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第18章 越走越远,天涯无际没有边(2)

1976年,美国天文学家埃迪对11年的黑子周期提出质疑,为此引起了一场轩然大波。不过,对11年周期的质疑这并非是首次。如天文学家沃尔夫提出80年的长周期,后人又修改为75~100年周期,也叫“世纪周期”。我国太阳黑子记录材料极为丰富,我国科学家在分析之后,也提出过61年、200年、275年、430年、800年等各种周期。

众多的黑子周期确实是难于统一的,而黑子虽具有周期性,也并非每个周期都重复上一次的黑子发生过程,而且由于人们对黑子产生的机制有不同的认识,这也为分析黑子的周期性带来了很大困难。

7.太阳能量的来源

太阳为地球提供了源源不断的能量,使人类和其他生物得以在地球上繁衍生息,构成了生气勃勃的世界。

太阳在1秒钟内辐射的能量高达38亿亿亿亿尔格,相当于1000亿亿吨煤燃尽后释放出的能量。那么,太阳是怎样产生如此巨大的能量的呢?

第一个科学解释这个问题的是19世纪德国科学家亥姆霍兹。他提出引力收缩理论以说明太阳能量的产生。

20世纪初,科学有了新的发展,人们又重新开始研究太阳能的来源问题。著名的英国天文学家爱丁顿推测,电子与质子相互作用可提供太阳辐射的能量,这使太阳可消耗15000亿年。但是,这种推测并没有多少根据。

1932年,英国物理学家查德威克发现了中子。1939年,美籍德国物理学家贝特提出了一种新理论。贝特认为,太阳中心的温度很高,这使核聚变反应得以发生。其实氢弹爆炸就是核聚变反应造成的,其威力远远高于原子弹。太阳上每时每刻都有“氢弹”爆炸,这差不多可维持100亿年,现在太阳才50亿岁,还可以持续50亿年。

新的观测结果对这个理论也提出了挑战,但太阳核理论并没有什么错误。为此有人又提出了一些补充,其中最有名的要算是“黑洞假说”。这种理论认为,太阳中心有一个黑洞,它占去太阳质量的10万分之一,但半径只有几厘米,可提供太阳能量的一半。但是黑洞又是如何产生的呢?

还有一些理论力图维持或修改已有的关于太阳能量来源的理论,但也都存在这样或那样的问题。不过,对于解决这些问题,科学家们还是比较乐观的。

二、太阳系家族

太阳系家族成员众多,它们“相貌”不同,“性格”各异,组成了一个以太阳为中心的大家庭。

九大行星是太阳系中最引人注目的成员,按照与太阳的距离,由近及远依次是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星。除了水星和金星外,其他大行星都有自己的卫星,其数量各不相同。

在太阳系大家族里还有许多其他的小天体,包括成千上万颗小行星和它们的卫星,以及亿万颗彗星、流星体等。其中,小行星主要分布于火星轨道与木星轨道之间,形成了一个相对密集的小行星带。

太阳系家族的成员大多沿着椭圆或圆形轨道绕太阳旋转,但也有些彗星轨道为抛物线或双曲线。大多数行星自转的方向与公转方向相同,但也有个别行星自转方向与公转方向相反的,如金星和冥王星就是这样的“逆子”。

小行星、彗星、流星体和行星际尘埃颗粒等这些太阳系内的小天体,比起大行星来它们只能算是“小不点儿”。莫要小看这些“小不点儿”,人类在星际航行中一定要首先计算小行星、彗星和密集的流星体群的行程,以使宇宙航船、飞行器回避它们绕行,以免在太空中与它们相撞而粉身碎骨。彗星在接近太阳时,拖着长长的彗尾,在天空中显得十分美丽壮观,太阳系内的流星体也是沿着椭圆的轨道围绕太阳运行。有的流星体被地球吸引闯入地球大气,与大气摩擦而生热发光,这就是我们看到的流星。有的流星体体积较大,在大气中燃烧未尽而落到地面,这就是陨石或陨铁。

1.“结实”的小个子——水星

水星是距太阳最近的行星,离太阳的最大角距只有28度,古代称30度为一“辰”,所以我们祖先也把水星叫做辰星。

水星是九兄弟中最靠近太阳的行星,离太阳只有约5790万千米,约为日地距离的三分之一。从地球上望去,水星出现在天空上太阳附近,经常淹没在太阳的光辉之中,因此即使在有利条件下,人们也只有在夕阳余辉中或黎明时才能见到它的身影。

