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[主持人人類最古老又最年輕的科學，大概莫過于天文學和宇宙學了。 很難想象當我們的祖先剛剛直立起來的時候，面對如此浩瀚而遼闊、深邃而宏大的天空，該會發(fā)出怎樣的驚嘆和疑問，激起怎樣的遐思和浮想。 有位哲學家說過："如果地球上只有一個地方能看得到星星，那么，全世界的人便一定會集中到這個地方來。"人類與生俱來的好奇心和尋根究底的求知欲，也許是天文學最原始和樸素的動機。而生存斗爭和生產(chǎn)勞動對天文知識的逐漸依賴，則更催發(fā)著人類最早的理性之光和智慧之花。 日升日落，月盈月虧，晝夜交替，四季輪回，世界的本源是什么？何處是天的起始和地的終極？幾乎每一個民族都有自己的創(chuàng)世神話，幾乎每一種文化都試圖作出自己的解釋和回答。 從地心說到日心說，從經(jīng)典力學到相對論，人類日益擺正了自己在宇宙中的位置，并加深著對時間、空間和物質的認識。愛因斯坦說："這個世界上最不可理解的事情，就是世界是可以理解的。"天文學作為貫穿人類整個歷史的科學，也從根本上影響了每個時代哲學和宗教的發(fā)展。 無法逾越的巨大尺度使天文學不能成為實驗科學，人們只能根據(jù)觀察到的很少現(xiàn)象進行推測和計算，但天文學卻一直是個大豐收的科學前沿。今天，我們已經(jīng)能看到100億光年之外的宇宙深處，我們已經(jīng)能把自己的飛行器送到太陽系之外的銀河之濱。這不能不說是自然的奇跡和人類的驕傲。 一想到夜幕上那些朦朧而密集的光斑，都是無比遙遠而龐大的實體，恒星的數(shù)目比地球上的沙子還多；一想到在銀河系的萬家燈火中，我們在一盞叫做太陽的溫暖燈光下成長了自己的文明并向著遼闊的宇宙張望；一想到在無數(shù)次毀滅和創(chuàng)造中，按照精確規(guī)律構建的宇宙竟有著如此錯綜的結構與驚人的和諧。我們怎能不充滿對大自然無限的神往和敬畏。 只有建立起清晰的宇宙概念，我們才能理解世界的根本秩序。如果對天文學一無所知，則不能算受過完整的教育。 "縱談天地奧秘，飽覽宇宙神奇"。我們的節(jié)目將和您一起欣賞和享受天文學的成果，共同經(jīng)歷一次最遙遠而神奇的心靈壯游。 美麗的地球[主持人說起地球，我們心中就會涌起無限溫熱的感情。雖然在茫茫宇宙中，地球只能算得上滄海一粟，但她卻是我們人類可愛的故鄉(xiāng)，唯一的家園。 人類對大自然的一切認識，都是從地球開始的。作為地球的兒女，我們對于這顆養(yǎng)育自己的行星又有多少了解呢？ ?。ú稍L：地球年齡，地球直徑，版塊理論） [主持人我們都毫無例外地生活在地球上，但面對有關地球的許多問題，究竟應該作出什么樣的回答？ 希望下面的電視片能幫我們回憶起零碎的知識，并且增進一些對地球的了解。 [電視片解說詞當宇航員從太空中俯瞰我們這顆云蒸霞蔚、生機勃勃的行星時，當月球上的攝影機拍下一輪巨大的地球從月平線上升起時，我們都會為眼前的景象砰然心動。這就是我們地球母親美麗的容顏，這就是我們人類永遠的故鄉(xiāng)。由于大氣和水更多吸收太陽光譜中的紅色，這顆玲瓏剔透的行星便靜靜煥發(fā)出獨特的、夢幻般的蔚藍。 地球的年齡究竟有多大？這個難題曾經(jīng)考驗過許多科學家的智慧。有人想出用沉積巖形成的時間來測定，有人主張用海水含鹽濃度的增加來推算，而最精確可靠、量程最大的宇宙計時器，顯然要數(shù)放射性元素的蛻變了。放射性元素衰變一半需要的時間叫半衰期，它不以外界物理化學條件變化為轉移。