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第13章 天文发现(8)

1992年7月8日,当该彗星运行到近木点时,由于受到木星引力产生的潮汐力的作用,被撕裂成6个大块、15个小块和一些碎片。

像上述的星与星之碰撞,在木星上要几千年才出现一次。通过对这次彗、木大碰撞的预报和观测,不仅进一步了解了木星,也为将来地外小行星、彗星撞击地球的预测和防御提供了现实而成熟的经验。

彗星与地球相撞的可能性

说起彗星,很多人会想到彗星是一个有着长长尾巴的美丽天体。而在古代,彗星的出现通常被视为灾难的征兆。实际上,它的出现只是一种自然现象罢了。

我们看到的彗星由彗核、彗发和彗尾三部分组成。其中彗尾最引人瞩目,可以长达几千万千米甚至更长。彗核的主要成分是冰,并有少量的尘埃。彗发、彗尾是由彗核受太阳辐射作用挥发出的气体尘埃形成的。

在20世纪初的时候,天文学家计算出:1910年,哈雷彗星将回到太阳附近,并且彗尾要扫过地球。当时,人们惊恐万状,一些报纸甚至宣称世界末日即将来临。5月19日,哈雷彗星经过地球轨道,地球安然穿过了它的尾巴。实际上,彗尾是由很稀薄的气体组成的。所以,地球穿过彗星的尾巴,就好像燕子穿过炊烟一样,不会受到什么影响。

彗尾扫过地球不会产生什么影响,但是,如果彗星的主要部分——彗核撞上地球,就不会这么安然无事了。彗核会撞上地球吗?

1908年6月30日清晨,一个天体带着巨大的火球,在西伯利亚贝加尔湖西北约800千米的通古斯地区上空剧烈爆炸。下落的火球比清晨的太阳更加耀眼,惊心动魄的轰鸣声传至1000千米以外。事后的多次考察表明,这一爆炸极有可能是彗星撞击地球引起的。

1994年7月16日至21日,“苏梅克—列维9号”彗星的21块碎片,排成一列,像一串长达几百万千米的珍珠,连绵不断地撞向木星,撞击在木星上所留下的巨大的黑色斑点,最大的可以容纳两个半地球。可以想象,撞击的能量有多么巨大啊!

由此可见,彗星撞击地球的可能性是存在的。不过人们大可不必惊慌失措,因为发生这类事件的可能性是微乎其微的。然而,天文学家对这个问题十分重视。例如,美国有一个近地小行星搜索计划,目的是监测近地小行星和彗星,预防它们与地球相撞。现代科学技术高度发达,一旦发现有彗星将与地球相撞,也可能发射飞船并携带核弹以设法改变它的运行轨道,避免与地球相撞。

宇宙中的金刚石的发现

有时候,天文学上的发现往往让人大吃一惊。1989年,美国的科学家发现,许多恒星正在向太空抛出金刚石。而在此之前,他们一直认为恒星抛出的碳原子将凝结成石墨,而不是金刚石。

近年来,美国的研究人员在一些碳质陨石中发现了体积较大的金刚石。它们是在极普通和极平和的环境中,即红巨星的外层形成的。这一发现不仅表明金刚石是宇宙中普遍存在的物质,而且表明自然界不用极高温度也能产生金刚石。

研究人员将陨石分解成细小粒子,然后对其进行分析,以辨认出在太阳系形成之前就存在的物质。

当发现其中一些细小颗粒是金刚石后,采用了更粗糙的方法去分解陨石。强化学侵蚀剂摧毁了陨石中的大部分物质,不仅留下了原来认定的金刚石,还留下了另一些直径为60毫微米至200毫微米的颗粒。经认定,这些颗粒也是金刚石。

科学家对较大的金刚石感到意外。在超新星爆发中,质子或中子会进入大量较轻的原子核中,形成放射性同位素,这些同位素衰变后留下稳定的原子核。

科学家在这些细小金刚石中发现了相同的同位素,因而断定这些金刚石来自超新星。

对于较大的金刚石的成因,研究人员就感到比较困惑了。经过计算,他们终于发现了另一种完全不同的金刚石形成过程。他们发现较大的金刚石包含的几乎全是中等质量的氙原子核同位素。天体物理学家已经证明,这些同位素是来自核反应过程较慢的老年恒星。

在老年的红巨星中,原子核极少截获过量的中子,所以新原子核有时在截获另一个中子前衰变,这种过程便产生了中等质量的同位素。

由于以上两种大小不同的金刚石是来自类型完全不同的恒星,而红巨星是宇宙中大量存在的。因此,星际尘埃中的碳必然有相当大部分是以金刚石的形式存在的。

星云的发现

西方有一个古老的关于“火凤凰”的美丽神话。火凤凰原是生活在阿拉伯沙漠中的一只神鸟,其寿命长达几百年。在它自感生命即将衰竭时,就会筑起一个由香木组成的巢窝,并从中发光****。烈火烧尽了它身上的污秽,于是在一片灰烬中它又获得了新生……如此循环不已,神鸟就得到了永生。

