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第1章 浩瀚的宇宙(1)

什么是宇宙?

从来没有人真正弄清过宇宙是什么,也从来没有人知道宇宙空间究竟有多大。现在,我们所知道的就是宇宙中有恒星,它们像太阳一样发光,挂在遥远的天空;有行星,像地球、金星那样不发光,它们静静地挂在黑暗的天空,围着恒星转呀转;有星云,有的由灰尘和气体构成,有的由恒星构成,一团一团地悬挂在宇宙中;当然还有彗(huì)雪星。从一颗星到另一颗星,也许用一生的时间,坐最快的宇宙飞船也无法到达。这就是为什么我们用每秒钟行走30万千米的光速去测量宇宙,也没有办法到达它的边际的原因。由于路途遥远,人类目前的探测手段有限,所以,像地球一样带着幽蓝光泽的行星,在宇宙中还有多少呢?这有待于科学的发展。

宇宙的起点在哪里?

霍(huò)雪金在他的《时间简史》里面告诉我们:宇宙大约诞生于150亿年前,那时宇宙只是一个点,不占有空间,也没有时间的概念。在这一点发生了大爆炸,时间和空间从此开始,物质形成。随着时间的推移,空间越来越大,不断膨胀,直到今天,宇宙仍然在膨胀之中。

宇宙是什么模样?

宇宙作为一个永久的谜团对人类的思维是一个永久性的挑战。人们不断根据已获取的材料进行大胆而有益的设想。在无边的宇宙中显得渺(miǎo)雪小的人类一直在思索着这样一个问题:宇宙究竟是什么样子的?

诸如天圆地方的“盖地说”一类的宇宙说现在已经没有了市场。通过目前最先进的天文仪器,人们观测到,在宇宙中有一些大尺度的有序状态,即星系和星系团组成长形的或纺缍式的带子,有的形成巨大的物质气泡状的分布态势,有些地方星系密布,有些是空无一物的区域。于是天文学家们提出了三种宇宙结构模型:薄(bó)雪饼模型、等级式成团模型、分形接近。宇宙真正的面目还有待于我们进一步的探索。

宇宙中存在哪些物质?

在汉语中,“宇”是指无限的空间,“宙”是指无限的时间。宇宙就是一个无边无沿、没有中心、没有形状、无穷无尽、无始无终的物质世界。

人类对宇宙的认识有个过程。古代人认为地球就是宇宙。后来人类的视野从地球扩展到太阳系,进而延伸到银河系,然后又开拓到银河系之外的河外星系、星系团、总星系。太阳连同它周围的九大行星、众多卫星、神秘莫测的彗星、无数的小行星和流星体组成了太阳系。

尽管太阳系成员众多、幅员辽阔,但在宇宙中所占的空间只有极小极小的一部分,比太阳系范围更大的是银河系,银河系中有1500亿颗恒星。

银河系也不是宇宙的尽头。在银河系之外,还有许许多多像银河系一样的星系,我们称它们为“河外星系”。至今,已发现10亿多个河外星系。所有的河外星系又构成更庞大的总星系。除此以外,宇宙中肯定还存在着其他我们目前尚未发现的东西。

宇宙的边在哪里?

每当人们翘(qiào)雪首仰望茫茫太空、神驰遐想之时,总是有人要提出这样的疑问:宇宙究竟有多大?

有没有尽头呢?

在太阳的周围,有地球、金星、火星、木星等大小不同的九个行星在不停地运转,这就是太阳系。那么在太阳系以外又是一个怎样的世界呢?

那是一个聚集着约2亿颗像太阳一样的恒星的银河系。银河系像一块铁饼,直径为100000光年,中心部分厚度为15000光年。如果飞出银河系,又会到什么地方呢?

在那里,有无数像银河系一样的世界,叫做星云。与银河系邻近的是仙女座流星群。这个流星群和银河系大小、形态大致相同,大约聚集着2000亿颗恒星。

1929年,美国的哈佛尔发现:所有星云正离我们远去。比如离我们约2.5亿光年的星座星云以每秒6700千米的速度,5.7亿光年外的狮(shī)雪子座星云以每秒19500千米的速度,12.4亿光年外的牵牛座星云以每秒39400千米的惊人速度,纷纷离我们而远去。

照这样持续下去,星云到达100亿光年处其运行速度将达每秒300000千米,这和光的速度相等。这样,所有星云的光就永远照射不到我们地球上来了。因此,100亿光年的地方将是我们所能见到的宇宙的尽头。再远处还有星云,但是由于光无法到达,我们也就无法观测了。当然这是一家之言,还有其他不同的解释。

