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王先金

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【外星人到地球了吗】(27)下册 (2017-10-01 16:55)

10-3  银河系行星比恒星多

 

2012年1月11日公布的一项研究结果说,银河系中行星的数量远远超过之前的想象。这增加了其中至少有一颗可能包含生命的可能性。

不久前,天文学家在太阳系之外发现了十几颗外行星,然后增加到几百颗。目前的数量为700颗。英国《自然》周刊发表的这项新的研究结果提供了在银河系中行星数量超过恒星的证据。

法国天体物理学家丹尼尔·库巴斯说:“我们过去认为地球在我们的银河系中是独一无二的。目前看起来,实际上有数十亿颗质量和地球类似的行星在银河系中围绕恒星运行。”

在过去20年搜寻那些太遥远、太黯淡而无法直接观测到的外行星有两种主要方法。一种是直接测量某颗行星对寄主星的万有引力影响;另一种是观察恒星的亮度,因为当某颗绕恒星运行的行星在这颗恒星前面经过时,恒星的亮度会稍为变暗。

这两种方法都更适合发现体积大、离恒星近或者两者兼而有之的行星。

现在科学家使用一种名为“万有引力显微透镜”的方法。这种方法观察寄主星的万有引力场和行星本身如何联合起来发挥像透镜一样的作用,增强背景中另一颗恒星的亮度。

与其他方法相比,显微透镜方法的一优势是,能够发现大小与我们的地球类似而且离它们炙热的恒星较远的小行星。

这项研究针对与恒星相距7500万至15亿千米、质量至少是地球5倍的行星。这个距离在太阳系中相当于从金星到土星的距离。                                银河系美景

经过6年的研究,环球望远镜网络观测了数百万颗恒星。除了发现3颗新的外行星,他们还算出,银河系中的每颗恒星平均有1.6颗行星。

这些数据显示,在我们的星系中行星比恒星更普遍。我们还发现,较轻的行星要比较重的行星更普遍。

在所研究的恒星中,有1/6具有一颗质量与木星类似的行星,一半的恒星具有质量接近海王星的行星,近2/3具有所谓的“超级地球”,即质量是地球10倍之多的行星。

 

10-4  银河系亿年前曾遭巨大撞击

 

2012年7月3日,英国《每日邮报》网站报道:地球所在的银河系仍在因为一个“穿越”而过的小型星系的巨大撞击处于“鸣响”之中,这一恐怖的撞击事件发生在距今1亿年之前,按照宇宙学的观点来说只是“最近”发生的事情。

证据是周边恒星具有揭示性的振动,天文学家称这种振动和巨大撞击之后遗留的回响一样。

该撞击,也许是与一个小型星系,也许是和一个疾驰而过的神秘“暗物质”球,使得银河系中的恒星分布不均,仿佛曾经有过一道“波浪”从中穿过。

科学家说:“我们已经发现证据证明我们所在的银河系,可能曾与一个小型星系或巨大的暗物质结构在距今1亿年前遭遇过。”

“我们清晰地观察到,银河系中间层上下的恒星分布存在着令人意想不到的差别,呈一个垂直波形——以前没有人注意到这种情形。”

这一发现是通过对周边30万颗银河系恒星的观察而得到的。

银河系星盘的恒星以约20至30千米每秒的速度上下运动,同时以每秒220千米的速度围绕星系中心旋转。                     银河系美景

恒星的不均匀分布似乎暗示,一个大型物体,比如另一个星系,曾经横切穿越了银河系。

科学家利用计算机模拟实验探究,如果一个小型星系或暗物质结构横切穿越银河系平面,将会发生什么。模拟实验显示,在未来1亿年左右,我们的银河系将“停止鸣响”,南北的不对称现象将会消失,太阳系周边恒星的垂直运动将恢复到平衡轨道——除非我们再次遭到撞击。

 

10-5  银河系能持续造星

 

美国每日科学网站2011年8月26日报道:多亏星际间广泛分布的电离气体云状物,银河系才有能力继续形成新的恒星。这是美国物理学教授尼古拉斯·莱纳和克里斯托弗·豪克最新研究的结果。他们的报告发表在《科学》周刊上。

通过哈勃望远镜上的最新设备起源频谱仪,研究人员首次对移动迅速的电离气体云的距离进行测量,这些含有大量气体的云状物广泛分布于银河系遥远的边际。

如果没有新物质补充到这些气体中,这些气体在银河系将会迅速形成恒星。天文学家假设,这些移动迅速的电离气体云状物是形成恒星的源泉,但它与银河系间是否具有相互作用还不清楚。

莱纳说:“我们的发现解释了银河系为什么能持续造星。了解这些云状物的距离可以让我们知道未来数十亿年内这些气体将在哪儿形成恒星。

气体云能被发现并加以研究是因为这些云状物经过恒星或其他光源时能够吸收少量的光。它们在光谱上留下的“印迹”能让天文学家确定气体的性质。

 

10-6  天文学家发现宇宙“造星工厂”

 

天文学家已经发现了宇宙中最高产量的恒星工厂。

这个名为HFLS3的星系距离地球128亿光年,它每年生产出相当于将近3000颗太阳的恒星。这使它的生产能力比我们所处的银河系高出2000多倍。

天文学家认为该星系当时所处的宇宙的年龄只有宇宙当前年龄的6%。

这个星系十分巨大,其中含有大量的气体可用来形成新的恒星。科学家说:“这是有史以来对如此遥远星系的物理特性所进行的最为详尽的观察。”

为了准确地确定该星系的距离和特性,研究团队动用了12个国际望远镜观测设施进行观察,其中既有绕轨道飞行的,也有地面上的。这些望远镜种类繁多,包括了可见光望远镜,以及利用红外线、毫米波和射电波长工作的观测仪器。

