第二章學生太空奧秘的科學探索1(3 / 3)

按照對稱宇宙學的觀點反物質與反物質世界是存在的。這一學派認為,我們所看到的全部河外星係(包括銀河係在內),原本不過是個龐大而又稀薄的氣體雲,由等離子體構成。等離子體既包含粒子,又包含反粒子。當氣體雲在萬有引力作用下開始收縮時,粒子和反粒子接觸的機會就多了起來,便產生了湮滅效應,同時釋放出巨大能量,收縮的氣體雲開始膨脹。

基於以上觀點,反物質世界一定在宇宙中某個地方存在著,前提是不與物質會合,可物質和反物質怎樣才能不會合呢?為什麼宇宙中的反物質會這麼少呢?這些都是待解之謎。

14.宇宙航行設想

人類為了探索宇宙的奧秘曾設想了許多的宇宙飛行器,但飛行器加速航行用什麼能源產生動力,始終是宇宙航行的主要問題。最有利的辦法,當然是直接從太空獲取高性能的能源材料。

氫是宇宙中普遍存在的物質。科學家們設想,在已有相當速度的星際衝壓宇宙飛船上,安裝一個巨大漏鬥形氫采集器,讓它在前進過程中,把太空中的氫收集起來,然後讓它進行聚變反應,用所產生的能量使飛船加速。1克氫原子聚變可產生6300億焦耳的能量,是煙煤能量的2000萬倍。

從增大速度,贏得時間來說,當然是加速度愈大愈好,但加速度過大,超重會影響人的身心健康。

研究證明,如果星際衝壓飛船以1克加速飛行,人在飛船上生活和工作,既不會有超重,也不會有失重,與在地球表麵上一樣。

1克加速,速度增加是很快的,2年(地球上3.8年)可達到97%的光速,飛過2.91光年的距離。如果是到11.8光年的天蒼五(金魚座星)去考察,則在飛過航程中點以後,將飛船調轉180度,就會以1克減速飛行,最後以較低速度到達,考察1年後以同樣的程序返回,來回約七八年(地球上20多年)。如是在宇宙中周遊,飛船連續加速,12年飛出銀河係;14年飛過仙女座星係;20年飛過100億光年的距離。如果宇宙是球形的,周長900億光年,則飛船已經繞了宇宙1/9圈。由於飛船的速度已非常接近光速,速度效應非常顯著,隻要1~2年的時間就可飛過剩下的8/9圈,而回到地球。可是,地球上已過了900億年時間。

15.宇宙“黑洞”三大看法

黑洞有極其強大的引力場,以至於任何東西,包括光在內,都不能從中逃掉。不僅如此,黑洞強大的引力場還足以摧垮其內部的一切物體,所以黑洞內部不具備任何類型的物質結構,這就是著名的“黑洞無常定理”。

黑洞具有奇特的、令人難以想像的古怪性質。它的密度大得驚人,如果把太陽變成一個黑洞,它的半徑就要從現在的70萬千米“壓縮”到3千米左右,即縮小到二十三萬分之一;如果把我們的地球變成一個黑洞,那麼它的半徑就要從現在的6000多千米“壓縮”到僅幾毫米,相當於一顆小小的綠豆。

經過天文學家研究,對黑洞的來源有3種看法:一是恒星在其晚年核燃料全部耗盡,星體在其自身引力作用下開始收縮凹陷,如果收留凹陷物質的質量大於太陽質量的3倍,那麼收縮凹陷的產物便是黑洞;二是星係或球狀星團的中心部分恒星很密集,星體之間容易發生大規模的碰撞,由此產生超大質量的天體坍縮後,便可以形成質量超過太陽1億倍的黑洞;三是根據大爆炸的宇宙模型推斷,大爆炸的巨大力量會把一些物質擠壓得極其緊密,於是形成了“原生黑洞”。

天文學家還列舉了許多星體軌道畸變的事實,以確認黑洞的存在。但是,盡管天文學家都認定黑洞的存在,但沒有一個人找到一個黑洞。因此,黑洞是否存在,至今還是個謎。

16.宇宙黑洞新發現

英國劍橋天文研究所一個小組最近利用電腦,模擬黑洞“吞噬”物質的情形,赫然發現黑洞原來也有“飽到嘔”的時候,並非如原先估計的那般“貪婪”。

這項發現叫人對黑洞的“成長”過程產生不少疑問。小組負責人普林格爾博士說:“天文學家一般假設黑洞透過吸入物質不斷擴大。那表示在銀河係的演變過程中,中央黑洞會以極快速度擴張,我們在探索太空時,理應可看到這個過程。”

不過,天文學家卻找不到物質被慢慢吸入黑洞繼而燃燒發光的現象。電腦模擬過程顯示,物質在浮向黑洞之後,隨即被“吐”了出來。

銀河係的中心隱藏一個超巨型的黑洞,它擁有極大的萬有引力能吸吮光線。天文學家在最近出版的英國《自然》科學周刊中報道,這個名為“人馬座A”的黑洞,距離地球26000光年,亦即我們的銀河係旋轉的位置。天文學家早就懷疑有這黑洞存在,原因是在黑洞周圍旋轉的氣團及宇宙塵中,排放出微弱的輻射。

