宙物质成团性的尺度超出了现行理论的范围。
按照大爆炸理论,我们的宇宙起源于150亿年之前的一个高温、高密度“原始火球”的爆发,然后一直膨胀至今。美国天文学家哈勒在20世纪20年代观察到所有的星系都在退行,为宇宙膨胀找到了第一个观测证据。人们以HO表示宇宙膨胀的速度。目前对HO的值有两种估算。一种是HO=50千米/秒/百万秒差距,它的意思是,当观察者向深空望去,每深入百万秒差距(约330万光年),星系的退行速度就会因宇宙膨胀而加快50千米。另一种估算值则是HO=100千米/秒/百万秒差距。HO的值之所以难以确定,主要是因为星系的运动太复杂了,人类还不能完全掌握它的规律。
如果宇宙物质分布是完全均匀的,星系严格地遵守哈勃定律退行,那么HO值的测定也就不难了。可是真实的宇宙并非十分均匀,从现在观测到的天体南流的情况看,还有可能是很不均匀的,所以星系也不能够严格地服从哈勃定律退行。绝大部分星系都属于星系团,星系团又属于超星系团,且形成纤维状结构或“哈勃泡”结构,使得宇宙动力学的模型复杂化了。对于宇宙膨胀来说,星系间的引力作用,起到了一种刹车的效果。故观测局部天域,看不出纯粹的“哈勃流”的作用,只是得到一个减速的膨胀率。若我们从更大的范围来看,例如越出本星系群,立刻可见到宇宙膨胀的效应,但这还是打了折扣的,因为近旁还有无数星系,免不了受到自身引力网的纠缠;但是如果我们跨出室女超星系团的范围,即在超星系团际的水平上,就能看到纯哈勃流,也即纯宇宙膨胀速度,而南向天体流也就是在这里露面的。
南向天体流其实并不是最近的发现。十几年前,一些天文学家分析了室女超星系团之外的96个星系团的数据,发现似乎有一个南向天体流,其速度在500千米/秒左右。这一发现表明,这些超星系团受到其他力的影响,从而形成了叠加在宇宙膨胀之上的一种运动。不过当时的天文学界对这些发现反应冷淡,只是将其视作是取样偏差的结果。可是如今据“天体南流”的数据看,它丝毫无误。伯尔斯汀等人研究了约400个椭圆星系,并观测到室女超星系团及其附近的超星系团都在向南漂流,其速度在700千米/秒左右。
一些理论家认为,这一南流现象的起源可能来自一个宇宙性的物质结聚的引力,果真如此,则寻找它的庐山真面目,眼下还较困难。因为这一南流矢量处在银河平面之后,可见光被其所阻。当然,用其他的电磁辐射探测手段还是可行的。还有一种看法是,我们室女超星系团及其附近的超星系团都从属于一个巨大的特超星系团,而后者又是一个更大的特超星系团的一部分。也就是说,天外有天,而这个天,我们迄今尚不知悉。天文学家们打算记录南流矢量附近的1400个星系的红移值,以查明那里是否存在着一个超密的星系结聚,以及它们是否显出速度异常。如果答案是肯定的,那么将说明确有特超星系团这样的更大的宇宙结构。也有研究者提出相反的看法,即南流并不威胁大爆炸和膨胀宇宙的理论,哈勃流仍是宇宙的主宰,因为这种南流的速度不超过宇宙膨胀率的15%。但这些学者也承认,这的确使得现行的宇宙演化理论复杂化了。很明显,宇宙在大尺度上是均匀的。这个证据主要来自宇宙微波背景辐射,因它具有99.8%的各向同性。按大爆炸理论,这一辐射是宇宙原始大爆炸的余晖,若宇宙在大尺度上是不均匀的,那么势必在这一辐射的不同角度上显出差异。但同样明显的是,宇宙的不均匀性,要比过去理论家所推测的大得多。这一事实,使天文学家们处在宇宙的均匀性与成团性的两种观点之间。
另外一些学者提出可能是人们一直认为存在但未能发现的暗物质,它们构成了巨大的物质结聚;也可能是由超对称弦构成的影子宇宙,它的引力拉动了室女超星系团及其附近的超星系团。
各种理论都有其不足之处,得出最后的结论还为时太早。天文学家们认为,天体南流可能是揭示了理论上的大突破,其结果将大大丰富我们对宇宙的认识。
地球转动之谜
众所周知,地球在一个椭圆形轨道上围绕太阳公转,同时又绕地轴自转。因为这种不停的公转和自转,地球上才有了季节变化和昼夜交替。然而,是什么力量驱使地球这样永不停息地运动呢?地球运动的过去、现在、将来又是怎样的呢?
