书城童书宇宙未解之谜
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第7章 神秘太阳系(1)

任何想对太阳系起源的解释都回避不了一个问题:太阳系的年龄究竟有多大?我们知道,树的年龄可以从年轮的条纹数来确定,马的年龄可以从它们的牙齿来数出。如果太阳系中也存在与上述类似的有助于确定其年龄的某些标志或迹象,我们就能够得到太阳系的年龄。显然,太阳系的年龄要比最老的树g要老许多,我们需要新的方案。

豢太阳系之谜

150亿年前的宇宙大爆炸诞生了宇宙,宇宙开始膨胀,并慢慢变冷,孕育了包括我们在内的太阳系。

科学家预言,不用50亿年,太阳开始逐渐膨胀并慢慢消亡,使太阳系陷入永恒的寒冷和黑暗之中。因此,要想在太阳系外寻找人类新的住所,就必须先对我们的太阳系有足够的了解。1962年12月14日,美国“水手2号”航天探测器执行的近金星探测飞行使命标志着对行星及新的星系探索的开始。

在远古的时候,人们就注意到天上许多星星的相对位置是恒定不变的。但有5颗亮星却在众星之间不断地移动。因此人们把“动”的星星称为“行星”“不动”的星星称为“恒星”,并给行星各自起了名字,8卩:水星、金星、火星、木星和土星。其中水星也称辰星,它最靠近太阳,不超过一辰(30度)。金星又叫太白星或启明星、长庚星。它光彩夺目,是全天最亮的星火星又称“荧惑”,因它的火红颜色而得名木星也称岁星,它大约12年运行一周天,每年差不多行经一次(全天分成十二次),古代用它来纪年土星也称镇星或填星,因为它大约28年运行一周天,一年镇守一宿(中国古代把全天分成二十宿)。这就是人们肉眼能看见的五大行星,中国古代统称它们为“五星”,再加上太阳、月亮总称为“七曜”。

近两个世纪以来,天文学家又发现了3颗大行星(天王星、海王星和冥王星)。这样,包括地球在内的9颗行星就构成了一个围绕太阳旋转的行星系统。离太阳最近的行星是水星,以下依次是金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星和冥王星。除了水星和金星之外,所有的行星都有卫星。在火星和木星之间存在着数十万颗大小不等、形状各异的小行星,天文学家把这个区域称为小行星带。此外,太阳系中还有许许多多的彗星、流星以及稀薄的微尘粒和气体等。

太阳质量占太阳系总质量的99.8%它以自己强大的引力将太阳系里的所有天体牢牢地吸引在它的周围,使它们不离不散、井然有序地绕自己旋转。同时,太阳又作为一颗普通恒星,带领它的成员,万古不息地绕银河系的中心运动。

太阳系起源包含两个基本问题:太阳系中形成行星的物质从何而来和行星是怎样形成的。围绕这两个问题,产生了各种各样的学说。

1755年,德国哲学家康德(mmanuelant)首先提出了太阳系起源的星云假说。他认为,太刚系是由原始星云按照万有引力定律演化而成。在这个原始星云中,大小不等的固体微粒在万有引力的作用下相互接近,大微粒吸引小微粒形成较大的团块,团块又陆续把周围的微粒吸引过来,这样,团块越来越大而“天体在吸引最强的地方开始形成”。引力最强的中心部分吸引的物质最多,先形成太阳。外面的微粒在太阳吸引下向其下落时,与其他微粒碰撞而改变方向,变成绕太阳做圆周运动。运动中的微粒又逐渐形成引力中心,最后凝聚成朝同一方向转动的行星。41年后,法国着名的数学家和天文学家拉普拉斯(Pi一en一eSimonLaplace)也独立提出了关于太阳系起源的星云假说。与康德的星云说不同之处在于,他认为太阳系是由炽热气体组成的星云形成的。气体由于冷却而收缩,因此自转加快,离心力也随之增大,于是星云变得十分扁平。在星云外缘,离心力超过引力的时候便分离出一个圆环,这样反复分离成许多环。圆环由于物质分布不均匀而进一步收缩,形成行星,中心部分形成太阳。继星云说之后,又相继出现了“灾变说”、“俘获说”等理论。

随着现代天体物理学和物理学的发展,特别是恒星演化理论的建立,产生了现代星云说,并逐渐占了主导地位。现代星云假说根据观测资料和理论计算,提出它的主要观点:太阳系原始星云是巨大的星际云瓦解的一个小云,一开始就在自转,并在自身引力作用下收缩,中心部分形成太阳,外部演化成星云盘,星云盘以后形成行星。目前,现代星云说又存在不同学派,这些学派之间还存在着许多差别,有待进一步研究和证实。

太阳系主要行星及卫星发现年表1600年以前17世纪以前,我们只知道宇宙有8个星体:

地球、太阳、月球、水星、金星、火星、木星、土星,加上“固定不动”的恒星组成。在欧洲,盛行很广的是托勒密的地心说,认为地球居中,所有星体绕它公转。

17世纪在1610年伽利略首次将望远镜指向了茫茫太空,开使用望远镜进行宇宙探索。至17世纪末,发现了9个新星体,哥白尼的日心说也被广泛接受。这样,已知星体总数上升为17个:

