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第19章 天体之谜(2)

1682年德国的马尔堡,有只母鸡生下一个奇异的蛋,蛋壳上布满星辰花纹。

1758年美国霍伊克附近名叫齐尔斯卡拉斯的农民,他家里的母鸡下的一枚蛋,壳上有彗星图案。

1834年希腊科扎尼一只母鸡产下的蛋上彗星图案特别清晰、规则,后来献给了国家收藏。

1910年5月17日法国一名叫阿伊德布莉亚尔的女人家里的母鸡生下一个蛋,蛋上的彗星图案擦不掉。

1986年彗星蛋又出现,意大利的博尔戈一户居民得到一枚珍贵无比的彗星蛋。

彗星蛋之谜尚待解开。作为研究彗星的宝贝,它被认为与免疫系统的效应原则甚至科学生物进化有关。

壮观的流星雨

流星雨是人们所能目睹的少数宇宙奇观,可预测的流星雨是观测区内居民的盛大节日。流星雨是流星体在大气层中燃烧所形成的景观,在地球上并不罕见。人类重视流星雨的关键是它能给我们送来研究宇宙的最直接证物——陨石。

流星是什么呢?科学地说,太阳系行星际间存在一些尘粒和微小固体块闯人大气层,一种行星际物质在大气层中摩擦燃烧发光的现象,而流星雨就是地球遇到了一大群宇宙尘粒流星群造成的如同“下雨”一样的天文现象。

流星体从哪里来的?说来,它与彗星有不解之缘。

我们举比拉彗星为例来介绍:

比拉彗星早在1772年就被人发现了,1805年又被人发现过一次并确定为彗星(周期为6.6年)。奥地利人比拉是一位天文爱好者,他在相隔21年后又看到了并证实就是人们多次看到的那颗短周期彗星,并预报下次它将在1832年出现。果然比拉彗星在1832年、1839年又两次重现。

令人惊异的事出现在1846年1月13日,比拉彗星分离成为“双胞胎”兄弟,都有自己的彗核、彗发和彗尾,先乍离乍合相随,继而一前一后,两部分慢慢拉开了距离,消失于视野。等到下一个回归年1852年时,尽管双双返回,却相差240万千米,形状和大小没有太大变化,但俨然是另起炉灶各自为政的两颗彗星了。

转眼到了下两个回归年1859年和1865年,却没寻到孪生彗星的踪影。

经过计算,1872年10月6日,它们经过轨道近日点,人们还是做好准备迎接回归,可是虽经天文工作者用心探寻,但都没有发现。时间过去一个半月,仍一无所获。人们心里纳闷,难道它们已退出江湖了?如果是那样,那么它们又隐居在何方呢?

在当年的11月27日夜里,在欧洲和北美洲的许多地方,都看到了一场盛大的流星雨,流星从仙女座向四周辐射出来,像高空焰火,历时六个小时,从隔射点总共隔射出大约十六万颗流星,高峰时一个小时达到几万颗。大家心里的问号逐一打开了。

原来,这正是地球穿过比拉彗星的轨道的时候,显然比拉彗星已经瓦解了,把组成彗星的小块和尘粒一路洒在自己椭圆轨道上,聚集成一大团的尘粒就形成“比拉流星群”,比拉流星群的辐射点在仙女座,当出现流星雨时就叫“仙女座流星雨”。如果地球经过彗星尘粒分散而疏稀的部分时,流星雨规模较小,我们可以只见流星不见雨。从比拉彗星身上,一方面折射出彗星分裂、崩溃的规律和演变历史另一方面也告诉我们,彗星与流星群、流星雨之间的关系。

让我们回过头看看,本世纪末流星雨——狮子座流星雨的事情就清楚了。

狮子座流星群(雨)是跟“坦普尔塔特”彗星有关,它的尘粒物质特别集中在一起,这一团流星群只有每公转了一周以后,才会重新和地球相遇。平均33.5年回归一次的坦普尔塔特彗星,意味着每隔33.5年狮子座流星雨才会有次盛大表演。历史上最盛大的一次流星雨就是1833年11月13日的狮子座流星暴雨,在长达六七个小时的“降雨”过程中,流星总数在二十四万颗以i上,真是“流星交注”的宏大气势。在当时不了解内情、科学不甚发达的时代,足以让人们目瞪口呆了。

20世纪60年代,狮子座也曾爆发出可观的流星雨,“雨星”达一小时十四,万颗,持续八九个钟头,每分钟约两千四百颗流星从狮子座一点辐射出来,布满整个天空,直到地平线。近二百年来,1799年、1833年、1866年、1966年四次着名流星雨都发生在西方,狮子座流星雨最早纪录是公元902年,它只在公元931年向东方展现过它的风姿,这也是我国最早记载的那次,而1998年的流星雨又与我们失之交臂,可见在每次朝见的三四年间,狮王的表现到底如何名让人难以预料。如果注意观察一下,同一个流星雨,我们差不多总在一年的相同时期内看见它,天文爱好者来有兴趣不妨亲自观察一下。这是因为地球轨道如果和某一流星群的轨道相交,那么地球至少每年在相同的日期穿过流星群一次,产生同一个流星雨。比如狮子座流星雨每年11月14日至20日会出现,只是一般年份里流星数很少。在1997年11月18日凌晨两点至4点长达2小时观测中,你可以看到二十几颗流星。英仙座方向出现的流星雨,你可以在每年8月11日到12日看到有40至50颗流星,在一小时中辐射出来。这说明英仙群尘粒是均匀分布在整个轨道上,因此地球每年穿过轨道的尘粒差不多。