18世纪,德国著名哲学家康德就把天体及天体系统比喻为“火凤凰”。他认为“大自然的火凤凰所以****,就是为了要从它的灰烬中恢复青春得到永生。”应当说这是一个绝妙的比喻。从星云中脱胎而出的恒星,确是一只“火凤凰”。在漫长的岁月中,它经过主序星、红巨星、变星(有时候是超新星)、致密星(即白矮星、中子星及黑洞),走完了一生,有的又变成了星云物质。经过曲折的过程,从这些灰烬(星云)中又会孕育出新的恒星。当然,严格讲,新诞生的第二代恒星在化学组成上与第一代恒星是有区别的,前者重元素含量比后者多,而且“辈分”越后的恒星,重元素的含量就越多。

也有人把星云和星比作鸡和蛋的关系,星云中生出了恒星,恒星又转化为星际间的弥漫物质……如此循环不已。

由此可见,宇宙中耀眼的星星固然十分重要,但也不应冷落暗淡的星云。

它实在是宇宙无限发展循环中不可缺少的中间环节。

星云的研究起步很晚,这是因为除了个别特例外,它们都在肉眼所见的范围之外。凭肉眼可见的云絮状的光斑仅只4个:仙女大星云(M31)、猎户大星云(M42)、大麦哲伦云、小麦哲伦云,但其中却有3个是“冒牌货”。因为仙女大星云及大、小麦哲伦云都是由万千恒星、星团组成的庞大的星系,与银河系处于相同的层次,因此过去称它们河外星云实在很不妥当,现在已废弃了这个名词,直接叫它们为河外星系,简称星系。惟有M42才是真正的银河系中的云状物质。在冬天的晴夜中,观测条件良好时,人们可从猎户悬挂的宝剑中见到一团“云气”。根据测定,M42(或称NGC1976)的距离为460秒差距,其直径约5秒差距,质量为300M。M42最引人之处是在那儿发现了许多原恒星、红外星、天体及球状体,可见它是正在孕育出新恒星的“温床”,因而备受天文学家的喜爱。

星云是银河系内一切非恒星状的气体尘埃云,从不同的物理特性及演化位置看,它可分为:弥漫星云、行星状星云、超新星遗迹三大类。弥漫星云也是千差万别的:有的如美丽的玫瑰,有的似柔软的丝巾,有的如地图上的北美洲……真是千姿百态,变幻无穷。在几十个已知的弥漫星云中,只有一个蜘蛛星云不在银河系内,而位于大麦哲伦云(星系)中。蜘蛛星云也是迄今所知的最大的星云。据测定,它的直径达170秒差距,是猎户星云的34倍,总质量为106M。

据统计,星云的边界虽然不很明显,但直径大致为1~300光年间,平均约为几十光年。星云中的物质主要是氢,其次为氦,比例与恒星中相仿。此外,还有少量的碳、氧、氟、硫、氯,氩及镁、钾、钠、钙、铁等元素,甚至还有一些有机分子。但它们的密度极其稀薄,仅比星际空间高几十一几百倍,即每立方厘米中仅有几十到几百个粒子。相比之下,人类所能制成的最高的“真空”也会自愧弗如。但因其体积庞大,所以在银河系中,星云的质量小的也有太阳质量的十分之几,大的竟可达几千倍太阳质量,平均为10M左右,还没有能与蜘蛛星云可比拟的。

五彩缤纷的星云似乎很惹人喜爱,但在18世纪望远镜的威力还很小的时代,它们都毫无动人的风采。在小望远镜的视场中,它们“千人一面”,都是黄豆般大小的一小块模模糊糊的云絮状光斑,简直与还未长出尾巴的彗星无异,因此只有那些专门研究彗星的人才肯在它们身上花些工夫。法国天文学家梅西耶所以着力编纂世界上第一本星团星云表(即M星表),正是为了防止犯下这种“指鹿为马”的错误。因为他当时正致力于发现新彗星的工作——他在15年内找到了21颗新彗星,这一“世界纪录”曾保持了很长的时间。

暗星云的发现

在我国《山海经》中记述着一种“天马”:“马成之山,其上多文石,其阴多金玉。有兽焉,其状如白犬而黑头,见人则飞,其名曰亮星云内有非常丰富的气体,这些气体被含有紫外线的星光激发,使星云发出强烈的光芒。天马,其鸣自讠交(讠交同叫)。”后来人们把汉代西域大宛产的好马称为天马。1969年在甘肃省一个东汉古墓中,还出土了一件铜质的天马。现在,“天马行空”已作为武威市的市徽,耸立在市中心的广场上。