有人认为,宇宙呈气球型,它像气球一样不断膨(péng)雪胀(zhàng)雪,其中有些星云随之离我们远去。但到一定的时候,气球又会缩小,星云也会随之接近我们。还有人提出,宇宙是马鞍形,它如同马鞍,不断地朝着鞍的四个边缘方向扩展。按这一解释,在遥远的将来,星星将逐渐远离,夜空会变得单调寂寥。不过,有人对此持不同意见,认为宇宙是永恒的。虽然它会无限地扩展,但在扩展了的空间还会产生新的星球,宇宙再怎样膨胀,还会增加新的星家族。因此,宇宙空间不会荒寂。究竟宇宙的尽头在哪里,人类目前还只能进行一些推测。

2004年3月1号,借助设在南美智利的欧州ESO天文望远镜,法国与瑞士科学家发现了一个距地球132亿多光年的星系,这是人类所能看见的宇宙最远的地方,把它命名为IR1916星系。

宇宙正在以多大的速度缩小?

问的是“宇宙正在缩小吗?”可是宇宙目前正在以惊人的势头膨胀呀?

人们把和我们银河系一样的天体叫做银河。有名的仙女座的M31也是银河。我们不仅用天文望远镜观察这些银河的姿态,还要用分光镜将它们的光分展成像彩虹那样的色带(也叫光谱),然后测量并研究光谱的横切线。结果了解到,越远的银河,光越红,也越弱,越远的银河,越快速地远离我们而去。

远去速度的比率叫“哈勃(bó)常数”,尽管多少有点不准确,但推算每100万光年远去的速度是18.4千米/秒。因为M31银河是230万光年,所以它周围的空间扩展速度是42千米/秒。看起来,似乎速度也不是快的不得了。可是,要问在150亿光年的地方速度会怎样,答案是27.6万千米/秒,接近30万千米/秒的光速。比这更远的地方就观测不到了,也就是说到了宇宙的边际。

霍金在他的《时间简史》里给宇宙的结局做了这样的描述:宇宙在膨胀到一定程度后,宇宙开始收缩,可能会收缩成一个点,一个不占用空间的点。到那时时间结束。

天上的星星有多少颗?

晴朗的夜晚,满天星斗闪烁着光芒,像无数银钉密密麻麻的镶嵌在深黑色的夜幕上,闪闪发光。

倘若有人问你,天上有多少颗星星?

你一定会回答:没有数过。能否数一下呢?

你也一定会摇摇头。天上的星星大大小小、密密麻麻,似乎不可计数,所以有首儿歌唱道:“天上星,亮晶晶,数来数去数不清……”

然而说来令人难以置信,若以肉眼可以看见的星而言,总共不超过7000颗。而且由于站在地球上的人们,至多只能见到头顶上的半个天空,所以我们通常所见的星不过3500颗左右。

谁都知道,天上的星星有亮有暗。早在二千多年前,天文学家就按照它们的亮度把星星排了队,把那些最亮的称为“1等星”,稍次的为“2等星”、“3等星”……人的肉眼能够看见的最暗的星是6等星。实际上,在整个天空中,1等星只有20颗,2等星46颗,3等星134颗,4等星458颗,5等星1476颗,6等星4840颗。从1等星到6等星加起来,总共为6974颗,即使加上水星、金星、火星、木星、土星等行星和太阳,也只不过6980颗。

当然,这只限于肉眼可见的星星,并不是天上实际的星数。宇宙中的实际恒星数的确是一个天文数字。这只要用望远镜看一下就可明白。望远镜中的星星比肉眼所见有成倍的增加,而且所用的望远镜越大,能见的星星越多。例如,一架不大的双筒望远镜大约可见到7~8等星,用南京天文仪器厂制造的120(镜头直径为120毫米)望远镜可见到14等星。而若用美国帕洛玛(mǎ)山上的5米大望远镜,则可以看到21等星,即将近20亿颗。

其实,即使用直径为5米的天文望远镜来观测星星,所能见到的星星也只是沧海一粟。茫茫宇宙中的恒星实际上是难以计数的。仅我们太阳所在的银河系中,一般估计包含有15×1011即约1500亿颗恒星,而人类靠现在的观测手段已观测到了几十个这样的“银河系”。谁都知道,“现在观测到”的远不是宇宙的全部。因而,从这个意义上来讲,天上的星星确实是无法计数的了。

星星的亮度为什么不同?

当我们仰望星空的时候,会发现满天星星中,有的亮,有的暗,亮度的差别很大。你知道这是为什么吗?

