在宇宙产生之初,产生了不均匀的物质。在后来宇宙膨胀过程中,这些不均匀的物质由于引力的作用,逐渐收缩成一个个“岛屿”,这就是星系,人们将其形象地称作“宇宙岛”或“岛宇宙”。
提起宇宙岛,可追溯到意大利布鲁诺关于宇宙中恒星世界的构想。1755年,德国哲学家康德认为宇宙中有无限多的星系,这就是宇宙岛假说的渊源。天文学家通过观测,看到许多雾状的云团,便猜测可能是由很多恒星构成的,只是离得太远,人们无法一一分辨出。
英国天文学家赫歇尔首先发现许多星云可分解成恒星群,后来又发现一些星云无法分解,于是他提出了星系并非宇宙岛的观点。
到了19世纪,人们借助更大的望远镜进行更仔细的观测,特别是分光术的应用,使人们对星云的观测有了极大的进步。只是困于赫歇尔的影响,人们对宇宙岛与星云的关系仍然缺乏正确的认识。
进入20世纪,在美国引起了关于宇宙岛的争论。人文学家柯蒂斯认为宇宙岛是河外星系,否则它们就是银河系的成员。另一位大文学家沙普利提出与柯蒂斯不同的观点。在20年代,他们展开激烈的争论。后来,哈勃进行了更精确的测量,证明了河外星系的存在,这样,关于宇宙岛的争论才告结束。
现在人们观测到的河外星系已达上万个,最远者距银河系达70亿光年。估计河外星系数目大得惊人,若画一个半径达20亿光年的圆球,其内含有约30亿个星系,每个星系都包含着数以千亿计的恒星。
关于宇宙中的宇宙岛从何处漂移过来的问题,目前仍有很多的争论。关于星系起源的理论更有很多,有代表性的是引力不稳定性假说和宇宙湍流假说。前者认为,在30亿年间,星系团物质由于引力的不稳定而形成原星系,并进一步形成星系或恒星;后者认为,宇宙膨胀时形成旋涡,它可以阻止膨胀,并在旋涡处形成原星系。二者都认为星系形成了100亿年,但与其他一些关于星系起源的观点一样虽然都产生了深远的影响,却都不能完整科学地解释宇宙岛理论。太阳系有第十颗行星吗自从1930年发现太阳系第九颗冥王星以后,轨道偏移问题仍然没有解决,因为天王星的计算轨道还是和实际观测到的不相符合。而海王星的计算轨道,也只是符合近期,时间越长产生误差越大。天文学家们一直没有停止对第十颗行星的寻找,可是直到今天收效甚微。
“冥外行星”是否存在?从理论上说是有可能的。因为太阳的质量相当于九大行星质量总和的740倍,附近却只有九个行星,这种结构不太合理。太阳的引力作用范围是很大的,大约应该可达到4500个天文单位,而冥王星最远距离太阳只有49个天文单位。因此推断,太阳系的边缘,远在冥王星之外很远很远。在这片冥外空间,应该存在第十颗、甚至第十一颗行星。
有天文学家曾经宣称发现了第十颗行星,并指出行星的距离、轨道、质量、位置和亮度,但多家天文台据此寻找,却怎么也发现不了,因而也不可能确认它。1977年底,美国天文学家科瓦尔在天王星和土星之间发现一个环绕太阳运行的天体,后经天文学家半年多的努力观测,认为它还不够大行星的资格,基本上认为它只是一颗小行星——这就是“喀戎”小行星。
现在,我们完全可以不借助已知行星的偏移来寻找新的行星了!空间探测器的精密仪器已经伸进了遥远的行星际空间,本世纪70年代美国先后发射“先驱者10号”和“先驱者11号”、“旅行者1号”和“旅行者2号”,它们都担负着考察太阳系外围空间的重大任务,在一路上飞掠过木星、土星、天王星、海王星后,它们会飞出太阳系,到茫茫的宇宙中去探索!但就目前发回的照片及资料中,还没找到新行星存在的证据。
地面上的天文学家并不泄气,他们一边等待航天飞船带回更新更奇的成果,一边也坚持不懈地借助大型望远镜搜巡天空。
每当发生日食时,天文学家的观测项目总有一项寻找水星内侧行星的任务。人们利用日全食时月亮影子遮住太阳圆面的一瞬间,对太阳附近的区域进行搜索,验证水星以内还有大行星的设想,但长期以来,也是毫无结果。
