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第25章 宇宙探秘(10)

天王星呈蓝色是由于其外层大气层中的甲烷吸收了红光的结果。那儿或许有像木星那样的彩带,但它们被覆盖着的甲烷层遮住了。

像其他所有气态行星一样,天王星有光环。它们像木星的光环一样暗,但又像土星的光环那样由直径为10米的粒子和细小的尘土组成。天王星有11层已知的光环,但都非常暗淡。

有时在晴朗的夜空,可用肉眼看到模糊的天王星。但如果你知道它的位置,通过双筒望远镜就十分容易观察到了。

恒星能永恒吗

夜空中的星星年复一年地在那里闪烁,似乎永恒不变。恒星果真是永恒不变的吗?其实不然,恒星不仅在宇宙中以极快的速度运动,它还会像我们人类一样,从诞生、成长到衰老,直至死亡。我们在天空中看见的星星,有的刚刚诞生,有的还很年轻,有的正当壮年,有的却已苟延喘息、濒临死亡。只是恒星从诞生到衰亡要经历几百万年甚至上万亿年,人类文明史对于恒星的一生只是短暂的一瞬,所以,在我们的感觉上恒星似乎是永恒不变的。

最初,形成恒星的是一种叫“氢分子云”的星际气体云。氢分子云内部密度并不均匀,一旦受到外部的扰动,密度高的地方就会在自身引力作用下收缩。随着收缩不断地进行,云块内部密度与温度也不断地增高,由原来的氧分子云一步步变成氢原子云、离子云、红外星。此时,一颗新的恒星就算是诞生了,这时的恒星称为原恒星。

原恒星继续慢慢地收缩,当内部温度达到700万摄氏度时,氢聚变为氦的热核反应被点燃了,它持续不断地产生巨大的能量,使得恒星内部压力增高到足以与恒星的引力相抗衡,使恒星不再收缩。恒星刚形成之际,它们还埋在残余的云物质之中,我们只能用红外望远镜或射电望远镜探测到它们。刚诞生的恒星会不断地向外抛出物质流,产生强大的星风,速度达到每秒几百、几千千米。当星风把恒星周围残余云物质驱散之后,我们肉眼便见到了闪烁质量较大的恒星内核中的氢燃烧得非常快,只要几百万年就会消耗殆尽的星星。这时的恒星已经“长大成人”,很少变化,我们称它为主序星。主序星阶段是恒星一生中精力最旺盛的时期。我们的太阳就是一颗主序星。

恒星在主序星阶段停留的时间取决于氢核燃料的消耗速度,质量越大的恒星消耗越快,这一阶段越短。太阳属于中等质量的恒星,它在这一阶段约可停留100亿年,现在太阳的年龄大约为50亿“岁”。比太阳质量大10倍的恒星,主序星阶段只有几千万年。质量只有太阳几分之一的恒星,主序星阶段则可长达万亿年以上。

当恒星中心部分的氢核燃料耗完以后,恒星就开始走下坡路了。这时,恒星内部开始了氦聚变为碳的热核反应,而氢热核反应转移到恒星的外层,使外层温度逐渐升高,体积不断膨胀,最后,恒星的体积会增大到原来的千倍以上,成为一颗又大又红的红巨星。冬夜星空中明亮的“参宿四”就是一颗著名的红巨星。太阳将来成为红巨星时,大约还可以停留10亿年。

经过了红巨星阶段之后,恒星便进入了老年行列。老年恒星的主要特点就是不稳定,它们的大小、亮度都呈不稳定的变化,著名的造父变星和绝大多数变星都处在这一阶段。

恒星的老年期比较短,这时,恒星内部氦、碳、氧先后参与了热核反应,最后全部变成铁,能源耗竭致使热核反应停止。原先热核反应产生的大量能量由于被中微子和辐射带走,恒星内部压力大大降低,引力再次战胜了辐射压力,于是恒星再次收缩甚至快速坍缩,恒星便面临着死亡。类似太阳一类的恒星,经过平静的收缩变成了白矮星,明亮的天狼星的伴星就是一颗典型的白矮星。质量大的恒星会产生剧烈的坍缩并引发超新星的爆发,抛出大量的物质后,它的内核坍缩成一颗中子星或黑洞。

恒星就这样结束了它壮丽的一生。

恒星为什么会发出不同颜色的光

天上的恒星,表面温度都在上千摄氏度甚至几万摄氏度,所以它们能够发出包括可见光在内的各种电磁辐射。就拿太阳这颗普通的恒星来说,每秒钟从它表面辐射出的能量,大约是382亿亿亿瓦,这么多能量可以供全世界使用1000万年!