决定一颗星星亮度的因素有两个,既要看它自身发光能力有多强,又要看它离我们地球有多远。天文学家把星星发光能力划分成25个星等,发光能力最强的比最差的相差100亿倍。不过,一颗星星即使发光能力再强,如果它离我们很远,那么,它的亮度还不及发光能力比它差几万倍的星星。

比如,有一颗叫“心宿二”的恒星,它的体积是太阳的22亿倍,发光能力约是太阳的5万倍,但是它离我们地球有410光年,因为距离实在太远,所以它在我们看来只不过是一颗闪烁着红光的亮星,可是,假如把“心宿二”搬到太阳的位置上,那么,地球上的一切万物早就被它烤(kǎo)化了。

天空中哪一颗星星最亮?

在冬春两季的前半夜,仰望繁(fán)星点点的星空,在偏南方的天空中,有一颗全天最明亮的恒星,它就是天狼星。

假如用较大的望远镜观察天狼星,就会发现:天狼星实际上是一对相互绕转的双星。我们肉眼看到的天狼星的光迹,几乎全部来自天狼星的主星。这颗主星呈蓝白色,质量、直径约为太阳的2倍,亮度约为太阳的20倍,但因其距地球仅87光年,所以看起来它的亮度堪(kān)称世界第一了。

天狼星的伴星是1862年通过望远镜发现的。据观测:伴星的发光量仅及主星的万分之一,但其表面温度比主星还高,可达2万多摄氏度。其实这颗伴星虽然“个儿”不大,但其质量却与太阳相当,它的体积很小,但质量很大。每立方厘米大约重3800千克。天狼星伴星的低光度、高温度、单位体积的高质量都说明它是一颗白矮(ǎi)星。

星星的位置为什么会变化?

平时,在我们的肉眼看来,星空中的星星的相对位置是不变的,但实际上星空的整体位置却在缓慢地、不断地变化着。如果你仔细观察,就会发现所有的星星都围绕(rǎo)着北极星打转,打转的周期与昼夜周期接近,但并不完全一致,每天略提前些。如果今晚10时在正南方看到天狼星,而在第二天是晚上9点56分看到在同一位置的天狼星。要是在1年之后再观察,则要提前整整24小时才行。

星星位置的变化,是地球自转和公转所造成的。大家知道,地球每24小时自西向东绕轴自转一周。地球自转时,居住在地球上的人也跟着转动,但我们并不感觉到地球在运动,而是感觉到星星由东向西运动,因此,我们看到的是星空背景的逐步变化。地球在自转的同时还围绕着太阳运动,在绕太阳公转的轨道上,地球所处位置不同,我们看到的星空也就不同。地球的公转和自转合在一起,就使我们看到的星星每天提前4分钟出现了。

为什么北极星总是指向正北?

每当我们遥(yáo)望星空的时候,最容易发现的星星大概就是北斗星了。北斗七星其中有四颗星排列成梯形,好似勺形的斗口,另三颗星好似斗柄(bǐng)。将斗口外沿的两颗星的距离延长5倍,就是北极星了。

人们经过长期的观测发现,几乎所有的星星都是东升西落,只有北极星好像一动不动,其他星星都在围绕它运动。大家都知道,正因为地球在一刻不停地围绕着一根假想的自转轴自西向东地旋转,才有了昼夜交替,同时也形成了星星的东升西落。如果这个假想的自转轴向两侧无限延伸,其中一侧的延长线会从北极星附近经过。我们将这一点称之为北天极,它所指的方向就是正北方向;与其正相对的另一侧就是正南方。而我们正是利用北极星的方向来辨别地球的正北,所以它就很自然地成为夜间指示方向的最好标志了。如果夜间你辨不清方向,只要找到北极星,东南西北的方向就清楚了。

太阳系以外的星球上有生物吗?

适合生物存活的环境必须是能使生物的形状和活动总保持稳定,还能使生物摄取热能,排除废物,并从外部补充新的物质。所以,那种冰冻或火热的极端恶劣的环境是不适合生物生存的。生物存活还需要能溶解营养、释放能量的水和氧等。假如能在月球或火星上建造一处可调节环境、储存氧和食物的房子,就能像宇宙飞船里那样暂且忍耐一段时间,否则,生物就无法生存。由此可见,太阳系里不可能有这种行星。

银河系里大约有2000亿颗恒星,大多为寿命极短的连星。即使是寿命长的也是缺少能量的红色小星,也不适合生物存活。有些星像太阳一样是单独星体。行星平均10颗左右连在一起,其中3颗左右温度适宜,大小与地球差不多,很可能有大气和水。

有的学者认为,行星上出现生命是超偶然现象。至于除地球外,是否还有有生物的星球存在就不得而知了。

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