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第4章 宇宙大观(3)

澳大利亚中部的亨伯里陨石坑群。

这里保存着13个坑穴,其中最大1个是卵圆形,最长直径220米,深12米。亨伯里陨石的发现,是1930年11月25日一场流星雨引出来的。

爱沙尼亚萨莱马岛的卡利湖。在20世纪20年代末,确定该湖是一个陨石坑,直径为110米,深22米。在湖周围0:5千米范围内,还发现有至少6个坑。萨莱马岛位于波罗的海东侧,面积2600多平方千米。造成该岛陨石坑群的流星雨爆发在大约3500年前。

加拿大魁北克省的环形湖。最初是一架美国飞机在魁北克省的昂加瓦地区发现的一个特别圆的小湖。后来,查明是一个陨石坑。直径比亚里桑那陨石大3倍,最大深度超过500米。据估计,陨石坑的年龄不到两亿年。我国也陆续发现一些陨石坑。如江苏太湖陨石撞击坑。内蒙古河北交界处,多伦陨石坑,直径170千米。吉林九台县的上河湾陨石坑,直径30千米。广州始兴县的陨石坑,直径3千米。在广东新兴县还发现内洞陨石坑,直径达6千米,还有人推测四川盆地就是一个巨大的陨石坑。

科学家还宣称在海底探明有陨石坑,并大胆提出,地球上的许多海洋盆地,甚至是太平洋、墨西哥湾等,也是陨石撞击出来的。

无论如何,天体冲撞地球,在地球演化中扮演了不可缺少的角色,这是多数科学家公认并认真思考的事实。

几亿年甚至几万年前的灾难性碰撞,虽然离我们太遥远,但发生在我们眼皮底下的碰撞,不能不引起警惕和深思。人们公认宇宙中的小行星是地球最危险的敌人,它直接威胁着人类的生命,着木大碰撞作为历史一页虽然已经翻过,但留给地球的警示启迪却发人深省:有人曾这样推测,宇宙中的星体这么多,说不定什么时候地球也会遇上这种灾难性碰撞。它的可能性又有多大?如果有朝一日遇上了,人类能够战胜吗?地球这艘宇宙飞船会在这类宇宙交通事故中搁浅吗?像着星、液星体这样的不安定分子,到底有多少?对地球到底构得成威胁吗?在这场生与死的角逐中,小行星却扮演了极不光彩的角色。

自意大利天文学家皮亚齐于1801年元旦,在火星和木星轨道之间发现新行星起,就揭开了人类发现和研究小行星的序幕。从第一颗谷神星到智神墨、婚神星、灶神星……整个19世纪,发现400颗以上,到了20世纪,小行星的发现愈加频繁。到现在为止,天文学家已发现多达5000颗。

其中已测算出运行轨道并编号的有近3000颗。据估计,现代天文望远镜发现的小行星不到总数的千分之几。

虽为数众多,但这些小行星体积和质量都很小。最大的谷神星直径只有770千米,不到月球直径的1/4,体积不足地球体积的1/450。如果你登上小行星,能一目了然地意识到是在一个行星上,四周越远越向下弯,球形感油然而生。1937年发现的赫梅斯小行星,直径不足1千米。如果把小行星全部聚集成团,充其量只有一颗中等卫星的大小,同大行星的大小相比,真是差得太远了。

这么浩浩荡荡的小行星军团,多数都集中行走在火星和木星轨道之间的小行星带上,越出这个范围的极少,但也有少数不老实的“卒子”,沿椭圆轨道运行,远时可以跑到木星以外的空间,甚至跨到土星轨道之外,近时却大踏步走进地球轨道里侧,甚至深人到金星轨道之内,成为“近地小行星”,成为太阳家族的不安定分子,很可能是未来地球的主要“杀手”。

近地小行星轨道偏心率一般比较大,从它与地球之间距离来说,最近时一般几百万千米至5千万千米,少有贴近到百万千米的。所以当小行星与地球贴近到百万千米以内,就可算是十分危险的了。1937年10月小行星赫姆,在地球外80万千米附近掠过,只相当于月地距离的两倍;1989年3月,也有一颗小行星飞到距离地球75万千米的位置,又远离我们而去。万一有一天它要是再贴近呢?从辽阔的宇宙空间尺度来看,说它们与地球近在咫尺,并不夸张。这么多小行星在地球附近空间穿来穿去,让人类能不捏一把汗吗?