从发现天王星到发现海王星相隔了65年,从海王星到冥王星的发现又隔了74年。冥王星自发现以来到现在还不到70年,空间技术的发展却是突飞猛进的,一艘艘无人太空船或载人宇宙飞船带着人们无限希望相继升空。探索宇宙之路是永无止境的,我们相信总有一天人类会揭开太阳系行星之谜。恒星是如何产生的恒星是如何产生的呢?对于这个问题存在两种假说:一种是超密说,它是由前苏联著名天文学家阿姆巴楚米扬在1955年提出的“超密说”。他认为,恒星是由一种神秘的“星前物质”爆炸而形成的。具体地讲,这种星前物质体积非常小,密度非常大,但它的性质人们还不清楚。不过,多数科学家都不接受这种观点。
与“超密说”不同的是“弥漫说”,其主旨是认为恒星是由低密度的星际物质构成。它的渊源可以追溯到18世纪康德和拉普拉斯提出的“星云假说”。
星际物质是一些非常稀薄的气体和细小的尘埃物质,它们在宇宙中各处构成了庞大的像云一样的集团、这些物质密度很小,每立方千米只有10-8-10-4克,主要成分是氢(90%)和氦(10%),它们的温度为-200℃~-100℃。
从观测来看,星云分为两种:被附近恒星照亮的星云和暗星云。它们的形状有网状、面包圈状等,最有名的是猎户座的“暗湾”,其形状像一匹披散着鬃毛的黑马的马头,因此也叫“马头星云”,而美国科普作家阿西莫夫说它更像迪斯尼动画片中的“大灰狼”的头部和肩部。
星云是构成恒星的物质,但真正构成恒星的物质非常大,构成太阳这样的恒星需要一个方圆900亿千米的星云团。
从星云聚为恒星分为快收缩阶段和慢收缩阶段。前者历经几十万年,后者历经数千万年。星云快收缩后半径仅为原来的百分之一,平均密度提高1亿亿倍,最后形成一个“星胚”。这是一个又浓又黑的云团,中心为一密集核。此后进入慢收缩,也叫原恒星阶段。这时星胚温度不断升高,高到一定的程度就要闪烁身形,以示其存在,并步入幼年阶段。但这时发光尚不隐定,仍被弥漫的星云物质所包围着,并向外界抛射物质。
随着科学技术的不断发展,人类对恒星的起源问题会有更深刻的认识。超星系团之谜自从存在宇宙岛的说法提出以后,人们发现了越来越多的星系和星系团。
1953年,著名天文学家德伏古勒分析了亮星系的分布,提出了超星系团的概念,也称作二级星系团。他认为,本超星系团直径约2500万光年,由本星系群、室女星系团、后发星系团及一些小的星系和星系团构成。后来阿贝尔指出约有50个超星系团,每个超星系团约有10个星系团。这种超星系团可能还存在自转。
1985年夏天,法国的天文工作者拉帕伦特在美国哈佛——史密森天体物理中心,用一架60英寸望远镜对超星系团进行了观测,并绘制了一张天文图。她发现星系散布得不同寻常,排列在非常薄、非常有限的表面上,这表面包裹着不寻常的泡泡之类的空洞,其直径达2亿光年。后来,科学家们通过进一步研究发现,这是一个已知的宇宙的最大结构,这一片星系层长约5亿光年,高2亿光年,宽0.15亿光年。天文学家们为它起了一个名字——“长城”。
美国普林斯顿大学和芝加哥的几位天文学家认为,宇宙既不由暗物质构成,也不由星系之间的空洞构成,而是由一个巨大的超星系团和一个大空洞构成。另一些天文学家不同意这种解释,但是也承认超星系团的存在。甚至有些天文学家认为存在比超星系团更大的星系组合,即第三级星系团。这种阶梯式的成团结构是否真的存在呢?人们还在继续观测着。
世界上很多天文学家刚刚开始对宇宙中的“长城”进行研究。其中到底存在着什么奥秘,还需要人们深入地探索下去。宇宙间的反物质俗话说物极必反,可见事物都是存在对立面的。那么宇宙中的物质会不会有与之对应的反物质呢?什么这是反物质呢?
