宇宙有多大?宇宙的中心又在哪裏呢?從人類誕生起,這些問題就一刻不停地縈繞在求知者的心中。
人類對宇宙的想象一刻都未曾停止過。中國古代盤古開天的混沌宇宙圖像,西方的疊烏龜馱天地的宇宙圖像等在人類探索宇宙奧秘中都是多彩的一筆。
公元前340年,隨著古希臘哲學家亞裏士多德《論天》的發表,地球是宇宙的中心就備受關注。
托勒密描述出了一個八天球的宇宙圖像,這是人類曆史上最早的比較完整的宇宙模型。後來基督教引用了這一圖像,認為這與《聖經》很吻合,至少人們可以隨意想象在固定恒星球之外的天堂和地獄。
人們迷惑了,難道我們真的仍是宇宙的中心嗎?事實上,這種情形很像一個畫有好多斑點的氣球被逐漸吹脹。當氣球膨脹時,任何兩個斑點之間的距離加大,但是沒有一個斑點可認為是膨脹的中心,也就是說宇宙沒有中心。
隨後,科學家又發現,宇宙開始斥力膨脹後,宇宙中心區域的物質在斥力的作用下不得不離開中心,從而形成空洞,而且空洞越來越大。在空間上,各種物質的分布也是對稱的。
在斥力假設的基礎上,科學家斷言,小宇宙的中心就是離我們最近最大的空洞。空洞的周圍布滿星係,也可以說是被大的超星係團包圍著,因為沿周向的引力仍阻礙著膨脹。空洞中有時有少量的天體,原因是天體的爆發物可以射入空洞。
科學家認為,人類是宇宙中心得天獨厚的觀測者。
人類一直在進行對宇宙中心的探索,雖然我們今天已經得到了某些答案,也許有一天這些答案會像我們認為地球繞著太陽運動那樣顯而易見——當然也可能像烏龜塔那般荒唐可笑。不管怎樣,唯有讓時間來判斷了。
【宇宙與生命之謎】
宇宙的演化孕育出生命、思維和智慧,宇宙之於生命,猶如母親之於嬰兒。人們不禁要問,宇宙又是怎樣孕育出生命的呢?
地球上有很多種元素,但用於構成生命的元素並不多,主要有碳、氫、氧、氮4種,此外還有硫、磷及其他一些微量元素。
我們知道,組成生命的主要物質是蛋白質、水分和無機鹽三大類。元素分析表明,蛋白質一般含碳50%~55%、氧20%~23%、氮15%~18%、氫6%~8%、硫0~4%,有些蛋白質還含有微量的磷、鐵、鋅、銅、钜等。
從前,科學家曾認為,星際空間不存在任何物質,是絕對真空。直到1930年特藍普勒在測定疏散星團直徑時,發現星光在宇宙空間產生消光現象,由此發現了星際塵埃。20世紀50年代以來,由於紅外和射電觀測技術及實驗波譜研究手段的進步,越來越多的星際物質被探測出來。特別是1969年斯奈德觀測到有機分子甲醛(HCHO)的譜線,轟動了世界,被譽為20世紀60年代天體物理的重大發現,他的發現還激發了天文學家去探索星際分子的熱情。
到1991年,已發現92種星際分子、2000多條分子譜線。最新的消息是美國伊利諾斯州立大學的射電天文學家路易斯·辛德通過頻譜在靠近銀河係中心的星雲中發現了生命分子——氨基酸,這一發現有可能解釋生命的起源問題。
星際有機分子的普遍存在啟示我們,在宇宙的恒星體係中,具備產生生命條件的行星(類地球)為數不少,在那些行星上必然會出現生命,乃至進化為智慧生物。因此,探索宇宙生命將是人類在搞清自己之後的下一個探求目標。
講到宇宙中其他天體上的生命,首先要了解和地球生命的化學成分類似的情況,特別要提出的先決條件是這種生命必須依賴於液態水。
生命進化的過程非常漫長。35億年前地球上就已有了比較高級的單細胞生物藍藻,而地球的年齡也不過50億年。如此看來,那些大質量恒星對於生物進化實在太短暫了,它們發光發熱隻能維持幾百萬年。合適的對象隻有從質量相當於或小於太陽的恒星中去找。我們的銀河係中大約有千億顆恒星,絕大多數的質量都算“合格”,因為質量較大的恒星終究比較少。