正因为人们很难与水星见面,所以对它的了解一直不多,就连它的自转周期,也是直到1965年才确定的。

水星在天空有多亮?天文学家用星等来表示天体的亮度,星愈亮,星等的数值越小。星等每相差一等,亮度相差2.512倍;这样,1等星的亮度约为6等星的100倍。若亮度比1等星大,则为零等星或负的若干等星;例如满月是-12.7等,太阳是-26.7等。水星最亮的视星等为-1.9。

水星是个“结实”的小个子,它的直径为4879.4千米,约是地球的三分之一,在太阳系排行第八;但其平均密度在九兄弟中仅次于地球,为5.42克/厘米3。水星自转一周需58.65个地球日,即水星的一天,相当于地球的58.65天。水星公转一周为87.97日,也就是说,水星每自转3周,恰好绕日公转两周。

为人类了解水星立了头功的行星探测器是“水手10号”。它是于1973年11月3日纪念哥白尼诞生500周年时,由美国发射的,于1974年3月29日到达水星上空。之后,它又以176天的周期绕日旋转,在探测器工作期间内,于1974年9月21日和1975年3月16日两次从水星近旁通过;最后一次离水星只有327千米,可以“看”清水星表面上一二百米的物体,从而使我们对水星有了更科学、更清楚的认识。

(1)严酷的水星世界

“水手10号”发回的图像表明,水星表面酷似月球,也是环形山密布,也有与月球表面类似的盆地、裂谷等。但水星上的环形山多分布于平原区,且直径也没有月球的环形山大。

“水手10号”的探测结果表明,水星上没有大气。在它的表面看不到曾经被侵蚀过的痕迹,表明它也不存在水。水星离太阳那么近,又没有大气和水的阻挡与调节,加之在它长达数十天的白昼里要连续经受太阳的烘烤,因而水星上的温度很高,在九兄弟中仅次于金星,赤道区中午温度可达350摄氏度,铅放在上面也要熔化;夜晚,温度又下降至-170摄氏度左右。在这种恶劣的环境下,自然是没有生命存在的。

根据“水手10号”探测到的资料分析,表明水星也有一个高密度的核,如果与地球类似,这个高密度的核可能主要是由铁构成的。然而对“水手10号”资料的详尽分析及地面的光谱观测,都未检测出水星外壳岩石中有铁存在。

(2)水星的磁场

“水手10号”还有一个惊人的发现,那就是水星磁场的存在。科学家认为,天体的磁场与其内核密度和自转速度密切相关,既然水星自转速度如此之慢,它理当不存在磁场。然而水星不仅有磁场,而且是一个与地球磁场类似的偶极磁场,且两个磁极也分别与地理极接近。水星磁场在太阳风的作用下,形成了弓形激波与包围水星的磁层。尽管水星磁场远不如地球磁场强,只有地球磁场强度的1%,但要对其产生的原因作出解释也不是一件容易的事。

至今,只有“水手10号”探测器飞临过水星进行探访,此后,水星似乎被人们遗忘了。比起人们对金星、火星的狂热来,水星真是倍受冷落。其实,虽然“水手10号”已三次飞越水星,但大都从水星同一地区上空飞过,已被探测过的区域仅占37%,这显然是不够的。况且,水星还有许多谜团需要解开,诸如,它的磁场是怎样产生的,它的高密度的核究竟是由什么组成的,等等。

2.蒙面的“逆子”——金星

金星,我国古代称之为太白金星。这是因为它是我们在夜空中用肉眼能看到的最明亮的行星,最亮时星等可达-4.4,除了太阳和月亮外,它是全天最亮的白色星。金星之所以那么明亮,是因为它周围包裹着一层浓厚的大气,使四分之三的太阳光被反射出来。

金星比地球距太阳近,约10820万千米,它绕日公转一周需224.70天。有趣的是,它的自转周期竟长达243.02天,比它的公转周期还长;也就是说,金星上的一天比一年还长。金星的许多方面与地球类似:它的直径为12103.6千米,约是地球直径的95%;它的平均密度与地球接近,仅小5%;它的质量是地球的82%,它的逃逸速度是地球的93%;它也像地球一样,被一层厚厚的大气包裹着。正是这层大气像一层厚厚的面纱,掩盖了金星的真面目。直到1954年,人们还认为金星上存在着海洋。

1956年,美国天文学家理查森分析了从金星表面返回的雷达波,发现金星与其他大多数兄弟不同,它的自转方向与公转方向相反,是顺时针的,自东向西转,也就是说,若在金星上看太阳,则日从西边出、东边落。人们不明白,同是太阳的儿女,为什么会出现金星这样的“逆子”?至此,金星这个蒙面星球,又被重重涂上一抹神秘的色彩。

