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微电影《我们的宇宙》解说词

时间:2017-06-02 12:00来源:未知 作者:小乔
中国配音网 小编现在要说的是《我们的宇宙》解说词为你分享,请您欣赏:优秀电视片《我们的宇宙》解说词[主持人人类最古老又最年轻的科学,大概莫过于天文学和宇宙学了。 很难
     中国配音网小编现在要说的是《我们的宇宙》解说词为你分享,请您欣赏:优秀电视片《我们的宇宙》解说词[主持人人类最古老又最年轻的科学,大概莫过于天文学和宇宙学了。
 
很难想象当我们的祖先刚刚直立起来的时候,面对如此浩瀚而辽阔、深邃而宏大的天空,该会发出怎样的惊叹和疑问,激起怎样的遐思和浮想。有位哲学家说过:"如果地球上只有一个地方能看得到星星,那么,全世界的人便一定会集中到这个地方来。"人类与生俱来的好奇心和寻根究底的求知欲,也许是天文学最原始和朴素的动机。而生存斗争和生产劳动对天文知识的逐渐依赖,则更催发着人类最早的理性之光和智慧之花。日升日落,月盈月亏,昼夜交替,四季轮回,世界的本源是什么?何处是天的起始和地的终极?几乎每一个民族都有自己的创世神话,几乎每一种文化都试图作出自己的解释和回答。
    从地心说到日心说,从经典力学到相对论,人类日益摆正了自己在宇宙中的位置,并加深着对时间、空间和物质的认识。爱因斯坦说:"这个世界上最不可理解的事情,就是世界是可以理解的。"天文学作为贯穿人类整个历史的科学,也从根本上影响了每个时代哲学和宗教的发展。    
     无法逾越的巨大尺度使天文学不能成为实验科学,人们只能根据观察到的很少现象进行推测和计算,但天文学却一直是个大丰收的科学前沿。今天,我们已经能看到100亿光年之外的宇宙深处,我们已经能把自己的飞行器送到太阳系之外的银河之滨。这不能不说是自然的奇迹和人类的骄傲。
 
一想到夜幕上那些朦胧而密集的光斑,都是无比遥远而庞大的实体,恒星的数目比地球上的沙子还多;一想到在银河系的万家灯火中,我们在一盏叫做太阳的温暖灯光下成长了自己的文明并向着辽阔的宇宙张望;一想到在无数次毁灭和创造中,按照精确规律构建的宇宙竟有着如此错综的结构与惊人的和谐。我们怎能不充满对大自然无限的神往和敬畏。
 
只有建立起清晰的宇宙概念,我们才能理解世界的根本秩序。如果对天文学一无所知,则不能算受过完整的教育。"纵谈天地奥秘,饱览宇宙神奇"。我们的节目将和您一起欣赏和享受天文学的成果,共同经历一次最遥远而神奇的心灵壮游。
 
美丽的地球[主持人说起地球,我们心中就会涌起无限温热的感情。虽然在茫茫宇宙中,地球只能算得上沧海一粟,但她却是我们人类可爱的故乡,唯一的家园。人类对大自然的一切认识,都是从地球开始的。作为地球的儿女,我们对于这颗养育自己的行星又有多少了解呢?(采访:地球年龄,地球直径,版块理论) [主持人我们都毫无例外地生活在地球上,但面对有关地球的许多问题,究竟应该作出什么样的回答?希望下面的电视片能帮我们回忆起零碎的知识,并且增进一些对地球的了解。
 
[电视片解说词当宇航员从太空中俯瞰我们这颗云蒸霞蔚、生机勃勃的行星时,当月球上的摄影机拍下一轮巨大的地球从月平线上升起时,我们都会为眼前的景象砰然心动。这就是我们地球母亲美丽的容颜,这就是我们人类永远的故乡。由于大气和水更多吸收太阳光谱中的红色,这颗玲珑剔透的行星便静静焕发出独特的、梦幻般的蔚蓝。
 
地球的年龄究竟有多大?这个难题曾经考验过许多科学家的智慧。有人想出用沉积岩形成的时间来测定,有人主张用海水含盐浓度的增加来推算,而最精确可靠、量程最大的宇宙计时器,显然要数放射性元素的蜕变了。放射性元素衰变一半需要的时间叫半衰期,它不以外界物理化学条件变化为转移。例如铀235,每隔4亿5千万年就有一半变成铅与氦,钍232的半衰期是13亿年,而铷82的半衰期则将近50亿年。从这些同位素和他们衰变产物的相对浓度中,我们测定出地球最古老的岩石-西格陵兰片麻岩已有38亿年的历史。但这显然还只是地球从"天文时期"进入"地质时期"前后的时间。根据对月球岩石和太阳系陨星的测定和比较,我们地球的高寿应该是46亿岁了。
 
古人发现远处船舶的桅杆总是最先露出和最后隐没,日月星辰总是从地平线一边升起另一边落下,在月食中遮蔽月面的影子又总是一弯弧形,便猜想到大地可能是一个圆球。
今天我们知道,地球的平均半径为6378公里。这是个恰倒好处的尺寸。有人因为地球的赤道半径比极半径长21公里,北极到地心比南极到地心远15米,便把地球比做一只梨。其实,这些微小的不规则之处几乎可以忽略不计。地球的扁率仅为300分之一。从太空看去,它仍然不失为一个相当标准的圆球。
 
在我们的火箭已经飞出太阳系的时候,我们的钻头却最远只能钻到脚下12公里的深处。这便是"上天有路,入地无门"的现实。但地震波传播速度和方向的变化,却能如同用B超探测内脏,披露出地球深处的许多秘密。地球是从均匀的球体逐渐演化成四个同心球层结构的,即内核、外核、地幔与地壳。固体内核的密度为水的13倍,温度为摄氏6000多度,压力达370万个大气压。根据计算,这种状态下存在的物质只能是铁。而落到地面的铁质陨石作为解体行星的残片,也恰恰印证了地球内核由铁和镍构成。地球外核的成分虽然也主要是铁和镍等金属元素,但却为流动的液态。大约3000公里厚的地幔主要由橄榄岩构成,在高温高压下处于固态或半流动粘稠状态。薄薄的地壳则平均只有33公里厚,上部是花岗岩,下部为玄武岩。海洋中最薄处仅有5公里。当地壳的有些部位发生裂缝,地幔上部炽热的熔岩喷涌而出,这便是火山爆发了。
 
地球70%的面积被海水所覆盖,陆地面积仅占30%,上面还布满了河流与湖泊。循名责实,把地球称为水球也许更为恰当。如果按化学元素的含量来排序,那么,铁、氧、硅、镁大概能算构成地球90%以上物质的四大家族。1912年,卧病在床的德国气象学家魏格纳凝望着墙上的世界地图,一个伟大的思想火花突然照亮了他的视野。欧洲的西海岸和加拿大的东海岸,非洲西海岸和南美洲的东海岸,虽然隔着大西洋遥遥相望,但轮廓线竟如此地相似和对应,如果拼接在一起几乎能完全吻合。魏格纳勇敢地提出了大陆飘移学说。他认为地球上的陆地原本是连在一起的,称为联合大陆或泛大陆。为了给自己的理论寻找充分的科学根据,魏格纳奔走于世界各地进行考察。1930年,在他50岁生日的第二天,不幸牺牲在格陵兰岛的冰天雪地中。
     然而,大陆漂移学说却一度被人们视为荒唐的臆想而饱受嘲讽。坚实的大地难道能象解开缆绳的木筏一样随波逐流,象七巧板一样任意拼装吗?直到20世纪60年代海底扩张学说建立,古地质学、古气候学、古生物学的许多证据纷纷提出,魏格纳的理论才得以东山再起。此后,科学家们整合了各种孤立散乱的观察和发现,用统一的版块构造学说描绘出了全球动力学的清晰图景。原来我们地球的岩石圈被一些构造带分割为六大版块,即亚欧版块、非洲版块、美洲版块、太平洋版块、印度版块和南极洲版块。地幔物质的对流如同巨大的传送带,运载着版块缓缓移动。版块之间的相互碰撞、错动、拱抬与张裂,形成了地球上各种各样的山脉、峡谷、断层和海沟。
 
雄居世界之颠的喜马拉雅山,便是印度版块向亚洲版块冲撞挤压后隆起的巨大褶皱。山上那些沉积岩和三叶虫、海葵、石菊等水生物化石,都向我们诉说着2000万年前这里曾经是一片古地中海。而地震则是版块推挤中产生应力的释放。不过,我们大可不必担心版块之间会象碰碰车那样撞来撞去。事实上,大陆漂移的速度比我们的指甲生长还慢。但亿万年后,这些微小变化的积累却会让世界地图面目全非。
 
地球的质量到底有多大?这个问题同样困扰了科学家许多年。真正第一个给地球过磅的人是英国科学家卡文迪许。1798年,他用扭秤法测定出地球的平均密度,所算出的地球质量很接近于今天公认的60万亿亿吨。无处不在的万有引力,使行星在自身重量的压力下必须保持各方向的平衡。于是球体就成了一切庞大天体的稳定外形。在地球上,巨大剪应力使所有山峰的高度都不可能超过11千米。而自转产生的离心力则让地球赤道部分略略鼓起。
曾经发生过这样一件真实的故事。一艘欧洲的货船抵达赤道附近的非洲码头后,发现原封未动的货物少了十几吨。这桩"失窃案"令侦探人员一筹莫展。后来才发现是万有引力开的玩笑。地球上一切物体的重量,都是地球中心的引力与地球自转离心力的合力。赤道比高纬度地区距离地心远,自转的线速度快,这船货物的"蚀秤"就在所难免了。根据计算,两极地区的重力要比赤道附近大0.53%。
 
地球引力如同一条无形的锁链,把我们牢牢栓在地面上。法国著名科幻小说家儒勒.
凡尔纳曾写过一种大炮,能把人发射到月球上去旅行。那时他还并不知道,火箭的速度只有达到每秒11.18公里才能挣脱地球引力。这便是地球上的逃逸速度。领会这一点,有利于理解地球上大气的状况。事实上,如果气体分子的运动速度大于逃逸速度,我们的行星将无力吸引住它们而只能任其跑个精光。气体分子的平均速度是和他们的绝对温度成正比,和分子量的平方根成反比的。今天,我们地球的引力和温度,能够绰绰有余地抓住氧和氮的分子。至于飘到几百公里高空的氢和氦,则只能随他们开溜到太空中优游逍遥了。不妨设想,如果地球质量小一些,那么我们的空气将变得不胜稀薄,甚至不复存在。如果地球质量大一些,也许就留住了氢和氦并生成大量甲烷,使我们的空气变得完全无法呼吸了。
 
今天的大气早已经不是地球诞生时的第一代大气。地球几十亿年地质活动和生命活动共同创造了一个相对稳定的最佳配方:21%的氧,78%的氮,1%的二氧化碳、水蒸气和其他气体。我们就生活在这样一个数千公里厚的空气海洋底部。应该深深感谢原始海洋中无数代绿色海藻光合作用的卓著功勋。是它们把浓重的二氧化碳吞噬殆尽,并为地球上生命大潮的涌动准备了必要条件,那便是富氧气圈的形成。美国著名科学家萨根说:"地球上的天空是用生命换来的。"还应该知道,大气虽然只占地球质量的百万分之一,但却阻挡了来自太空的陨石撞击,维持了地球适宜的温度,以水蒸气的分压,确保了地面上的游离水不被蒸发干净,并用20-60公里高空的臭氧层滤掉了足以杀伤生命的太阳紫外线。这便是我们今天为什么对南极上空出现臭氧空洞忧心忡忡的原因。
[主持人我们已经看到了一幅地球简略的画像。但地球不是静止不动的,它不仅在绕着地轴自转,还绕着太阳公转。
地球也不是孤立的,它和太阳、月亮都有着十分紧密和复杂的关系。因此,我们必须在运动中,在和太阳月亮的关系中进一步认识地球。
 
(采访:四季,潮汐,日食,月食) [主持人为什么会有四季轮回?为什么会有潮落潮起?为什么会有日食月食?还有很多很多的为什么。
 
让我们一起继续看看地球的故事。 [电视片解说词我们的地球象一只陀螺,绕着地轴不停地自西向东旋转。地球自转一周需要23时56分4秒平太阳时。于是,我们便有了白天黑夜的轮番交替,日月星辰的东升西落。1851年,法国科学家傅科做了一个著名的实验,他从巴黎国葬院的穹顶上悬挂了一副67米长的绳索,下面吊着一个28公斤重的摆锤。随着每一次摆动,地上巨大的沙盘便留下摆锤运动的痕迹。令观摩者们相顾惊诧的事情发生了。这只大摆没有始终按一条直线来回往复,而是经过一段时间后,摆动的方向偏转了很大的角度。傅科宣布说:"我们看到了地球的转动。"假如这个实验搬到北极去做,傅科摆一昼夜便会转过360度。而在赤道上,摆动就不会发生偏转了。
 