人们最容易产生的错觉,是认为地球的运动是一种标准的匀速运动,否则,一日的长短就会改变。伟大的牛顿就是这样认为的。他将整个宇宙天体的运动,看成是上好发条的机械,准确无误,完美无缺。
其实,地球的运动是在变化着,而且极不稳定。根据“古生物钟”的研究发现,地球的自转速度在逐年变慢。如在4.4亿年的晚奥陶纪,地球公转一周要412天;到4.2亿年前的中志留纪,每年只有400天;3.7亿前年的中泥盆纪,一年为398年。
到了亿年前的晚石炭纪,每年约为385天;6500万年前的白垩纪,每年约为376天;而现在一年只有365.25天。天体物理学的计算,也就证明了地球自转正在变慢。科学家将此现象解释为是由于月球和太阳对地球的潮汐作用的结果。
石英钟的发现,使人们能更准确地测量和记录时间。通过石英钟记时观测日地的相对运动,发现在一年内地球自转存在着时快时慢的周期性变化:春季自转变慢,秋季加快。
科学家经过长期观测认为,引起这种周期性变化,与地球上的大气和冰的季节性变化有关。此外,地球内部物质的运动,如重元素下沉,向地心集中,轻元素上浮、岩浆喷发等,都会影响地球的自转速度。
除了地球的自转外,地球的公转也不是匀速运动。这是因为地球公转的轨道是一椭圆,最远点与最近点相差约500万千米。当地球由远日点向近日点运动时,离太阳越近,受太阳引力的作用越强,速度越快。由近日点到远日点时则相反,运行速度减慢。
还有,地球自转轴与公转轨道并不垂直;地轴也并不稳定,而是像一个陀螺在地球轨道面上作圆锥形的旋转。地轴的两端并非始终如一地指向天空中的某一个方向,如北极点,而是围绕着这个点不规则地画着圆圈。地轴指向的这种不规则,是地球的运动所造成的。
科学家还发现,地球运动时,地轴向天空划的圆圈并不规整。就是说地轴在天空上的点迹根本就不是在圆周上的移动,而是在圆周内外做周期性的摆动,摆幅为9″。
由此可以看出,地球的公转和自转是许多复杂运动的组合,而不是简单的线速或角速运动。地球就像一个年老体弱的病人,一边时快时慢、摇摇摆摆地绕日运动着,一边又颤颤巍巍地自己旋转着。
地球还随太阳系一道围绕银河系运动,并随着银河系在宇宙中飞驰。地球在宇宙中运动不息,这种奔波可能自它形成时起便开始了。
就现在地球在太阳系中的运动而言,其加速或减速都离不开太阳、月亮及太阳系其他行星的行为。人们一定会问,地球最初是如何运动起来的呢?未来将如何运动下去,其自动速度会一直变慢吗?
也许,人们还会问,地球运动需要消耗能量吗?若是这样,空消耗的能量是从何而来?它若不需要消耗能量,那它是“永动机”吗?最初又是什么使它开始运动的呢?存在着所谓第一推动力吗?
第一推动力至今还只是一种推断。牛顿在总结发现的三大运动定律和万有引力定律之后,曾尽其后半生精力来研究、探索第一推动力。
他的研究结论是:上帝设计并塑造了这完美的宇宙运动机制,且给予了第一次动力,使它们运动起来。而现代科学家的回答是否定的。那么,地球,乃至整个宇宙的运动之谜的谜底究竟是什么呢?
星系有大尺度流动吗
我们知道,一盆静止的水从分子运动的角度来观察的话,实际上是由混乱的、运动剧烈的水分子组成的。地球绕着太阳旋转,太阳系又在银河系中运动,在我们看来这些运动同样是十分“剧烈”的。但如果从宇宙大尺度上来观察,设想我们变成一个足够大的巨人,我们应该会看到宏观宇宙是静止的,就像一盆水一样。那么我们实际所看到的宇宙又是什么样的呢?