为什么恒星会发光呢?这是100多年来天文学上的疑谜,到了最近几十年才揭开了谜底。20世纪初,伟大的物理学家爱因斯坦,根据他的相对论推出了一个质量和能量关系式,从而帮助天文学家解决了“为什么恒星会发光”这个问题。原来,在恒星内部,温度高达1000万摄氏度以上,在这样高的温度下,物质会发生热核反应,例如,由4个氢原子核聚变成为1个氦原子核,在这个过程中损失一部分质量,同时释放出巨大的能量。于是,这能量由内传到外,以辐射的方式,从恒星表面发射至空间,使它们长期在宇宙中闪闪发光。

行星的温度远低于恒星,因此它们自己是不会发光的。行星的质量比恒星小得多,太阳系行星质量最大的木星还不到太阳质量的千分之一,因此,行星从引力收缩而得到的能量,决不可能使其内部温度高到发生热核反应的程度。

星星有不同的颜色,这可不是谁画上去的,而是星星确实是五颜六色的。

星星为什么会有不同颜色呢?其实,星星颜色的不同,说明它的表面温度不同。太阳光看上去是白色的,实际上由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色的光组成。星星的温度越高,它发出的光线中蓝光的成分就越多,看上去这颗星就呈蓝色;如果这颗星的温度很低,那它发出来的光线中红光的成分多,看上去它就是一颗红颜色的星星了。

因此,恒星的颜色是由它的表面温度所决定的,不同的颜色,代表着它们有着不同的表面温度。下面就是星星的颜色和表面温度之间的大致对应关系:

星色表面温度(℃)蓝40000~25000蓝白25000~12000白11500~7700黄白7600~6100黄6000~5000橙4900~3700红3600~2600这样,我们就可以根据星星的颜色,来估计一颗恒星的表面温度大约是多少了。太阳看上去是黄颜色的,它的表面温度是6000℃;织女星发出白色光,那它的温度就比太阳高,差不多有1万摄氏度;天蝎座那颗亮亮的“心宿二”,从它的火红色就可知道它的表面温度不会超过3600℃。

星星真的会眨眼睛吗

夏天的晚上,繁星满天,抬头仰望天空,星星都在眨眼哩。其实,星星根本没有眼睛,它们哪里会眨眼呢?那么大概是我们自己眨了眼,错把星星当成在眨眼了?不是,因为即使你瞪着眼睛瞧,仍然会发现星星的光亮忽闪忽闪地动。这是什么缘故呢?

这是大气在变戏法。

我们知道,大气不是静止不动的,空气热了会上升,冷了又会下降,还有风在吹来吹去。如果能够给空气的分子着上一些颜色,你就能看到五彩缤纷的空气正在上下翻腾。

星光在来到我们的眼睛以前,必须经过地球的好几层大气,大气既是动荡不定的,各层大气的温度、密度又各不相同,这样一来,光线的折射程度也各不相同。星光来到这里时,就会经过许多次的折射,时而会聚,时而又分散。正是这层动荡不定的大气,挡在我们面前,使得我们在看星星的时候,总觉得星星在闪烁,就像眨眼睛。

