书城工具一本书读通世界未解之谜
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第3章 宇宙疑云(2)

在2006年1月9日,人们对银河结构与维度的认识又增加了。Mario Juric和普林斯顿大学的一些人宣布,史隆数位巡天在北半球的天空中发现一片巨大的云气结构位在银河之内,但似乎不合于目前所有的银河模型。他将一些恒星汇聚在垂直于旋臂所在盘面的垂在线,可能的解释是小的矮星系与银河合并的结果。

但是,银河系究竟有多大,它是由什么构成的,它的形状具体如何,它那无数的秘密到今天,仍然是—个解不开的谜。

7、太阳的能量来自何处

因为太阳每时每刻都在向外释放出巨大的能量,所以地球上的人类能够利用太阳的能量生存了发展。而在人类有史可查的漫长岁月中,太阳的光和热都未见有丝毫的减弱,这是一件既让人高兴,又令人费解的事情:太阳所具有的如此巨大而持久的能量是从哪里来的呢?

对此,古往今来的科学家们。众说纷纭。

最原始的说法是“燃烧说”。这种观点认为,太阳是通过燃烧内部物质而发出光和热的。然而,根据测量,太阳表面温度高达6000℃,很难解释由碳和氧发生化学反应生成二氧化碳的“燃烧”,能达到这样高的温度。而且,如果太阳是靠这种化学能来维持的话,最多不过燃烧几千年,可是至今太阳已经存在了45亿年而不见衰退的迹象。显然,燃烧说”不符合事实。

于是,有人提出了“流星说”。他们认为,太阳周围有稠密的流星,它们以可观的宇宙速度撞击太阳,这样流星的动能便转变为太阳的热能。然而,果真如此的话,维持太阳发出那样巨大的能量都流星数量应该不小,但近2千年内,太阳的质量并没有显著的增加。另外按照牛顿的万有引力理论,流星是以闭合的轨道绕太阳运行的,并不会落在太阳上。

之后,天文学家亥姆霍兹于1854年提出的太阳“收缩说”。他认为像太阳那样发出辐射的气团必定会因冷却而收缩。当气团分子在收缩中向太阳中心坠落时,势能转变动能,再转变为热能以维持太阳所发出的热量。这种观点下,太阳的寿命不应超过5千万年,而太阳的实际年龄却是45亿岁。看来“收缩说”也无存在的依据了。

后来,又有学者提出了“核燃烧说”。根据光谱分析,早已知道太阳中含有丰富的氢。1911年原子核发现后,人们开始猜测太阳能也是从原子核反应中释放出来的。已知几个核子(组成原子核的粒子)通过核反应结合在一起就会放出能量。于是人们猜测,氢就是太阳的燃料,氦则是它燃烧后的余烬,太阳能来自氢的聚变反应。

然而,人们仍无法解释,氢弹爆炸是瞬息之间发生的,反应是在顷刻之间完成的,而太阳又是如何让这瞬间发生的爆炸像裂变反应那样持续进行的呢?而关于太阳能的来源问题,仍是科学家们努力探索的一个谜题。

8、太阳末日

太阳是我们这个星系赖以生存的能量源泉。因为太阳,地球上的植物才能有生长和光合作用,煤、石油等矿藏才能形成,因为太阳,大气才能循环、海水才能蒸发、云雨才能生成……可想而知,没有太阳,地球的命运就是一片灰暗。因此,人类更加关注太阳,研究太阳,想要了解太阳的未来。

根据“恒星演化理论”,太阳现出于“主星序阶段”,该阶段的恒星,中心核内的氢开始燃烧直至全部生成氦。科学家计算,太阳最多有100亿年左右的时间停留在主星序阶段,至今为止它已有46亿年处于这一阶段了。

