书城童书我的第一本天文探索发现全纪录
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第15章 天文发现(8)

晴朗的夜空中,一颗星星拖着长长的尾巴缓缓扫过天宇,这颗星就叫做彗星,又叫扫帚星。在中国的辞典里边,“彗”字有一个解释就是扫帚,中文彗星的意思就是说像一把大扫帚挂在天上的星星。而在希腊文里“彗”字的意思是毛发,或者尾巴,也就是说在古希腊人的心目当中,彗星是长着毛发或者是带着尾巴的星星。可见在古人的心目当中,彗星是一种形态奇特与众不同的星星,非常神秘。

彗星主要由三部分组成的,中间部分亮度比较小的,叫做彗核,在彗核外头包着的一层叫彗发,后面长长的尾巴叫彗尾,彗核和彗发合起来又叫做彗头。彗星又可以说是由彗头和彗尾组成的,也可以说由彗核、彗发和彗尾组成。后来人们又发现在彗头的周围,包围着一层氢云,就把这层氢云叫做彗云,有的彗星有,有的彗星没有,这就是彗星的结构了。

那么,彗星是由什么物质组成的呢?美国天文学家惠普尔在20世纪40年代末,提出了一种理论,他认为彗星是由冰和尘埃冻结在一起的一个大团块,形象地说彗星就像一个大雪球。

1986年哈雷彗星回归,美国、苏联、欧洲空间局、日本等等发射了6个探测器,观察哈雷彗星。根据探测器拍的照片进行分析,发现哈雷彗星的彗核像一个大马铃薯,长度大概是14千米,高宽分别大约是7.5千米,彗核表面比炭还黑,它还在不断地喷射着东西,这个探测,基本上证明惠普尔理论。

彗星就是一个大雪球,由冰和尘埃结成的大冰块。当它沿着椭圆形轨道向着太阳这边运动时,到了一定距离,受太阳光、太阳风的加热,冰开始融化,融化成液体,液体又升华为气体,那么尘埃也暴露出来,气体和尘埃在太阳光和太阳风的作用之下,把它推向背着太阳的这一面,就形成了彗尾。越接近太阳,蒸发的水汽越多,尘埃越多,彗星的尾巴就越长越大;当到了离太阳最近的近日点附近,彗星的亮度最大,尾巴也达到最长;而后慢慢远离太阳时,越远亮度越暗,尾巴也就越短;到了深空,又恢复成雪球的本来面貌。

那么,彗星是怎么运行的呢?彗星的运行轨道有三种形式,即沿着三种路线运行:第一种路线叫椭圆路线,叫椭圆彗星,这种彗星大约占了彗星总数的40%;第二种是沿着抛物线路线运行的彗星,叫抛物线彗星。这种彗星大约占了总数的49%;第三种是沿着双曲线轨道运行的彗星,叫双曲线彗星,这种彗星大概不到总数11%。沿着抛物线和双曲线运行的彗星叫非周期彗星,因为他们的运动没有周期,往往来我们太阳系一次就扬长而去,再不回来了。沿着椭圆形这种轨道运行的彗星,它是围绕着我们的太阳做椭圆转圈,运动非常有规律总是在固定时间光临我们太阳系,其代表就是哈雷彗星,它于1682年、1607年、1759年分别光临地球。

同宇宙万物一样,彗星也有一个走向死亡的过程。彗星的寿命一般来说,也就是围绕着太阳转几圈。彗星死亡,有几种方式。其中一种叫做破碎。19世纪20年代,人们发现了比拉彗星,20年后,这个彗星回归的时候变成两颗了,5年后又回归时,两颗的距离已经拉得很大、很大,第三次回归的时候,却消失不见了。21年后,从仙女座这个方向发生了铺天盖地的流星雨,据统计大概有16万颗流星雨。原来,地球此时正恰巧从比拉彗星运动的轨道中穿过,地球的吸引力把粉碎了的比拉彗星的小碎片吸引下来,闯入地球大气和空气摩擦生热发光。于是,比拉彗星粉身碎骨了,变成了一群碎片——流星体。这种流星体多了就叫流星群。彗星还有其他死亡方式,如碰撞,1993年苏梅克-列维彗星分裂成二十几块,像连珠炮一样冲向木星,把木星的南极地区撞得千疮百孔,它自己也消失在木星之中了。

彗星有一个谁发现就以谁的名字命名的惯例。如哈雷彗星就是以它的发现者英国的天文学家哈雷的名字命名的;21世纪初,我国的天文爱好者张大庆和日本的池谷熏各自独立发现了一颗彗星,这颗彗星就以两个人的名字命名为“池谷-张”彗星。

现在,我们已经知道了许多彗星的知识,揭开了彗星的神秘面纱。

本文介绍了许多关于彗星的知识,科学的解释了彗星的运动和消亡为我们揭开了关于彗星的种种神秘的面纱。

太空的天气变化

宇宙太空并不是一成不变的,就像地球大气层会发生风云突变的气象变化一般,太空中也时常会出现灾害性天气,由此诞生了一门新兴学科——太空天气学。

太空天气指太阳系内行星际空间的天气。对地球或航天器影响最大的是太阳的变化。

太阳表面常有一些亮度相对较暗的被称为“太阳黑子”的区域。伴随黑子的出现,常有日震、耀斑等现象,例如1996年7月9日,人们从一颗太阳观测卫星中了解到,太阳发生了一次强烈的日震,使太阳表面形同向池塘丢进石块引起涟漪一般,产生了高达3000多米的波浪,扩展范围相当三亿个地球直径。与此同时,它还向外抛散出大量物质,形成强劲的太阳风,吹遍了整个太阳系,真是一次实实在在的太空风暴。太阳掀起的风暴对地球的磁层、电离层和大气层都会造成严重的干扰并且给地球带来一系列灾变。它还会影响航天器的动作,使其与地面的电信联系中断。导航定位不准,甚至使卫星失效、坠落。在已知的卫星故障中,竟有40%与这种太空风暴有着直接或间接的关系。十多年之前,我国的“风云一号”气象卫星,就是因受到太阳风暴带来的大量高能粒子的撞击而提早失效的。