科学家发现,这个星系所拥有的恒星质量大约是太阳质量的近400亿倍,而其拥有的气体和尘埃问题大约是太阳质量的1000亿倍,所有这些气体和尘埃都被包围在极其神秘的暗物质中,从而最终可以形成完整的星系群。

科学家说:“这个星系是一个证据,证明在宇宙大爆炸后仅8.8亿年的时候出现过十分密切的恒星形成过程。我们已经对关于早期星系形成的一个非常重要的时期进行了很有价值的观察。”

目前宇宙的年龄大概是137亿年。

 

 

11.宇宙在加速膨胀

 

三名天文学家因发现宇宙在加速膨胀而在2011年10月4日获得诺贝尔物理学奖。这一研究,正是为了探索宇宙的未来。他们的研究成果表明,宇宙最终将变成冰。

三位获奖者分别是美国人索尔·珀尔马特和亚当·里斯以及拥有美澳双重国籍的布赖恩·施密特。

这项研究已进行了十多年,早在1998年他们已经观测到一些数据,显示宇宙正在加速膨胀,其后他们仔细研究了几十颗遥远星系之中被称为“超新星”的爆炸恒星,最终得出宇宙正在加速膨胀的结论。宇宙膨胀的加速度暗示我们,在蕴藏于空间结构的某种未知能量的推动下,宇宙正在分崩离析。

 

11-1 “红移”现象发现宇宙膨胀

 

20世纪20年代,当时世界上最大的望远镜在美国加利福尼亚的威尔逊山上投入使用,天文学家终于证明,几乎所有星系都在远离我们。他们研究出一种“红移”现象,并得出结论:星系不光在离我们而去,彼此之间也在相互远离,而且距离越远,逃离的速度就越快——这被称为“哈勃定律”。也就是说,宇宙在膨胀。

三人对所谓的LA型超新星进行了研究,以确定衡量光在宇宙中运动的标准。

科学家们得出了今天的标准宇宙学观点:宇宙诞生于140亿年前的宇宙大爆炸。时间和空间都起始于那一时刻。宇宙在加速膨胀。

 

11-2  银河系遍布“定时炸弹”

 

在好莱坞大片《生死时速》中,一辆巴士安装了一种特殊的炸弹,一旦汽车奔跑速度低于每小时50英里,炸弹就会爆炸。这种设定让一部动作电影的情节变得紧张刺激。有趣的是,宇宙中也存在同样的情形。

新的研究显示,一些老恒星或许是靠它们迅速的自转来支撑自身的。一旦它们慢下来,它们就会爆炸成为超新星。我们的银河系分布着成千上万颗这种“定时炸弹”。

天文学家将这种特殊类型的恒星爆炸称为IA型超新星。当一种称为白矮星的衰老、致密的恒星失去稳定时,这种超新星就出现了。

白矮星是停止核聚变的恒星残骸。它的质量通常可以达到太阳的1.4倍。白矮星的这个最高质量值称为钱德拉塞卡极限。如果白矮星的质量超过该值,重力将超过支撑这颗白矮星的力量,从而使白矮星收缩并引发失控的核聚变。核聚变会令该恒星爆炸。

在我们的银河系,科学家估计每一千年就会出现3个IA型超新星。如果一颗典型的超钱德拉塞卡极限的白矮星在经历千百万年后会发生自旋减慢并爆炸,那么估计在距离地球几千光年的范围内应该会有数十个处于前爆发期的体系。

 

11-3 “超新星”成为宇宙新标尺

 

根据已知的万有引力论,人们一直认为“宇宙正在减速膨胀”。因此获诺贝尔奖的两个研究团队本来只是想了解宇宙最终“浓缩”后的结果,会导致怎样一种消亡。

他们采用当年那些天文学家所用的方法——给遥远的恒星定位,并测量它们如何运动。结果发现那些星球越来越远,宇宙标尺必须延长才有测量的可能。于是“超新星”,也就是爆炸的恒星,成了新“烛光”测量标准。

这种超新星其实是不断吸取周围星球的气体的恒星,最终自身爆炸,它在短短几星期之内发出的光,足以与整个星系相抗衡。在久远的未来,太阳也会变成一颗“超新星”。在整个可观测宇宙之中,大概平均每分钟会爆发10颗“超新星”。只是宇宙过于巨大,一个典型星系平均每1000年才会出现一到两颗“超新星”。超新星SN2011dh爆炸两周后观测到的银河系与SN2011dh

他们利用高科技发明——光敏数码成像传感器CCD来观测“超新星”,对50多颗遥远的“超新星”进行了观察,并测量它的“红移”速度和亮度。让他们惊讶的是,他们发现垂死的恒星发出的光比预想的要弱。

他们最终得出结论:宇宙膨胀不是在减速,而是在加速。

宇宙在加速膨胀的发现令人震惊。如果宇宙继续加速膨胀,整个宇宙最终将变成冰。

 

11-4  天文学家拍到最年轻超新星照片 

 

天文学家得到了一张前所未有的最年轻超新星的射电天文学照片。

2011年6月,在涡状星系(M51星系)中的一颗恒星爆发14天后,欧洲各地的望远镜合作为这场宇宙中的爆炸拍摄了一张非常清晰的照片——相当于能看到月球表面的一个高尔夫球。

在距离地球将近2300万光年、位于猎犬座的M51星系中,出现了宇宙中最剧烈的现象之一,虽然这种现象看上去很美:以超新星爆发的形式所展现的恒星之死。分布于西班牙、瑞典、德国和芬兰的数架望远镜联合起来,并利用位于荷兰的一台超级计算机处理的数据,获得了一张非常清晰的图像,其清晰度甚于哈勃太空望远镜100倍。一种被称为射电干涉测量法的技术使科学家们在这颗名为SN2011dh的超新星爆发数天后就拍摄到了它的照片。