反物质是和物质相对立的一个概念。众所周知,原子是构成化学元素的最小粒子,它由原子核和电子组成。原子的中心是原子核,原子核由质子和中子组成,电子围绕原子核旋转。原子核里的质子带正电荷,电子带负电荷。从它们的质量看,质子是电子的1840倍,形成了强烈的不对称性。因此,本世界初有一些科学家就提出疑问,二者相差这么悬殊,会不会存在另外一种粒子,它们的电量相等而极性相反,比如,一个同质子质量相等的粒子,可带的是负电荷,另一个同电子质量相等的粒子,可带的正电荷。
1928年,英国青年物理学家狄拉克从理论上提出了带正电荷“电子”的可能性。这种粒子,除电荷同电子相反外,其他都一样。1932年,美国物理学家安德逊经过实验,把狄拉克的预言变成了现实。他把一束r射线变成了一对粒子,其中一个是电子,而另一个同电子质量相同的粒子,带的就是正电荷。1955年,美国物理学家西格雷等人在高能质子同步加速器中,用人工方法获得了反质子,它的质量同质子相等,却带负电荷。1978年8月,欧洲一些物理学家又成功地分离并储存了300个反质子。1979年,美国新墨西哥州立大学的科学家把一个有60层楼高的巨大氦气球,放到离地面35千米的高空,飞行了8个小时,捕获了28个反质子。从此,人们知道了每种粒子都有相应的反粒子。
人们根据反粒子,自然联想到反原子的存在。一个质子和一个带负电荷的电子结合,便形成了原子。那么,一个反质子和一个带正电荷的“电子”结合,不就形成了一个反原子了吗?类推下去,岂不会形成一个反物质世界吗?于是有人认为,宇宙是由等量的物质和反物质构成的。
从理论上看,宇宙中应该存在一个反物质世界。可事实并不这么简单。经研究发现,粒子和反粒子一旦相遇,他们就会“同归于尽”,从而转化成高能量的V光子辐射。可这种光子辐射人们至今还没有发现。在我们地球上很难找到反物质,因为它一旦遇到无处不在的普通物质就会湮灭。
那么,宇宙中存在着反物质吗?存在着一个反物质世界吗?按照对称宇宙学的观点,它们是存在的。这一学派认为,我们所看到的全部河外星系(包括银河系在内),原本不过是个庞大而又稀薄的气体云,由等离子体构成。等离子体既包含粒子,又包含反粒子。当气体云在万有引力作用下开始收缩时,粒子和反粒子接触的机会就多了起来,便产生了湮灭效应,同时释放出巨大能量,收缩的气体云开始膨胀。这就是说,等离子体云的膨胀,是由正、反粒子的湮灭引起的。
基于以上观点,反物质世界一定在宇宙中某个地方存在着。如果反物质世界真的存在的话,那么,它只有不与物质会合才能存在。可物质和反物质怎样才能不会合呢?为什么宇宙中的反物质会这么少呢?这些都是待解之谜。行星会撞地球吗自古以来人类一直对别的星球是否会撞击地球,给人类带来毁灭性灾难一事怀有深深的忧虑,直到现在,这种忧虑仍没有完全消除。
1968年初,澳大利亚悉尼大学巴特拉教授预言,1968年6月15日伊卡鲁斯小行星稍许偏离轨道就会进入地球,它将会以每秒9公里的速度把大城市撞得粉碎。美国加州大学的理杰逊博士支持这一观点,认为其可能性是很大的。他们计算,如果伊卡鲁斯行星与地球相撞,它可以在陆地上造成直径为1000公里的大坑穴;如果掉在海中,造成的海浪将高达600米,数千个城市和村镇被淹没;即使它掠过地面,所造成的损失也不亚于一次大地震或龙卷风的灾害,甚至会引起火山爆发。这一预言震惊了全世界并引起了世人的极大恐慌。
但前苏联科学家指出,此计算有误,相撞的可能性为零。果然,1968年6月15日,伊卡鲁斯与地球“擦肩而过”。
1978年,一位天文学家的计算结果表明,“地理小行星”于1995年将与地球相撞。但中国天文学家的计算表明,1995年“地理小行星”距地球有四五百万公里之遥,大可不必担心。后来证明果真如此。
科学研究表明,太阳系中,小行星有5200颗,多数在木星和火星间穿行,其中有200余颗可能会进入地球轨道。此外,还有一些彗星接近地球,这些天体称作近地类天体。计算表明,直径为1.5公里的小行星进入大气层的机会约30年一次,而直径为9米的小行星击中地球,破坏力不亚于一颗原子弹,而直径为1.5公里的小行星击中地球,破坏力相当于10万颗百万吨级炸弹的威力。
然而,迄今为止,人类还未曾目睹过一次小行星撞击地球的事件,那么,小行星真的会撞击地球吗?这还是一个未解之谜。小行星起源之谜按宇宙的法则和规律,太阳系的九大行星都有自己的轨道,且行星与行星之间也都有相应的距离。所以,当人们发现火星与木星之间的距离过于大时,有人就断定这中间还应有一颗行星。