太空除了会有强劲的太阳风暴外,太阳射电、太阳X射线、太阳r射线等的爆发,也具有很高的能量,这些射线的物质粒子会以光速向空间辐射。它们的危害程度要高于太阳风暴可能造成的破坏,有的还会危害宇航员的健康及生命。因此,一般在航天器都装上屏蔽装置,还将航天器的发射和回收日期选在太阳活动相对宁静的时间内。所以,预报这些太阳射线爆发的日期,就成为太空天气学研究的重要内容。

影响太空天气的还来自太阳系外的其他天体。20世纪70年代以来,人们已发现宇宙的X射线爆发和r射线爆发,还有较高能量的宇宙线的剧烈变动,虽然这些射线大多来源非常遥远,对地球和近地空间不会造成什么严重的危害,但当我们把太空探测的触角伸向更遥远的空间时,就不能不密切注意它们的动静。

太空中,时而还会发生新星和超新星爆发。

爆发释放出的物质中很多是放射性元素和大量的高能粒子辐射。科学家已经发现,地球上有些古生物的灭绝、地震的发生以及一些其他灾难变化,似乎都有超新星这双“魔手”在背后操纵。显然,它们对人类太空活动的威胁,是不容忽视的。因此,这也是太空天气学研究的内容。

宇宙太空像地球大气层会发生风云突变的气象变化一样也会出现灾害天气,这在一定程度上已经影响到了地球。正确认识和研究太空天气学具有十分重大的意义。

宇宙深处的秘密——星云

我们常常以为会想到那里是一无所有、黑暗寂静的真空。其实,这是不完全正确的。恒星之间广阔无垠的空间也许是寂静的,但远不是真正的“真空”,而是存在着各种各样物质的空间。这些物质包括星际气体、尘埃和粒子流等,人们把它们叫做“星际物质”。星际物质与天体的演化有着密切的联系。观测证实,星际气体主要由氢和氦两种元素构成,这跟恒星的成分是一样的。人们甚至猜想,恒星是由星际气体“凝结”而成的。星际尘埃是一些很小的固态物质,成分包括碳合物、氧化物等。

宇宙空间中的星际物质分布并不均匀。在力场作用下,某些地方的气体和尘埃可能相互吸引而密集起来,形成云雾状。人们形象地把它们叫做“星云”。按照形态,银河系中的星云可以分为弥漫星云、行星状星云等几种。

呈现不规则形状的弥漫星云正如它的名称一样,没有明显的边界。它们的直径在几十光年左右,密度平均为每立方厘米10~100个原子(事实上这比实验室里得到的真空要低得多)。它们主要分布在银道面附近。比较著名的弥漫星云有猎户座大星云、马头星云等。

行星状星云的样子有点像吐的烟圈,中心是空的,而且往往有一颗很亮的恒星。恒星不断向外抛射物质,形成星云。可见,行星状星云是恒星晚年演化的结果。比较著名的有宝瓶座耳轮状星云和天琴座环状星云。

研究星云对探索恒星的形成,星前物质和星际物质的成分等,都有极为重要的意义。

星云是宇宙中的重要组成部分,我们研究天体的时候,可千万不要忽略了它啊。

太阳系外行星探测的新发现

科学家使用哈勃望远镜观测到了一颗太阳系外的行星,了解了它的大气层化学成分,这为寻找类似于地球的行星提供了新的希望。

布鲁诺说:“宇宙是无限大的,其中的各个世界是无数的。”这以后的很长一段时间里,人们对于这种说法虽有认同感,但是却拿不出实际的观测证据。在宇宙中有数不清的恒星,按说理应存在为数不少的行星。但是观测行星比观测恒星困难得多。行星比恒星的体积小很多,更关键的是,行星不发光,常规的观测手段(主要是光学波段的观测)很难奏效。事实上,即使是最大口径的天文望远镜也不能直接拍摄到太阳系以外行星的照片。而地外文明——倘若存在的话——只可能生活在行星上,而不是炽热的恒星表面。那么,怎样才能找到太阳系之外的世界?

太阳系外的行星总会有露出蛛丝马迹的时候。如果直接观测不行,我们还可以用间接的手段。我们知道行星绕恒星运转是因为引力的作用。在地球上我们能感觉到太阳和地球之间的引力作用的效果,也就是地球每年绕太阳运转一周。但是我们很少注意到地球对太阳的作用。严格的说“地球绕太阳运转”是一种粗略的说法。正确的说法应该是,地球——以及太阳系所有天体——绕太阳系的质心运动。一个更清楚的例子是双星。人们在描述双星的时候更倾向于说两颗子星绕共同的质心运转,而不是把哪一颗作为占主导地位的恒星。

人们曾经认为天狼星没有伴星,当时的观测手段也无法拍摄到天狼星伴星的照片。但是科学家发现,天狼星在星空背景上以波浪线的方式移动。一种解释就是,天狼星有一个质量不算太小的“隐形”伙伴,它们相互绕行,因此天狼星的运动轨迹才会如此古怪。后来,借助于威力更大的望远镜,人们终于拍摄到了天狼星伴星的照片——那是一颗发着微弱光的白矮星。