这一实验创下了一个纪录:这是超新星爆发后最早拍摄的一张高清晰度的照片。根据这张照片,天文学家能够确定爆发导致的冲击波的膨胀速度。凭借这一精确度,科学家们能够在以前的星系照片中寻找爆发前的这颗恒星,以及对未来的观测作出更准确的估计。

超新星是宇宙中最令人叹为观止的现象之一。一位天体物理学家说:“如果我们运气能像这次这么好,我们就能够获得真正清晰和高清的超新星图像,这要归功于甚长基线干涉测量法。”

 

11-5 “暗能量”正在抢地盘

 

宇宙膨胀不仅正在加速,而且已经偷偷加速了几十亿年。

促使宇宙加速膨胀的可能是一种神秘莫测的力量,即暗能量驱动的。这种暗能量最初只占宇宙的一小部分,但随着宇宙物质在宇宙膨胀过程中逐渐被稀释,这种暗物质如今已占据了宇宙成分总量的大约四分之三,它的本质仍然是谜,或许也是当今物理学面临的最大谜题。

科学家们认为,这种暗能量一定来自于一种能够产生斥力的物质。也许,它根本就不是常数,会随着时间变化。又或许只是一种未知的力场偶尔产生了暗能量。

但因为暗能量仍在逐渐“强大”,预言宇宙未来会如何,成了一件不可能完成的任务。也许膨胀永远加速下去,未来将是一望无际的黑暗和孤独。也许时空逐渐扭曲,就连原子都不能避免被撕碎的命运。

诺贝尔奖评审委员会说:“这一发现有助于揭开在很大程度上不为科学界所知的宇宙面纱。”

 

11-6  科学家另说:地球并非“越来越胖”

 

科学家说,地球没有在膨胀。

科学家终于平息了地球越来越胖的谣传。

自达尔文时代开始,科学家一直猜测地球可能处于膨胀或收缩过程中。

现在,这些推测和传言已得到平息。

美国航天局喷气推进实验室的科学家说:“我们的研究提供了一项独立的证据,即在当前的测量精度内,固体地球没有在变大。”美国航天局一组科学家利用一系列太空测量工具和新的数据计算方法,探测出固体地球没有发生统计学上显著的膨胀。

然而,他们估计地球的半径每年平均变化约0.1毫米,即大约一根人类头发那么细,这样的变化速度被视为统计上可忽略的。

地震和火山等地壳构造力推动山脉变得更高,而侵蚀和山崩则将其磨损。此外,厄尔尼诺和拉尼娜等大型气候事件令大量水体在地球的海洋、大气和陆地上重新分布。

有了这个对地球实际大小的新的基准测量,科学家将能够更好地理解这些变化的幅度。

 

               11-7 科学家称或存在平行宇宙

 

美国加州理工学院宇宙哲学家兰加-拉姆·查里认为,他或许发现了平行宇宙的存在证据。

查里2015年11月在美国《天体物理学杂志》季刊上发表的最新研究论文称,宇宙碰撞——一个宇宙撞上另一个宇宙——可以解释他在宇宙微波背景图上发现的不规则现象。

宇宙微波背景是大爆炸之后新生宇宙残留的光点。查里利用欧洲航天局“普朗克”号探测器望远镜采集到的数据绘制了一张宇宙微波背景图。他把这张图与完整的夜空图对照,发现了一个无法解释的亮光斑。

宇宙微波背景遍布古老的光点,揭示了大爆炸几十万年后宇宙的辐射痕迹。这种古老的光点是电子与质子相结合形成氢的结果。由于氢能发出一定范围内的可见光,天文学家知道这些古老的光斑应当或不应当有哪些颜色。

引起注意的那个光斑呈现不应有的颜色。查里提出,多重宇宙理论可以解释这个现象。他写道:“我们的宇宙也许只是一个不断膨胀的超大区域的一部分。”

多重宇宙理论认为,持续膨胀的宇宙产生一团团膨胀更为迅速的能量,它们形成自己的小宇宙。在有些科学家看来,宇宙膨胀概念需要多重宇宙貌似合理。有科学家认为,大多数膨胀事实上都会走向不断地膨胀,制造出众多小宇宙。有些科学家则认为,多重宇宙理论既无法证实也无法驳倒。其他人则谋求中间立场。

 

 

12.地球上的水和铁来自哪里

 

12-1  地球上的水来自小行星带

 

科学家们从很久以前就开始问自己,地球上的水来自哪里?截至目前的官方说法认为,挥发元素(如氢、氮和碳)甚至最初的有机物都来自地球之外,是由彗星和一种非常古老的陨石碳质球粒陨石带到地球上的。这两类天体都是木星轨道之外形成的,后来”迁移“到太阳系内部。然而,一项新的研究说不是这样。

当然,精准确定这些基本元素来自哪里,意味着能够弄明白水、生命乃至地球是如何出现的。美国科学家说,地球上的水与太阳系形成时就以冰的状态分布在整个太阳系的水并不一样,而是很久之后才到达地球的,而且不是被来自遥远的太阳系边缘的彗星带来的,而是来自更近的地方——火星与木星之间的小行星带。

在最初的太阳系中就分布着大量固态水,但这些冰并没有参与地球的形成。如今这些最初的冰可以在彗星或碳质球粒陨石中找到。但研究显示,这两种天体并不像过去人们所认为的,诞生在木星轨道之外,而是形成于两个相距遥远的区域。彗星在太阳系之外形成,碳质球粒陨石的诞生地则近得多。