其他着名的流星群还有天琴座、天龙座等。

20世纪最大的流星雨——天龙座流星雨出现于1933年10月9日,地点是欧洲、非洲。许多人都终生难忘。这次流星雨是那样艳丽、迅猛,似乎宇宙发生了惊人的大难。在非洲,人们击鼓以恐吓魔鬼,在西班牙的柯庄上响起了葬礼的丧钟,召唤信徒的忏悔。它持续了约四个半小时,高峰时流星数在五千颗以上。1946年10月10日,天龙座又爆发同样规模的流星雨,其彗星母体是贾科比尼津纳彗星,于1900年发现,周期六年。1926年、1953年、1985年再次发生时,规模小多了。可见大流星雨与地球和彗星在轨道上相对位置有关因为流星体物质在轨道上的分布不均匀。

英仙流星群——每年可见的活动期最长活动强度最大的流星群。活动期从7月中旬至8月中旬,最大流星数每小时可达七十个左右。母体彗星是1862年,估计回归周期是一百二十年,但人们在20世纪80年代没有再看见它,还有待人们观测。

哈雷彗星造就的流星雨——宝瓶座流星群和猎户座流星群。活动期分别是每年4月底至5月上旬以及每年10月份的下半月。这时地球接近哈雷彗星轨道的降交点,由哈雷彗星回归时崩散的物质形成流星群。每年的强度和时间大体一致。

吁冷热“共生星

共生星是较新发现的一种类型的天体。共生星是单星还是双星,限于观测技术的制约还不能有结论。科学家们正日夜监视着这些星座,以期获得更多的信息。

那是20世纪30年代的事情。当时天文学家在观测星空时发现了一种奇怪的天体,对它的光谱讲行的分析表明,它既是“冷”的,只有两三千度同时又是十分热的,达到几万度。也就是说,冷热共生在一个天体上。1941年,天文学界把它定名为“共生星”。它是一种同时兼有冷星光谱特征(低温吸收线)和高温发射星云光谱(高温发射线)的复合光谱的特殊天体。几十年来已经发现了约一百个这种怪星。许多天文学家为解开怪星之谜耗费了毕生精力。我国已故天文学家、北京天文台前台长和茂兰早在四五十年代在法国就对共生星进行过不少观测研究,在国际上有一定影响。此后,我国另一些天文学家也参加了这项揭谜活动。

半个多世纪过去了,但它的谜底仍未完全揭开。

最初,一些天文学家提出了“单星”说,认为,这种共生星中心是一个属于红巨星之类的冷星,周围有一层高温星云包层。红巨星是一处于比较晚期的恒星,它的密度很小,而体积比太阳大得多,表面温度只有两三千度。可是星云包层的高温从何而来的呢?人们却无法解释。太阳表面温度只有六千度,而它周围的包层——日冕的物质非常稀薄,完全不同于共生星的星云包层。因此,太阳算不得共生星,也不能用来解释共生星之谜。

也有人提出了“双星”说,认为共生星是由一个冷的红巨星和一个热的矮星(密度大而体积相对较小的恒星)组成的双星。但是,当时光学观测所能达到的分辨率不算太高,其他观测手段尚未发展起来,人们通过光学观测和红外测量测不出双星绕共同质心旋转的现象。而这是确定是否为双星的最基本特征之、在1981年所进行的学术的讨论会上,人们只是交流了共生星的光谱和光度特征的观测结果,从理论上探讨了共生星现象的物理过程和演化问题。在那以后,观测手段有了很大发展。天文学家用x射线、紫外线、可见光、红外射电波段对共生星进行了大量观测,积累了许多资料。共生星之谜的帷幕在逐渐揭开。

近些年,天文学家用可见光波段对冷星光谱进行的高精度视向速度测量证明,不少共生星的冷星有环绕它和热星的公共质心运行的轨道运动,这有利于说明共生星是双星。人们还通过具有高的空间分辨率的射电波段进行探测,查w明了许多共生星的星云包层结构图,并认为有些共生星上存在“双极流”现象S(从一个星的两个极区向外喷射物质)。现在,大多数天文学家都认为,共生星可能是由一个低温的红巨星或红超巨星和一个具有极高温度的看不见的极小的热星以及环绕在它们周围的公共热星云包层组成。它是一种处于恒星演化晚期阶段的天体。