除此以外,銀河係中恒星的發光發熱年代都很長,都足以使智慧生物漸漸形成。然而有一個重要條件,這顆恒星必須是單星而不是雙星。因為在雙星係統中,行星很可能不是被其中一顆恒星吸進去就是被甩到宇宙空間。因此,銀河係中還有400億顆恒星伴有行星。
有了行星還不夠,這顆行星與恒星的距離及其質量至少能夠滿足液態水的存在。銀河係中可能有著100萬個居住生物的行星,這些生物也都演變了40億年,隻不過它們理應處於各自不同的進化階段。
科學家還發現,彗星是一種很特殊的星體,可能與生命的起源有著重要的聯係。彗星中含有很多氣體和揮發成分。根據光譜分析,主要是C2、CN、C3,另外還有OH、NH、NH2、CH、Na、C、O等原子和原子團,這說明彗星中富含有機分子。
1990年,科學家通過觀察白堊紀一第三紀界線附近地層的有機塵埃發現,曾有一顆或幾顆彗星掠過地球,留下的氨基酸形成了這種有機塵埃。因此,他們認為,在地球形成早期,彗星也能以這種方式將有機物質像下小雨一樣灑落在地球上,這也許就是地球上的生命之源。
此後,生物化學家發現球粒隕石對生命起源有較重要的意義。它們可能來自宇宙,不僅含有氨基酸,還有烴類、乙醇和其他可能形成保護原始細胞膜的脂肪族化合物。撞擊也可以以其他方式提供生命所需的原材料,一次隕石撞擊的熱和衝擊波也可以在原始大氣中激發起合成有機化合物的化學反應。
生命到底是怎麼產生的呢?在浩瀚的宇宙中人類的探索是永無止境的。
【宇宙的顏色】
據介紹,共有300多人傳來了電子郵件,建議五花八門,包括“大爆炸米色”、“銀河金色”、“宇宙土色”和“天文杏仁色”等。最後,牛奶咖啡色脫穎而出,成為獲選者。
上世紀末兩位美國科學家宣布:確切地說宇宙的顏色應該是牛奶加咖啡形成的那種色調。
探知宇宙的顏色
據當地媒體報道,宇宙的顏色是指所有發光體發出的光線綜合起來形成的顏色。美國約翰斯·霍普金斯大學的格萊茲布魯克和鮑德裏介紹說,他們是在征求了300多名網友的意見後,最終敲定宇宙顏色的。這兩位天文學家最早在美國天文學會舉行的一次會議上宣布這一結論的。他們通過分析20萬個星係所發出的光譜,發現宇宙呈現出的是比淡青綠色更綠一點的顏色。
征集意見
在這之後,一些科學家指出,格萊茲布魯克等人研究用的計算機程序中存在問題,導致對宇宙顏色的判斷不準。格萊茲布魯克和鮑德裏承認了錯誤,重新分析後將宇宙顏色修訂為類似奶油的米色。但他們後來認為這一說法不夠確切,又邀請各界人士來為宇宙確定顏色。
據介紹,共有300多人傳來了電子郵件,建議五花八門,包括“大爆炸米色”、“銀河金色”、“宇宙土色”和“天文杏仁色”等。最後,牛奶咖啡色脫穎而出,成為獲選者。
格萊茲布魯克和鮑德裏曾表示,辨別宇宙顏色有點遊戲性質,隻是他們研究過程中的一個小小副產品。宇宙色彩如何,趣味性似乎大於科學價值,結論有些反複,人們也許不必過於認真。事不過三,宇宙繼續“變色”應該不太可能。
【宇宙子彈】
類似於UFO的奇怪容器在阿根廷西部無人區被大量發現。原來它們的使命是觀察來自外層空間的神秘高能粒子,以使科學家通過這些極其稀有的“宇宙子彈”探尋宇宙誕生與演化的秘密。
天文台計劃
這些裝滿純水、間距1.5千米的容器所構成的網絡,就是耗資5000萬美元的“皮埃爾·奧格天文台”。該天文台由美國、阿根廷、巴西等國共同建設,源於1980年諾貝爾物理學獎獲得者詹姆斯·克羅寧發起的一項探測計劃,旨在研究宇宙射線中特殊的高能亞原子粒子。天文台於2000年在阿根廷開建,預計2006年完成,最終建成1600個探測容器。