恒星漫长的青壮年期--主星序阶段一旦度过,进入老年期就会成为“红巨星”。在这个阶段,恒星将膨胀到大于本来10亿多倍的体积,因此被称为“巨星”。之所以被加上“红”,是由于随着恒星迅速膨胀,其外表面越来越远离中心,温度也随之降低,发出的光也愈发偏红。红巨星尽管温度降低,光度却增大,变得极其明亮。人类肉眼能看到的亮星,就有许多是红巨星。

一旦形成红巨星,它便会发展到恒星演化的下一阶段--“白矮星”。由于没有热核反应来为单星系统提供能量,白矮星一边发光,温度一边降低。100亿年的漫长岁月过去后,白矮星将停止辐射而死亡,躯体会变成硬过钻石的巨大晶体--“黑矮星”,在宇宙中孤单地飘浮。

一些科学家们认为,几十亿年后,太阳会在快要灭亡时迅速膨胀,所有太阳系内的星体和星际物质都会被“吞噬”掉。到那时,太阳会剧烈地抖动,大量物质在脉动过程中被抛入星际空间,而太阳会失掉大部分的质量,其余部分则缩为白矮星。

一些科学家认为,虽然目前还不太清楚恒星的演化过程,但50亿年后,可以基本肯定太阳会成为红巨星。随之地球上的一切生命都会灭亡,地面温度将高于现在两至三倍,若从地面观察,会看见整个天空都是太阳。

当然“太阳末日”可能带来的“地球末日”距现在还很遥远,而且随着科学的发展,“太阳末日”可能又有了新的发现,但是,这种观点却对现在的人类影响深远,引发了对生命意义更多的思考。

9、暗物质之谜

我们不知道暗物质到底是什么,但能够感知暗物质对浩瀚宇宙产生的巨大影响。暗物质只通过引力与其他物质发生作用,它占据着宇宙中22%的质量,25%的能量。而对于它何以有如此巨大的能耐却无人知晓。那么,暗物质究竟是一种什么样的物质呢?

之前的宇宙大爆炸理论认为:宇宙诞生之前,没有时间,没有空间,没有物质,也没有能量。约 150亿年前,一个很小的点爆炸了,逐渐膨胀,形成了空间和时间,宇宙随之诞生,并经过膨胀、冷却演化至今,星系、地球、空气、水和生命便在这个不断膨胀的时空里逐渐形成。

但最近的天文观测和膨胀宇宙论研究表明,宇宙的密度可能由约70%的暗能、5%的发光和不发光物体、5%的热暗物质和20%的冷暗物质组成。也就是说,宇宙中竟有九成是看不见的暗物质,其中可能包含宇宙早期遗留至今的一种看不见的弱相互作用的重粒子--冷暗物质正是支持膨胀宇宙论的关键。

正因为宇宙中的暗能、暗物质至今尚未被发现,所以科学家们给我们留下了一系列关于宇宙中的暗物质问题的谜团。人类共同关心的问题是:宇宙中的暗物质究竟有多少?它们在宇宙中占有多大的比例?目前天文学家还无法确知。

剑桥大学天文学家杰勒德·吉尔摩尔(Gerard Gilmore)表示:“对于暗物质究竟是什么这个问题,我们并没有达成一致意见。”

当前一项最主要的假设认为,暗物质由一些尚未被探测到的怪异粒子构成,它们不与光发生联系,因此无法被我们看到。一种理论将这种怪异粒子称之为WIMP(大质量弱相互作用粒子的英文缩写),它们呈电中性,质量是质子的100倍。

寻找暗物质,探求暗物质的性质就成了世界高能物理研究的热点之一,各国科学家都在为这一科学问题浮出努力,他们通过在超大型加速器上的实验,在地下、地面和宇宙空间对宇宙线粒子的测量进行了多方探索。

位于瑞士的大型强子对撞机以及2011年发射的新卫星“盖亚”号将成为我们走进真相的关键因素,在它们的帮助下,暗物质这个科学界尚未揭开的最大谜团之一将慢慢褪去其神秘的面纱。