通过分析碳质球粒陨石的冰中氘的含量,区分出了这一不同之处。天体形成的地方距离太阳越远,含有的氘越多。如果彗星和碳质球粒陨石在同一地方形成,它们的冰中氘的比例应当相同或相近,但结果并非如此。

氘的含量表明,相比彗星,碳质球粒陨石应当形成于距离太阳近得多的地方,具体来说,是火星与木星之间的小行星带。地球上的水同样来自这条小行星带。

 

12-2  地球上的铁来自古老恒星爆炸

 

发现了古老的超新星,研究人员说,具有100亿年历史的爆炸中的恒星是地球上铁的来源。

正处于爆炸过程中的超新星为我们了解地球上的元素以及宇宙的历史打开了一扇窗户。所有比氧重的元素都是在爆炸的核反应中形成的。

那些最古老的爆炸(远到它们的光直到现在才抵达地球)可能很难看到。以色列科学家在昂星团深空如满月大小的一片天空中发现了数量破纪录的一批超新星。在观察到的150颗超新星中,有12颗是史上看到的最遥远、最古老的。                    一块具有38.25亿年历史的岩石

这一发现加深了我们对超新星的特征和它们在元素形成过程中所发挥作用的了解。这些“热核”超新星尤其是宇宙中铁的主要来源。

2011年10月刊登在英国《皇家天文学会月刊》上的这项研究是与来自日本和美国的一些机构的团队合作完成的。

超新星是自然界的“元素工厂”。元素在这些爆炸过程中形成并被抛入星际空间,成为形成新一代恒星和行星的原料。有位科学家说:“这些元素是形成我们站立的地面、我们的身体、我们的血管里流淌的血液中的铁元素的原子。”

 

 

13.宇宙的十大谜团

 

同广袤的宇宙相比,我们居住的星球实在是太渺小了。宇宙的复杂程度,也的确超出了我们的想象力。以下就是十大令人百思不得其解的谜团。

 

1)宇宙的开端

    宇宙是如何开始的?宇宙曾经有过开端吗?如果宇宙包括了我们所知的各种东西,也包括了时间,那么在宇宙的开端之前,是否有可能还存在“从前”?

目前的理论都在谈“大爆炸”,这是137亿年前一场惊天动地的膨胀,所有的能量和物质从一个奇点诞生,宇宙扩张的脚步至今也未停歇。

是什么引发了大爆炸?所有的能量和物质来自何方?这些问题有没有意义?

 

2)宇宙的终点

宇宙的终点同样是个麻烦事。宇宙的使用寿命是否会过期,众说纷纭。

有几种可能,一种是宇宙会继续膨胀,并最终使物质和能量都被拽得变成稀薄的“云雾”;另一种是引力最终会拉住所有的物质,宇宙扩张的脚步会停止,然后倒退,重新回到一个点,并再次引发另一次大爆炸。

另有一种理论认为,当所有的粒子逐渐消亡时,宇宙将会“淡出江湖”,烟消云散。

好在宇宙的寿命至少还有许多亿年,目前还没有什么可怕的危险结局等待着我们。

 

3)平行宇宙

目前流行的物理学给我们描绘了一种可能性,在我们的宇宙周围,存在着许多其他的宇宙,它们也具有时间和空间,但和我们的宇宙只有非常有限的联系。这些宇宙也会有它自己的历史与未来,甚至有它们自己的物理学定律。

目前还只是个含糊的理论,但也许有一天,我们真的能到其他的宇宙中去旅行。

 

4)时间

时间这东西让所有的事情不会同时发生,它让过去发生的事情和未来发生的事情泾渭分明。那么它和空间类似,也是维度之一吗?它是物质的一个特性吗?

应该说,时间是宇宙物质运动的一个属性。

或者它只是一种幻觉,是为了提高全世界钟表的销售而杜撰的东西?世界上最聪明的人也会对时间问题感到头痛。

 

5)暗物质、暗能量

根据现在的宇宙模型,并结合高技术仪器的观测,人们发现宇宙中包含的物质总量,应该比我们能观测到的物质要多。实际上,我们只能直接观测到宇宙物质总量的4%左右。剩下的那些都是不可见的,或者说叫“暗物质”,那意思是,我们对它们“没感觉”。

和暗物质类似,还有一类能量也是我们无法直接观测的,它就是“暗能量”。由于物质和能量可以相互转化,从总量上讲,暗能量其实比暗物质还要多。解释暗物质和暗能量的理论很多,但我们不得不承认,大部分的宇宙似乎在和我们躲猫猫。

 

6)意识

什么是意识?行为学家说,它只是条件反射的产物。听上去太简单了。可我们不能否认,我们反思自己思维的能力的确独特而有趣。

意识只是我们大脑工作方式的一个副产品吗?你如何区分真正的意识和用电流之类的东西刺激大脑而产生出来的模拟意识?在承载着意识的大脑死亡后,意识还存在吗?对于意识,我们有太多的问题,也许在我们能够和机器人或者神鬼之类的东西平等对话之前,我们可能不会对意识说“我懂了”。

 

7)稀缺的反物质

从理论上说,物质和反物质是在同一事件中同时诞生的。当一个普通的重粒子产生时,相同质量、相反电性的反粒子也同时产生,其他粒子亦然。

然而,虽然我们能够在地球上的实验室中制造出反粒子,却几乎在周围的宇宙空间中见不到反粒子的踪影。没人知道本该和物质分庭抗礼的反物质到底发生了什么事,它们都玩起了失踪。

 

