第四章
宇宙範圍之謎
我們現在所談到的宇宙大小，是指可見的宇宙，也就是以我們人類生活的地球為一個球體，它的半徑是從大爆炸，即宇宙作為一個點誕生，並開始向外迅速膨脹以來光所通過的空間。從整體上看，宇宙很可能比這個可見的宇宙大得多。
“光年”是天文學采用的計量單位，也就是光在一年中經過的路程。光的速度大約為每秒30萬千米，一光年大約是94600億千米。銀河係的直徑約為10萬光年，而且還有另外的星係在銀河係之外，離我們有數10億光年。我們目前所能觀測到的宇宙邊緣，最新發現了類星體，與地球相隔約100億～200億光年，這是到目前為止所知最遙遠的天體。
這樣遙遠的距離簡直無法想象，但天文學家的職責就是準確地計算、測量出宇宙的大小和範圍。
假如天文學家可以找到一支“標準蠟燭”，也就是某個類星體，它有穩定亮度，特別顯眼，遠隔半個宇宙也能夠看見，那麼這個問題便不再是謎。但是到目前為止，大家公認整個宇宙可通用的“標準蠟燭”還沒有找到。因此，天文學家運用這一基本方法時通常采取一種分步方式，這就是設立一係列“標準蠟燭”，每一步的作用就是測定下一步。
近幾年，遠紅外線觀測造父變星、行星狀星雲和麻省理工學院的約翰·托裏的成片星係，3種不同的“標準蠟燭”使大多數人認為宇宙並不古老，僅有110－120億年。
但是，並不能肯定這就是正確答案，至少有另外3個天文學家小組得出了不同的結果。其中的一個小組是以哈佛大學天文學係主任羅伯特·柯什納為首，他們得出的結論是，宇宙並不古老，可能有150億年。
但傑奎琳·休特及她的學生們，以及普林斯頓大學的埃德·特納，都測定宇宙有240億年。
總而言之，到現在為止，宇宙究竟有多大這個問題還沒有一個具體統一的答案，有待科學家們進一步研究。
宇宙年齡之謎
宇宙的年齡有多大，這一直是科學家所關注的問題。因為它是宇宙是否會膨脹的一個指標。
測定宇宙年齡的方法有很多。用同位素年代法測量過地球的年齡為40～50億年，月球年齡為46億年，太陽年齡為50～60億年，此法測定宇宙年齡為120億年。
比較常用的還有球狀星團測量法，它是借助恒星演化理論來測算恒星年齡，利用這個方法計算的宇宙年齡為80～180億年。如果從測定的最老恒星的年齡約200億年來看，宇宙的年齡至少應在180億年以上。
哈勃常數測定法是基於宇宙膨脹的觀測事實確立的。在一個不斷膨脹的宇宙中，測膨脹速度可通過紅移量的測量來獲得。測出鄰近星係與我們的距離，再由此標定紅移與距離的關係，就可提供宇宙的尺度，進而計算宇宙的年齡，因此測定出鄰近星係與我們之間的距離是最為關鍵的。
測量與鄰近星係距離的方法有兩種，每種方法測量出的結果也都有兩種，即200億年和100億年。
還有人采用一種與哈勃常數無關的測定方法，測得的宇宙年齡為240億年。最近，德國的科學家測定出宇宙年齡為340億年。
總之，運用不同的測定方法測出來的宇宙年齡都不一樣，而且相差非常遠。由於宇宙是怎樣產生，又是怎樣演化等問題至今也沒有一個正確的解釋，所以宇宙的壽命到底有多大，也無法給它一個合理的解釋，有待科學的進一步研究。
宇宙的膨脹與收縮
關於宇宙的生成有許多假說。在我國古代曾有“盤古開天地”的傳說，於是有一個假說觀點產生了。盤古花了8000年使天地分離這樣一種用膨脹觀點來描述宇宙產生的假說。
在西方，認為宇宙的膨脹或演化似乎是不可思議的。《聖經》上講：“一代消逝了，另外一代降臨了，但地球是永恒的……過去是什麼，將來還是什麼；過去被做成什麼樣，將來還是什麼樣。世界上沒有任何新的東西。”這種思想對西方的影響可謂至深、至遠。