太阳系起源之谜

因为太阳同人类的关系太密切了,所以两个多世纪以来,许多杰出的思想家都探讨过太阳系的起源。关于太阳系的起源问题,200年来因为没有一种权威说法,因此人们提出了一种又一种假说,累计起来,已经有40种之多,但其中影响比较大的,主要有以下几种观点。

灾变学说:这个学说的首创者是法国的布封。20世纪前50年,又有一些人相继提出太阳系起源于灾变。这个学说认为太阳是先形成的。在一个偶然的机会中,一颗恒星(或彗星)从太阳附近经过(或撞到太阳上),它把太阳上的物质吸引出(或撞出)一部分。这部分物质后来就形成了行星。根据这个学说,行星物质和太阳物质应源于一体。它们有“血缘”关系,或者说太阳和行星是母子关系。他们都把太阳系起源归结为一次偶然撞击事件,而不是从演化的必然规律去进行客观的探讨,因为银河系中行星系是比较普遍的,太阳系绝不应是唯一的行星系,只有从演化的角度去探求才有普遍意义。就撞击来说小天体如果撞击到太阳上,它的质量太小,不可能把太阳上的物质撞出来,小天体必被太阳吞噬掉。1994年彗星撞击木星就是极鲜明的例证。21块蓄核对木星发起连续的攻击,在木星表面仅引起小小一点涟漪,消化掉的是彗星。如果说恒星与太阳相撞,这种几率就更小了。因此,曾提出灾变学说的一些人,后来也自动放弃了原有的观点。

星云说:这种观点首先由德国伟大哲学家康德提出来,几十年以后,法国着名数学家拉普拉斯又独立提出了这一问题。他们认为,整个太阳系的物质都是由同一个原始星云形成的,星云的中心部分形成了太阳,星云的外围部分形成了行星。然而康德和拉普拉斯也有着明显差别,康德认为太阳系是由冷的尘埃星云的进化性演变,先形成太阳,后形成行星。拉普拉斯则相反,认为原始星云是气态的,且十分灼热,因此迅速旋转,先分离成圆环,圆环凝聚后形成行星,太阳的形成要比行星晚些。尽管他们之间有这样大的差别,但是他们大前提是一致的,因此人们便把他们捏在一起,称“康德——拉普拉斯假说”。

俘获学说:这个学说认为太阳在星际空间运动中,遇到了一团星际物质。太阳靠自己的引力把这团星际物质捕获了。后来,这些物质在太阳引力作用下加速运动。类似在雪地里滚雪球一样,由小变大,逐渐形成了行星。根据这个学说,太阳也是先形成的。但是,行星物质不是从太阳上分出来的,而是太阳捕获来的。它们与太阳物质没有“血缘”关系,只是“收养”关系。

尽管各种假说都有充分的观测、计算和理论根据,也都有致命的不足,所以一直也没有一种被普遍接受的假说。太阳系在等待着新的假说。

太阳系年龄之谜

基督教的经典《圣经》中记载了上帝创造出世界的过程:上帝说“要有光”,于是宇宙中就充满了光明之后上帝认为“要有日月星辰”,天空中就出现了太阳、月亮和群星此后上帝又创造出人类的鼻祖——亚当和夏娃,以及形态各异的动植物。宗教中的创世纪从科学的观点看是有正确之处的,比如说先出现了日月星辰,然后生物才开始出现并繁衍、演化。无神论者对上帝创造宇宙最有名的批驳是:为什么在日月星辰这些发光体诞生前光就存在了?光是谁发出的?科学与宗教的论战是相当有趣的,从根本上讲谁都无法完全驳倒对方,因为科学讲究论点要有充足的论据支持,而宗教首先要求人们相信它的论:点。我们现在要谈论的“创世纪”——太阳系的形成,是从科学的角度来看问题的。

任何想对太阳系起源的解释都回避不了一个问题:太阳系的年龄究竟有多大?我们知道,树的年龄可以从年轮的条纹数来确定,马的年龄可以从它们的牙齿来数出,如果太阳系中也存在与上述类似的有助于确定其年龄的某些标志或迹象,我们就能够得到太阳系的年龄。显然,太阳系的年龄要比最老的树还要老许多,我们需要新的方案。

太阳系系列之谜

谜之一:水星如何诞生?太阳系由九大行星组成。其中水星、金星、地球、火星及冥王星,是以岩石为主要成分的“地球型行星”木星、土星、天王星及海王星,是大量气体包围的“木星型行星”。

最靠近太阳的行星是水星,它是如何诞生的呢?有两种说法:一是由于水星最靠近太阳,科学家认为水星是在原始太阳系星云中的髙温区域,由凝固的金属铁及其他富含物质的材料物质堆积而成二是水星是在巨大的原始行星互相碰撞的时候,由彼此的金属铁融合而成。