以德雷斯勤为首的一批天文学家在1987年初出版的《天体物理快报》上发表了他们对星系运动的观测结果。他们观测了银河系周围约300兆光年范围内近400个椭圆星系的运动速度,发现扣除由宇宙膨胀引起的哈勃退行速度后,椭圆星系还剩余了很大的随机速度。从椭圆星系的速度分布来看,相邻的星系常常以每秒几百公里的速度向相反方向移动。尤其重要的是这些星系的随机速度并不完全抵消,它们的平均移动速度约为600千米/秒。因此我们周围的物质很像是流动着的水,其中的水分子便是椭圆星系。因此这里涉及的尺度十分巨大,达3亿光年(银河系的直径只有8万光年),因此这种现象通常被称为大尺度流动。
在发现大尺度流动现象之前,天文学家们已经知道本星系群以每秒600千米的速度朝向室女星系团移动,这种移动最初被解释成是质量很大的长蛇——半人马超星系团的引力作用的结果,这就和地球绕着太阳旋转、太阳系在银河系中运动都是由引力所决定的一样。但是,德雷斯勒等人的观测结果完全否定了这种解释,因为根据这种解释,吸引本星系群本超星系团的长蛇——半人马超星系团,由于质量极大,基本上应该处于静止状态,而德雷斯勒等人却发现长蛇——半人马超星系团实际上是在远离本星系群而去,移动的速度甚至高达1000千米/秒。它和本超星系团像是一个整体一起运动,这就使人感到困惑不解,因为很难想象有什么天体能使这么大的质量移动得这么快。观测上还没有发现这样强的引力源,甚至还不知道这种流动究竟在流向什么天体,以及它还要延伸多远才能停下来。
大尺度流动现象的发现使已有的星系形成理论陷入了困境,如果这种流动是由某个尚未观测到的、质量极大的天体的引力拖引引起的,那么宇宙的不均匀尺度将会非常大,这是现有的理论所不欢迎的,因为今天的宇宙年龄约为1010亿年,要在这有限的时间内产生出很大尺度的不均匀性是很困难的,但如果这种流动不是由引力引起,那又是由什么引起的呢?这些疑问至今还没有一个理论能给出令人满意的回答。当然大尺度流动的观测结果本身也还留有推敲的余地,天文学家费伯曾指出,德雷斯勒的观测结果对南天球的覆盖程度不如北天球,另外流动的速度方向指向太靠近银道西,在这个方向上从遥远星系发来的光被大大地衰减,这些因素都会对德雷斯勒的结果产生影响。看来,星系的大尺度流动究竟是否存在,以及如何给以解释,只有待今后进一步的观测和理论工作来作出回答了。
行星可能撞地球吗
天文学家早就告诉人们,太阳系是一个充满着各种飞行星体的小宇宙,其中有些星体的飞行轨道杂乱无章,说不定哪一天就会有一彗星或小行星撞上地球。1996年美国航空航天局一个研究小组的发现更加剧了人们的忧虑,该研究小组宣布,在地球绕太阳公转的轨道上,直径在800米以上的小型天体大约有2000个,直径较小的小型天体大约有数千个,小型天体的数目比原先估计的要多。看来,地球的公转轨道处于一条密集的小行星带上,地球迟早会与它们中的某一个相撞。虽然迄今为止,人类还未曾真正遭遇到小行星撞击,但人们还是要问:地球会遭遇“飞来横祸”吗?