10、金星上的神秘城墟

目前我们知道的金星,表面温度高达500℃,大气中的二氧化碳占到90%成以上,时常降落巨大的具有腐蚀性的酸雨,还经常刮比地球上12级台风还要猛烈的特大热风暴。

从1960探索金星开始,到1981年,由于金星的周围围绕着浓厚的云层,从地球上发射的近20个探测器未能认清其真面目。

20世纪80年代,美国发射的探测器发回的照片显示金星上有大量城墟。经分析,金星上共有城墟2万座,这些城墟建筑呈“三角锥”形金字塔状。每座城市实际上只是一座巨型金字塔,门窗皆无,可能在地下开设有出入口;这两万座巨型金字塔摆成一个很大的马车轮形状,其圆心处为大城市,呈辐射状的大道连着周围的小城市。

研究者认为,这些金字塔式的城市可以有效地避免白天的高温、夜晚的严寒以及狂风暴雨。

1989年 1月,前苏联发射了一枚探测器。该探测器带有能穿透浓密大气的雷达扫描装备,也发现了金星有2万座城墟这一重大秘密。

刚开始的时候,人们还不敢断定这就是城墟,认为可能是探测器出了问题,也可能是大气层干扰造成的海市蜃楼的幻象。但经过深入研究,人们确信这些是城市的遗迹。

前苏联科学家尼古拉·里宾契诃夫详细地介绍说:“在那些以马车轮的形状建成的城市的中间轮轴部分就是大都会。根据我们推测,那里有一个庞大的呈辐射状的公路网将其周围的一切城市连接起来。那些城市大多都倒下或即将倒塌,这说明历史已经很悠久了。现在金星上不存在任何生物,这说明那里的生物已绝迹很久了。”

倒塌的金星城市中,究竟会隐藏着怎样的更加难以捉摸的秘密呢?这只有等待人类未来的实地探测了。

11、火星上是否真有生命存在

虽然至今为止,人类还没有登上过火星,但对火星的探索从来没有停止过。

1965年7月,美国宇航局首次成功发射的“水手4号”太空探测器飞过了火星,并且向地球发回了22幅黑白图像。这些图像显示:这颗神秘的星球上布满了令人恐怖的深坑,它是个完全没有生命的世界。

以后数年中,“水手6号”和“水手7号”也飞过了火星,“水手9号”对火星做了环绕飞行。它们向地球送回了7329幅照片,但都没有在火星上找到任何有生命的特征或痕迹。

1976年,“海盗1号”和“海盗2号”进入了长期轨道的飞行,在这期间,它们发回了 6万多幅高质量的图像,并且将一些登陆车组件放在火星表面上。但没有发现任何有说服力的证据,表明火星表面存在着生命。

1976年,美国“维京”号太空船拍回关于火星的照片中,可以清楚地看到,在火星上有一个五官齐全的巨型人面像。这个长着与人类外貌相似的人面像,从头顶到下巴足有1英里长。除此之外,还同时发现了一些与金字塔相似的建筑物。

与此同时,美国一些有知名度的科学家却提出,这人面像和金字塔,恰好表明火星上一度曾有生物生活过。

1890年,美国天文学家珀西瓦尔·罗威尔利用大型望远镜观测火星,偶然发现在火星表面存在着一些沟壑,这些东西和地球上人工开凿的运河看起来极为相似。人们开始怀疑有“火星生命”的存在。

1996年8月,美国宇航局宣布,他们在编号ALH8400的火星陨石中,发现了微生物化石的明显遗迹。英国欧佩恩大学行星科学教授柯林·皮灵格说:“我完全相信,火星上的环境曾一度有利于生命的产生。”他还指出,某些生命形式能够生存在最不利的环境中,“有些能够在零度以下相当低的温度中冬眠;有的试验证明,在150摄氏度高温里也有生命形式存在。你还能找到多少比生命更顽强的东西呢?”

