觀察宇宙現(xiàn)象

□ 聞 新 Victor W.

開普勒空間望遠(yuǎn)鏡

人類怎樣理解宇宙？

很久以前，我們的祖先是通過肉眼觀察遙遠(yuǎn)星星的方位變化來認(rèn)知宇宙，世界上最早用科學(xué)和數(shù)學(xué)解釋自然的是古希臘人，他們?cè)眯求w的映射關(guān)系，測(cè)量出地球的尺寸是如此驚人地準(zhǔn)確。

隨著科技的進(jìn)步，人類開始通過望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)恒星、行星、彗星和宇宙塵埃等，觀測(cè)它們的運(yùn)行軌跡，通過光譜分析來計(jì)算它們的速度、能量和距離等。

今天，人類可以通過宇宙飛船、航天飛機(jī)、宇宙探測(cè)器、衛(wèi)星來接近宇宙天體，進(jìn)而更深入地探究它們的本質(zhì)。如美國(guó)航宇局先后將哈勃空間望遠(yuǎn)鏡和開普勒空間望遠(yuǎn)鏡（如圖所示）送入太空，使得天文科學(xué)家看得更清楚和更遙遠(yuǎn)。

縱觀歷史，在人類進(jìn)入航天活動(dòng)的50多年里,現(xiàn)代天文學(xué)取得的輝煌成績(jī)大大超過了此前幾千年悠久的坐地觀天所取得的成就。

X射線天文望遠(yuǎn)鏡捕獲的星光情景

探索宇宙的儀器?

為了認(rèn)識(shí)和了解宇宙中的不同物質(zhì)和能量，科學(xué)家必須使用不同種類的儀器。例如，為了觀察銀河系中心的塵埃和氣體，必須使用望遠(yuǎn)鏡；為了觀察星體放出的X射線，必須使用X射線望遠(yuǎn)鏡；為了觀察天體放射出的電磁能量，必須使用可以探測(cè)出電磁信號(hào)的望遠(yuǎn)鏡。右圖是X射線天文望遠(yuǎn)鏡捕獲的星光情景。

最近，為了觀察太陽系外行星、超新星等現(xiàn)象，我國(guó)科學(xué)家將在南極附近安裝三臺(tái)有效觀測(cè)口徑50厘米的“巡天望遠(yuǎn)鏡”，三臺(tái)望遠(yuǎn)鏡選用不同的濾光片，同時(shí)觀測(cè)天體的不同波段。

圖中紫色的部分表示暗物質(zhì)

什么是宇宙的暗物質(zhì)？

暗物質(zhì)是一種物質(zhì)，是一種看不見的物質(zhì)，所以稱它為暗物質(zhì)?？茖W(xué)家認(rèn)為宇宙質(zhì)量的90%是暗物質(zhì)，見左圖。

利用常規(guī)儀器，探測(cè)暗物質(zhì)是很困難的，這是因?yàn)榘滴镔|(zhì)不同于其它閃閃發(fā)光的星體。暗物質(zhì)既不會(huì)放射出X射線，也不會(huì)放出無線電波或其它種類的電磁能量。盡管暗物質(zhì)不能使用望遠(yuǎn)鏡和其它儀器直接探測(cè)，但科學(xué)家可以測(cè)量到它的引力效應(yīng)?？茖W(xué)家經(jīng)常通過探測(cè)銀河系里的引力，來解釋不同星體和物質(zhì)的存在。

銀河系里的黑洞想象圖

什么是黑洞？

“黑洞”很容易讓人望文生義地想象成一個(gè)“大黑窟窿”，其實(shí)不然。所謂“黑洞”，就是一種天體，它的引力場(chǎng)是如此之強(qiáng)，就連光也不能逃脫出來。由于黑洞中的光無法逃逸，所以人們無法直接觀測(cè)到黑洞。盡管黑洞和暗物質(zhì)一樣，都是無法直接觀測(cè)到的，但黑洞不同于暗物質(zhì)。

科學(xué)家已經(jīng)知道黑洞是怎樣形成的。黑洞是由一個(gè)燃料燃燒盡的、比我們太陽大的星體。由于恒星的收縮無休止地進(jìn)行下去，在擠壓引力自身的吸引下被碾為粉末，剩下來的是一個(gè)密度高到難以想象的物質(zhì)，這就是黑洞，見左圖。天文學(xué)家認(rèn)為，銀河系里有幾千萬個(gè)黑洞。

為什么銀河系中央的黑洞不斷地吞食小行星？

銀河系中央部位有一個(gè)黑洞，天文學(xué)家稱作“人馬座A”，距離我們地球約2.6萬光年。這個(gè)黑洞斑每天都有耀斑出現(xiàn)，每次可以持續(xù)長(zhǎng)達(dá)1小時(shí)，并且其亮度可以達(dá)到黑洞典型功率的數(shù)百倍。天文學(xué)家認(rèn)為這種耀斑可能是吸積盤中小行星不斷被黑洞吞噬的結(jié)果。在距離這個(gè)黑洞1.6億千米處有一個(gè)巨大的“云團(tuán)”，含有數(shù)萬億顆小行星，正圍繞人馬座A運(yùn)行。當(dāng)這些小行星的軌道由于受到黑洞引力的擾動(dòng)而變得不穩(wěn)定時(shí)，它們就會(huì)下落，從而被黑洞的巨大引力撕裂，隨后這些撕裂的小行星就會(huì)不斷地墜入這個(gè)黑洞，如左圖所示。

脈沖星

什么是脈沖星？

脈沖星，就是變星的一種。脈沖星是在1967年首次被發(fā)現(xiàn)的，脈沖星發(fā)出一種周期性的電波，形成一種電磁能量。因?yàn)檫@種星體不斷地發(fā)出電磁脈沖信號(hào)，平均每秒閃光2次，所以人們就把它命名為“脈沖星”。

有些科學(xué)家認(rèn)為它是一個(gè)大的星體燃燒盡了以后，伴隨著強(qiáng)烈的爆炸，形成一些小的殘余物質(zhì)，由于殘余物質(zhì)的尺寸大小不足以形成黑洞，就形成了脈沖星。所以，脈沖星是體積特別小、密度卻相當(dāng)大的星體。

目前，人類已找到了1600多顆脈沖星，并且已得知它們就是高速自轉(zhuǎn)的中子星。盡管脈沖星很小，但它的引力場(chǎng)卻很大。天文學(xué)家認(rèn)為，當(dāng)將死的星球失去能量時(shí)，它就會(huì)開始塌縮，而在塌縮的過程中，它所包含的所有物質(zhì)都擠壓在一起，密度變得越來越大。隨著越來越多的物質(zhì)向星體的中心移動(dòng)，星體會(huì)越轉(zhuǎn)越快。

下期預(yù)告：

下期的題名為“哈勃探測(cè)銀河系”。主要圍繞著哈勃空間望遠(yuǎn)鏡對(duì)銀河系的探測(cè)成就進(jìn)行介紹，如哈勃空間望遠(yuǎn)鏡組成與結(jié)構(gòu)、哈勃的功勞、銀河系的特殊性、宇宙膨脹速度等等問題進(jìn)行說明與敘述，引導(dǎo)讀者更深入了解銀河系和宇宙想象給人們帶來的問題。