如果小行星撞上地球,那结果会怎么样呢?科学家们说,要是这样的话,在小行星进入大气层后,像流星一样,将与大气摩擦发热发光,形成光热辐射。强烈的光热辐射将使许多在室外来不及防护的人的眼睛突然失明,变成瞎子;在小行星还没撞击到地面前,光热辐射就会使撞击点附近很大范围内的树木、庄稼、房屋、汽车、渔船等许多东西烧毁。
小行星与地球撞击的时候,会产生强烈的地震。那时候将真正是地动山摇。科学家们测算,一个直径1千米大的小行星撞上地球,其动能为6×1028尔格。如果十分之一转化为地震能,就会引起6000个8级以上大地震,将地球上几乎所有的房屋震倒,变成废墟。如果小行星撞入海洋的话,那也相当可怕。因为海洋被小行星猛烈一撞,就会产生非常巨大的海啸。强烈的海啸会使海水排山倒海,掀翻哪怕世界上最大的航空母舰,会使许多海堤冲垮,一泻千里的海水将会淹没地球上许多陆地,让地球变“水球”,成为一片汪洋。
我们都知道声音传播的速度很快,每秒钟都要跑340米远,可是,如果小行星撞击地球,那速度将会达到每秒10千米~70千米,比声音的速度至少要快29倍以上,最多快到205倍以上,可想而知,那小行星会多么来势汹汹。以这么快的速度撞入大气,将会产生强烈的冲击波,随冲击波产生的滚烫的气浪,将带着巨大的压力,在小行星还在半空中未撞到地面之前就会像一个巨大的万吨水压机一样,把地面上的建筑物、人和生物压垮、压扁。
而且,灾难还不止这些。在小行星撞击地球后,将会产生巨大的烟尘,这烟尘遮天蔽日,将弥漫在被撞区的上空,并随风向地球各地散发。烟尘所到之处,一方面将产生温室效应,使气温突然升高,特别是撞击点如果在大洋中,溅到同温层的水分将产生显著的温室效应,使全球气温一下子升高。在高温中,人和动植物会极不适应,纷纷死去。另一方面,据科学家们说,烟尘所到之处,白天变成黑夜,遮天蔽日的烟尘也有可能导致气温降低,光合作用停止,破坏生物食品链,这样,人和动植物也难活命。
对小行星可能撞击地球这样一则消息,人类不能不感到惊恐,有一种末日来临的感觉。因为,在地球历史上,曾经发生过多次生物灭绝事件。有的科学家认为,最近的一次,大约发生于6500万年前的恐龙及其他生物灭绝事件,就可能是由于数颗小行星撞击地球所造成的。
小行星与地球相撞,出现宇宙“交通事故”的现象非常非常少。天文学家经过统计分析认为,大约每100万年平均发生3次左右这样的相撞事故。天文学家说得不错,因为,科学家们迄今为止已在地球上找到了3个直径为10千米、年龄小于120万年的陨石冲击坑。一般来说,陨石冲击坑的直径,约为撞入的小天体直径的20倍。这3个陨石坑据推测可能是由直径为500米的陨石撞击地球时造成的。
既然小行星与地球相撞的事件在地球历史上早已发生过,而且还造成了6500万年前恐龙灭绝的悲剧,那么,这次如果再发生小行星撞击地球事件,会不会使人类受到沉重打击,乃至惨遭灭绝呢?全世界有许多人都在关注和思考这件事,为了避免此类事件发生,人类已在开始研究防御措施。
不过,地球防御由计划到实施还有待时日。好在地球目前所处的银河系环境还相当均匀,直径较小的天体对地球的直接撞击也比较稀少,所以这是万物生长发育的有利时期,也给人类提供了抵御外星体入侵的准备时间。但是,不管怎样人类都必须居安思危,因为地球毕竟只有一个。美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的科学家们在《宇宙轰击》这篇论文中表达了人类的决心:“地球上的生命,经历了40亿年的无所作为之后,现在终于有了能够抵御外来天体入侵的能人志士——人类。”
宇宙的诞生
宇宙是什么时候诞生的?宇宙中的物质是怎么来的?宇宙是永远不变的吗?这些问题一直是人类所关心的。各个民族,各个时代都有种种关于宇宙形成的传说。不过那都是建立在想象和幻想基础上的。今天,虽然科学技术已经有了重大进步,但关于宇宙的成因,仍处在假说阶段。归纳起来,大致有以下这么几种假说。
第一种是:“宇宙爆炸”假说。到目前为止,许多科学家倾向于“宇宙大爆炸”的假说。这一观点是由美国著名天体物理学家加莫夫和弗里德曼提出来的。这一假说认为,大约在200亿年以前,构成我们今天所看到的天体的物质都集中在一起,密度极高,温度高达100多亿度,被称为原始火球。这个时期的天空中,没有恒星和星系,只是充满了辐射。后来不知什么原因,原始火球发生了大爆炸,组成火球的物质飞散到四面八方,高温的物质冷却起来,密度也开始降低。在爆炸两秒钟之后,在100亿度高温下产生了质子和中子,在随后的自由中子衰变的11分钟之内,形成了重元素的原子核。大约又过了10000年,产生了氢原子和氦原子。在这10000年的时间里,散落在空间的物质便开始了局部的联合,星云、星系的恒星,就是由这些物质凝聚而成的。在星云的发展中,大部分气体变成了星体,其中一部分物质因受到星体引力的作用,变成了星际介质。