第二章學生太空奧秘的科學探索1
1.宇宙誕生之謎
宇宙是如何誕生的？現在的樣子又是如何演變而成的呢？在很早以前人類就提出了這些疑問。這個使人類困惑千年而未能破解的重大問題，直到70年前愛因斯坦完成了一般相對論學說之後，才首次提出符合科學邏輯的解答。
一般相對論提出宇宙有可能發生膨脹，後來研究的結果證實了這一點。科學家們發現遠方的銀河正在以非常快的速度和我們的銀河拉遠距離，這說明宇宙正在逐漸地膨脹著。另外，還發現宇宙空間到處充滿著3度Ｋ的雜音電波，這證明宇宙曾經是一個超高溫，高密度的大火球。
在以上事實的基礎上而產生的“大爆發宇宙論”已被公認為是當前最標準的宇宙進化理論。根據這個理論推算，宇宙誕生的時間在150億年之前。宇宙剛剛誕生時它的直徑僅有1／1033厘米，但它的溫度和密度卻高得讓人無法想像。由於物質的溫度和密度驟然下降，使這個宇宙之卵以爆炸性的速度猛烈膨脹。在“大爆發”中誕生了各種元素和支配它們運動的力，也因此形成了星球和銀河，頃刻間宇宙之卵便演變成了“成年”的宇宙。“大爆發宇宙論”提出，宇宙可能是從既無空間也無時間的“虛無”之中以驚人的速度迅猛膨脹而瞬間誕生的。這種理論還提出，宇宙常常是周而複始地從誕生到消亡，再誕生、再消亡的輪回，我們現在的這個宇宙隻是從過去到未來無數個宇宙中的一個而已。
到目前為止，對於宇宙的起源還沒有一個統一的理論，這還需要人類待進一步的考察和研究。
2.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至50億年，月球年齡為46億年，太陽年齡為50至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至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。
3.宇宙也會死亡嗎
宇宙會有完結的一天嗎?會以怎樣的形式完結？
根據科學家利用天文望遠鏡獲得的最新觀測結果，宇宙最終不會變成一團熊熊燃燒的烈火，而是會逐漸衰變成永恒的、冰冷的黑暗。但是，科學家推測，宇宙很可能至少將目前這種適於生命存在的狀態再維持1000億年。
與此同時，科學家又指出：宇宙也許不會突然消失，但是，隨著時間的推移，它可能會逐漸變得不再適於生命存在。科學家根據“大爆炸”的理論指出：宇宙的最終命運取決於兩種相反力量長時間“拔河比賽”的結果：一種力量是宇宙的膨脹，在過去的100多億年裏，宇宙的擴張一直在使星係之間的距離拉大；另一種力量則是這些星係和宇宙中所有其他物質之間的萬有引力，它會使宇宙擴張的速度逐漸放慢。如果萬有引力足以使擴張最終停止，宇宙注定將會坍塌，最終變成一個大火球——“大崩墜”，如果萬有引力不足以阻止宇宙的持續膨脹，它將最終變成一個漆黑的寒冷的世界。
宇宙始於一個像氣泡一樣的虛無空間，在這個空間裏，最初的膨脹速度要比光速快得多。然而，在膨脹結束之後，最終推動宇宙高速膨脹的力量也許並沒有完全消退。它可能仍然存在於宇宙之中，潛伏在虛無的空間裏，並在冥冥中不斷推動宇宙的持續擴張。
倘若真是這樣的話，決定宇宙未來命運的就不僅僅是宇宙的擴張和萬有引力，還與在宇宙中久久徘徊的膨脹推動力所產生的渦輪增壓作用有關，而它可以使宇宙無限擴張下去。
宇宙的奧秘是非常深奧的，相信人類總有一天會真正了解它。
4.宇宙內部和諧嗎
宇宙的運動有規律與和諧似乎已成為一種萬古不變的信條。從古希臘時期起，著名的畢德哥拉斯學派就指出，人類生活的宇宙正是由於和諧才演化到今天並且秩序井然的。也正是由於這種和諧，天體才應該是球形的，其運動也應該是圓周運動。
16世紀，哥白尼經過自己的觀測，否定了傳統的“地心說”，提出了“日心說”。他認為，以太陽為中心的這種宇宙模型既符合天體運動的規律，又體現了一種“美妙的和諧”。
牛頓從力學上對天體運動作了更深入的探討，他提出了萬有引力定律，不僅對運動的變化提出了更科學的解釋，而且還指導天文學家發現了海王星。牛頓的萬有引力定律體現出宇宙的秩序是如此的和諧。
這種“先定的和諧”也影響著現代天文學的研究。著名的反映宇宙膨脹的“宇宙大爆炸”假說非常具體地體現了“和諧”的原則，它以哈勃關於星係紅移的觀測事實為基礎，並且預言了宇宙背景微波輻射的存在。這些都是宇宙和諧圖景在大尺度宇宙空間上的再現。
長期以來，宇宙的和諧性已被人們普遍接受，但近年來卻遭到了挑戰。以美國麻省理工學院的科學家薩斯、天文學家威茲德姆為代表的一些人認為，整個太陽係根本無法預測，也許400萬年後，牛頓學說就被證實是錯誤的。他們認為，在宇宙中存在一種現象，根據某種簡單的法則預測，由於許多偶然的因素起作用，會導致非常複雜和無規則的現象，這就是混沌現象。
那麼，宇宙的主宰究竟是和諧還是混沌呢？這真是一個無法解釋的謎。
5.銀河係的秘密
17世紀時，伽利略發現，銀河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。
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，銀河係是一個恒星體係，非常龐大，但範圍是有限的，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2.5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。銀河係至少應存在一個至少延伸到80000光年以外的星係冕。
目前，人類所掌握的銀河係的知道，隻是一個開始，還有待進一步探索。
6.新星和超新星之謎
什麼是新星和超新星呢?它的劇烈爆發又是怎麼回事呢?有時候在某一星區突然看到一顆原來沒有的亮恒星，經過幾個月後又突然不見了。於是，就有人誤認為產生了一個新的“恒星”。
其實根本就不是這麼一回事，事實上是因為原來這裏本身就有一顆比較暗的恒星，由於內部突然爆炸，光度增大到原來的上萬倍，原來看不到，現在看到了。等爆炸消失以後，又看不到了。目前在銀河係已發現了200多顆這樣的恒星。
但如果一個新星的亮度超過原來的1000萬倍以上，這樣的恒星就是超新星。超新星的爆發異常猛烈，它以每秒幾千甚至幾萬公裏的速度向外發射能量，可以說是目前已知天體上最激烈的天體活動。
早在我國宋朝的時候，就曾記錄了一起超新星爆發時的情景：那是在1054年7月的一個清晨，突然出現了一個非常亮的星體，就是在白天也能看得到，一直持續了23天才漸漸暗淡下去。
關於超新星，人們已經發現了很多，但對其爆炸的原因，還隻是處於猜測、設想階段。目前一種較有說服力的觀點是：其爆炸的原因很可能是由恒星內層向中心“坍縮”時極其迅速地盤旋出來的引力勢能引起的。如果是這樣，那麼久而久之，它一定會形成宇宙中神秘莫測具有超能力的黑洞。
7.神秘天體環繞太陽運行之謎
英美科學家們意外地發現，很久以前發射的“先鋒10號”宇宙探測器竟給他們帶來一個讓人無法相信的事實：一個新的天體正圍繞太陽運行。