人们还发现在北半球,南北方向的河流更多冲刷右岸,南北行驶的火车更易磨损右侧的铁轨,南北发射的炮弹也会向右发生微小偏移。而在南半球则情况正好相反。这便是我们所说的科里奥利力。地球不是一个惯性系,自转的时候,赤道的地面24小时要走完4万公里的大圆圈,而极点的地面却没有动。地球高纬度和低纬度之间旋转半径的差,便是造成科里奥利力的原因。
大气的流动也不能超越这一影响。当赤道的空气被加热上升,造成永久的低气压带后,回归线附近高压带的空气便向赤道流动,并受科里奥利力的作用发生东西方向的偏转。于是在赤道以北形成东北风,赤道以南形成东南风。这种吹彻全球的万里长风曾鼓动麦哲伦和哥伦布远航的船帆,由于它恪守信用,千古不变,所以被叫做信风。当然,科里奥利力只能在大尺度和长时间里才会显示出微弱的影响。我们无须担心在田径场上由北朝南奔跑时会偏离方向。
除了自转以外,我们的地球以每秒29.79公里的速度,沿着一个偏心率很小的椭圆绕着太阳公转。走完大约10亿公里的一圈路程要花365天又6小时。于是地球上便周而复始跨进了新的一年。
 
烈焰喷薄的太阳仅仅把22亿分之一的光热投射到地球上,但这对于我们的行星已经足够了。每平方厘米1353瓦,我们把这一高空测出的单位面积垂直辐射能叫太阳常数。太阳是"地球发动机"永不熄灭的"锅炉",提供了大气运动、水循环和万物生长所需要的全部能量。我们从事农业活动,其实是在利用植物做媒介收获阳光。而地下埋藏的煤炭、石油、天然气则可以看作地球生命亿万年间制造出来的"阳光罐头"。没有太阳,生机盎然的地球将变成冰冷死寂的世界。
 
地球上为什么会有寒暑交替,春去秋来?其中的玄机和奥妙,原来尽在于地球的自转轴有一个23度27分的倾角。当北半球接受太阳光的直射而处在盛夏时,南半球则面对太阳光的斜照而正值隆冬。北半球的春天又对应着南半球的秋天,两半球得到了同样多的阳光。这便是四季的由来。
 
我们把北纬23度27分的纬圈叫北回归线,南纬23度27分的纬圈叫南回归线,意思是太阳的直射到此为界,然后便开始掉头转向,打道返回了。而北极圈、南极圈则会有半年时间照耀着不落的太阳,另外半年陷入漫长的黑夜。由于地球绕日轨道不是一个标准的正圆,因此南半球稍稍比北半球的夏天更热,冬天更冷。有研究者认为,以数万年为周期的地轴变化和日地距离的叠加效应,可能是地球上冰川时期形成的宏观原因。
 
除太阳之外,没有哪个天体对地球的影响比月亮更大。千百年来,美丽的月轮一直是神话创作的素材和诗人灵感的源泉。但实际上,这座"广寒宫"却是个十分枯燥乏味的地方。月亮距地球的平均距离有38万4400公里。半径1737公里,面积不及亚洲大,质量是地球的81分之一,引力也只有地球的6分之一。月亮上的逃逸速度仅为每秒2.38公里,因此根本无法留住自己的大气。亿万年间,长驱直入的宇宙流星轰击着毫不设防的月球表面,因为没有空气和水的活动去风化和抚平,那些疮痍满目的陨石坑至今仍保持着碰撞时的模样。我们称为"月海"的较暗区域是低洼而开阔的平原。33000多个环形山是月球表面最醒目的地形特征。
 
月亮无疑是第一个让我们有了多星球概念的天体。有人猜测它是被地球抓来的"俘虏",有人认为是从地球身上甩出去的,并言之凿凿说太平洋的凹陷便是留下的"疤痕",应将月亮视同地球的"第八洲"。而更合乎科学的解释,月亮和地球应该在太阳系诞生中同时形成。当然,按照主星和卫星通常的尺寸比例,月亮的体积有些过大了。倒不如把月亮看成地球的伴星更为恰当。
 
实际上,地球和月亮是互相围绕着共同的质量中心旋转的地-月系统。地球绕日运行的轨道应该是地-月中心的轨道。至于地球自身行走的路径,则是一条起伏很小的波浪线。
每当我们看到排山倒海的潮水滚滚而来的时候,便会惊叹大自然磅礴的力量和微妙的机制。潮汐便是月球引力最直观而生动的演示。我们很容易懂得地球靠近月亮的一面受到引力最大,中心部位次之,而背向月亮的一面最小。这个引力差趋向于把地球挤扁和拉长。于是,向着月球的一面和背着月球的一面便同时鼓起两座水丘。由于地球的自转,这两座隔球相对的水丘追着地-月间的连线不断移动,潮汐便产生了。质量大得多的太阳由于距离遥远,起潮力只有月亮的三分之一,当日、月和地球处于同一直线时,叠加效应会使潮高出现极大值。其实作为弹性体,地球的岩石圈也有固体潮。不过形变的幅度不大,"潮峰"只有70厘米左右,平时不易被感知和觉察。还有大气圈因潮汐作用而引起的流动和压力变化,则被淹没在原因复杂、丰富多采的气象活动中了。
 
潮汐作用对地球最深刻的影响在于,海水流动的摩擦,对海岸的冲击,岩石圈的形变,都阻碍着地球的自转,起着一对"刹车片"的作用。尽管这一力量十分微小,只会使地球的自转在10万年里减慢2秒,但我们却不得不又一次惊叹长长的"时间杠杆"撬动的结果。
16亿年前,地球每昼夜只9小时,一年有800多天,6亿年前的每昼夜是20小时,一年440天。海底珊瑚虫的化石生长线留下了古代的时间刻度。遥想当年,比今天高得多的巨潮扑向海岸,地球生命从海洋摇篮登上陆地显然得力于潮汐的催发和运送。而远古月亮比今天离我们近得多。伴随着地球自转减慢,月球也遵循角动量守恒的规则,以每年3厘米的速度渐行渐远。反过来,地球在月球上引起的固体潮同样带来月球的"自转失速"。直到月亮永远将一面朝着地球才告稳定。说到引潮力也会使地球永远以一面朝向月亮,那还需要至少几十亿年时间。
 
让我们祖先一代代备受惊吓的天文现象,也许莫过于日食和月食了。当好端端的一轮红日朗照中天的时候,突然被什么东西"吃"成了一弯月牙甚至全部消失,的确足以让人类大起恐慌。其实这不过是日、月、地三者运动中产生的遮掩现象。太阳的直径虽然比月亮大400倍,但距离却远400倍。因此在天幕上的视角直径都是0.5度。月亮作为既不发光又不透明的天体,背着太阳的一面总会拖着自己长长的影子。如果说"一叶障目"可以"不见泰山"的话,当月亮走到太阳和地球之间的直线上时也会挡住太阳的光辉。在地球上,月亮本影掠过的地方就会看到日全食,半影所及的区域则看到日偏食。如果月球本影的尖端达不到地球表面,它延伸而成的伪本影扫过之处就看到日环食。同样,当月亮走到地球背向太阳的一面,并全部或部分钻进地球的本影中后,就发生了月食。如果月亮只经过地球的半影,便出现半影食,它只会减弱月光的亮度,因而不易为人们所觉察。
 
对于地球上某一个具体地方来说,日食现象并不多见。但从全球范围看,每隔18年就会有43次日食。古人已经懂得推算日月食的发生,今天对日月食的长程预报早已达到了高度精确的程度。
 
打从华夏祖先发明指南针的时候起,人类便知道利用地磁来确定方向了。我们的地球究竟是怎样变成一块大磁铁的,科学家作了多种解释。令人信服的说法是,地球的高速自转与核心流动的铁镍物质形成电流回路,如同一个巨大的天然发电机把机械能转换成磁能,于是产生了大地的磁场。多亏疏而不漏的磁力线对地球起着屏蔽作用,把许多有害射线束缚在"范艾伦带"使其不能到达地面。南北极地区美丽的极光,便是被偏转的带电粒子轰击高空大气所点亮的最壮观的霓虹灯。古地磁考察表明,地球南北磁极过去曾发生过多次游移和颠倒。大洋中脊两侧岩石在冷却中固定下来的磁性分子,为不同地质年代地球磁场方向交替变化留下了确凿的物证。
 
[主持人我们讲了这么多地球的故事。对地球了解得越深,就会对她越加热爱和珍惜。
地球确实得天独厚。它是大自然妙手偶得的杰作。无论对地球的尺寸、质量、自转速度、自转倾角、与太阳距离等任何天文数据稍加修改,就会使今天的世界秩序、气候模式完全改变和乱套,带来不可设想的后果。
 
幸运地生活在茫茫宇宙中这块微小绿洲上,当人类终于认识了"我们只有一个地球"的时候,才能真正成为拥有光明前途和希望的物种。我们将和几十亿年间大地海洋孕育出来的无限生灵一起,共同乘着地球号宇宙飞船,继续奔向无尽的航程!壮阔的太阳系[主持人人类文化中永恒的诗篇,便是对太阳的崇拜、赞美与讴歌。
 
太阳的名字是与威严和辉煌同在的。当这颗轰轰烈烈的恒星魅力四射,普照天宇,作为他的第三个儿女,地球承接了属于自己份额的光明和温暖。于是我们的行星上便有了万紫千红和沧海桑田。人类对太阳的感恩之情永远是低首下心的。我们的世代祖先日出而作,日落而息。然而。我们真正了解每天伴随和照耀我们的太阳吗?
 
(采访:太阳表面温度,能量来源,太阳风) [主持人我们虽然把太阳尊为地球的主宰,但并不一定都知道它的来历及身世。我们欣赏着红日如轮,沐浴着阳光万里时,还应该多解读出一点有关的知识和道理。我们现在就和大家一起,翻开这本叫做太阳系的煌煌大书。
[电视片解说词50亿年前的时间已经太遥远了。一团巨大而混沌的原始星云尘埃,缓缓地吸积、会合、纠结和躁动。远处超新星的爆炸轰然传来,激起千叠回波。在万有引力巨手的塑造下,星云中99%的物质渐渐聚集浓缩,奠定了太阳的初始规模。抛出的层层气环则带着98%的角动量,经过千万年的"滚雪球"过程,形成了围绕太阳旋转的一群行星。康德、拉普拉斯提出的星云说几经兴衰,仍然不失为对太阳系起源的粗略描述。"灾变说"却认为曾经有另一颗恒星和太阳擦肩而过,拉出了太阳中的一些物质,或者被太阳吸出了一些物质,成为组建行星系的最初原料。还有理论证明,太阳并非"独生儿",它从更大规模星云的一个子旋涡中诞生,太阳旋涡外围的更小旋涡形成了行星。大自然对我们的众说纷纭沉默不语。太阳系这架庞大的"旋转木马"被安放在天宇的一角,开始了波澜壮阔的演化历程。
 
用日常生活中获得的直接经验去理解天文数字常常发生困难。当我们看到越长的一大串"零"后,便越会失去清晰的概念,只剩下模糊的"很大"。因此,说到太阳的直径约为140万公里时,我们不妨记住它的体积能装下130万个地球。说到太阳质量为大约2000亿亿亿吨,我们可以记住它是地球的33万倍。至于太阳和地球的平均距离为1亿5千万公里,则可以记住光线从太阳照到地球上要走8分19秒。我们把这段距离称作一个天文单位。
 
太阳由大约79%的氢和19%的氦构成,平均密度只是水的1.4倍,但核心区域在3000亿个大气压的作用下,密度比黄金还要大8倍。作为一个庞大而炽热的等离子气态球体,太阳不能象地球那样整体转动。有人打比喻说,拿一只汤匙搅动几下,茶杯中转动的水就类似太阳的自转。观测表明,太阳自西向东的自转在赤道上周期最短,两极最长。我们一般说太阳25.38天自转一周,是以日面纬度17度的地方为标准的。
 