恒星为什么会爆炸星海茫茫的夜空,有一种星看上去似乎永远不动,这便是“恒星”。

历史上,人们依据恒星相对位置不变的特征,把恒星三三两两地组合起来,将星空划分成若干个区域,后来这些区域被称为星座。

恒星爆炸后,外层迅速向外抛去,散发出一团团巨大的气体和尘埃。质量较大的恒星爆炸后有可能形成一个黑洞。

1928年国际天文学联合会以古希腊星座为蓝图,确定了现在国际上通用的88个星座。古老的星座中蕴藏着许多美丽的神话,为平静的夜空增添了许多生气。

通常,在天气晴朗的夜晚,人的肉眼能够看到6900多颗较亮的恒星。但是,一个人无论何时只能仰望“半个天”,因此只能看到3000多颗星,其中大部分是恒星。

我们能用肉眼见到的蟹状星云等一系列星云都是恒星爆炸后留下的残迹——超新星遗迹。

质量恒星在晚年发生激烈的、粉碎性的爆炸现象,一般质量较小的恒星不以超新星爆发终止它的一生。

大质量的恒星在晚年为什么会爆炸呢?长期以来众说不一,现在比较普遍的理论是“核爆炸理论”。

在恒星的演化过程中,恒星内部的热核反应是一个持续不断的过程。一般先是以氢为“燃料”,即在极高温度下氢原子核聚变过程中释放出巨大能量。

当星核的氢燃料耗尽后,星核中心收缩释放的引力能使恒星的氢壳层燃烧,同时恒星外层向外膨胀。

随着星核的收缩,开始升温。高温使得氦开始燃烧,与此同时星核收缩停止。

在氦燃料耗尽时,星核又开始收缩。当星核收缩到一定程度,核内的温度达到8亿摄氏度时,碳开始燃烧。碳燃烧的灰烬主要是氧,氧燃烧后的灰烬是硅。

这样,每当恒星一种燃料用完之后,星核便会收缩释放热量,更高的温度导致下一种燃料燃烧。

恒星在晚年变得越来越不稳定,热核反应一轮接一轮地进行,热核反应的速率也进一步加快,导致整个恒星爆炸。

生命来自于宇宙吗

早在100多年以前就有人预言,星际空间分布着数量极多的微生物,但是,受当时技术手段限制和达尔文进化论的影响,这一预言并未引起科学界的重视。

20世纪60年代初,英国科学家宣布,星际尘埃带有极为细小的呈一定规则的碳颗粒。消息一公布,马上有许多人对来自天外的陨石发生了浓厚的兴趣。

一般情况下,无机物颗粒的形状是杂乱无章的,但一些陨石上的碳颗粒则呈双层结构,表面十分光滑,经化学处理可清楚瞧见丝纹图案,这表明碳颗粒可能由孢子或细菌转化而来。

1972年,人们发现太空中有分子链和氨基酸。1975年,射电望远镜探测到甲醛聚合体。之后,人们又找到了包括甲酸、甲烷、乙酸等在内的50多种有机分子。以碳为基础的门类丰富的有机物,凝聚于宇宙尘埃上,或以彗星为载体,随时准备飞向任何一个星球。

最新的研究显示,每天都有数百万直径几十厘米到几十米不等的宇宙“雪球”坠入地球。在彗星途径地球时,这类现象格外明显。宇宙雪球、宇宙尘埃以及无数的大大小小的流星雨,携带着品种丰富的有机物。人们在想:来自宇宙深处的“客人们”会不会带来生命的种子呢?

1981年,日本科学家发现,彗星受到阳光照射时,除放出气体形成的一条尾巴外,还有另一条尾巴存在。组成第二条尾巴的粒子,大小与真菌一样。

后来,科学家们又陆续从金星、木星的大气层中找到了形同细菌的粒子。金星上的粒子,折光率与生物孢子相同,木星上的粒子则与杆状细菌一致。

事实上,美国早在20世纪60年代末就已经知道太空中有细菌存在了。如今,无边无际的宇宙中存活着相当高级的微生物已不再是鲜为人知的事实了。

生命来自宇宙。尽管地球生命依其特定环境而发展为一定的形式,但这并不意味着只有地球才有生命。随着宇航技术的发展,人们总有一天会从宇宙中找到生命现象。

人类在宇宙中是孤独的吗

人类在宇宙中是孤独的吗?其他星球上或其附近有没有生命存在?这些问题的提出比我们知道恒星是别处的太阳还要早。

讲到宇宙中其他天体上的生命,这里只谈那种和地球生命的化学成分类似的情况。特别要提出的先决条件是,这种生命必须依赖于液态水。

生命进化的过程如此漫长,把它和恒星演化的茫茫宇宙中是否还有其他高级生命的存在。

时间去对比没有什么不恰当。至少35亿年前地球上就已有了比较高级的单细胞生物蓝藻,而地球的年龄也不过50亿年。

如此看来,那些大质量恒星发光发热只能维持几百万年,因此对于生物进化来说实在太短暂了。寻找生命的合适空间对象只有从质量相当于或小于太阳的恒星中去找。

我们所在的银河系中大约有上千亿颗恒星,绝大多数的质量都算“合格”,因为质量较大的恒星终究比较少。

银河系中恒星的发光发热年代都很长,都足以使智慧生物渐渐形成。然而有一个重要条件,这颗恒星必须是单星而不是双星。因为在双星系统中,行星很可能不是被其中一颗恒星吸进去就是被甩到宇宙空间。如此算来,银河系中还有400亿颗恒星伴有行星。

有了行星还不够,这颗行星与恒星的距离及其质量至少能够满足液态水的存在。

如此算下来,银河系中可能有100万个存在生物的行星,这些生物也演变了40亿年,只不过处于各自不同的进化阶段。

人类最感兴趣的莫过于能够和外星生物联系和交往,而就人类而言无线电信号是目前进行这种联系的惟一可能的办法。

可是,处于进化早期阶段的蓝藻不会发射无线电信号,只有较高级的智慧生命才能做到这一点,但一个文明社会究竟能存在多久呢?

如果这种比人类更进步的生命能保持足够的兴趣和能力,和平地过上100万年,那么,能够向宇宙空间发射信号的文明社会只有250个。

如何和这些社会进行联系呢?我们假定这些行星是均匀地分布在银河系中,那么相邻的两个文明社会的平均距离是大约4600光年。

我们发出的信号要飞行4600年才能到达离我们最近的文明社会,要等到回音至少需要9200年!希望我们的文明能持续到那一刻。

木星探测器“先驱者”10号和11号各带有一块雕刻镀金铝饰牌。这两个飞行器完成探测木星任务后将飞出太阳系奔向宇宙空间。它们带去了有关我们在宇宙中的位置和关于人类本身的情况。

别处的智慧生物只要把这种宇宙名片拿到手,就能了解我们人类相当多的情况。不过将成为他们不解之谜的是我们人类的背面长相如何。

星系是怎样分布的

20世纪20年代,人类的宇宙概念有了一次巨大的突破,原来以为浩瀚的银河连同满天星斗组成的银河系就是宇宙,但是,旋涡星云距离的研究表明,银河系只是宇宙海洋中的一个小岛,类似的星系何止成千上万,人们心目中的宇宙扩大了。

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