谜之二:金星为什么灼热?金星的大小和地球最接近,两颗行星的内部构造可能也很相似。但根据探测船和雷达观测,金星是一个灼热的世界,如同炼狱,表面笼罩着二氧化碳的浓厚大气。地表温度高达450摄氏度左右,是地球地表温度的30倍。

由于金星靠近太阳,当太阳能量上升之后,金星上的水化为气体释出到大气中。这时,原本溶于海中的二氧化碳也积存于大气中,引发强烈的温室效应,导致地表温度暴增。

谜之三:月球离地球越来越远?月球目前距离地球大约60倍地球半径。但是,由于在地球和月球之间的潮汐力的影响,月球正以每年约3厘米的速度慢慢离地球远去。另一方面,地球的自转速度也逐渐变慢。也就是说,以前月球比现在更靠近地球,而地球的自转速度比现在更快。证据就在科学家发现的“二枚贝”化石上。二枚贝的成长速度会随着潮汐的涨落而变化,一边成长一边形成树木年轮一样的条纹,条纹数量和宽度依潮汐的大小而异。根据这些条纹数量和宽度,科学家发现,大约5亿年前,地球一天只有21小时,1年有410天。

谜之四:真的有火星人吗?1996年8月美国航空太空总署研究小组发表研究成果说火星曾有生命存在,证据是掉落在南极大陆的火星陨石。

研究小组在陨石中的碳酸盐部分检测出有机物,推断远古时代的火星,应该像30多亿年前的地球。那时地球已有生命,因此不能否定火星曾有生命的可能性。

谜之五:木星为什么有大红斑?地球人观测位于木星南半球的大红斑,已经有300多年了。大红斑差不多有两个地球那么大。

大红斑是反时针旋转的高度压云形成的巨大漩涡。它之所以呈现红色,是因为云下层的磷化氢被搬运到上空,受到太阳紫外线照射而转化为磷的缘故。大红斑是如何形成的呢?目前科学家还不清楚。

谜之六:气体行星为什么有环?木星、土星、天王星、海王星全部有环,各不相同。木星的环又薄又暗,由岩石粒子构成土星的环又大又亮,有水冰构成。环的成因,有几种不同的说法。其中一种是:过去存在的卫星或彗星被行星的潮汐力破坏,分裂成小碎片,有的碎片进人环绕行星公转的轨道,因而形成了环。

谜之七:冥王星以外有什么?以前有人主张,冥王星以外可能有第十颗行星。

1992年夏天,科学家发现冥王星轨道外面有一颗直径250公里左右新天体,接着41颗轨道长半径大于海王星的天体陆续现身。

此外,1950年,天文学家欧特统计了当时已经观测到的周期彗星的轨道,结果发现绝大多数周期彗星都是从距离太阳几万AU(天文单位)的地方全方位飞来,可能有一个呈球壳状包住太阳系的彗星巢。整个彗星巢叫作“欧特”

谜之八:太阳系尽头在哪里?科学家说,太阳会喷出高能量带电粒子,称为“太阳风”。太阳风吹刮的范围一直达到冥王星轨道外面,形成一个巨大的磁气圈,叫作“日圈”。日圈外面有星际风在吹刮,但是太阳风会保护太阳系不受星际风侵袭并在交界处形成震波面。

日圈的终极境界叫作“日圈顶层”,这就是太阳所支配的最远端,可以把这里视为太阳系的尽头。

至于日圈层顶距离太阳有多远?它的形状如何?航海家1号和2号已分别飞到距离太阳66AU和51Au的地方,希望日后能够揭开太阳系最远的面貌。

太阳光的神秘杰作

五个太阳同时挂在天空

中国有则很古老的神话,叫作“后羿射日”。传说在远古的尧帝当政的时候,天上一下子同时出现了10个太阳!江河枯竭,草木枯死,百姓奄奄一息。在这种危难的时刻,尧帝命神箭手后羿射下太阳,挽救万民。后羿弯弓搭箭,9个太阳纷纷坠地。不想,落在地上的竟是一只只乌鸦,他们的羽毛四散在空中,随风飞去。后来天上就只剩下一个太阳了。

这只是一个美丽的传说,无需考证真伪,但天空中出现多个“太阳”,却是有人亲眼所见。

1933年8月24日上午9时45分,在我国四川省峨眉山的上空,出现一种奇异的景象,在太阳的左面和右面,各有一个太阳,人们惊奇不已。

1934年1月22日和23日,上午11时至下午4时,古城西安的人们目睹了3个太阳并排在天空的奇景。

1965年5月7日下午4时25分和6月2日晨6时,在南京浦口盘集的上空,接连两次出现了这种景观。

1981年4月18日的清晨,海南岛东方板桥的人还碰到过5个太阳同时悬在天际的胜景。那天早晨,红艳艳的太阳已升上天空人们习惯地抬头东望,咦,东边居然有3个太阳,相隔数米的西边还有2个太阳,太阳中间还有一条绚丽的彩环相连。

这一奇景让当地人们奔走相告,议论纷纷。

看来,这种现象是时有发生的。古时候科学技术不发达,人们在天空看见未曾见过的东西,只当是“天意”。当时天灾人祸又很频繁,因此,人们更加迷信这是上帝震怒的先兆。