太阳的表面温度为摄氏5700度,中心温度则高达2000万度,每秒辐射出38亿亿亿亿尔格能量,相当于5200万亿亿马力,或者相当于每秒钟爆炸910亿颗百万吨级的氢弹。如果是靠烧汽油,每秒将要消耗3000亿吨,地球上的全部石油还不够维持0.1秒。可见太阳绝不是"省油的灯"。如此巨大的能量又是从何而来?太阳会不会哪一天"油尽灯干"呢?
原来在太阳形成过程中,当自身引力塌缩将温度升高到700万度的时候,大自然最深层的能库便被打开了。强大的热核反应猛烈启动,两个氢原子冲破电子的库仑力,聚合成一个氦原子,同时放出了巨额能量。于是,热核反应的膨胀力终于抵挡住了庞大质量的收缩力而达到平衡。太阳从此进入了稳定的主序星阶段。这是一座无与伦比的空中"核锅炉"。每秒钟要烧掉4亿吨氢,聚变为3.96亿吨氦,同时减少400万吨质量。而大自然是什么也不会丢失的,按照爱因斯坦不朽的公式E=MC2,这400万吨"质量亏损"全部兑换成了能量而辐射出来。在50亿年的时间里,太阳"只出不进"的惊人挥霍已经损失了6000亿亿吨质量,相当于100个地球。幸好这个数字只占太阳质量的33000分之一。因此,我们还用不着为天上的"核能量危机"而忧虑。太阳上的"受控核爆炸"将会以今天稳定的模式,至少继续进行50亿年。
 
一个鲜为人知又难以置信的事实是,在太阳这个巨大的宇宙熔炉中,每单位质量产生的热量其实是极少的。甚至比人体新陈代谢的产热率还低得多。我们不难说清其中的道理。假如一只大象的长度是老鼠的100倍,它的皮肤面积将是老鼠的1万倍,体重则是老鼠的100万倍。如果大象按老鼠的代谢速度存在,就会被活活烧死。反过来,老鼠按大象缓慢的代谢速度生活,就会很快冻死。太阳上的高温是无与伦比的质量以立方关系所产生的热,不能立即从以平方关系形成的表面散发出去所造成的。
 
对于太阳来说,没有象切开西瓜那样会出现的层次分明、界限清晰的结构。我们大体上可以将它划分为两大部分,即包括日核、辐射层、对流层的太阳内部和包括光球、色球、日冕的太阳大气。直径50万公里的日核,集中了太阳质量的一半,是氢发生大规模聚变的高温高压产能区。日核外面包裹着60万公里厚、温度达70万度的辐射层,成为热核反应能量输出的必经通道。但这里却是太阳上"交通堵塞"最严重的地方。密集的辐射根本无法在瞬间畅行无阻达到太阳表面。那些从核禁锢中释放出来的高能射线在辐射层中被无数次地吸收和再发射,大约经过200万年曲折漫长的"挣扎",才能以可见光和其他形式的辐射"挤"出去和"钻"出去。不过,若是没有辐射层的中介作用,太阳将失去明亮的光辉,成为一个主要发出高能射线的天体。
 
15万公里的对流层是太阳内部物质相对运动最剧烈与活跃的区域。这里热浪升沉,流火纵横,气旋聚散,能量跌宕,构成宏大而错综的壮阔场面。太阳舞台上几个重要角色黑子、日珥、耀斑都是从这里出发登场的。
 
笼罩在对流层之上500公里厚的太阳大气叫做光球。平时所看到的圆圆日轮就是它的边界。光球中的气压不及地球上的万分之一,但却是太阳洞开的门户。洒满天庭的万丈光芒就从这里发出。我们说太阳表面的温度为5700度,指的就是光球的温度。
 
留心观察便会发现,光球的亮度并不均匀。日面边缘不如中心亮。这种"临边昏暗"现象是因为光球垂直于表面的辐射大于散射造成的。天文学家拍下的太阳照片上还能清晰地看到一种炽热气体运动造成的景观,酷似饭锅里沸腾的米粥,于是被称为"米粒组织"。这种变幻不定的"米粒"直径有一两千公里,存在时间从几分钟到数小时不等,是光球层的一大特征。
对太阳黑子的观察,中国人比欧洲人整整早800年。但首先窥见黑子真面目的,则是伽利略制造的第一个望远镜。黑子实际并不黑,它是光球层上略微下陷的气体旋涡。因为温度比周围低千余度,于是显得稍黑稍暗,形成所谓本影和半影。一般黑子的大小和地球相当。经过长期追踪观察,科学家发现各年份黑子出现的数目很不相同,大约11年为一个周期。太阳的南北极是从来见不到黑子的。如同起于"青萍之末"的风,黑子总是先在太阳纬度30度附近生成,然后向赤道移动。在太阳活动的极大年份,平均分布在纬度15度一带。有趣的是,黑子常常成双成对出现,而一对黑子又总会显示出彼此相反的磁极,如同一块巨大的马蹄形磁铁埋藏在太阳深处而恰恰露出两端。有人则把它比做贯穿太阳某一部分表面的"磁缆"。黑子是太阳活动的主要标志。
 
它密切影响着地球上的气候、水文,以及动植物生长。光球外面的一层太阳大气是色球。平均厚度为2000公里。因为富含的氢离子呈玫瑰色而得名。色球表面长满了密集细小、旋生旋灭的针状物,看上去象"燃烧的草原"。当然,这些太阳风光都要通过特别仪器来欣赏。由于色球几乎完全透明,我们平常只能在日全食的瞬间一赌它那层美丽的辉光。
 
日珥则是色球层上十分绚烂多彩的奇景。核火焰的红色舌头从这里伸出来,一直吐出几十万到百余万公里长。又象巨大的蠕虫高高探出头去,然后慢慢缩回。这些湍动的日珥物质扶摇升腾、千姿百态,有的如火焰喷泉、节日礼花,有的如藤蔓缠绕、乱草杂生。科学家把日珥分为宁静日珥、活动日珥和爆发日珥。寿命最长的宁静日珥可以存在一年以上。爆发日珥则最为磅礴和壮观。有时抛出去的流火能象"飞去来器"那样,绕行一个百万公里的大圈后返回,被称为环状日珥。
 
太阳大气中最惊心动魄的爆发便是耀斑。这种色球层和日冕层之间耀眼的斑块直径达数亿公里,常常在几分钟之内来如闪电,去如逝波,骤然间释放出几百万枚百万吨级******的能量,强大的辐射遍及光学波段和X线波段、紫外波段、射电波段。太阳的这种"天怒"和"天威"会让地球上的每一个小小磁针颤抖不已。耀斑还是最强大的"干扰台"。当千万根能量的箭镞射穿大气电离层,剧烈的磁暴能让地球上的短波通讯中断。甚至输电网络和变电设备也因电磁搅动产生的感应而超载和失灵。1989年的太阳磁暴曾造成加拿大魁北克省水电系统崩溃,使北美广大地区数百万人蒙受损失,并让一颗卫星提前跌入较低轨道。对于太空中宇航员来说,突如其来的太阳耀斑则是需要特别防护的致命危险。平均大约4至5年,强大的耀斑便会出现一次。
 
太阳最外面的"桂冠"叫日冕。这是一顶弥散至600万公里的"高帽子"。论亮度不及光球的百万分之一,论密度比地球上制造的任何真空还要空虚万倍,只有在日全食中才能看到它淡雅、素洁的珍珠色光晕。但这些异常稀薄的粒子却有百万度的高温。日冕层的大片黑暗区域叫冕洞,也是我们称之为太阳风的"风洞"。高能量的质子、电子和少量重原子核沿着开放形的磁力线从这里"吹"出,"风力"可达每秒400公里。太阳风带走的亚原子流约每秒40亿吨,这是太阳质量的又一种损失。
 
除了观察到"太阳之光"外,如果我们能倾听到"太阳之声",便会发现那里是一个喧闹嘈杂、噪音鼎沸的世界。山呼海啸般的气浪翻腾,震耳欲聋中的电磁爆发,都会引起不同程度的日震。正象地震波帮助我们了解地球内部结构一样,日震也使太阳如同一口被敲响的大钟,能够泄露出许多深藏的秘密。更为引人入胜的是,太阳的热核反应产生出铺天盖地的中微子。对于这些没有质量的"小颗粒"来说,连一千光年厚的铅也是完全"透明"的,能毫不费力一举穿过。因此不象光子那样要经过200万年的纠缠、吸收和再辐射才能"爬"出对流层,中微子是瞬间便从日核直达太阳表面的。并且在夜间透过地球,从脚下向上"照耀"我们。但目前天文学家探测出的中微子数大大低于理论计算值。这些"失踪"的中微子可能是在来到地球的路上通过振荡悄悄"改变了身份"。有朝一日中微子望远镜技术充分发展的时候,我们就能对太阳中心的核反应进行"现场直播"了。
 
[主持人太阳是我们唯一能看到表面细节的恒星。是我们目前手头上研究恒星珍贵的"孤本",是最宏大的太空实验室。太阳对于我们实在是太重要了。太阳上任何动静,都和地球的命运息息相关。没有太阳,人类及其一切文明都根本无从谈起。
我们的太阳系还是一个幅员辽阔的王国和人丁兴旺的家族。
我们知道自己的左临右舍吗?我们了解太阳系里众多的兄弟姐妹吗?(采访:九大行星) [主持人我们虽然和太阳系其他行星比邻而居,但却并不都能对他们的状况如数家珍。
整个太阳系是地球直接的"生态环境"。几十亿年间,与我们一起在这个"旋转舞台"上"同台演出"的大小行星,是我们由近及远认识宇宙的台阶和跳板。毫无疑问,我们应该了解太阳系这一家子相依相伴的每个成员。 [电视片解说词这是一只永不停息的宇宙走马灯。在中心天体太阳周围,依次排开的是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星和冥王星。它们绕日的轨道具有共面性、同向性和近圆性。有科学家比喻说,如果制作一个立体的太阳系模型,那么可以放进很浅的平底锅中。
 
17世纪伟大的德国天文学家开普勒虽然是哥白尼的忠实信徒,却敏锐发现了哥白尼太阳模型的局限和失误。哥白尼从毕达哥拉斯学派深厚的传统出发,先验地认定所有行星都是匀速的,绕日轨道都应该是高度神圣和完美的圆。为了在计算上自"圆"其说,不得不设定出一个平均值的虚拟太阳。开普勒继承和研究了丹麦天文学家第谷多年观察的珍贵资料,发现太阳系行星绕日运动的轨道原来是椭圆。于是一切疑难迎刃而解。虚拟的太阳变成了处于椭圆一个焦点上的真实的太阳。这便是著名的开普勒三定律中的第一定律。另外两条定律说的是,行道的向径在单位时间里扫过的扇形面积相等,公转周期的平方和行星与太阳平均距离的立方成正比。开普勒发现了行星运动的铁的法则,将太阳系整合成了统一的物理体系。后人将他誉为"天上的立法者"。
 
如果说,开普勒的定律还只是停留在观察和描述的层次,那么,牛顿的运动定律则真正揭示了宇宙的机理。但牛顿是站在开普勒肩上的。没有天文学的观察与研究,就没有牛顿定律的发现和经典物理学的诞生。该轮到我们逐一介绍各具风姿的太阳系之星了。距太阳最近的这一颗是水星。其实它上面一滴水也没有,但确实象一颗滴溜溜滚动的水银。中国古代称它为辰星,西方人则称它为希腊神话中脚生双翼、为诸神送信的飞毛腿赫尔姆斯。它的运动也的确比太阳系中所有行星都快。绕日一周只用88个地球日。强大的潮汐效应虽然还没有使水星以固定一面朝向太阳,但自转周期已经慢到59个地球日。水星自转3圈才看到一次日落日出,因此每昼夜长达176天。比一个水星年还长一倍。因此,"度日如年"的说法在水星上就几乎等于"时间过得真快"了。
 
水星由于距太阳近,平时淹没在耀眼的日光里,所以很难观察。它的半径为2440公里,体积和质量都不到地球的6%。根本无法维持住自己的大气。这里的地貌酷似月亮,有环形山、平原、盆地和高过万米的险峰与纵贯赤道的峡谷,当看去比地球上大3倍的太阳火辣辣照耀着水星悠长的白昼,地面温度便达到摄氏460度。这片"焦土"上足以形成铅和锡这类金属融成的湖泊。
 
1300公里的卡路里盆地是太阳系九大行星表面上最热的地方。而背着太阳一面则冷到零下173度。水星上实在乏善可陈。不过这里有15座环形山是以伯牙、蔡琰、李白、李清照和鲁迅等中国人的名字命名的。
 
抬眼望去,除了太阳月亮之外,天空中最明亮的星体就数距地球仅4000万公里的金星了。它宛如一颗晶莹璀璨的宝石缀在天幕。《西游记》中的太白金星是一位眉须皓然的老神仙,西方人则将它视为爱与美的化身维纳斯。黄昏时众星尚未登场,金星便早早出现在落日的余辉里。拂晓前群星早已引退,金星还独自停留在黎明的朝霞中。这便是《诗经》中说的"东有启明,西有长庚"。希腊人也是通过毕达哥拉斯的传授,才从巴比伦人那里知道晨昏两次出现的金星是同一颗星。
 