8)大一统理论

几十年来,物理学家一直在试图弥合牛顿的经典物理、爱因斯坦的相对论物理和海森堡等人的量子物理。

这三种物理理论似乎只在各自的应用王国里有效,彼此无视对方,可这三套物理学理论共存于同一个宇宙中。于是物理学家开始寻找大统一理论,为的是“同一个世界,同一个梦想”,号称要用一个理论取代所有不完整的物理学理论。如今,牛顿和爱因斯坦早就和谐相处了,但海森堡的理论一直拒绝合作。

也许,大统一理论根本就不存在。或者即便存在,也复杂到超出目前人类智慧的程度。不过科学家会一直为这个梦想努力下去,直到证明它真的存在或者不存在的那一天。

 

9)通古斯大爆炸

1908年6月30日当地时间上午7时17分,在俄罗斯西伯利亚的通古斯河谷的一片森林中,有什么东西爆炸了,几千米外的居民观察到那个区域有明亮的蓝色条纹光芒。爆炸制造了可怕的冲击波,位于遥远的英国的科学仪器也记录到了爆炸波。此后对该地区的考察发现,树木大片被放倒,而且从一个中心点辐射向外倒下,表明当地曾发生了某种空中爆炸。

直到现在,科学家还是无法确定爆炸物是什么,只是推测可能是一颗流星或者彗星的碎片发生了爆炸。为什么它会在空中爆炸呢?为什么我们找不到残留的碎片?

从那时起,这个谜团让许多UFO爱好者乐于在黑夜中寻找光明。

 

10)外星智慧

这是一个简单的谜团,即宇宙中除了我们之外,是否还有其他智慧生命?

美国科普作家卡尔·萨根说,如果我们是真实存在的智慧生命,那么从我们的情况推测,由于宇宙是如此广大,因此不论智慧生命在宇宙中多么稀少,我们仍然会有许多外星伙伴。天体物理学家弗兰克·德瑞克建立了一个公式(即绿岸公式),可以计算宇宙中到底该有多少智慧生命的种类,并且估算即便在每10亿颗行星上只诞生了一种智慧生命,那么宇宙中也会有60亿颗行星上面拥有智慧生命。

然而,物理学家恩里科·费米却提出,如果生命很常见,为什么直到现在,我们都没能探测到宇宙中智慧生命发出的任何信号?

这大概是地球人的智慧还没有发展到那一步吧!

 

 

14.最遥远的星系距地球132亿光年

 

据外国媒体报导,天文学家观测到迄今已知的最遥远星系,与地球相距132亿光年。

新发现的星系被称为“MACS1149-JD”,诞生于宇宙大爆炸之后约5亿年。这一星系体积小,结构紧凑,质量为银河系的1%。

这一遥远星系存在的时期对于研究“黑暗时代”具有重要意义。大爆炸后38万年至10亿年,大量氢气弥散在宇宙中,由于没有新的光源产生,宇宙是黑暗的。后来星系越来越多,“氢气雾”被它们产生的电磁辐射驱散后,宇宙才开始亮起来。对“黑暗时代”的研究是当今科学前沿课题之一。而发现和研究在“黑暗时代”诞生的恒星和星系,是揭开这一时代奥秘的关键。

 

最大天体跨度达50亿光年

美国和匈牙利的一个联合研究小组,在2015年8月以前发现了由遥远的9个星系的9个伽马射线暴构成的环状结构,总跨度达50亿光年。相比之下,我们的银河系跨度只有10万光年。

伽马射线暴是宇宙中最明亮的物质,它在数秒内释放出的能量相当于太阳在100亿年内释放能量的总和。

近来科学家的研究显示,伽马射线暴的巨大能量是物质坍缩进黑洞时发出的。

它们所发出的耀眼光亮令天文学家得以标出遥远星系的位置,并进一步发现了该环状结构。

在太空和地面观测台的共同协助下,人们才得以窥见组成这一环状结构的伽马射线暴。

这些伽马射线暴与地球间的距离似乎相差不大——约70亿光年。整个环状结构的跨度超过50亿光年。

现代天体物理学模型显示,任何宇宙结构,其规模上限不应超过12亿光年。而最新发现的环状结构几乎达到这一上限的5倍。

 

 

15.月亮与地球

 

15-1 月亮是地球抛出的“包袱”? 

 

一份最新的研究报告,为关于月球成因的“撞击说”提供了新的理论依据。报告显示月球也许是由自转过快的地球遭到撞击后产生的物质所形成。

20世纪 70年代开始,科学界广为认可的月亮起源理论就是“撞击说”。该理论假设月球是由地球和一颗小行星撞击所产生的结果。由宇航员采回的月岩也与地球成分有许多相似的地方,其氧同位素、或原子类型、成分都是相同的。但为什么地球被撞击以后就产生了月球?“撞击说”一直无法对此做出合理的解释。

近日,有两位科学家在《科学》杂志上发表了一篇论文,称其理论可以解释为什么地球和月球有类似的构造和化学成分。他们认为,在月球形成以前,地球的自转速度非常快,大概2-3小时自转一周。极快的自转速度足以令其在遭受撞击时“抛出”地球表面质量较轻的物质,这些被抛出的物质形成了一个围绕着地球的小行星带,并最终形成了月球。在月球“诞生”之后,由于太阳和月球的引力作用,地球自转的速度也慢慢地放缓了。

 

15-2 天上曾有两个月亮吗?