地球在这样的环境中生存,地球遇上灾难性碰撞的可能性到底有多大,能不能人为地去避免?根据专家的看法,直径大于1000米的小行星以及超过600米的彗星,原则上都有可能成为地球的潜在敌人。据天文学家计算,目前宇宙中,直径为1000米的“危险分子”为1200万—2000万颗,太阳系中,直径100米的彗星达100万颗,潜在威胁很大。

近地小行星与地球碰撞的概率各方面估计不尽相同,出入也大。有人估计,平均几十万年或几千万年才发生一次。这对地球46亿多年的漫长岁月而言,可以说是微乎其微了,可是人们还是心有余悸。如按每年都发生的可能性为50万分之一,那么今后100年的可能性是10万分之一。这样一来可以算出人的一生中遇到的可能性为20万分之一。

再如,像彗木碰撞每1000万—8000万年有一次。

日本吉真通过分析,直径为1千米以上4、行星撞击概率12万年一次;今后2600年间,有五六个小行星处于和地球较为接近的状态,最近是相距15万千米,约为月地距离的一半。

所以,天地冲撞也并不是危言耸听。它应该唤起天文学家和公众的注意。

从某种角度看,就算是百万分之一的概率,一旦小天体突袭地球,人类随着科学技术的发展应能够抢先预报,从而测算出正确的轨道,那么我们就有了的。

天文学家们24日说,他们利用“哈勃”太空望远镜观测到了迄今所发现的银河系中最古老的白矮星,这为确定宇宙年龄提供了一种全新的途径。新推算出的宇宙年龄为130亿—140亿年。

天文学家们在美国宇航局的新闻发布会上介绍说,这些古老白矮星是在位于天蝎星座、距地球7000光年的一个名为M4的球状星团中发现的。分析表明,这些白矮星的年龄为120亿—130亿年。

白矮星是宇宙中早期恒星燃尽后的产物,它会随着年龄的增长而逐渐冷却,因而被视为测量宇宙年龄的理想“时钟”。天文学家们比喻说,借助白矮星来估算宇宙的年龄,就好似通过余烬去推测一团炭火是何时熄灭的,原理上比较简单。但问题是白矮星会由于不断冷却而越来越黯淡,这是实际观测中需要克服的困难。

在观测M4球状星团的过程中,“哈勃”太空望远镜的观测能力发挥到了极限。望远镜上的照相机在67天中累计用了8天的曝光时间,才拍摄下迄今最黯淡、温度最低的白矮星照片。这些白矮星光线极其微弱,亮度不及人的肉眼所会看到的最暗星体的10亿分之一。

新发现的白矮星前身是宇宙中的第一批恒星。“哈勃”太空望远镜早先的观测结果显示,宇宙中的首批恒星,最早可能是在诞生宇宙的“大爆炸”后不到10亿年间形成的。因此,将这10亿年考虑进去,结合最新的白矮星观测结果,推算出宇宙的年龄应该为130亿—140亿年,这与早先的一些结果基本相符。

此前关于宇宙年龄的推断,主要基于对宇宙膨胀速率的测算。天文学家们指出,白矮星观测提供的是一种完全不同的独立手段,将有助于验证和核对用其他方法得出的结果。

生物居住区

人们经常问:我们地球不仅表面有生命,温暖的地壳下面和寒冷的冰山顶上也有,地球外也有生命吗?科学家认为,回答应当是肯定的。他们把地球外有生命的地方叫做“生命居住区”,并且认为生命居住区只能出现在地球型行星和相应的卫星上,例如太阳系的火星、木卫二、木卫三、土卫二和土卫六上。而恒星上因为温度太高,生命难以生存,所以不能作为居住区。

“居住区”一词最早出现在1959年。1992年美国宾夕法尼亚州的詹姆斯—凯斯汀对它作了详细的阐述:居住区是恒星周围的空间区域,区域内的行星表面上要有液态水,这样的区域只能存在于“太阳型恒星”周围的行星上。在我们太阳系中,居住区位于金星与火星之间,这里不太热,也不太冷,是“黄金轨道”区。比金星近的行星太热,太干燥,也不能太远,像海王星那样的行星太冷,生命无法生存。居住区的位置取决于带行星系统的恒星的大小和温度,一般位于恒星外面。恒星越热,居住区的位置越远,也越宽。居住区也取决于行星大气,如果某行星周围存在大量俘获热量的温室气体,例如二氧化碳,那么该行星就可以维持在距离恒星较远的地方。此外,还希望恒星周围有气体或尘埃盘,否则就没有形成行星的“原料”。行星形成后还需有长期稳定的气候和适当比例的化学成分,还需要有磁场防护来自太空其他星球的致命高能粒子袭击。对地球大小的行星而言,维持生命或许还需要一个大质量行星作为“引力真空吸尘器”,为地球大小的行星清除前进道路上的障碍,以免发生1994年“苏梅克一列维着星”撞击木星那样的宇宙撞击事件。

对于生命起源和生存而言,一定要在地质时间尺度上保持连续的可居住性。

由于这个原因,天文学家只选择低质量的主序星作为具有可居住的行星。这样的恒星像太阳一样,所以生命的诺亚方舟应当到“太阳型”恒星周围去找。现在已经在太阳系外发现了130多颗行星,但遗憾的是,除地球外,目前还没找到一颗有生命栖肩、的行星。据估计,在银河系内,周围拥有行星系统的恒星有100万·150万颗,而且这些恒星不是一成不变的,由于演化,恒星会变老。恒星变老,光度会增加,这将推动居住区向外移。在极端情况下,整个居住区可以移到它的所在地外面,从而导致业已形成居住区的行星上的一切生命都惨遭不幸!好在大部分恒星生命期间,恒星变老对居住区影响不太大,不会影响到居住区的存在,即使在它们内外边缘随其光度变化而变化的时候,也不会有多大的改变。