金星沿着几乎正圆的轨道,224.7个地球日绕太阳一圈。而自转周期却达到243天,也是个一天要比一年长的行星。在望远镜的视场中,能看到金星和月亮一样有朔望盈亏变化。当它运行到地球和太阳之间的直线上时,便出现了百年难遇的"金星凌日"。但这只会造成太阳面庞上的一颗"小黑痣",而不会发生日食。金星赤道的平均半径为6052公里,密度为地球的95%,质量则为地球的81%,表面是岩石覆盖着的平原和高山。由于地球和金星的个头体形都相差无几又近在咫尺,人们称它们是一对孪生姐妹。然而,金星却有着许多古怪的秉性。太阳系中所有行星的自转都是自西向东,惟独金星是自东向西。因此,"太阳打西边出来"这句话,到了金星这个"左撇子"那里就成了天经地义的真理。
 
不过,金星的地面上是看不到日出的。假若有人能在这里睁开双眼,视线大概最多如同潜水员沉到浑浊的水底。金星大气的压力是地球上的92倍,全球温度常年高达450度,一层25公里厚的硫酸雾在高空形成酸雨,来不及落到灼热的地面便又被蒸发。没有任何生命能消受起这种炼狱般的硫酸"桑那浴"。金星"发高烧"的病根在于温室效应。由于这里的大气成分97%是二氧化碳,如同暖房的玻璃屋顶,几乎完全阻隔了地面向外的红外辐射,于是,金星上的光线"收支相抵"便只能平衡在450度上。有学者研究,地球和金星的大气当初并没有什么根本性不同。我们仅仅因为很侥幸的原因逃脱了温室效应失控。而今天人类活动造成二氧化碳含量急剧增加,究竟又会通过什么样的因果链带来何种远期后果?金星是一座温室效应灾难的"展览馆"。当我们朝朝暮暮遥望它的光辉时,应该当作无言的警示和永远的告诫。
由于金星是个"蒙面逆子",火星便成了能够观察到表面的最近的行星。火星绕日一周为687天,因此地球大约每隔两年便会处在火星和太阳之间,称之为火星的"冲"。偏心率较大的轨道使火星的"大冲"每15至17年发生一次,这时候,处于近日点的火星距地球仅5600万公里,并在一整夜中东升西落,因此成为人们观察和研究的最好机遇。
 
火星之所以在西方被称作战神马尔斯,是因为它红色的光芒使人想到了血与火。其实,火星75%的表面覆盖着赤铁矿、硅酸盐等铁的氧化物,形成棕红色的大戈壁,完全是一个"生锈"的星球。这里也丝毫感觉不到"火"的炎热,平均温度只有零下50度,昼夜温差达到100度。 
   火星的直径为3400公里,质量只有地球的10分之1,一条和赤道成30度的大圆,把火星几乎平分为地质结构很不相同的南北两半球。南半球是布满山脉和陨石坑的古老高地,北半球则由熔岩铺设成了太阳系中最为广阔、低凹和坦荡的平原。著名的奥林匹斯盾形火山高达26公里,比喜马拉雅山高3倍,是太阳系中最高的山。长达2400公里的赫拉斯陨石坑则是太阳系中最大的陨石坑,其深度能放进喜马拉雅山而露不出峰顶。绵延5000公里的水手大峡谷同样创下了太阳系之最。火星上几千条干枯的河床,显示当年曾经有过奔流的涛声,但今天,所剩无多的水可能一部分遁入了地下,另一部分则和二氧化碳干冰一起,冻结成火星两极大面积的白色"冰帽"。而四季交替又带来极冠的消长和大地被浸润后的色泽改变。
由95%二氧化碳构成的火星大气非常稀薄,气压只有地球的千分之七,但这并不妨碍它制造出骇人听闻的恶劣气候。火星上每年四分之一的时间刮着难以想象大风,每秒180米的风速超过地球上台风的3倍。隐天蔽日的沙尘暴有时能吞没整个火星并持续几十天。
看来火星气候学将会是一门大有前途的学科。
 
和地球拥有的月亮相比,火星的两个卫星未免太寒碜了。它们是1877年"大冲"时被美国天文学家霍耳发现的。因为质量太小,所具有的重力不足以使自己成为球形,所以谈不上直径。火卫一叫福波斯,长20公里,火卫二叫德莫斯,长15公里。它们的模样虽然被讥笑为"病土豆",但在火星赤道平面上一大一小、一低一高、一快一慢、一正一反地运行,倒也营造出双月竞辉的奇观。
 
[主持人我们刚才一一领略了水星、金星、火星的风采,它们和我们的地球尽管有诸多差异,但毕竟有更多共同之处,可以归入同一个类型。
太阳系外侧的行星就完全是另一番景象,属于另一种"体制"了。
 
(采访:类地行星,类木行星)
[主持人科学家将太阳系行星分为类地行星和类木行星是符合实际的。
 
让我们看看类木行星有哪些成员,它们和类地行星有什么不同。
 
[电视片解说词顾名思义,类地行星是象地球一样主要由岩石和金属构成的足够"结实"的行星。有着可以"脚踏实地"的表面。水星、金星、火星都能归入此类。它们的共同特点是体积、质量小、平均密度大、卫星少。类木行星则没有"过硬"的固体外壳架构和坚实的表面。他们体积、质量大,平均密度低,自转速度快,卫星数目多并有行星环。木星、土星、天王星、海王星都是这一族类。
至于冥王星,则属于一个特例而另当别论了。
 
现在,让我们把目光肃然投向太阳系行星中的头号巨人--木星。在夜空中,光芒仅次于金星的第二亮星便是木星了。中国古人虽然不懂得木星绕日一周的时间是12年,但却发现它在黄道12宫上每年移动一个星座,于是创造了12地支,并把木星当作记岁的岁星,也就是俗称的太岁。西方人则把它尊为众神之王朱庇特。木星距太阳的平均距离7.78亿公里,体积比地球大1316倍,质量则是地球的318倍,其他八大行星质量的总和还不及它的一半。尽管木星的身躯如此庞大而笨重,却是太阳系中转动最快的行星,自转一周仅用9小时50分。这个由82%的氢和17%的氦构成的流体大球虽然在巨大离心力的作用下还不至于散架,但也已经变得中间鼓起,两头扁下,赤道半径比极半径长5000公里。木星负载着太阳系60%的动量矩,并以强大的引力把无数小行星锁定在它与火星之间,成为一方天域稳定和安全的重要保障。
 