例如鈾235，每隔4億5千萬年就有一半變成鉛與氦，釷232的半衰期是13億年，而銣82的半衰期則將近50億年。從這些同位素和他們衰變產(chǎn)物的相對濃度中，我們測定出地球最古老的巖石-西格陵蘭片麻巖已有38億年的歷史。但這顯然還只是地球從"天文時期"進入"地質時期"前后的時間。根據(jù)對月球巖石和太陽系隕星的測定和比較，我們地球的高壽應該是46億歲了。 古人發(fā)現(xiàn)遠處船舶的桅桿總是最先露出和最后隱沒，日月星辰總是從地平線一邊升起另一邊落下，在月食中遮蔽月面的影子又總是一彎弧形，便猜想到大地可能是一個圓球。 今天我們知道，地球的平均半徑為6378公里。這是個恰倒好處的尺寸。有人因為地球的赤道半徑比極半徑長21公里，北極到地心比南極到地心遠15米，便把地球比做一只梨。其實，這些微小的不規(guī)則之處幾乎可以忽略不計。地球的扁率僅為300分之一。從太空看去，它仍然不失為一個相當標準的圓球。 在我們的火箭已經(jīng)飛出太陽系的時候，我們的鉆頭卻最遠只能鉆到腳下12公里的深處。這便是"上天有路，入地無門"的現(xiàn)實。但地震波傳播速度和方向的變化，卻能如同用B超探測內臟，披露出地球深處的許多秘密。地球是從均勻的球體逐漸演化成四個同心球層結構的，即內核、外核、地幔與地殼。固體內核的密度為水的13倍，溫度為攝氏6000多度，壓力達370萬個大氣壓。根據(jù)計算，這種狀態(tài)下存在的物質只能是鐵。而落到地面的鐵質隕石作為解體行星的殘片，也恰恰印證了地球內核由鐵和鎳構成。地球外核的成分雖然也主要是鐵和鎳等金屬元素，但卻為流動的液態(tài)。大約3000公里厚的地幔主要由橄欖巖構成，在高溫高壓下處于固態(tài)或半流動粘稠狀態(tài)。薄薄的地殼則平均只有33公里厚，上部是花崗巖，下部為玄武巖。海洋中最薄處僅有5公里。當?shù)貧さ挠行┎课话l(fā)生裂縫，地幔上部熾熱的熔巖噴涌而出，這便是火山爆發(fā)了。 地球70%的面積被海水所覆蓋，陸地面積僅占30%，上面還布滿了河流與湖泊。循名責實，把地球稱為水球也許更為恰當。如果按化學元素的含量來排序，那么，鐵、氧、硅、鎂大概能算構成地球90%以上物質的四大家族。 1912年，臥病在床的德國氣象學家魏格納凝望著墻上的世界地圖，一個偉大的思想火花突然照亮了他的視野。歐洲的西海岸和加拿大的東海岸，非洲西海岸和南美洲的東海岸，雖然隔著大西洋遙遙相望，但輪廓線竟如此地相似和對應，如果拼接在一起幾乎能完全吻合。魏格納勇敢地提出了大陸飄移學說。他認為地球上的陸地原本是連在一起的，稱為聯(lián)合大陸或泛大陸。為了給自己的理論尋找充分的科學根據(jù)，魏格納奔走于世界各地進行考察。1930年，在他50歲生日的第二天，不幸犧牲在格陵蘭島的冰天雪地中。 然而，大陸漂移學說卻一度被人們視為荒唐的臆想而飽受嘲諷。堅實的大地難道能象解開纜繩的木筏一樣隨波逐流，象七巧板一樣任意拼裝嗎？直到20世紀60年代海底擴張學說建立，古地質學、古氣候學、古生物學的許多證據(jù)紛紛提出，魏格納的理論才得以東山再起。此后，科學家們整合了各種孤立散亂的觀察和發(fā)現(xiàn)，用統(tǒng)一的版塊構造學說描繪出了全球動力學的清晰圖景。原來我們地球的巖石圈被一些構造帶分割為六大版塊，即亞歐版塊、非洲版塊、美洲版塊、太平洋版塊、印度版塊和南極洲版塊。地幔物質的對流如同巨大的傳送帶，運載著版塊緩緩移動。版塊之間的相互碰撞、錯動、拱抬與張裂，形成了地球上各種各樣的山脈、峽谷、斷層和海溝。 