有趣的是,古人出于想象的东西,经常可在茫茫的宇宙中找到对应的天体。还是在大名鼎鼎的猎户座内,在它的腰带中6星附近,用大望远镜仔细观测,在茫茫一片星光中,可以见到一匹回首长嘶的“骏马”,这就是大名鼎鼎的“马头星云”(IC434)。与猎户星云不同的是,它如同皮影戏的“影子”,又像照相中的底片。在蛇夫座中,我们可见到有一条曲曲弯弯的黑带,好像英文字母“S”——S星云;金牛座中则有一块类似雄鹰的黑斑——鹰状星云;表面看来暗星云空无一物,实际上它包含着一块块巨大的气体和尘埃团,只是没有亮星来照射它们罢了。还有麒麟座中的圆锥星云……天文学家称这类明暗颠倒的星云为暗星云。暗星云与亮星云并无本质的区别,它们都是银河系中较密集的弥漫物质。只是亮星云比较“幸运”,它们中间有明亮的恒星把它们照亮了。我们见到的是它们反射的这些恒星光,所以叫反射星云。若这些恒星的温度很高,则还会使星云光谱中出现发射线,故专称发射星云。暗星云则只是因为它们附近没有明亮的恒星而已。其实,银河系中暗星云应在星光衬托下的S暗星云该是很多的,有人甚至认为一些亮星云本身是被一个更大的暗弱的暗星云包围着。但不少暗星云的“运气”比马头星云、S星云等更糟,不仅没有恒星来照亮,连后面可以映托出它们容貌的星光也没有,这样人们也就视而不见了。幸得现在天文学家不仅有了光学望远镜,还有红外望远镜、射电望远镜,它们可以帮助天文学家一臂之力,尤其是“哈勃”太空望远镜,更是在探测暗星云中大显身手,有众多惊人的新发现。

当然,暗星云与亮星云还是稍有一些区别的。它们的直径似乎略比亮星云小,最小的暗星云质量只有太阳质量的千分之几。而且暗星云中所含的固态尘埃物质大约占1%~2%,这比亮星云中的比例要高得多。尘埃粒子的大小约为0.1微米左右,它的成分主要是铁、硅、镁、镍及其氧化物、石墨、冰晶等。

近年来,一些人主张把似云非云的球状体也划归暗星云的范畴。因为它们除了体积略比一般暗星云更小一个数量级、密度大几个数量级、形状比较规则外,其他便几乎没有什么不同了。何况现在人们发现的几百个球状体,也多集中分布在暗星云的周围,这无异表明,三者之间确有密切的“血缘”关系。人们由此推断,许多暗星云正是恒星诞生的“摇篮”。

蟹状星云的发现

古诗曰:“不到庐山辜负目,不食螃蟹辜负腹。”螃蟹,人称“无肠公子”、“横行将军”。它是人间桌上的珍品,也是天文学家的“座上宾”——宇宙中有一只、也仅此一只千年不衰的“大螃蟹”。它虽然硕大无比,可凭人的肉眼却看不到,必须用较大的望远镜才能窥知它的尊容。18世纪时,法国天文学家梅西耶把它列入“梅西耶星团星云表”上的第一号“人物”,记为M1。

19世纪中叶,英国一位酷爱天文学的罗斯伯爵,通过10多年的不倦努力,前后花了12000英镑的巨资,终于在1845年造出了一架超过威廉·赫歇耳的大望远镜,并一度称雄世界。它那块大镜头的口径为72英寸(184厘米),重达3.6吨。这架望远镜的镜筒是用厚木板制成的。为了加固,外面套上了许多铁箍。这个木制镜筒直径为2.4米,长17米,竖起来有6层楼那么高。为了使这架庞然大物不受大风的影响,罗斯只能把它安置于两堵高墙之间,它们都有17米高、22米长。夹在中间的大望远镜可以在南北方向的子午面附近自由转动,但要在东西方向运转却很困难。罗斯对自己的成果得意地称之为“列维亚森”,这是《圣经》中一种巨兽的名字。

1848年,罗斯仔细观测了M1星云,发现它原来是一个形状不规则的云雾块,中间还有许多明亮的细线纵横交叉。他想到了八足两螯的“横行将军”,故称它为“蟹状星云”。这个形象而奇特的名字一直沿用至今。

蟹状星云位于金牛座内,角大小为7′×4′,距离太阳1.9千秒差距,由此可算出它的实际大小是12×7(光年),总质量约为二三个太阳质量。它的可见光不算太强,但总辐射(包括从射电,红外到紫外、X射线、Y射线)却比太阳强几万倍,为1031焦耳。

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