 

2011年8月3日,美国《时代》周刊网站报道:小月亮:从前地球有两颗卫星。

地球现在只有月亮这一个卫星,但发表在《自然》杂志上的一篇论文说,很久以前,地球曾有两个卫星。

提出这一说法的是加利福尼亚大学的天文学家马丁·尤齐和埃里克·艾斯普豪格,他们最初是为了解释为什么月球会有这么不对称的表面。面对我们的这一部分表面相对光滑,大片古老的熔岩形成了平坦、黝黑而低矮的平原,以至于早期的天文学家曾把这误认为海洋。而上世纪60年代,通过环绕月球的太空探测器,科学家发现月球背对我们的那面大都是崎岖不平的山地和环形山。                                      两个月亮

没有人能确切地解释为什么月球会有如此不对称的表面。

尤齐和艾斯普豪格开始思考这个问题。多亏阿波罗探月任务带回的月球岩石样本,行星科学家非常肯定月球是数十亿年前一颗较大的小行星撞击地球时产生的。

撞击产生了大量碎屑,这些碎屑进入太空后最终结合成了月球。可能还形成了其他星体,不过由于它们的轨道不稳定,最终这些行星都飘走或落到地球或月球上了。

在经过了数千万年之后,这个小月亮开始变得不稳定,最后几乎肯定落入了大月球上。不过尤齐他们的电脑模型显示,这颗短命的卫星下落的方式极其温柔,速度只有每秒钟几英里,最后只是“啪”的一声落下,而不是剧烈的撞击。

而这种温柔的撞击方式只是在一面加上了一堆东西,就好像在一个篮球上拍上了些泥巴。而且,假如这个小月亮直径为750英里,那质量只有月球的约三分之一,那么现在月球那一面的多余物质大部分都来自于它。                                     两个月亮相撞假想图

在发生撞击的当时,月球可能已从最初的熔化状态冷却下来,形成了一层薄薄的外壳,底下则是岩浆的海洋。而突然加到另一面的多余质量将大多数地下的岩浆都挤到了正对我们这一面,为后来的喷发提供了足够的熔岩。

在验证这一理论,最好的办法是从月球的另一面带回的岩石中寻找矿物学证据。可惜这个任务大概还不能很快实现。

 

地球最近有过两个月亮

2011年12月26日,《韩国先驱报》报道,一份新的研究报告宣称,地球一直有第二个卫星。

2006年秋季,天文学家在美国亚利桑那州发现,一个神秘的钛白色物体正在绕地球运行。

更进一步的研究表明,这个编号为2006RH120的物体是天然形成的,尽管它是一颗很小的小行星,只有几米长,但它仍然属于一颗自然卫星,就像我们的月亮一样。

在地球引力的吸引下,这颗小行星一直围绕地球运行到2007年6月。

在这份研究报告中,天体物理学家宣称,这颗小行星并不是偶然成为地球卫星的,而是时不时出现的临时卫星。

研究人员说,他们测算了被地球“临时捕获的不定期自然卫星的数量”。他们在报告中说,尽管这些卫星很小,但这一发现的科学意义是非凡的。

 

15-3 假如没有月亮

 

假如没有月亮地球会变成什么样子?还会有生命出现在地球上吗?以下是在没有月球的假设下,地球可能出现的各种情况。

 

    1)地球不会有四季变化,甚至不会有生命

    月球是太阳系卫星中的一个大个头,在太阳系已知的66颗卫星中,只有4颗的体积大过了月球月球强大的引力为地球提供了一种叫抑制矩的力量,这起到了稳定地球自转的作用,使地球在公转的轨道上不至于摇摇晃晃或颠簸移动。

    火星不同的命运证实了月球地球的这一功劳。火星只有两颗小型的卫星,火星的自转是不平衡的,据计算,它的自转轴与公转轨道的倾角会在10至50度之间波动。

如果地球的近旁没有这个“异乎寻常大”的月球地球自转轴的倾角也会像火星那样有很大变动。月球的半径是地球半径的27%(1738千米),同太阳系的其他行星的卫星比较起来,地球的这个卫星的大小相对于母行星大小的比例确实是大得异乎寻常。多亏有这样一个大卫星,地球自转轴倾角的变动幅度才被限制在正负1度的范围以内。

科学研究发现,地球自转轴的倾角只要有微小的变化,就能够引起气候的巨大变动。自转轴的倾角如果变小,季节的差别便会变小。在这种情况下,极地能够接受到太阳光的照射量也会减少,于是高纬度地区和低纬度地区之间的气温差就会变大。反之,自转轴的倾角如果变大,比如超过54度,赤道附近便会变得比极地寒冷,正好位于赤道的地区甚至会冻结。在自转轴倾角不稳定从而使气候如此频繁变化的行星上,环境自然要比现在的地球环境恶劣得多。

如果没有月球的陪伴,地球的气候和四季将失去规律。假设有一天,地球的自转轴朝着太阳发生完全的偏转(90度),北极点将直接对着太阳,那么所有位于北半球的城市,如马德里、那不勒斯或纽约就会持续白昼,从4月末一直持续到8月,而且阳光将使北极地区变得和赤道地区最热时期一样炎热。在长达六个月的夏季中,北半球将变成一片彻底干涸的沙漠,同时全球性的风暴把大气带到漫长黑夜笼罩下的南半球。随后北半球的冬季降临,以上地区陷入长达六个月的黑夜,这意味着那里将变成一片冰冻的世界。在这样的气候条件下,植物和动物将无法生存。

多亏有月球的保护,地月之间的相互作用使地球自转轴得以保持安全平衡,我们人类才能在地球上生存。

 

2)地球上一天的时间将只有12小时,且狂风呼啸

30亿年前的一天可能只有接近现代的半天时间,在这30亿年中,月球充当了地球自转的一个减速器。月球引发的潮汐不断冲刷地球表面,在海陆之间来回波动,从而产生一种巨大的摩擦力使地球自转多了一种阻力,从而大大减缓了旋转的速度。如果没有月球潮汐的拖曳,我们的一天将只有12个小时。