說它的影響深遠，並不誇張，就連愛因斯坦也未能例外。愛因斯坦在發表廣義相對論之後，同荷蘭物理學家德西特一起把它應用到宇宙研究上。研究結果表明宇宙是動蕩不止的，要麼膨脹，要麼收縮。為此，愛因斯坦修改了自己的理論，使宇宙重新“靜”下來，這使他鑄成大錯。他曾不無遺憾地談到，這次失誤是“我一生中犯的最大錯誤”。
俄國科學家費裏德曼計算的結果表明，宇宙可能周期性地收縮和膨脹，也可能無限地膨脹下去。比利時天文學家勒梅特則認為，我們的宇宙原來裝在一隻“宇宙蛋”中，由於它的突然爆炸才逐漸形成現在人們觀測到的宇宙。
在勒梅特的理論提出後不久，美國天文學家哈勃利用加州威爾遜山上15米和25米直徑的天文望遠鏡發現宇宙是在膨脹著的。
宇宙會永久地膨脹下去嗎？這個問題並不容易回答。為此人們進行了大量的觀測與研究。
能使宇宙中止膨脹的是引力，但它要達到一定的量。能否達到這個量，要看宇宙物質的平均密度能否達到一個量（臨界密度）。可是，如果宇宙中存在著大量的“暗物質”，其平均密度就難定了。
20世紀80年代，前蘇聯科學家發現一種叫做中微子的基本粒子質量不為零。如果它得到確認，宇宙物質就會超過臨界密度，宇宙膨脹就會中止。
宇宙年齡測定也是宇宙膨脹與否的一個指標，但宇宙年齡測定的難度很大。
目前為止，雖然可以檢測宇宙的膨脹還是收縮，但都缺乏可靠的證據，但科學家相信人類遲早會有一個清楚的認識。
銀河係的秘密
在茫茫的宇宙中，那飄緲的銀河引起多少人的遐想，誰都想看看它披著神秘麵紗的真麵目，但直到今天，它仍然是個謎。
17世紀時，伽利略首先用望遠鏡發現了銀河。他發現，這是一個恒星密集的區域。後來，英國人賴特提出了銀河係的構想，並具體描繪出了銀河係的形狀。他假定，銀河係是個透鏡，連同太陽係在內的眾星位於其中。在中國境內，人們觀測到的銀河是從天蠍座起，經人馬座特別明亮的部分，到達盾牌座而止。
18世紀時，英國著名天文學家赫歇爾父子對賴特的猜想進行了驗證。他們發現，銀河係中心處恒星特別多，離中心越遠越少。他們的觀測表明，銀河係的確是一個恒星體係，並且其範圍是有限的，太陽靠近銀河係中心。測量結果表明，銀河係非常龐大，可容納3億顆恒星，其直徑為8000光年，厚1500光年。
20世紀初，荷蘭天文學家卡普亭對銀河係的觀測和赫歇爾的觀測結果基本相似。1906年，他測出銀河係直徑為23000光年，厚6000光年。但1920年他對銀河係測出的新數據變化很大，銀河係直徑為55000光年，厚11000光年。
以赫歇爾為代表的一些科學家提出，太陽是銀河係的中心。1915年，美國天文學家卡普利研究了許多球狀星團的變星，發現太陽僅僅是銀河係內的一顆普通恒星，而不在銀河係的中心，它距中心約5萬光年並朝向人馬座，銀河係的範圍大約有30萬光年。
20世紀80年代，銀河係又有了新的數據，即質量相當於2000億個太陽的質量，直徑為8萬光年，厚2000光年，太陽距銀河係中心距離為25光年。
關於銀河係的觀測一直在進行著。有科學家指出銀河係是鑲嵌在碩大無比的異常低密度的星係冕——銀冕之中。天文學家從理論上論證了它的存在。由於銀河係吸引仙女座星係以每秒300千米的速度向我們奔來，這就要求銀河係質量至少不低於10000億個太陽質量，進而說明，銀河係至少應存在一個至少延伸到80000光年以外的星係冕。但這個假說目前仍有許多科學家不相信。