一般认为,木星有一个温度高达3万度的石质固体核,核外是在巨大压力下失去电子的金属氢,表面则覆盖者液态的氢和氦,并和千余公里厚的大气没有界面地融为一体。由于远离太阳,木星表面温度约零下140度。顶端云层在高速旋转中被拉得丝丝缕缕,形成许多和赤道平行的气体环流,这便是我们看到的带状彩色条纹。木星上众所周知的大红斑在赤道南22度的地方,这个卵形区域能容下3个地球。从300年前伽利略发现它的时候到今天,大红斑只见大小和颜色的变化,却始终保持人们熟悉的外形轮廓和反时针旋转方向。它是木星上的一个持久的飓风系统。有科学家推测,大气中的带电粒子在比地球上强10倍的木星磁场作用下产生螺旋运动,也许和大红斑的形成有关。
当28个大大小小的月亮在木星的天空穿梭往返时,我们看到了又一个缩小了的太阳系。4个伽利略卫星中的木卫一叫做伊奥,这个比月球稍大的红色星球有9座活火山,能以每秒1000公里的速度将熔岩喷射到300公里的高度,是太阳系中火山活动最激烈频繁的地方。火卫二欧罗巴比月亮略小,明亮光滑的表面覆盖着布满裂纹的坚冰。火卫三加尼默德直径5200公里,比水星还大,是太阳系中的"长子长孙",它冰面上的亮区和覆盖岩质灰尘的暗区都能看到断层、深沟和平行的山脊,可能有类似地球的版块活动。木卫四卡里斯特也比水星大,牛眼似的白色盆地直径达千余公里,疮痍满目的陨石坑和环形山展示了最古老的地质表面。木星赤道上也有一圈旋转的环,因为是反光度很低的尘埃和碎石组成的,在远处甚至不易看见,更谈不上璀璨与华丽了。
最令科学家感兴趣的话题是,木星如果比今天再大十几倍,也许将会变成另一颗太阳。那么,我们星系中"天无二日"的格局将完全改变。据测量,今天木星上辐射的热量比来自太阳的热量多两倍。特别当其它行星温度都在降低时,木星温度却在缓慢升高。可见内部进行着微弱的核反应。有科学家不无惋惜地说:"木星是一颗没有成功的太阳。"它会不会在漫长的岁月里吸收质量,蓄精养锐,有朝一日再度"脱颖而出"呢!
如果在九大行星中选美,土星应该会轻取头筹。它象戴着华贵的"大沿帽",舞步轻盈走过天庭,又象腰间永远转动着闪亮的"呼啦圈"。古人叫土星为镇星。西方则称它为克洛诺斯,恰好都是主管农业的天界神仙。土星是仅次于木星的第二巨星。赤道半径6万公里,体积比地球大755倍,质量却只是地球的95倍。因为它的密度仅有0.7,便成了太阳系中唯一密度比水小的行星。土星如果掉到一个足够大的海洋里是不会淹着的,它能够轻松地漂起来。
土星在和太阳平均距离为14亿公里的巨大轨道上慢慢赶路,绕日一周要29年半。但自转周期却比起木星并不多让,只用10小时14分。结果不但把自己转成了太阳系最扁的球,极半径比赤道半径短了6000公里,还把日子过成了1年等于2万天。土星的内部结构也和木星十分相似,岩石和冰的核心包裹着金属态和液态的氢,外面是由氢、氦、氨和甲烷组成的大气,磁场为地球的600倍。土星的表面温度大约零下170度。赤道上劲吹的强风达每秒500米,在高纬度地区回旋,有时便形成长达土星直径5分之1的大白斑。
论卫星的数目,土星是九大行星中的第一位。它的30个"月亮"大部分都按近圆轨道,在赤道上以固定一面朝着土星运转。有些卫星还共享一个轨道。特别值得一提的是土卫六。自1655年被荷兰天文学家惠更斯发现后,便用克洛诺斯的妻子泰坦来命名。科学家长期认为泰坦是太阳系中最大的卫星。直到更精确的测量扣除了它的大气厚度,确认固体表面半径为2575公里,才把冠军座次让给了木卫三。但泰坦独特的地位也正在于它是太阳系中唯一拥有浓厚大气的卫星。尽管它表面的重力只及地球的7分之1,但零下180度"冷冻"下的气体分子却处于能量低态而无力向外逃逸。
因此泰坦上的大气压力是地球上的1.5倍。最可宝贵的是,大气成分除了同地球上相似的氮以外,还含有甲烷、乙烷和氢氰酸等其他有机化合物。来自遥远太阳的微弱光线透过微红色的沼气云层,汽油的雨滴飘洒在灰绿色的甲烷海浪上。巨大的土星升起了,百米狂潮拍天而起,扑向岩石和冰的海岸……科学家们认为这里很类似地球上氧产生以前的洪荒时代和古老环境。对于研究生命的起源是天造地设的最好实验室。至于其他卫星,不妨稍稍介绍一下土卫八。它半边脸洁白如雪,半边脸漆黑一团。这也是造化的一个独特设计。
我们可以仔细欣赏一下土星的"专利"--这圈骄人的光环了。1610年伽利略用手制的望远镜向木星聚焦时,看到它两边长出了"耳朵",当时还以为是两颗卫星。1656年,惠更斯用更精密的望远镜发现这是一层圆环。意大利天文学家卡西尼在9年之后又进一步看到光环中有条狭缝,被人们称为"卡西尼缝"。此后,就象眼睛越好的人越能看清视力检测表上细小的字母一样,找到缝隙的记录不断刷新。土星光环终于成了一张"密纹唱片"。但实际上,它并不象安装在轴承上旋转的"薄砂轮"或"电锯片"。而是层层相套,由内到外依次被标定为D,C,B,A,F,G,E的7个环。它们宽窄、明暗、色泽各不相同。其中A环最亮,E环最宽,F环竟如同几股细线扭结在一起。如果再近看,则发现原来是许许多多"一川碎石大如斗"的天上"泥石流"。这些石头冰块其实是无数小卫星排成的浩荡队列,连A、B环间的卡西尼缝中也能找到几行。它们自东向西不停旋转,内环速度高于外环。从土星云顶开始,巨大的彩虹般光环向上延伸10余万公里,直径几乎等于月亮到地球的距离。而内环的厚度却只有1公里。如果有什么力量把它们捏合到一起,至少会比月亮大。至于光环的起源,有人认为是天体碰撞的碎片。流行的解释则说,当一颗卫星轨道低于主星赤道半径的2.44倍时,也就是超过"洛希极限",就会被潮汐力裂解。特别有趣的是,几颗"牧羊卫星"忠实地走在光环内外,照料着自己的"羊群"。如果不是靠它们引力的凝聚,有些石头冰块可能就一哄而散了。
长期以来,天文学一直认为土星的轨道就是太阳系的边疆。直到1781年赫歇尔发现了天王星后,我们这个行星系的版图又一举扩大了4倍。人们在赫歇尔的墓碑上刻着:"他突破了苍穹。"天王星在西方叫乌拉诺斯,是统治整个宇宙的天王。它和太阳的距离29亿公里,整整比土星远一倍,因此肉眼几乎无法看到。天王星的半径为25559公里,体积比地球大52倍,质量为地球的15倍,自转一周16.8小时,绕太阳一圈则需要84年,自我们发现它以来才转了2圈半。
天王星的结构也和木星、土星类似,大气中主要是氢和氦,所含甲烷能吸收红光,使天王星呈现出蓝绿色。它的21个卫星都质量太小,不成气候。10个光环也大多稀薄暗淡,不值一提。海王星最独具特色和富有戏剧性的行为,是它自转轴的倾斜角竟达到98度。太阳系其他行星都是"立"着转,惟有它是"躺"着转的,连它那些卫星的转动平面也跟着一起掉了个90度。于是,一路"打滚"的天王星上便出现了奇怪的季节。并且两极竟有42年是白天,42年是黑夜。不过,天王星离太阳太远,它所接受的日光仅为地球的千分之三,表面温暖度低到零下200度,季节概念已经没有多大意义了。
1845年,英国青年亚当斯发现天王星运动轨道异常,便推测是由于一颗未知行星的摄动并算出了它的轨道。可惜这位22岁的剑桥学生因籍籍无名,把报告寄给英国皇家天文台台长后未被理睬。法国天文学家勒威耶则幸运得多。他也几乎同时完成了这一研究结果,并寄给了柏林天文台。
1846年9月23日晚上,加勒博士按照勒威耶预报的方位,在望远镜前细细查看那块天空。
果然很快便找到了一颗新的行星。人们用海神涅普顿的名子叫它为海王星。这颗被称为"从笔尖下发现的行星","用方程式解出来的行星",标志着天文学开始进入了精密阶段。
海王星可以看做天王星的孪生姐妹。它距太阳45亿公里,赤道半径24764公里,略小于天王星。但比地球大44倍,质量是地球的17倍。自转一周约16小时,绕太阳一周则长达165年。大气中的甲烷使海王星显出碧蓝的颜色。南半球有一个大小、形状都和木星大红斑十分相似的大黑斑,是海王星上惊心动魄的风暴区。
海王星知名度最高的"骄子",是它8颗卫星中的老大特里同。这个比月亮稍小的天体有许多不寻常之处。它是太阳系中唯一与主星旋转方向"倒行逆施"的卫星;是唯一的兰色卫星;是温度只有零下235度的全太阳系最寒冷的地方;是太阳系中除了地球和泰坦以外唯一拥有含氮大气的星球--尽管这种大气稀薄到只有地球上的7万分之1。这里还能看到冰的火山猛烈喷射出比喜马拉雅山高出4倍的液态氮。特里同无疑是个古怪的世界,充满着神奇的诱惑和陌生的美丽。
太阳系中第九颗行星的发现,简直是一个大海捞针的故事。美国天文学家洛威尔在仔细研究了天王星和海王星轨道异动的剩余误差后,认定还存在一颗更远的行星。但他直到临终也没有找到蛛丝马迹。1930年,美国天文学家汤博终于捉住了这颗遥远、暗淡又微小的行星。11岁英国女孩贝尔娜的提议从雪片般的命名征集方案中胜出。这颗行星被叫做主管地狱之神普鲁托,即冥王星。至此,太阳系家族主要成员便算是聚齐了。
冥王星的轨道和地球轨道相比倾斜17.2度,是一个长长的椭圆。远日点距太阳70亿公里,近日点却只有43.44亿公里,绕太阳一周需要249年,其中有20年比海王星离太阳还近。幸亏这种轨道的重叠如同立交桥,不会引起冥王星和海王星相撞。冥王星自转一周6.4天。它的半径仅1195公里,体积只有地球的1000分之5,质量还不及月球的6分之1。此后又发现了它的一颗卫星,人们以冥河上的船夫卡戎命名。卡戎直径却达到冥王星的一半。更令人惊讶的是,它们的距离只有19600公里,比地球和月亮之间近20倍。完全是一对"哑铃"般的双星。
自冥王星发现以来,它的轨道几乎就是人们心目中太阳系"王国"的"国境线"了。但冥王星之外真是一无所有的旷野吗?太阳系真有一个整整齐齐的边缘吗?荷兰裔美籍天文学家库伊伯在1951年就提出,一大群遥远的小天体在绕着太阳系外围运动。科学家们便设想海王星和冥王星之间的区域有一个"库伊伯带"。有人还相信存在"冥外行星",并一直进行着不懈的搜索。直到1992年,美国科学家首先在的"库伊伯带"内找到了一颗直径200公里的天体QBI。此后,"库伊伯带"内新发现的数字不断攀升,至今记录在案的大小天体已有400多个。但据估计这只是"冰山一角"。特别2000年3月发现的EB173,直径为冥王星的4分之1;同年底发现的"伐楼拿"直径910公里;2001年8月又发现了更大的KX76,直径达1240公里,超过了冥王星的卫星卡戎。它究竟能不能算第十大行星?一向活跃的天文界又增添了热门话题。
于是,关于冥王星"行星资格"的"公案"被再次提出来。鉴于冥王星质量小,轨道偏,许多天文学家都主张开除它的"行星籍","降级"为其他族类。如今更认为它只是千千万万个"库伊伯带"天体中的一员,不过因为反照率稍高而早被发现了几十年罢了。以后很可能发现比冥王星更大的"库伊伯带"星体。这桩太阳系中的"诉讼"引发了对确定行星的标准再次定义。即必须有独立绕恒星运行的公转轨道;有圆球状外形;质量达10亿亿吨以上。经国际天文联盟最后裁定,尽管冥王星和第三条标准尚有差距,但总算"破格"保住了它的行星身份。这个远离光明和温暖的"小兄弟"得以继续享受现在的地位,除了有利于我们这个行星家族的丰富多样性,大约还有历史、文化和心理上的原因。冥王星的"官司"至少使我们更清楚地认识,太阳系没有"一刀切"的疆界,只有一个模糊而弥散的边缘。目前还有不少天文学家正信心十足,为寻找太阳系的第十大行星而孜孜努力。
[主持人类木行星和冥王星和我们拥有同一个太阳,面貌特性却又迥然不同,我们不禁再一次感慨大自然的鬼斧神工。
应该说,九大行星是太阳系的主要框架和基本实体。但太阳系大家庭还有其他成员吗?
(采访:小行星,彗星)
[主持人我们切不可把小行星和彗星当作太阳系中无足轻重的"小字辈"。
对于我们人类,小行星和彗星的影响甚至比其他行星更为直接和重要。
[电视片解说词现在我们需要再回过头去拜访一个至关重要的特殊群落,那便是太阳系内的小行星。
早在18世纪中期,德国科学家提丢斯和波德便从当时所知的6颗行星中,发现它们之间的距离有确定的数学关系。根据提丢斯-波德规则,各行星应依次处在0.4、0.7、1、1.6、2.8、5.2、10个天文单位的位置上。但火星和木星之间的2.8天文单位却是个空白。于是天文学界把整个黄道带天空分成24区域"承包"给各国科学家进行搜查。德国还组织了"天上巡警队"。当1801年元旦的钟声刚刚敲过,西西里岛传出喜讯,巴勒莫天文台长皮亚齐发现了一颗新的天体。"数学王子"高斯很快计算出了它的轨道,果然在距太阳2.77天文单位的地方。唯一遗憾的是,这颗行星直径不足1000公里,质量只有月亮的50分之1,顶多能算一颗小行星。人们以西西里岛主管粮食的神为它命名,称做谷神星。接着,智神星、灶神星、婚神星也被相继发现,列为小行星中的"四大名旦"。随着搜索继续进行,小行星花名册渐渐成了各路"神仙"的"签到簿"。眼看神仙资源有限,科学家又用地上的城市和人物来命名。1928年,张哲钰作为发现小行星的第一个中国人,将小行星1125号命名为"中华"。