“宇宙子彈”是物理學最大的未解難題之一。這些粒子所擁有的能量,比宇宙中任何已知粒子都高,科學家還不清楚它們的能量來源。例如1991年,美國科學家觀察到一個從外層空間來到地球的亞原子粒子,其能量比愛因斯坦相對論的許可值高出6倍。對宇宙射線觀測者來說,這一意外的可能性幾乎為零。
參與管理皮埃爾?奧格天文台的一名天體物理學家告訴路透社記者,對“宇宙子彈”的研究有可能對相對論提出挑戰,“使愛因斯坦在墳墓裏輾轉難安”。參與天文台項目的另一位科學家說,物理學還無法解釋這些粒子的來曆,根據現有理論,“它們是不應該存在的”;一種可能就是,相對論存在錯誤,需要修正。
“宇宙子彈”的“身份”
一些科學家認為,“宇宙子彈”可能是宇宙創生大爆炸的產物,是在宇宙誕生後幾秒鍾內形成的。還有人認為這些粒子來自黑洞。不管事實如何,査清這些粒子的“身世”與特性,將有助於解釋宇宙的基本運作方式。
每天都有大量能量較低的宇宙射線像暴雨一樣傾瀉在地球上,但這種異常高能的“宇宙子彈”卻非常罕見。在一塊足球場大的區域裏,平均每一百年隻能接收到一個“宇宙子彈”。科學家在方圓3000平方千米的區域裏建造數以百計的探測器,希望每年能夠觀察到50個“宇宙子彈”。
“宇宙子彈”進入地球大氣層,轟擊氣體分子,會爆發出一簇射線。“宇宙子彈”的能量越高,產生的射線簇越大。探測器通過探測這種射線簇,就能確定“宇宙子彈”的存在。所有探測器都與控製中心的計算機相連,可傳回有關射線的強度和方向等數據供分析。科學家說,他們能以不超過40米的誤差確定“宇宙子彈”的到達地點。有關“宇宙子彈”的研究意義重大,它可促進地球新型能源的開發工作。
【第一顆星星誕生揭秘】
宇宙史上第一縷閃爍著的光芒是如何出現的?科學家研究發現,它來自於比太陽還大100倍左右的宇宙上的第一顆星星。當氫元素和氦元素組成的原始氣體雲坍塌時,這顆星星便成形了,它發出了耀眼的光芒。
宇宙的產生和暗物質
3位天體物理學家用一台高級的巨型計算機模擬研究了宇宙大爆炸後第一顆星星的形成過程。宇宙大爆炸指的是120億年之前物質和能量的巨大爆炸,大爆炸產生了後來的宇宙。
在大爆炸之後不久,早期宇宙開始形成一些物質。最初是均勻的比原子更小的粒子和射線的混合物,然後從這種均勻的混合物中產生了氣體雲,它們和看不見的暗物質一起存在。暗物質的存在現在還隻能從它對天體的吸引力來證明。
哈佛大學學者亞伯說:這些氣體雲在某些點達到了臨界物質條件,然後它們開始朝自己內部坍塌。這種源於重力的坍塌最終形成了巨大而明亮的星星,這種星星和今天存在的任何星星都不同。
最初的星辰
最初的星星重量範圍大約是太陽的30~300倍,最有可能是100個太陽的重量。
“第一顆星星大約形成在大爆炸數億年之後,”亞伯說,“形成它的物質隻有氫氣和氦氣,因此它比普通的星星更明亮、更熾熱、更巨大。”
科學家現在隻能推斷這種星星當時在宇宙中形成的數量。“我們當然無法知道確.切的數字。在我們所在的銀河係區域,當時應該有能力形成大約10000顆這樣的天體。”亞伯說。
和亞伯一起寫作這篇論文的是加利福尼亞大學聖地亞哥分校的麥克爾·諾曼和麻省理工學院的格雷·布裏安。因為這些理論上的星星現在早已不存在了,科學家於是通過模擬手段來研究它們的形成過程。科學家認為他們的模擬提供了迄今為止原始星球形成的最好證據。而且可能會有助於解答長期以來關於第一顆天體性質的激烈爭論。
“最初物體的性質令人難以確定——它們是恒星呢,還是黑洞,或者是木星大小的物體?我們的研究發現它們是巨大的恒星。”亞伯說。