銀河係究竟有多大，它是由什麼構成的，它那無數的秘密到今天，仍然是一個解不開的謎。
恒星的起源之謎
恒星是宇宙星係中的細胞，所以它的起源、演變及結局一直是人們所關注的。
1955年，前蘇聯著名天文學家阿姆巴楚米揚提出一種“超密說”。他認為，恒星是由一種神秘的“星前物質”爆炸而形成的。這種星前物質體積非常小，密度非常大，但它的性質是不清楚的。由於超密理論的物理機製不清楚，因此多數科學家都不接受這種觀點。
另一種解釋恒星起源的學說是“彌漫說”。這一派科學家認為恒星由低密度的星際物質構成。這種學說的淵源最早可以追溯到18世紀康德-拉普拉斯的“星雲假說”。
星際物質是一些非常稀薄的氣體和細小的塵埃物質，它們在宇宙中各處構成了龐大的像雲一樣的集團，這些特質的主要成分是氫和氦，它們的溫度在零下一二百度。
人們一般把星雲分為兩種，一種是被附近恒星照亮的星雲，另一種是較暗的星雲。星雲的形狀有網狀、麵包圈狀等，著名的獵戶座星雲則像一匹披散著鬃毛的黑色馬頭，所以也稱“馬頭星雲”。
恒星是由星雲構成的，但真正構成恒星的物質是非常大的，如構成太陽這樣的恒星就需要一個方圓900億千米的星雲團。
從星雲成為恒星要分兩個階段：第一階段是快收縮階段，這需要幾十萬年；第二階段是慢收縮階段，這需要上千萬年。星雲快收縮後半徑僅為原來的1％，而平均密度卻提高1億億倍，形成一個原始的“星胚”，這是一個雲團，中心為密集核。進入慢收縮階段後，星胚體溫不斷升高，到一定溫度後就要閃爍身形，步入幼年階段。此時它發光不穩定，仍被彌漫著的星雲物質包圍著，並向外界拋射物質。
近些年來，隨著射電技術不斷提高，人們對星雲的物質成分做了很多觀測，為恒星起源研究提供了新材料。但還有許多問題沒有解決，包括快收縮階段的物理機製等問題，所以恒星起源問題至今尚無定論。
太陽係有第十顆行星嗎
自從1930年發現太陽係第九顆冥王星以後，軌道偏移問題仍然沒有解決，因為天王星的計算軌道還是和實際觀測到的不相符合。而海王星的計算軌道，也隻是符合近期，時間越長產生誤差越大。天文學家們一直沒有停止對第十顆行星的尋找，可是直到今天收效甚微。
“冥外行星”是否存在？從理論上說是有可能的。因為太陽的質量相當於九大行星質量總和的740倍，附近卻隻有九個行星，這種結構不太合理。太陽的引力作用範圍是很大的，大約應該可達到4500個天文單位，而冥王星最遠距離太陽隻有49個天文單位。因此推斷，太陽係的邊緣，遠在冥王星之外很遠很遠。在這片冥外空間，應該存在第十顆、甚至第十一顆行星。
有天文學家曾經宣稱發現了第十顆行星，並指出行星的距離、軌道、質量、位置和亮度，但多家天文台據此尋找，卻怎麼也發現不了，因而也不可能確認它。1977年底，美國天文學家科瓦爾在天王星和土星之間發現一個環繞太陽運行的天體，後經天文學家半年多的努力觀測，認為它還不夠大行星的資格，基本上認為它隻是一顆小行星——這就是“喀戎”小行星。
現在，我們完全可以不借助已知行星的偏移來尋找新的行星了！空間探測器的精密儀器已經伸進了遙遠的行星際空間，本世紀70年代美國先後發射“先驅者10號”和“先驅者11號”、“旅行者1號”和“旅行者2號”，它們都擔負著考察太陽係外圍空間的重大任務，在一路上飛掠過木星、土星、天王星、海王星後，它們會飛出太陽係，到茫茫的宇宙中去探索！但就目前發回的照片及資料中，還沒找到新行星存在的證據。