12个小时一天,地球上的一切都将发生难以想象的变化。地球自转的速度增加对地球表面风的强度和方向有着直接的影响。通常星体旋转愈快,风力就越强持续时间也越久。在一天只有10小时的木星上,飓风近似于旋转的恶魔,并且可以延续几十年甚至几个世纪。

如果地球也时时狂风怒吼,地球上的生命又该是另一幅情景了:由于地球转速更快,地球上将产生东西方向的强大风暴和飓风,地球上将不会出现树木,因为植物必须紧紧依附在地面上才能生存。动物则需变得更强壮,最好身上长着天然甲壳,因为只有这样它们才能不被狂风刮起——也许统治地球的将会是一些像乌龟和犰狳状的生物。即使它们能进化成高级智能生物,它们也不会互相说话,因为要在狂风中说话,显然太困难了。

 

3)地球将变得千疮百孔

现在月球表面到处坑坑洼洼,这其中有许多是由于流星频繁撞击而形成的陨石坑。而在这些流星中,有一部分原本是冲着地球来的。如果不是月球充当了挡箭牌,流星就会与地球相撞,而其中的大量撞击对地球而言是毁灭性的灾难。6500万年前,一次陨石的碰撞就导致了地球上一代霸主——恐龙的灭绝。如果没有月球,不知世界又要发生多少次命运的转折了。月球为地球作了很大贡献,为地球抵挡了很多小行星的撞击,对保护地球建立了“伟大的功勋”。30多亿年以来,小天体不断撞击月球,月球上形成了许多撞击坑,月球也斑驳陆离、千疮百孔。据不完全统计,月球直径大于1000米的撞击坑就有3.3万多个。

 

4)地球上将没有山脉,甚至不会有稳固的陆地

导致月球形成的剧烈碰撞同时也将地壳的很大一部分彻底抛入太空,但地球表面随后形成的岩石圈的厚度仅为早期地壳的30%,更易碎裂。有些地质学家认为正是由于这个原因,它才分裂成几部分,导致不同的大陆板块像木筏一样在黏稠的深层地幔上漂移。这些木筏相互碰撞,于是产生了山脉,台喜马拉雅山脉就是印度板块和亚洲板块碰撞的结果。如果没有月球的诞生,这种漂移和碰撞绝不会发生。我们的地球会像金星那样,具有厚厚的、光滑的地壳,且连成一片。仅有的几处突起会被几百万年间的糟糕天气荡平,地表最后被一片大海覆盖,只留下几处小小的火山岛露出水面,就像今天的夏威夷岛或加那群岛那样。

 

5)海水将没那么咸,生命也许不会出现

想象一下地球和月球形成之初的情形。那时,地月之间的距离应该不到现在的一半,海潮潮位比现在高几十倍。由于地球自转更快,涨潮的频率比现在更高,形成不久的大陆海岸几乎每隔三五个小时就要遭受海啸般的潮水冲击。汹涌海浪的持续洗刷迅速侵蚀了海岸岩石,溶解了大量的矿物盐及由陨石和彗星带来的含碳有机物。这些巨潮在将原始海洋中的淡水转变成“生命汤”的过程中起到了重要作用。有科学家断言,潮汐的循环为大分子链的形成提供了必要的能量,而生命体的重要组成部分蛋白质或基因载体DNA,正是脱胎于大分子链。

 

    附:地球没有季节,人类将会怎样?

没有季节人类处境悲惨

45亿年前,一个火星大小的天体与地球相撞,将地球撞飞了一大块,这一大块后来就形成了月球。这次撞击还使地球的地轴倾斜了一点,因此我们的地球现在是在倾斜绕太阳运行。现在,在一年中,照射到北半球和南半球的阳光量随着地球绕太阳公转而不断变化——先是南半球向太阳倾斜,然后是北半球向太阳倾斜。这种循环促成了地球的四季变化。

如果没有月球的产生,没有地球的倾斜,人类的处境将是悲惨的。

有科学家认为:在一个没有季节的世界中,连小麦都不会有。如果没有季节,人类可能永远没法走出在分散的小村落中生活、挣扎求生并常常死于可怕的昆虫传播的疾病的状态。

科学家们认为,没有发生倾角的地球将会分成不同的气候带,随着纬度升高而逐渐变冷。人类也许永远都无法在高纬度持续的冬天中存活下来,因此人类很可能会聚集到这颗星球的热带腹地中生活。

如果这个适宜居住的世界是一个像刚果雨林那样的潮湿热带地区,雨水就会无休无止地侵蚀任何被清理出来以进行耕作的土地,并将滤掉植物根部的营养物质,迅速使耕地不适于庄稼的生长。

结果就是,人类只能在大多数潮湿的热带低地、在十分不稳定的农业支持下以极低的人口密度生存。低人口密度和低农业生产力导致小规模、零散的村落。现代文明中令人愉悦的那些东西都无法建立在这个基础之上。

 

冬季帮助遏制疾病传播

除了农业问题之外,人类还会受到温暖潮湿环境中大量滋生的疾病的折磨。冬季保护了世界大部分人口免受热带昆虫(它们携带致命疾病)的侵害,也保护了作物和家畜免受侵害。HIV就是从热带森林中传播出来的病毒之一。其他许多像埃博拉病毒之类的病毒和疾病也在伺机而动。人类的死亡率和患病率(与疾病直接相关、与饥饿间接相关)将会急剧飙升。

另一方面,如果地球像阿拉伯半岛一样始终温暖干燥,人类的处境会更糟,甚至可能会灭绝。因为干旱的热带地区支撑大规模复杂社会的能力更小,除了迪拜等地——那里的人完全依靠油井中的化石能源为生。