为了揭开金星这个“蒙面逆子”的面纱,人们注入了极高的热情,60年代以来,人类发射的行星探测器的第一个飞行目标就是金星。自1961年苏联发射了第一个金星探测器“金星1号”以来,飞往金星的探测器络绎不绝,总计有20多个。由此,金星的真面目被一点点揭开。

(1)浓密而奇特的金星大气

金星的大气层厚重、浓密而奇特。金星大气的主要成分是二氧化碳,约占97%以上,另有约3%的氮。金星的大气密度是地球的100倍,在金星表面,大气压力约是地球大气压的90倍,大体与地球海洋中900米深处的压力相当。浓密的金星云层主要集中在100千米以下的大气中,令人难以置信的是,在金星表面上空三四十千米的范围内所密布的浓云,竟然是由浓硫酸雾组成的!

金星的大气很不平静,风速随高度的上升而增加,在60多千米的高空中,风速可达100米/秒,是地球上12级台风速度的3倍多。另外,金星的大气中还经常出现闪电和雷暴。

(2)令人瞠目结舌的温室效应

在我们居住的星球——地球上,虽然大气中的二氧化碳仅占0.033%,但人类已亲身“领教”了大气中二氧化碳激增所产生的“温室效应”的后果——近地气温增高、气候变暖及其引起的一系列破坏生态平衡的连锁反应。

然而,金星大气几乎全部由二氧化碳组成,那么金星大气层造成的“温室效应”之强大也可想而知!金星探测器的观测结果告诉我们,金星表面的温度高达480摄氏度,它成为太阳系中温度最高的行星。而且,它的温度常居高不下,几乎不受昼夜、四季、纬度变化的影响。这样一个高温、闷热,令人窒息的世界,实在令人瞠目结舌,大失所望。

(3)金星的地貌

金星的表面与地球有类似之处,由于有大气的保护与“挡驾”,金星表面不像月球和水星那样布满环形山,地势相对比较平坦,70%是起伏不大的平原,20%是低洼地,还有10%左右的高地,在那里也有高耸的山脉,如处于金星北半球的马克士威山脉,其最高峰高达12千米,它顶端的大环形山口直径达80千米,许多科学家认为这是陨星撞击的结果。处于金星赤道以北有两座巨大火山,其中一座火山口直径达700千米,其规模在太阳系九兄弟中实不多见;科学家们认为它们很可能是活火山。金星上还有一条纵贯南北穿过赤道的大裂谷,长约1200公里,也是太阳系大行星中不多见的。

由于金星表面被浓厚的云层所笼罩,所以那里的白昼也是“暗无天日”,天空总是阴沉沉的。夜晚,它也无“明月”高照,因为它没有卫星的“守护”,它是一颗孤独的行星。

尽管人们对金星的探测已投入了很大力量,但至今仍有许多未解之谜。例如,“水手2号”曾携带磁强仪器从金星上空3.5千米处飞过,却没有检测出金星的磁场(或者说,没有检测出强度大于地球磁场万分之一的磁场);而自转同样很慢(相对公转而言)的水星磁场,其强度却达到地球磁场的百分之一,这是为什么呢?再如,金星自转为什么是逆转,为什么金星的自转周期比公转周期还长,金星上空那浓重的硫酸云雾是怎样形成的,等等,都有待未来的探测给我们作出回答。

3.人类的家园——地球

人类居住的地球是九个行星中距太阳第三近的行星,绕太阳运行的轨道第三短,运转速度第五快,重力第五大,表面温度第三高,质量第五大。

地球也有其他行星所没有的东西——维持在我们行星上所存的各种形式的生命的大气层。在宇宙的其他地方,可能也有含某种形式的生命存在的卫星围绕着恒星旋转。但在太阳系,地球却是有生命存在的独一无二的行星。

地球与太阳的距离(14964万千米)决定了地球的最高温度为60℃。由于磁场,使得有害的宇宙射线不至于对地球产生影响,此磁场即为众所周知的范·艾伦辐射带。它可以把那些粒子逮住,并把它们挡在远离地球的空间里。

地球由于轴的倾斜而产生了季节,而大气层的组成成分——氧、氮、水蒸气、二氧化碳和氩气,提供了生命肌体营养所必不可少的要素,养育生生不息的人类,地球也就成为我们人类的家园。

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