洛杉磯加州大學物理及天文學係一組專家利用全球其中一個最大型望遠鏡——夏威夷的10米長凱克望遠鏡,發現在“人馬座A”黑洞近距離軌道運行的3顆星體,在黑洞的萬有引力影響下加速。3顆星體目前以接近地球環繞太陽軌道的速度,在“人馬座A”周圍勁飛,顯示星體是受到一股巨型質量的物體拉動,科學家估計,這物體的質量是太陽的260萬倍,可能是黑洞。

17.黑洞會改變星係的形狀

在20世紀70年代,牛津大學的詹姆斯·賓尼通過計算認為:大多數橢圓形星係的形狀都非常奇怪,它的X軸、Y軸、Z軸中應該有一條較長,而另一條的長度則介於二者之間。橢圓形星係看上去可能有點像一粒西瓜籽,或者一個被壓扁的橄欖球。

但是,後來的天文學觀測表明,大多數橢圓形星係的形狀要比賓尼描述的更為對稱——就像M&M巧克力豆一樣是一個被壓扁的球體。這是因為星係中央的黑洞擾亂了該星係恒星的運行軌道,從而使它們變得不穩定。因此,這個星係的形狀很快就會變成更為穩定的扁球形。

事實上,我們很難相信黑洞會擁有上麵提到的這些強大力量中的任何一種。但利用哈勃天文望遠鏡工作的天文學家公布了一張照片,使關於黑洞的強大力量之說又有了新的證據,從中可以看到宇宙中電子流的噴發。這股電子流像探照燈一樣在宇宙中閃閃發光,其動力來源於吸力強大的黑洞。這個看起來像宇宙探照燈光束的電子流實際上由幾乎以光速從M87星係中心噴射出來的電子以及其他亞原子粒子組成。

M87星係距離地球5000萬光年,這股電子流自身的長度大約為5000光年。證明M87星係的中心隱藏著一個特大黑洞,它已經吞噬了相當於太陽質量20億倍的物質。

18.脈衝星的“燈塔效應”

脈衝星有個奇異的特性——短而穩的脈衝周期。所謂脈衝就是像人的脈搏一樣,一下一下出現短促的無線電訊號,如貝爾發現的第一顆脈衝星,每兩脈衝間隔時間是1.337秒,其他脈衝還有短到0.0014秒(編號為PSR-J1748-2446)的,最長的也不過11.765735秒。那麼,這樣有規則的脈衝究竟是怎樣產生的呢?

天文學家研究結論指出:脈衝的形成是由於脈衝的高速自轉。原理就像我們乘坐輪船在海裏航行,看到過的燈塔一樣。設想一座燈塔總是亮著且在不停地有規則運動,燈塔每轉一圈,由它窗口射出的燈光就射到我們的船上一次。不斷旋轉,在我們看來,燈塔的光就連續地一明一滅。

脈衝星每自轉一周,我們就接收到一次它輻射的電磁波,於是就形成一斷一續的脈衝。脈衝這種現象,也就叫“燈塔效應”。脈衝的周期其實就是脈衝星的自轉周期。

中子星表麵隻有兩個亮斑,別處都是暗的。這是什麼原因呢?原來,中子星本身存在著極大的磁場,強磁場把輻射封閉起來,使中子星輻射隻能沿著磁軸方向,從兩個磁極區出來,這兩磁極區就是中子星的“窗口”。中子星的輻射從兩個“窗口”出來後,在空中傳播,形成兩個圓錐形的輻射束。若地球剛好在這束輻射的方向上,我們就能接收到輻射,且每轉一圈,這束輻射就掃過地球一次,也就形成我們接收到的有規則的脈衝信號。

燈塔模型是現在最為流行的脈衝星模型。另一種磁場震蕩模型還沒有被普遍接受。

19.兩顆可能有生命的行星

在探測宇宙奧秘過程中,尋找外星生命(SETI)是重要的研究內容之一。多年來,美國、俄羅斯等先進國家在此項工作上投入很大的人力和物力。其中美國付出的經費最為龐大,采用強功率多頻道的無線電對外太空進行掃描;同時還發出宇宙飛船,試圖在太空中發現生命的存在。其他國家也發射不少探測器去外星,試圖找到生命的蛛絲馬跡。

這兩顆行星是美國加利福尼亞大學天文學家傑弗裏·馬西和美國華盛頓卡內基研究所的天文學家保羅·巴特勒共同發現的,它們距離地球有不到50光年,它們圍繞著不同的恒星運轉。

第一顆行星圍繞著獅子座一顆名叫“吉萊斯436”的紅色矮星運轉,它距離地球的距離約30光年。馬西與巴特勒對這顆行星的觀察早在2003年7月就已經開始,根據一年多來發現,他們認為這顆行星至少比地球大20倍,它圍繞恒星公轉的周期為2.64天,而不是地球圍繞太陽公轉的365天。

同地球一樣,第二顆行星圍繞著一顆黃色的恒星公轉,這顆恒星是巨蟹座的“巨蟹55”。這顆行星的質量是地球的18倍,公轉周期為2.81天,距離地球的距離是41光年。

這兩顆行星上有水存在,溫度適宜,有很大可能存在生命。