2001年10月29日,美国火星探测器“2001火星奥德赛”又在火星上取得了大量的探测结果。

2001年11月底,美国科学家对火星探测器发回的新照片进行了研究,后来提出了火星表面部分地区很可能存在水的固态形式即冰的设想。火星上曾经有水的猜测终于为这项新研究所证实,同时这项新研究也支持了火星早期时候有可能存在生命的假设。

火星上到底有没有生命?至今仍是一个谜,一时还无法进行合理的解释,有待进一步的探索、研究。

12、月球的起源之谜

“月球起源”是个十分古老的问题,但今天天文学家对此仍然是众说纷纭。18世纪以来的月球起源假说归纳起来,可以分为三类,即同源说、分裂说和俘获说。

“同源说”是最早出现的一种月球起源假说,它认为月球和地球具有相同的起源。“分裂说”则认为在太阳系形成初期,地球还处于熔融状态时,地球的转速相当高,以致于有一部分物质被甩出去后形成了月球。“俘获说”认为,月球和地球是在不同的地方形成的,一次偶然的机会,地球把运行到附近的月球俘获,成为自己的卫星。

这三种假说都获得了一些实验的支持,但在某些问题上又都难以自圆其说。

80年代中期,有科学家提出了一种新的月球起源的说法,月亮是地球早期与另一个天体发生猛烈的字宙碰撞时产生的。也就是说,月亮是在一次“大撞击”之后,从地球母体中分裂出来的部分物质形成的。

1984年,探索月球的科学家们就以碰撞学说举行了首次严肃的学术讨论会,大家的看法已逐步趋于一致。通过各种计算机模拟实验将这种学说详细开来:大约45亿年以前,一颗巨大的星体在一次空前的宇宙大碰撞中猛击了地球。两个天体的球壳都很薄,撞击时破裂开来。撞击物艰难地破开地幔,全面进入地核,在那里留下了大部分躯体。飞离的气体、尘埃受地球的引力作用“落”在地球的周围,通过吸积,先形成几个小天体,以后像滚雪球似地形成了月球。

但前苏联科学家瓦欣和谢尔巴科夫曾提出:月球是一个受智慧生物控制的天体.也就是巨形宇宙飞船说。假如这个假说成立,那么月球应该是中空的。美国多次载人登月的阿波罗飞船飞行证明,前苏联两名科学家的假说可能成立。

当然,关于月球的起源还有其他很多的说法,科学家都为自己的假说提出了各种论证,但没有一种假说是完全没有漏洞的,要彻底搞清楚月球的诞生原因,还有待进一步的高科技的探索。

13、神秘的月亮背面

因为月球绕轴自转的周期与绕地球公转的周期刚好相同,因此人们用肉眼始终只能观察到月球的半个球面,占月亮表面的59%。月球背面的41%对于地球人来说一直是一片不为人知的神秘地带。

1959年,原苏联科学家第一次拍摄到月球背面的照片。照片上的月亮背面也像正面一样,中央部分没有“海”,绝大部分是山区,其他地方虽有一些“海”,也都比较小。背面的颜色相较于正面稍红一些。

1966年美国“月球太空船”所拍摄的照片,使人们能够看清同美国西北部的圆丘相似的月面上那些大量错落、形状不一的圆丘。科学家认为,是月亮内部熔岩向月面鼓涌形成了这一月貌。

1968年,乘坐“阿波罗8号”的宇航员第一次直接观测到月球背面的情况。

而随着科学家观测的深入,产生的有关月背的疑团却愈发复杂。

一是月球背面,高地和环形山多,地势起伏悬殊,月海比正面少得多,只有莫斯科海、智海和东海,而东海的一部分还留在月球正面的边缘上。月球背面有许多巨大的、很具特征的同心圆结构,最典型的是东海,直径约900千米。它们是怎样形成的,形成的年代在什么时候,具有哪些地质特性等等,目前仍无定论。