人类的认识是与时倶进的,科学家的思想也是一样。20世纪下半叶,在宇宙生命研究中取得了一系列发现,这些发现向传统观念提出了挑战,让科学家对居住区的认识有了飞跃。10年前科学家在被视为生命不能存在的海底发现了微生物,其中有奇异的蟹、蛤和奇异的管虫,还有细菌移民。这是一些超级喜热微生物,生活在海底火山口附近117°C的热液周围或热液中,依靠从火山口喷发出来的鳞状发光物生活。它们能抗御极高的压力和腐蚀性极强的酸,能经受大剂量辐射照射。除了海底存在奇异的有机物外,还在几米深的温暧地壳下面和寒冷的冰山顶上,发现了包括超级喜热微生物在内的多种原始生命。超级喜热微生物与呼吸氧气的有机物获得能量的方式不同,它们不需要有机分子或阳光,而是由临时代谢作用获得能量。地球上所有有机物内都存在核糖核酸的细胞分子,每一种核糖核酸都有唯一的化学序列,两种比较接近的核糖核酸,其核糖核酸序列比较相像。因此根据大量比较有代表性的有机物,科学家可以做出地球上熟悉的“生命树”,令人惊讶的是,生命树的“根”和最低的“枝”都被超级喜热微生物占据着。这给科学家一个启迪:生命可能起源于超级喜热微生物,在苛刻的生命条件下,生命力顽强的有机体能够生存。因此在传统的居住区外面,有液态水的地方也可以支持生命存在;如果一颗巨大行星内有大量内能提供热量,它就不需要接近太阳,在没有光照的表面上也能有足够能量维持生物量。

即使上面一切都具备了,在适当轨道上发现地球大小的行星后,还需要对新世界的居住区进行仔细考虑。因此,在寻找太阳系外新行星的同时,还需要对已经探现到的生命诺亚方舟进行深人研究。有人预计,发现新行星的任务10—25年可以基本结束,而由于太阳系外行星距离遥远,地面望远镜无法看见那里1米大小的物品,因此第二项任务落到了空间科学家的头上。空间科学家准备发射大型空间望远镜,已列人计划的有欧洲空间局的“达尔文”(简称Darwin)和美国宇航局的“地球型行星发现者”(简称T=PF)。

宇宙中的反物质

以哲学的判断,世界万物是相辅相成的,有正必有反,有正必有负,有生必有灭,有亮必有暗……有物质必有反物质。可是科学家在力所能及的范围内就是找不到反物质。如果找到反物质,将使人类生活大为改观,当然这还在憧憬之中。

大家知道物质是由分子组成的,分子又是由原子组成的,而原子又是由原子核和电子组成,原子核由质子等粒子组成。按照物理学中的等效真空理论,宇宙中的每一种粒子都应该有一与之对应的反粒子,它带有数值相等而符号相反的电荷;宇宙中有多少由质子、中子和电子结成的物质,就必定有同样多的反质子、反中子和正电子结成的反物质,宇宙中的正反物质应该是严格对称的。

通过几十年来的观测,天体物理学家已经确认,我们的星系和星系团以至包括我们的超星系团在内的大约离地球一亿光年的空间范围内是由物质组成的而没有反物质。但量子力学认为,各种基本量(如电荷和动量)是守恒的,宇宙创生时产生了物质,必然产生了相等的反物质。例如物质世界中最简单的由于反物质所产生的应该与物质是的,所以从光谱上无法确定反物质的存在。分辨物质和反物质的唯一办法是对所研究的星系物质进行物理检验,宇宙射线就是由超新星遗留物、恒星或别的天体碎屑放出的原子类物质,由反物质形成的宇宙射线必定来自一亿光年之外的星系,它只占宇宙射线的百万分之一。到目前为止,用各种方法所接收到的宇宙11线中仅发现少量的反质子而没有发现反物质的存在。

目前虽然发现和制造的反物质粒子并不多,但反物质的一种形式一正电子已经有了许多实际用途。例如正电子发射X线层析照相术(PET),医生利用PET扫描不仅能得出患者软组织的详细图像,而且能够观察他们体内的化学过程,其中包括在进行认识活动时大脑各部分消耗“燃料”的速度。

反物质的一个潜在且十分诱人的用途是作为制造星际航行火箭的超级燃料。将氢和反氢混合煙灭来获得能量,那么这种燃料的0:1克所产生的推力就相当于120吨由液态氢和液态氧组成的传统燃料。

物质和反物质这一物理体系给物理学家、化学家、天体物理学家带来一系列新的课题,同时也给人类带来新的憧憬。

宇宙尘埃

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