除了遏制致命病菌及其昆虫携带者之外,冬天对于人类发展还有其他许多重要作用。首先,小麦只能在有着凉爽或寒冷冬天的地方生长。这是有助于供养全世界的重大创造。其他必不可少的粮食作物——包括玉米、土豆、燕麦和大麦——同样在有着凉爽或寒冷冬季的地方长得更好。

 

寒冷促进人类科技进步

不仅农作物如此,工业革命以及所有由此产生的科技都源自冬季的存在。现代科技就可以被认为是为了保暖而发展出的副产品。

地球人在冬天需要暖气。随着人口的增长,用来种植燃料木材的林地日益减少,很快就不够用了。煤炭帮助人们给家中供暖,幸好地球上有丰富的煤炭资源。蒸汽机的发明者们很快发现煤炭可以用于为工业机器提供动力。其他许多科学、技术和医学方面的关键发展也出现在有着寒冬的地方。

如果今天地球突然没有了季节变化,发生的最大变化会是什么呢?

月球确保了地球的倾斜保持稳定,因此季节不会完全消失。不过,由于温室气体排放引发的全球变暖可能让冬季更加温暖。如果气候变化令冬季缩短甚至消失,现在生活在温带的人们处境将会糟糕很多。冬季让世界大部分人口免于大量热带疾病的威胁。你想和携带疟疾的蚊子和舌蝇共享生活空间吗?

 

15-4  另一种观点认为没有月球,地球生命照样产生

 

科学家一直相信,如果没有月球稳定的引力影响,地球轨道倾角的变化就会使气候变化过于频繁,从而影响到复杂生物的进化。然而一项最新研究却认为事实并非如此,这一研究将对寻找太阳系其他地方的生命产生影响。

这一研究源自“开普勒”太空望远镜的任务,该任务的目的是寻找在银河系其他恒星周围的生命可生存区域运行的类地行星。

1993年,法国巴黎天文台证明,月球有助于稳定地球自转轴的倾角,以免受到木星引力的干扰。研究人员测算,如果没有月球稳定的引力影响,地球的倾角在0度至85度之间大幅度变动,而目前大约为23度。每10万年左右就要改变约85度,从而使地球的两极要么出现冰冻,要么受炙烤。科学家相信,约50万年的稳定的气候跨度对地球上复杂生命的繁衍是必需的。

近来,科学家模拟了没有月球的地球在40亿年间的变化,这段时间与地球目前年龄大致相当。他们发现,地球只会在10度至50度之间摆动,比以前的研究所认为的范围要小得多。此外,在这段时间里还会存在长达5亿年的倾角稳定时期,大概保持在17度至32度之间。

新的计算机分析显示,如果没有月球,地球的轨道倾角虽然仍会有显著的变化,不过木星和其他因素会使这种变化控制在正负10度以内。地球的旋转轨道倾角每10万年左右会出现0。5度到1度的变化。因此不会妨碍生命的产生。

行星科学家冯德拉克说,在地球表面,我们可以发现重要的证据和线索,不仅说明月球上发生了什么,而且说明45亿年来地月系统发生了什么。

这项研究还显示,如果地球围绕太阳反向运转——称作逆行轨道,它根本不需要月球就可以拥有今天这么稳定的气候。同样的,如果木星与地球的距离是今天的一半,它也会拥有类似的“帮手”。

这些研究成果使太阳系外行星的追踪者修订他们对宜居星球构成因素的认识。

巴恩斯说:“我们认为,至少80%至90%的行星从统计学上说甚至不需要卫星”就可以拥有稳定的气候。

影响行星气候以及是否适宜生命存活的其他因素包括它的恒星的年龄和构成,以及同一星系内姐妹行星的大小和位置。

 

15-5“泰坦尼克”号沉船是月亮惹的祸

 

什么促使“泰坦尼克”号沉没?“泰坦尼克”号发生沉船事故后一个世纪,科学家找到导致其沉没的一个出人意料的肇事者——月亮

这艘横跨大西洋航行的邮轮在1912年4月发生灾难的原因是撞上了冰山。

1912年4月15日凌晨沉没,造成1517人死亡。自那以来,研究人员对爱德华·史密斯船长的行为一直感到困惑,因为他似乎对“泰坦尼克”号航行的区域存在冰山的警告不屑一顾。      “泰坦尼克”号资料图

史密斯是一位经验丰富的船长,他已经在北大西洋航线上航行了无数次。他之所以受到委派,担任“泰坦尼克”号处女航的船长,就是因为他经验丰富,认真负责。

美国物理学家唐纳德·奥尔森带领的一个天文学家团队审查了月亮在这起灾难中扮演的角色。                     “泰坦尼克”号残骸全景图

奥尔森说,“泰坦尼克”号撞上的那种格陵兰冰山通常会搁浅在加拿大拉布拉多半岛和纽芬兰以外较浅海域中,只有当它们有足够大的部分融化以使其能重新漂浮起来或有大潮推动它们时,它们才能再向南移动。

奥尔森说,这种“几辈子才出现一次”的情况出现在1912年1月4日,当时,月球和太阳的排列方式使得它们间的万有引力能相互增强。同时,那年1月份地球和月亮之间达到了1400年以来的最近距离,并且达到最近距离的时间就出现在满月的6分钟里。更有甚者,就在前一天,太阳跟地球间也达到了当年的最近距离。

“太阳、地球、月球的这种排列方式使月球对地球上海潮的拉动力量实现了最大化。这是不同寻常的。”

1912年1月同格陵兰岛分离的冰山,于是能在4月中旬来到航线上,因此,“泰坦尼克”号撞上冰山沉没了。

当时,船长对航线上出现冰山的报告置若罔闻。船长当时没有理由相信,他将遇到的冰山会有那么多或那么大。

 

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