有的天文学家对共生星现象提出了这样一种理论模型。共生星中的低温巨星或超巨星体积不断膨胀。其物质不断外溢,并被邻近的高温矮星吸积,形成一个巨大的圆盘,即所谓的“吸积盘”。吸积过程中产生强烈的冲击波和高温波。由于它们距离我们太远,我们区分不出它们是两个恒星,而看起来像热星云包在一个冷星的外围。

有的共生星属于类新星。类新星是一种经常爆发的恒星。所谓爆发是指恒星由于某种突然发生的十分激烈的物理过程而导致能量大量释放和星的亮度骤增许多倍的现象。仙女座Z型星是这类星中比较典型的,这是由一个冷的巨星和一个热的矮星外包激发态星云组成的双星系统,经常爆发,爆发时亮度可增大数十倍。它具有低温吸收线和高温发射线并存的典型的共生星光谱特征。

但是双星说并未能最后确立自己的阵地。

这其中一个重要原因是迄今为止未能观测到共生星中的热星。科学家只不过是根据激发星云所属的高温间接推论热星的存在,从理论上判断它是表面温度高达几十万度的矮星。许多天文学家都认为,对热星本质的探索,应当是今后共生星研究的重点方向之一。

此外,他们认为,今后还要加强对双星轨道的测量。进一步收集关于冷星的资料,以探讨其稳定性。

天文学家们指出,对共生星亮度变化的监视有重要意义。通过不间断的监视可以了解其变化的周期性,有没有爆发,从而有助于揭开共生星之谜。但是共生星光变周期有的达到几百天,专业天文工作者不可能连续几百天盯住这些共生星,因此,他们特别希望天文爱好者能共同来监视。

揭开共生星之谜,对恒星物理和恒星演化的研究都有重要的意义。但要彻底揭开这个谜看来还需要付出许多艰苦的努力。

恒星最初的形成

一恒星是由炽热气体组成,自身能发光的天体,如太阳、织女星等,古人认为他们在天空中的位置恒定,所以叫恒星。一直以来人们花费了极大的精力去研究恒星,探索它形成的时间、构成与原因,虽然不是无功而返,但也还是疑云重重。

在20世纪50年代,天体物理学家们不得不付出更多的努力,来了解在我们的天空形成的那个晚上,曾经存在的那些大火球是如何舞动的?宇宙中的发光物质是来源于一颗恒星,还是一群恒星?后来的恒星形成是因为一个共同的变化规律(如分子云崩溃理论),还是在一个充满着各种各样不同的作用力及内部机制的沸腾的大深坑里进行的呢?这些问题现在还无人能够作答。

但人们正在做着各种各样的努力。在过去的几年里,计算机性能的提高、数值计算技术的发展,以及数以百万计的恒星观察记录,使我们在推测恒星形成初始机制方面,恒星形成的物理、化学环境方面以及在宇宙的历史中恒星群的位置及出现时间方面都有了较大的进展。

在最简单的假想环境中,拥有一些发光物质的恒星是独立于其他恒星,而独自形成。托马逊回顾了这种类型恒星形成过程中最初的两个阶段:首先是在一个主要由氢分子组成的星云中形成一个有边界的引力核,然后该引力核在自身引力作用下发生崩溃。在这一部分里,最有意思的一点是,如何从引力核的崩溃过程中克服气体紊流及磁场作用的影响,形成一个原恒星。最近罗伯特及其他一些科学家所做的一些模拟试验表明,在分子星云崩溃过程中所形成的宇宙中,第一个发光物体很可能是一颗非常庞大的恒星。

另一位科学家则回顾了以恒星群为方式的形成理论。许多专家认为恒星是成群形成的而不是单个独立形成的。若这种情况成立的话,当讨论一颗恒星的形成环境时,我们就要考虑到来自其周围其他星体物质的气流以及冲击波的影响。他认为最早的恒星就是在相当紊乱的、相互影响的环境中形成的。最近,天文学家们在合成初始质量方程中的数据时,对该理论进行了一些简化处理。他们认为特定质量恒星的空间分布是在一个已经给定的空间范围之内。

卡特回顾了各种质量范围内的恒星的初始质量方程。他分析的结果是:不管恒星的年龄及周围环境如何,它们都有着类似的初始质量方程。这种一致性真是出乎意料,它表明所有的恒星有着类似的形成机制。

恒星的形成是天体物理学领域中最为基础性的问题,因为它是解答其他许多问题所必须知道的常识。这些问题包括恒星系的形成、太阳系的形成等问题。

这一物理过程涉及到了某一包含有不规则磁场的部分离子化媒介的紊乱行为。

当前核心的争论主要围绕着紊乱开始消退的时间以及磁场和紊流所起到的作用的重要程度。诸如毫米波照相机等新的技术进步使我们可以观察星体的温度及密度分布,并可以让我们统计分析在自身引力作i用下正在崩溃及处于崩溃边缘的天体的寿命。同时,计算机计算能力的提高,使得我们可以使用包含磁场及紊流效应的更为复杂的模型。但现在任何一种模型都无法再现所有的观察结果。

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