预计火星木星之间的小行星总数在2万以上,至今已经编号的有5000多个。这些"行星娃娃"的个头大都在一公里到百余公里之间。有碳质的C类,金属质的M类,和反光强的S类。千姿万态,光怪陆离。它们的自转周期一般约2到16小时,艾达和尤金妮亚等小行星还有自己的卫星。它们中的95%运行在和太阳系圆盘大体一致的小行星主环带上,但分布却并不均匀。木星强大的摄动造成了几条空荡的"柯克伍德缝隙",同时以确定的比例关系影响着小行星的公转周期。一部分"远距小行星"在木星轨道的"拉格朗日点"上形成"纯脱罗央群"和"希腊群"。一大批阿莫尔型、阿波罗型和阿登型小行星则把轨道深入到内太阳系。最出格的小行星伊卡鲁斯,扁长轨道的一端竟比金星离太阳还近一倍。坦塔罗斯的轨道面则竖起64度,如哥特式建筑倾斜的房顶。这类小行星的"危险动作",很容易引起"空中交通事故"。小行星带还是宇宙航行必须小心的"太空雷场"。
对小行星形成的原因曾经作过各种猜度。有人说是一颗行星爆炸后的碎片,有人说是两个天体相撞后的残骸。观察研究更支持的结论则认为,由于木星的引力使2.8天文单位轨道上的行星没有"长成"。它们是一颗"流产"了的行星,或者是大自然"制造"行星的"半成品"。这些小行星的总质量大约等于一个月球。
最让人类提心吊胆的事,莫过于小行星会不会有朝一日和地球相撞。从这个意义上,中国古代的杞人,应算得上深思远虑的先哲。在地球诞生的46亿年里,已经发生过多次小行星的碰撞。这种"空中打击"对我们的地质演变和生命进化都发生过深刻影响。著名的美国巴林杰陨石坑,人所共知的西伯利亚通古斯大爆炸,都可能是小行星撞击的典型案例。而据信6500万年前击中墨西哥湾的一颗小行星,导致了恐龙时代的终结。但话说回来,如果没有那次碰撞,地球上也许至今仍是爬行类统治的世界,永远也轮不到人类登场。根据计算,直径大于10公里的"近地小行星"撞上地球,平均1亿年才会发生一次。较小的撞击大约每百万年3次,其中两次会落入海洋。所以我们大可不必随时有"身处靶场"之感。何况人类早已不是当年的恐龙,科学进步会提供足够手段来保卫我们的文明。
太阳系天体中还有一个奇特而触目的品类,那便是民间称为"扫帚星"的彗星。东西方文化都不约而同地认为,彗星是灾难降临的可靠征兆。古老的汉字则留下了人类对彗星的最早记载,使我们至今还能从这些典籍中推算出诸如"武王伐纣"等历史事件的准确年代。
英国科学家哈雷在观察了1682年的彗星后,认为它和1531、1607年出现的彗星轨道十分相似,便断定这是同一彗星的三次回归,并预言了它将在1758年再度出现。这便是家喻户晓的哈雷彗星。许多沿着抛物线和双曲线运行的彗星都是浪迹天涯的匆匆过客,它们在太阳系中"招摇"一趟后便永不复返。只有沿着椭圆轨道运行的彗星才能去而复来。科学家把200年定为短周期彗星和长周期彗星的界限。
彗星的质量几乎全部集中在彗核,它是由水、氨、甲烷、一氧化碳及硅酸盐等冻结而成的"脏雪球"和"小冰山"。长度在数百公尺到100公里之间。周围挥发出的气体包层形成不同"发型"的彗发,与彗核共同组成彗头。那些被太阳风"吹"起来的"彗星烟云",则由于反射阳光和受紫外照射发光,成为背向太阳的明亮彗尾,可延伸几百万公里到上亿公里之长。其实,最惹眼的彗尾比实验室里制造的真空还要稀薄。一般彗星都有两条尾巴,由一氧化碳等气体离子形成的淡兰色尾巴质量轻,受光压的加速度大,几乎直指和太阳相反的方向。微小尘埃形成的白色尾巴则质量较大,自身轨道运动与光压的合力使它看上去粗壮而弯曲。冷冻状态的彗星,到了距太阳2个天文单位时就开始汽化而变得"披头散发",越走向近日点尾巴就拖得越长。而每"朝见"太阳一次,都会被"剥掉一层皮"。等到它的挥发性物质消耗净尽后便永远"熄灭",只剩下一付岩石骨架了。
至今发现的彗星已有1800多颗。科学家认为,那些几万,甚至上百万年才能到太阳系走一遭的长周期彗星,来自距我们大约5万到10万天文单位的奥特星云。那里是个拥有上万亿存量的"彗星仓库",是彗星家族遥远的"故乡"和真正的"大本营"。而短周期彗星的"根"则扎在太阳系边缘的库伊伯带。彗星漫长的轨道常常因大行星摄动而发生改变。1994年7月,休梅克-列维9号彗星解体后的21个碎片递次撞上木星;2001年10月,一小群彗星"飞蛾扑火"般地撞向太阳。对这些行踪难料的"流浪汉",我们决不可掉以轻心。
最后,也许还需要讨论一下那些地球上空昙花一现的流星。在太阳系宽广辽阔的空间里,除了行星、小行星、彗星外,还活跃着无数微小尘埃和固体碎块。当它们的行进路线和地球邂逅时,便可能"失足"跌进我们的大气中。从前面撞上来的那些小颗粒,速度达到每秒达72公里。从后面撵上来的也有每秒12公里。摩擦产生的高温使它们汽化和燃烧,在空中形成明亮的流星。
晴朗的夏夜里,平均每小时能见到10来个流星。下半夜比上半夜的多而且亮,这是因为对面来的流星出现在下半夜。有些来不及烧尽而坠到地面的便成为陨星,南非发现的最大铁质陨星达54吨,美国堪萨斯州落下的石质陨星重1吨。不过至今还没有听说一例陨星砸伤人的报道。
和"放冷**"般的偶发流星相比,"万箭齐发"的流星雨则又当别论了。它们的成因和彗星大有瓜葛。结构松散的彗星总是一边行走,一边把自身的物质抛满一路。当地球轨道和它们的轨道相交时,有些从彗星母体抖落的"杂碎"便会从某一个天区掉到地球上。由于透视关系,它们就象从一个淋浴喷头洒出来一样。1966年11月,北美夜空出现了从狮子座一小时泻下10万流星的壮观景象,其实它们不过是坦普尔-特塔尔彗星留下的"陈糠烂谷"。为宝瓶座流星雨和猎户座流星雨提供原料的是哈雷彗星。在金牛座播撒流星雨的"龙王"则是恩克彗星。由于彗星留在轨道上的物质密度并不均匀,加上大行星的"清扫"作用,流星雨在不同年份有不同规模。如狮子座流星雨每33年会出现一次"流星暴"。这和坦普尔-特塔尔彗星的周期是一致的。
地球上每天平均会降下天外物质1千至1万吨。累计46亿年间我们的行星已经"长胖"了大约1亿亿吨。对于60万亿亿吨的地球来说,不过如同人的眼睛里迷进一颗灰尘。
从更大的尺度上观看,我们的太阳正携带着自己庞大的家族,以每秒20公里的速度,向武仙左方向运动,同时和亿万恒星一道绕银河系中心旋转。太阳这种"拖家带口"的"公转"速度为每秒250公里,大约2亿年转一圈。如果把绕银河系一周算做一个"银河年",我们的太阳则正是23岁的妙龄。
[主持人我们仅仅走马观花,对太阳系作了一番粗略的巡礼。
我们不能不惊叹大自然的手笔,创造了太阳系这样浑伦磅礴、气象万千又结构精巧、秩序井然的体系。
回望我们的地球,不过是太阳系里种类繁多的天体之一。
但没有比较就没有鉴别。只有地球才是亿万生命唯一的乐园和真正的"天堂"。
浩瀚的星空[主持人我们的太阳系在自己这一部分是整体,但在宇宙更大的整体上是片段。
俗话说"天外有天",在我们的这块"天"之外究竟是什么?
整个大自然是怎样组织起来的?我们该怎样在宇宙广阔的坐标系中寻找自己的位置?
(采访:银河系,距我们最近的恒星)
[主持人有位哲学家说,人和动物的最大不同,就在于能够抬头望望天空,然后想点什么。
每当天街夜静,星汉西流。我们不管有没有足够的天文知识,也不管是不是诗人,面对浩瀚的星空都不会无动于衷。
[电视片解说词除了太阳系中的几个行星外,我们能用肉眼在北半球和南半球的天空各看到大约3000多颗星星。它们的位置似乎都是恒定不变的。因此叫做恒星。意大利思想家布鲁诺认为满天星星都是非常遥远的太阳,为此于1600年2月17日被烧死在罗马的鲜花广场。人类一个基本常识的取得,有时也要付出生命的代价。
为了制定历法,参照农时,辨别方向,中国古代把天上的茫茫星海划分为三垣28宿。
西方则把相邻的亮星连接的图形设想成各种动物和神仙,并冠以星座的名称。1928年国际天文学会决定将全天统一划分成88个星区。其中黄道天区有12个星座,北半天球29个,南半天球47个。如同各国版图一样,它们的大小形状互不相同。如长蛇座、大熊座、室女座延伸很广,南十字座、小马座、天箭座则范围很小。千万别以为同一个星座里的星距离最近,它们不过是投在我们想设的天球内壁上的视觉位置,有时彼此相隔得比对面星座里的星还远。不过,星星们都上了"户口"后,我们便能很容易按照各自在天上的"住址"找到它们。只有在地球赤道上才能看到全部88个星座。今天我们发射的许多航天器仍然要靠星座来定向。
密密麻麻的满天星斗有的光华璀璨,有的昏暗难辩。古希腊天文学家喜帕恰斯把他编制的星表中1022颗恒星按亮度划分为6个等级。1850年,英国天文学家普森发现1等星要比6等星亮100倍。由此定义星等每差一级,亮度则应差2.512倍。从此把星等概念定量化了。由于这个范围覆盖太小,又引出了负星等的概念。依此标准,织女星为0等;最亮的恒星天狼星为-1.5等;满月为-12.8等;太阳为-26.7等。目前,地上最大的望远镜能看到24等星,哈勃望远镜则能看到28等。但这种"等级制度"对远近有霄壤之别的恒星显然"有失公允"。它只反映了我们在地球上的感受。相当于光学中的照度。因此只能称为"视星等"。要想知道恒星真正的发光本领,则必须判断它们的距离。
我们用尺作单位来量衣服,用公里来量路程,用地日距离即天文单位来量太阳系。但对于极为遥远的恒星,这些尺度都已经太小了。大自然的一个基本事实是光有速度。于是我们便把光线1年走过的长度,即10万亿公里定为1光年。天文学家手中还有另一个计量距离的单位,便是秒差距。
把你的食指竖着伸到眼前,轮流用两只眼睛单独看它,就会发现手指在背景上的位置左右移动,这是视差造成的效果。勘测队员就常用这种三角视差法来量度距离。如果把两个不同视点之间的基线扩大到地球绕日轨道的两端来观察天体,也会发现微小的视差。我们把视差为1角秒处的距离定义为1个秒差距,它等于3.26光年。从一个秒差距远看地球,就如同3公里外看一枚硬币。
现在可以重新回来讨论一下恒星的亮度问题了。我们把恒星都公平地放在10个秒差距的地方看它们的目视亮度,就叫做"绝对星等"。这一下,我们的太阳只是一个依稀可见的5等小星了。
除亮度外,我们还发现星星的光芒有红、黄、蓝、白之分。这些不同的颜色同样送来了极为重要的消息。
当第一缕通过牛顿棱镜的日光被拆散成七色光谱后,德国科学家夫朗和费又先让光通过一条狭缝,并发现这些"彩带"明亮的本底上有许多细小暗线,每条都是狭缝的一个像。
因为太阳外层大气的不同元素有选择地吸收了日核发出光线的某些波长后留下了"空隙",看去正像这些元素自身所能发射谱线的"负片"。以后,科学家逐步学会了辨别不同元素的"琴键"在光谱上弹出的"音调",并用分光镜从"夫朗和费线"中破译出恒星物质和寻找新元素。地球上于1888年找到的"太阳元素"氦,便是20年前法国天文学家让桑在印度观测日食发现的。夫朗和费的墓志铭上写着:"他接近了恒星。"这一评价当然包括太阳以外的所有恒星。
20世纪初,美国哈佛大学天文台已经为50万颗恒星建立了光谱档案。按温度递减,人们把恒星光谱分为O、B、A、F、G、K、M等7个主要类型及副类R、N、S。每类又细分为10个次型。我们的太阳就属于G-0型。丹麦天文学家赫茨普龙和美国天文学家罗素则以恒星的光谱类型为横坐标和绝对星等为纵坐标,制成了著名的的赫-罗图。人们发现90%以上的恒星集中在从左上角到右下角的对角线上。赫-罗图不仅揭示了恒星之间的状态关系,也描述了它们演化的趋势和方向。
我们从太阳系放眼四望,尽管上下左右都是星星,但离我们最近的半人马 座也有4.3光年,相距10光年左右的还有天狼星和小犬 ,再往下数,牛郎星和织女星已在16光年和26光年开外了。
当一道朦胧而飘渺的光带如银白色的天河泻过夜空,人类东西方文化便同时接受了"银河之水"最早的哺育和灌溉。中国古人把银河称之为"云汉",《诗经.小雅》中便能读到"维天有汉"的字句。希腊人则把银河想象为女神赫拉乳房喷出的奶汁。1750年,英国天文学家赖特最早提出银河是我们在长轴方向上看到的扁平恒星体系。赫歇尔则进一步绘出了以太阳系为中心的银河系图景。1918年,美国天文学家沙普利提出银河系中心在人马座方向,这是自哥白尼否定地球的宇宙中心位置以来,人类再次否定太阳中心地位的壮举。银河系的轮廓开始渐渐清晰,它像一只"双凸透镜"、"扣着的铜钹"、"投掷的铁饼"。太阳系则处在与银河中心"二八开"的地方。
现代天文学用氢的21厘米谱线勾勒出了银河系的宏大结构。这是一个拥有2000多亿星体的螺旋状恒星系。它包括银盘、银心和银晕3个部分。银盘是银河系的主体,广阔的对称平面由人马座旋臂、猎户座旋臂、英仙座旋臂和"3000秒差距旋臂"互相环绕而成,直径约8万光年,厚度3至6千光年,是较为年轻的星族威武浩荡的阵列。银心则是银河中心明亮而突起的部分,直径约2万光年,厚1万光年,是老年的星族聚集的渊薮。银晕则是弥散在银盘之外的球形天区,直径约10万光年,流离着一些衰老的恒星。有研究认为银晕外还有更大的银冕。我们的太阳系就"依偎"在猎户座旋臂长长的"臂弯"里,距银心约3万2千光年,距银道平面仅30光年。银河系近90%的恒星分布在中心区,10%在旋臂上。里面部分比外面部分有更快的转动周期。当太阳系诞生的时候,银河系这个巨大的螺旋世界已经有100亿岁高龄了。
银河系中除了2千亿颗恒星外,还有大量的原始星际气体以及宇宙抛射产生的尘埃,密集之处就成为星云。这些"蒙胧的亮斑"有的能测出其明线光谱,属于自身发光的发射星云。有些则是靠反射光线或其中"窝藏"着恒星而发亮。
星云不仅在银河系中占很大的质量份额,而且是恒星诞生的"苗圃"和"孵化器"。红外辐射检测到有些密集星云正在发热,几乎可以被称为"红外巨星"。庞大的复合星云常常产生许多小旋涡并"批量生产"恒星。当初和我们的太阳在一个星云"母腹"中"同胎"诞生的恒星同胞姐妹们,如今可能早就东走西散,"闯荡"到银河的各个角落了。金牛星座昴星团周围,尚能看到吸附着大量原生气体的残余。
还有一些行星状星云,是晚年恒星发散出来的气体尘埃物质。而星云的广阔弥漫,包括暗星云的存在,则相当影响宇宙空间的"透明度",有很强的"消光作用"并容易带来种种观测误差。人们对星云的概念也有一个重新定义的过程。1784年,法国天文学家梅西耶公布了他发现的103个"雾蒙蒙"的天体,当时统称为星云。后来证实有些星云是银河系中较远的星团。1924年,美国著名天文学家哈勃从威尔逊山的强大望远镜中看到仙女座"星云"其实由大量恒星组成。
人们便把那些由于遥远而貌似云雾状的银河外天体系统都称之为星系了。
像太阳这样的"单身汉"恒星并不多。银河系中近半数的恒星都是双星。它们相依相伴,有些作近密轨道互绕和交食掩映,甚至彼此进行物质交换。天狼星A、B便是著名的双星。有些恒星则"拉帮结伙"成为聚星,在相互引力作用下如捉迷藏般进行着更复杂的运动。
南门二,北斗一则属这一类型。
还有许许多多恒星纠合在一起成为大小星团的。其中疏散星团由10几个到几千个恒星组成,它们结构松垮,形状随意,分布在银道面附近,也叫银河星团,至今已被发现1000多个。民间称为"七姐妹星"的金牛座昴星团约有750颗恒星,可算它们的典型样本。我们如果"生活"在那里将不会有黑夜,"箭射九日"的"后羿"也只能"徒唤奈何"了。
球状星团则由多达几万、乃至几十万的恒星聚成球形的一团,密集分布在银河系中心。它们大多为同时出生的百亿岁"寿星"。武仙座球状星团便是250万这类恒星组成的庞大老年群体。
[主持人我们的银河系真是一个丰富多采而辽阔壮丽的大千世界。
那些向我们眨着神秘眼睛的满天星斗从何而来,它们有没有一个生长、发育和演化的过程呢?
(采访:主序星,红巨星,黑洞)
[主持人在星空这个五光十色的巨大万花筒中,究竟有几种转动的"彩色玻璃"?
天文学家的工作不仅是忙着清点天上的东西,还要从茫无头绪中理出头绪,从千差万别中找到规律。
[电视片解说词看到形貌不同的千万个恒星时,不要以为它们就有千万个种类。我们看到的主要是恒星们生命历程的不同阶段,就象在王府井大街熙来攘往的人群中看到有老年、壮年、青年、少年和婴儿一样。它们在星系中少长咸集,有的风华正茂,有的呱呱坠地,有的寿终正寝。如果考察一下恒星的生活史,就会看到一组序列性的图画,并发现一个重大秘密。那就是,恒星的一生,宿命地决定于它们诞生时的初始质量。质量即命运!
星云中的气体尘埃是按自由落体方式从四面八方向质量中心坠落的。渐渐浓密的核心开始发热,气体尘埃慢慢达到了足够厚度保持住核内的热量。经过几百万年的"原始积累",温度终于上升到1000万度,核反应程序便启动了!氢原子聚合的膨胀力顶住了向内继续塌缩达到动态平衡,并将高温从内部传到表面而开始发光,一个"原恒星"就此进入了最美好的年华--辉煌而稳定的主序星阶段。恒星一生90%的时间处于赫-罗图上主序星的位置。质量大的恒星需要更迅猛的核反应来抵消引力,因此会更快耗尽自己的燃料。按照质光关系,恒星的光度与质量的7次方成正比。大于太阳质量10倍的恒星,将比太阳亮百万倍,而寿命却短1000倍,仅仅百万年间便结束了仓促而激烈的生命历程。真应了"炎炎者灭,隆隆者绝"的古话。不过,由于共同的平衡模式决定,恒星的一般质量都在太阳的10倍和0.1倍之间,大于和小于百倍的极少。远不象体积的悬殊可达千亿倍以上。质量不超过太阳1.4倍的恒星,能在主序星阶段维持至少50亿年。
我们的太阳显然是在那些"大而热"的第一代恒星谢世后,才诞生的第二代甚至第三代恒星。不胖不瘦的"中等个头",使它在主序星的位置上已经从容照耀了50亿年。地球上得以出现生命并进化为智慧,正是取决于太阳的稳定所提供给我们的充裕时间。但今天正值盛年的太阳,未来的前途和命运又将如何呢?
再过50亿年,太阳将从主序星的位置上黯然退下,走向生命史上的转折点。氢的燃料濒临"坐吃山空"的边缘,减慢下来的热核反应已经抵挡不住引力的塌缩。100亿年间产生的氦开始聚集在中心,1亿度的高温使这些第一代核反应的"产品"成了第二代核反应的"原料"。3个氦核聚变为一个碳核,放出新的能量。剩余的氢则把自己的反应区从中心推向外层。由于体积膨胀而光度增大,又由于辐射通量不能和表面积成比例翻番,致使有效温度降低到2500度以下,太阳就成了一颗直径扩展500倍的红巨星。到那时,水星已被蒸发,金星将被吞没,地球上的海洋也早就全部汽化。我们这颗变得"赤地万里"的行星,将继续在灼热的太阳大气壳层中守着曾经温馨的轨道悲壮地运行。不过,人类大约早已成为"多行星物种",卷起铺盖到别的地方居住了。目前我们所看到的金牛α、猎户α、天蝎α、牧夫α等都是挂在天上的"大红灯笼"。恒星变为红巨星后,体积可以膨胀到10亿倍。双食星仙王座ω中的红巨星,直径比木星绕日轨道还要大。
然而,"红光满面"的虚胖和臃肿决不是健康的征兆。红巨星收缩的内核与膨胀的外壳开始脱节并出现脉动。高温高压最终将碳也卷进了聚变成氧和氖的核反应中。这时,红巨星的结构出现了重大变化,氧和氖的核心,外面依次裹上碳、氦和氢的不同包层,几种产能机制各占地盘,各行其是,呈现出十分动荡和混乱的局面。能量的生产终于接近尾声,引力开始占据绝对上风,这时,星体的内核被压缩成为地球上从未见过的高密度物质形态。如同一大箱电灯泡被压成一小盒碎片,电子再也不能保持和原子核的正常距离而成为紧贴原子核的自由电子,原子核则均匀地"浸泡"在电子气中,这便是我们所说的"间并"状态。强大的重力到此才算被间并态电子排斥力所平衡。至于那层"大而无当"的外层气壳,则被内核猛烈推开,形成一个看上去象烟圈般的行星状星云,并在湍动中渐渐飘散。这时,脱掉外衣的白矮星便"亮丽登场"了。可以说,白矮星都是在红巨星体内"长熟"的。这也是我们的太阳最终的归宿。
天狼星伴星B是通过现代天体物理学发现白矮星的第一个例子。1834年,贝塞尔便观察到天狼星沿着一条波纹线在轨道上运动并预言它会有一个伴星。32年后,美国仪器制造家克拉克在试验望远镜时果然看到了这颗"暗伴星"。直到1914年美国天文学家亚当斯详尽分析了天狼星B的光谱后,人们才断定这是一颗白矮星。它和天狼星一样热,但亮度只及太阳的400分之一,直径仅比地球大一倍,质量却是地球的30万倍。上面一块麻将牌大小的"石头"就有10吨重。地球上的钟摆如果能"放"在那里,每秒会摆动180次。白矮星将在数十亿年的漫长岁月里逐渐冷却,变成一颗黑矮星。禁锢于其中的大量金刚石之类,将永不再参加宇宙的"物质贸易"。银河系中有着几十亿处这样的"恒星残骸"和一片片"恒星公墓"。
如果白矮星处于双星系统,并拥有一个红巨星或主序星状态的伴侣。情况也许便另有变化了。白矮星会以极强的吸引力,把伴星外层的氢和氦等气体"吸吮"过来,并牢牢控制在自己的表面。这些"新鲜血液"为垂死的"小矮子"注入了"新的活力",当氢和氦等气体聚积到一定程度,便会点燃新的核聚变。一颗白矮星有时甚至会爆发多次。第谷当年把旋生旋灭、光度突增的亮星称为"诺瓦",意思是新星。每年银河系中平均有二三十颗新星爆发。至于亮度骤然剧增千万倍至上亿倍的超新星爆发,则又属于另一种机制了。
1967年11月,英国剑桥大学女研究生贝尔用射电望远镜观测天空,发现了来自狐狸座方向以1.337秒为周期的脉冲无线电波,引起世界极大的轰动。当时人们寻找地外文明兴头正浓,便猜测可能是外星人向地球发出的联络讯号,并设想他们是靠体内的叶绿素进行光合作用的"小绿人"。
后来发现的天上的脉冲星越来越多,并且这种射电功率大约是人类所能发出全部功率的100亿倍,对"小绿人"的狂热期待才告破灭。人们调侃说,不要把自己的心跳当作梦中情人到来的马蹄声。
然而,脉冲星究竟是何方神圣?它如何能发出如此短促、精确而稳定的脉冲电波?人们最后终于认定,这就是30年代以来,被奥本海默等科学家反复讨论和苦苦寻找着的中子星。脉冲星的发现是20世纪60年代四大发现之一。尽管1974年诺贝尔奖的桂冠不公正地落在贝尔的老师休伊什的头上,但这位时年24的英国姑娘贝尔仍将史册传芳,是她的发现结束了对中子星的"纸上谈兵"。
中子星实在是一种匪夷所思的天体。按照钱德拉塞卡极限,白矮星的质量不能超过太阳1.5倍,否则,更大的引力将使间并态电子也无法抗衡,于是全部被压进质子而结成间并态中子。这是抵抗引力塌缩的最后防线,整个星体成了一个无数中子挤成一团的超大原子核。每立方厘米就有一亿吨,相当于全人类的重量总和。一个太阳质量的中子星,直径只有14公里。中子星表面是比钢还要强100亿亿倍的铁质外壳,温度达几百万度。上面最高的"山脉"不超过1厘米。逃逸速度达到每秒20万公里,是光速的3分之2。一个70公斤的人如果站在这样一颗中子星上,体重将达到200亿吨,并因头脚之间1800万吨引力差产生的潮汐作用而被撕得粉碎。萨根曾风趣地设想,如果往你手上放一小块中子星,它将洞穿你的手,并像石头从空气中落下一样穿过地球,然后再反过来向地心回落,并因地球自转而钻出一条复杂的弧形弹道孔洞。
中子星自转速度极快,1982年从波多黎各天文台发现的中子星每秒自转642周,但坚不可摧的引力使它决不会被甩得四分五裂。由于中子星具有同样被压缩几十亿倍的强大磁场,自转轴和磁极又并不重合,猛烈抛射的螺旋电子流便会沿磁轴两端产生强大的同步加速辐射。它们是"宇宙的节拍器"。如大海上灯塔的光柱,如草坪上喷灌的龙头,扫过360度的空间,使我们在遥远的地球上能收到这种脉冲射电信号。因此,中子星至今仍沿用着脉冲星的名称。1968年,又发现蟹状星云内的中子星同时发射可见光脉冲。质量大,密度高,自转快,辐射强,是中子星的四大特点。随着时间推移和能量消耗,它的自转将由快到慢,辐射由强到弱,由可见光到射电辐射,直至停息。据估计,银河系内有10万颗中子星,能在地球方向探到射电信号的在1000颗以下。
可以有把握地认为,中子星诞生于超新星爆炸。如果恒星质量大于太阳30倍以上,便不能"金蝉脱壳"式地变成白矮星来和平"收场"了。崩溃的过程将更加暴烈和迅猛。内部的核反应从氢到氦、氦到碳、碳到氧、氧到镁、镁到硅、硅到铁,一路向更重的物质聚合,直到这个核反应的"多米诺骨牌"在一堵"铁"墙前面止住。铁是宇宙中最稳定的元素,处于能量低谷,它无论分裂或聚合都不再放出能量而只会吸收能量。于是,大自然只好另辟蹊径,以极大的引力能量将铁原子重新粉碎成构建物质的"基本砖块"中子、质子、电子,并狂泻出中微子把核心能量抽空。于是,骤然的大收缩引起外壳猛烈的"内向聚暴",瞬时抛射出的能量相当于这颗恒星一亿年间释放的光热,炸碎的外壳带着95%以上的庞大的质量漫天飞散。这就是惊心动魄、辉煌壮丽的超新星爆炸。有时恒星核心的质量没有达到钱德拉塞卡极限,也会在爆炸的超高压下形成中子星。另一方面,如同溜冰运动员收起手臂会加速旋转那样,在剧烈收缩中形成的中子星因获得了原来恒星巨大的角动量而能够飞速自转。
1054年,欧洲正处于不学无术的黑暗时代。中国宋朝天文学家在金牛座观测到一颗超新星,并记载它"昼见如太白,芒角四出,色赤白"。时隔900多年后的今天,仍可看见当时冲击波膨胀的轮廓。这便是距我们4500光年的蟹状星云。超新星爆炸在银河系中平均每千年有两三次。1572年,1604年,第谷和开普勒又先后在仙后座和蛇夫座各观测到一次。打从望远镜问世后,银河系内再也没有发生过超新星爆发而使天文学家颇感怅惘。不过,1987年,在仅仅16光年之外的大麦哲伦星云出现了超新星,为这些研究者的失落提供了一定补偿。
越来越多的天文学家认为,太阳系的形成得益于超新星爆炸冲击波对原始星云的压缩和搅动。同时,超新星还是宇宙间一切重元素焙烧的"坩埚"和冶炼的"熔炉"。我们佩带的金和获取原子能的铀,乃至血管里红血球中的铁,没有一样是地球上的"地产品"。50亿年前,形成我们太阳的宇宙星云已再不是纯净的氢和氦,而是被超新星爆发灰烬严重"污染"的云团,其中自然界的92种元素早就一应俱全。当年有超新星爆炸,我们多么幸运。今天远离超新星爆炸,我们又多么幸福。
在众多明星让我们眼花缭乱时,不要忘记恒星世界约87%成员的质量都在太阳的0.2至0.8之间。这些红矮星是天上的"芸芸众生"。由于光度昏暗,光谱级在K0到M5之间,很难被我们发现,大多是"无人知道的小草"。它们没有轰轰烈烈、大起大落的丰富经历,过着平和、淡泊、节俭的生活。但却以惊人的长寿阅尽天上沧桑。它们能在主序星阶段停留200亿至2000亿年。打从宇宙诞生以来,还没有接到过这类恒星去世的讣告。
有必要单独写上一笔的是造父变星。1784年,聋哑而早夭的荷兰天文学家古德利克发现仙王座δ,也就是造父星的亮度有周期性变化。这颗星从4.3等上升到3.6等,5.4天后又回跌到原来的亮度。天文学家把光度呈周期性变化的星统称为造父变星。我们熟悉的北极星便是其中的一颗。1912年,美国女天文学家勒维特进一步发现造父变星的亮度越高,光变周期越长。原来,这是因为它的体积在交替地一胀一缩。由于恒星的膨胀力和中心温度的4次方成正比,当内部能量不足时,体积就会收缩。而收缩的压力又加快了核反应,使体积再次膨胀。这种变化完全可以看做温度和引力失衡的"早期症状",所谓"光变周期",正是它滑向红巨星边缘前粗重的"喘息"节奏。
但至少在几千万年的时间里,造父变星这种脉动是稳定的。于是天文学家们大有可为了。造父变星一般都是大而亮的星,既然它的光变周期和绝对星等能够准确地对号入座,便可以将它当作宇宙中的"标准烛光",通过周光关系测量出造父变星所在星系的距离。尽管这把"量天尺"以后又因星族Ⅰ和星族Ⅱ的差异几经修正,但人类总算第一次获得了测量银河系外遥远天体的能力。
现在,我们要聚精会神研究一下大自然中最神奇的怪物黑洞了。自20世纪60年代美国科学家惠勒提出这个概念后,便一直是天文学的前沿和科幻小说的热门。要认识黑洞,我们不妨先回顾一下讨论过的中子星。如果一颗恒星的质量大于太阳几十倍,它便不一定能通过超新星爆炸来完全丢掉要命的"质量包袱"了。留下的收缩部分如果大于太阳质量的3.2倍,连中子星状态也将无法支撑。巨大的引力会毫不含糊地压碎中子,将塌缩进行到底。
那么,这个"自己把自己压跨"的过程又究竟"伊于胡底"呢?它只能是个自由落体永远落不到底的无底洞。物质将被压缩进一个无穷小的奇点,只剩下一个重力场。如果中子星上还有超过每秒20万公里的逃逸速度,在黑洞的"史瓦西半径"内,则逃逸速度超过每秒30万公里,连光也无法跑掉。我们自然也看不到黑洞"视界"内的一切。黑洞表面并没有一层真正的"壳",但也别认为黑洞是个又黑又空的大窟窿,它具有质量、旋转与电荷,是宇宙中最密的物质和最实的实体,是万有引力登峰造极的杰作和与恒星膨胀力斗争最后胜利的凯歌!
连光也逃不出来的黑洞,我们又如何才能发现它的存在呢?科学大师霍金引用过一个形象的比喻。穿着黑色晚礼服的男孩和穿着白色晚礼服的女孩在舞台上携手共舞。灯光暗了下来,男孩虽然已不可见,但女孩的舞步舞姿却能显示着男孩的存在。女孩是正常的恒星,男孩则是黑洞。科学家已经观察到天鹅座中一颗质量为太阳30倍的兰色巨星和它的质量为太阳10倍的"隐形伴星"之间,就如舞台上的女孩和男孩的关系。一个质量比太阳大10倍,已经塌缩成比小行星还小的不可见天体,只可能是黑洞。除了让蓝巨星的轨道波动外,这颗暗伴星发出了天空中第二强的X射线,也进一步暴露了它的黑洞身份。
原来,黑洞无敌的引力使它会象一个饕餮成性,"越吃越能吃"的巨兽,把靠近的物质囫囵吞掉。比较一下水流进空洞产生的旋涡和龙卷风的风眼,在黑洞的史瓦西半径大约200公里之外,也会有一个巨大的漏斗状吸积盘。高速落入的物质在激烈的摩荡下产生高温并将质量的一部分变成最后的X线猛烈喷出,如同跌入万丈深渊前发出的绝望叫喊。天鹅座的兰巨星便正在用自己洪流般的外层物质,"喂养"着这个"弱肉强食"的掠夺者。天鹅X-1是被我们找到的第一个黑洞。
黑洞使周围光线弯曲带来的"引力透镜"效应也已经得到验证。目前,主流的天文学界几乎没有人再怀疑黑洞的存在。圆规座X-1,御夫座εB等可以大体认定的黑洞已增加到30个。美国科学家最近用哈勃和钱德拉太空望远镜发现银河系中心有一个硕大无朋的黑洞,质量为太阳的260万倍。许多研究表明,黑洞直接关系到星系的起源。
谁也无法推测掉进黑洞中的境遇。时间停滞,幽明永隔,如果没有化为齑粉,也会根据"无毛定理"被彻底"灭口",而无法从"不可睹世界"回到"可睹世界"纵谈黑洞中的况味。
地球如果压缩到9厘米,也会变成黑洞。霍金认为黑洞并非完全黑,它也会在极其漫长的时间里蒸发。而宇宙诞生时便有许多极小的"太初黑洞"。还有人根据对爱因斯坦广义相对论关于黑洞周围时空无限弯曲的不同理解,相信黑洞可能会如浴缸的下水口通到另一个房间那样,是到达遥远空间的"隧道"和"捷径"。如果绘制一张宇宙图并准确标明黑洞的进出口,将大大方便于"抄近路"做太空旅行。甚至认为白洞是黑洞的出口。这里,科学和幻想的界限又一次模糊了。但完全不同于胡思乱想,深刻而睿智的奇思妙想早已被证明是科学飞翔的翅膀。
[主持人我们对恒星的认识本来是从太阳开始的。但如果宇宙中只有一个太阳,没有其他恒星的生命史作比照,我们将永远不会知道自己的太阳从何处来,向何处去。
今天如日中天的亿万恒星,都是演化中的"临时结构"。是大自然物质运动的一个环节。
在更高的宇宙结构层次中,我们的银河系又处于什么位置?
银河系之外还有什么更辽阔宽广的世界?
(采访:河外星系)
[主持人哥白尼把地球从宇宙中心移开后,确立了太阳的中心地位。沙普利又否定了太阳的神圣,指出它不过是银河边上的普通一星。人们后来终于认识到银河系也不是宇宙的中心,更不是它的全部。
人类应该因此而更加自卑吗?河外星系的发现使我们的地位又降了一个台阶,但对自然的认识却又上升了一个台阶。
[电视片解说词北半球的天文学家常常嫉妒南半球的同行,因为他们能观察到大、小麦哲伦星云。
1521年,葡萄牙航海家麦哲伦率领着他的船队作环球航行时,发现了这两块位于南天极附近剑鱼座和杜鹃座的云状亮斑。勒维特就是从小麦哲伦星云中找到造父变星的。大麦云距我们约16万光年,直径是银河系的一半,有50亿颗恒星。小麦云距我们19万光年,直径是银河系的5分之1,有15亿恒星。它们彼此相距5光年。如同月亮是地球的卫星一样,大小麦哲伦星云可以看作银河系的卫星星系。
仙女座星云则是银河系在宇宙中的近邻。它的规模比银河系大一倍,距我们约225万光年。天文学家最初就是看到它美丽的旋臂,才推测出银河系可能也是旋涡结构的。美国科普作家阿西莫夫说,我们要想观察到自己银河系的全貌,就如同站在城市郊区低矮的屋顶上,透过尘雾向市中心眺望。而仙女座星系则如同展现在飞机舷窗下面的整个城市。
早在1755年康德就天才地指出,仙女座星云可能是和银河系一样的"宇宙岛"。1920年,美国国家科学院组织了一次著名的辩论会,天文学家柯蒂斯根据仙女座星云中有"新星"闪亮判定它是遥远的河外星系。而当年曾把太阳从银河中心位置"拉下马"的哈佛天文台长沙普利则认为,仙女座星云转动过快,一口咬定它跑不出银河系这个一统的宇宙。著名的"沙普利-柯蒂斯之争"再次昭示,由思想解放的先驱变为保守观念的代表,科学史上不乏其例。
哈勃将星系分为螺旋星系,椭圆星系和不规则星系,还有一些附类。螺旋星系包括象轮子安在轴上一样的棒状星系。它们的核心主要由密集的星族Ⅱ盘踞,旋臂则是星族Ⅰ的"旋转舞台"并弥漫着大量气体。旋臂并非固定的恒星组成,而是由于众星在公转中,通过旋臂这些"坎坷路段"时相对拥挤,在旋臂之间的"平坦路段"时相对松动造成的宏观布局,因此不会"越拧越紧"。
旋涡星系直径一般在1.6至16光年之间。占星系总量的75%左右。
椭圆星系小的如星团,大的超过银河系百倍,多由年老的星族Ⅱ构成,气体含量少,相对均匀分布成正圆球或椭圆球,占星系总量的20%。不规则星系一般较小,占星系总数的5%。大、小麦哲伦星系都属于不规则星系。有人认为从不规则星系到螺旋星系,再到椭圆星系,反映了星系演化发展的不同阶段。1943年,美国天文学家塞佛特又发现了一类完全不同的奇特星系,有一个很小又极其明亮的核心,被称为塞佛特星系,它看来至少要从星系总数中占1%的份额。
星系同样有成团分布的特征,孤零零"前不着村后不着店"的场间星系很少。但大尺度并不是小尺度的简单延伸。如同餐桌上"碗"的数目不能和碗里"米"的数目相比一样,星系团里的星系远远少于星系里的恒星。但恒星之间与自身尺寸相比却隔得很开,而星系之间平均距离只有自身大小的几倍而已。我们仍然用积习难改的"自我本位"眼光,将银河系为中心,半径大约300万光年内的仙女座星系及40来个小些的星系叫做本星系团。在更高的层次上,我们这个本星系团又属于以室女座星系团为中心的50多个星系团组成的超本星系团。不可思议的是,宇宙在这样大的尺度上仍然还有结构,星系都分布在泡沫状空间的"泡壁"上。它们如深海中仪态万方的海螺、海贝、海星,有的象显微镜下精美的细胞和微生物。天文学家把目前可观察的150亿光年半径范围内大约1200亿星系叫总星系,就是我们的宇宙。
星系之间会碰撞吗?尽管概率极小极小,但有观察显示这种情况似乎发生过。不过最好别想象成两架飞机迎头相撞,也别当成两军相逢后捉对厮杀。星系内有巨大的空间,他们完全可以互相"穿过",或者象两股烟"飘"在一起。因此说星系碰撞,不如说是一种"会师"或"兼并"。当然少不了带来气体尘埃的湍动和辐射的增强,以至整个星系演化进程的改变和结构形态的重组。
但要想看到"两家"的恒星纷纷撞碎和爆炸,那是大约要失望的。
随着观测手段日益强大,人们颇有点沾沾自喜。以为天上的东西几乎已经"一网打尽",只用慢慢进行盘点和消化了。但一项新报告却让天文学目瞪口呆,那便是20世纪60年代四大发现中的另一项,类星体。事情可以从美国科学家桑德奇对剑桥第三射电星表上的等进行观察研究说起。以往人们发现的射电源,都是具有相当延展性的一大块星云。但3C273的辐射却来自一个点而不是一个面。同时伴有物质喷流。它的光学对应体貌似恒星却又"望之不似",天文学家把这种似是而非的"类星体射电源"简称类星体。
经过全力以赴的紧急搜索,天文学家发现的类星体已有数千个之多。这种天上的"四不象"具有许多令人困惑的特征。它们非常遥远,距我们都在几十亿光年之外。整体光度变化显示它们的大小如同一颗恒星,而亮度却超过整个银河系亮度的1000倍。它们出示的光谱也几乎无法辨认。这下天文学家手足无措了,一时间各种理论百花齐放,应运而生。许多天文学家认为,类星体是宇宙边陲上那些大而明亮的星系可以观察到的星系核。而同样遥远,又亮又小,却已经不再发射电波的"蓝星体",即BSO,是类星体衰老后的形态。那些核心明亮的塞佛特星系则是介于类星体和普通星系之间的过度品种,它们如果再跨一步,就跳进了类星体的"龙门"。还有人认为类星体并不真的那么遥远,它极大的光谱红移是别的原因所造成。至于类星体的"中心发动机"是黑洞,类星体是和黑洞相反的"宇宙单行线"白洞,它的产能机**是正反物质湮灭。凡此种种,甲论乙驳,莫衷一是。类星体作为宇宙中最亮的天体,今天被我们看到的光芒在太阳诞生前几十亿年便已经出发上路,从空间和时间深处送来了"早期宇宙"的"问候"和沿途捎带的各种信息。20世纪60年代4大发现
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