雄居世界之顛的喜馬拉雅山，便是印度版塊向亞洲版塊沖撞擠壓后隆起的巨大褶皺。山上那些沉積巖和三葉蟲、?？?、石菊等水生物化石，都向我們訴說著2000萬年前這里曾經(jīng)是一片古地中海。而地震則是版塊推擠中產(chǎn)生應力的釋放。不過，我們大可不必擔心版塊之間會象碰碰車那樣撞來撞去。事實上，大陸漂移的速度比我們的指甲生長還慢。但億萬年后，這些微小變化的積累卻會讓世界地圖面目全非。 地球的質量到底有多大？這個問題同樣困擾了科學家許多年。真正第一個給地球過磅的人是英國科學家卡文迪許。1798年，他用扭秤法測定出地球的平均密度，所算出的地球質量很接近于今天公認的60萬億億噸。無處不在的萬有引力，使行星在自身重量的壓力下必須保持各方向的平衡。于是球體就成了一切龐大天體的穩(wěn)定外形。在地球上，巨大剪應力使所有山峰的高度都不可能超過11千米。而自轉產(chǎn)生的離心力則讓地球赤道部分略略鼓起。 曾經(jīng)發(fā)生過這樣一件真實的故事。一艘歐洲的貨船抵達赤道附近的非洲碼頭后，發(fā)現(xiàn)原封未動的貨物少了十幾噸。這樁"失竊案"令偵探人員一籌莫展。后來才發(fā)現(xiàn)是萬有引力開的玩笑。地球上一切物體的重量，都是地球中心的引力與地球自轉離心力的合力。赤道比高緯度地區(qū)距離地心遠，自轉的線速度快，這船貨物的"蝕秤"就在所難免了。根據(jù)計算，兩極地區(qū)的重力要比赤道附近大0.53%。 地球引力如同一條無形的鎖鏈，把我們牢牢栓在地面上。法國著名科幻小說家儒勒. 凡爾納曾寫過一種大炮，能把人發(fā)射到月球上去旅行。那時他還并不知道，火箭的速度只有達到每秒11.18公里才能掙脫地球引力。這便是地球上的逃逸速度。領會這一點，有利于理解地球上大氣的狀況。事實上，如果氣體分子的運動速度大于逃逸速度，我們的行星將無力吸引住它們而只能任其跑個精光。氣體分子的平均速度是和他們的絕對溫度成正比，和分子量的平方根成反比的。今天，我們地球的引力和溫度，能夠綽綽有余地抓住氧和氮的分子。至于飄到幾百公里高空的氫和氦，則只能隨他們開溜到太空中優(yōu)游逍遙了。不妨設想，如果地球質量小一些，那么我們的空氣將變得不勝稀薄，甚至不復存在。如果地球質量大一些，也許就留住了氫和氦并生成大量甲烷，使我們的空氣變得完全無法呼吸了。 今天的大氣早已經(jīng)不是地球誕生時的第一代大氣。地球幾十億年地質活動和生命活動共同創(chuàng)造了一個相對穩(wěn)定的最佳配方：21%的氧，78%的氮，1%的二氧化碳、水蒸氣和其他氣體。我們就生活在這樣一個數(shù)千公里厚的空氣海洋底部。應該深深感謝原始海洋中無數(shù)代綠色海藻光合作用的卓著功勛。是它們把濃重的二氧化碳吞噬殆盡，并為地球上生命大潮的涌動準備了必要條件，那便是富氧氣圈的形成。美國著名科學家薩根說："地球上的天空是用生命換來的。"還應該知道，大氣雖然只占地球質量的百萬分之一，但卻阻擋了來自太空的隕石撞擊，維持了地球適宜的溫度，以水蒸氣的分壓，確保了地面上的游離水不被蒸發(fā)干凈，并用20-60公里高空的臭氧層濾掉了足以殺傷生命的太陽紫外線。這便是我們今天為什么對南極上空出現(xiàn)臭氧空洞憂心忡忡的原因。 [主持人我們已經(jīng)看到了一幅地球簡略的畫像。但地球不是靜止不動的，它不僅在繞著地軸自轉，還繞著太陽公轉。 地球也不是孤立的，它和太陽、月亮都有著十分緊密和復雜的關系。因此，我們必須在運動中，在和太陽月亮的關系中進一步認識地球。 ?。ú稍L：四季，潮汐，日食，月食） [主持人為什么會有四季輪回？為什么會有潮落潮起？為什么會有日食月食？還有很多很多的為什么。 讓我們一起繼續(xù)看看地球的故事。 [電視片解說詞我們的地球象一只陀螺，繞著地軸不停地自西向東旋轉。地球自轉一周需要23時56分4秒平太陽時。于是，我們便有了白天黑夜的輪番交替，日月星辰的東升西落。 1851年，法國科學家傅科做了一個著名的實驗，他從巴黎國葬院的穹頂上懸掛了一副67米長的繩索，下面吊著一個28公斤重的擺錘。隨著每一次擺動，地上巨大的沙盤便留下擺錘運動的痕跡。令觀摩者們相顧驚詫的事情發(fā)生了。這只大擺沒有始終按一條直線來回往復，而是經(jīng)過一段時間后，擺動的方向偏轉了很大的角度。傅科宣布說："我們看到了地球的轉動。"假如這個實驗搬到北極去做，傅科擺一晝夜便會轉過360度。而在赤道上，擺動就不會發(fā)生偏轉了。 人們還發(fā)現(xiàn)在北半球，南北方向的河流更多沖刷右岸，南北行駛的火車更易磨損右側的鐵軌，南北發(fā)射的炮彈也會向右發(fā)生微小偏移。而在南半球則情況正好相反。這便是我們所說的科里奧利力。地球不是一個慣性系，自轉的時候，赤道的地面24小時要走完4萬公里的大圓圈，而極點的地面卻沒有動。地球高緯度和低緯度之間旋轉半徑的差，便是造成科里奧利力的原因。 大氣的流動也不能超越這一影響。當赤道的空氣被加熱上升，造成永久的低氣壓帶后，回歸線附近高壓帶的空氣便向赤道流動，并受科里奧利力的作用發(fā)生東西方向的偏轉。于是在赤道以北形成東北風，赤道以南形成東南風。這種吹徹全球的萬里長風曾鼓動麥哲倫和哥倫布遠航的船帆，由于它恪守信用，千古不變，所以被叫做信風。當然，科里奧利力只能在大尺度和長時間里才會顯示出微弱的影響。我們無須擔心在田徑場上由北朝南奔跑時會偏離方向。 除了自轉以外，我們的地球以每秒29.79公里的速度，沿著一個偏心率很小的橢圓繞著太陽公轉。走完大約10億公里的一圈路程要花365天又6小時。于是地球上便周而復始跨進了新的一年。 烈焰噴薄的太陽僅僅把22億分之一的光熱投射到地球上，但這對于我們的行星已經(jīng)足夠了。每平方厘米1353瓦，我們把這一高空測出的單位面積垂直輻射能叫太陽常數(shù)。太陽是"地球發(fā)動機"永不熄滅的"鍋爐"，提供了大氣運動、水循環(huán)和萬物生長所需要的全部能量。我們從事農業(yè)活動，其實是在利用植物做媒介收獲陽光。而地下埋藏的煤炭、石油、天然氣則可以看作地球生命億萬年間制造出來的"陽光罐頭"。沒有太陽，生機盎然的地球將變成冰冷死寂的世界。 地球上為什么會有寒暑交替，春去秋來？其中的玄機和奧妙，原來盡在于地球的自轉軸有一個23度27分的傾角。當北半球接受太陽光的直射而處在盛夏時，南半球則面對太陽光的斜照而正值隆冬。北半球的春天又對應著南半球的秋天，兩半球得到了同樣多的陽光。這便是四季的由來。 我們把北緯23度27分的緯圈叫北回歸線，南緯23度27分的緯圈叫南回歸線，意思是太陽的直射到此為界，然后便開始掉頭轉向，打道返回了。而北極圈、南極圈則會有半年時間照耀著不落的太陽，另外半年陷入漫長的黑夜。由于地球繞日軌道不是一個標準的正圓，因此南半球稍稍比北半球的夏天更熱，冬天更冷。有研究者認為，以數(shù)萬年為周期的地軸變化和日地距離的疊加效應，可能是地球上冰川時期形成的宏觀原因。 除太陽之外，沒有哪個天體對地球的影響比月亮更大。千百年來，美麗的月輪一直是神話創(chuàng)作的素材和詩人靈感的源泉。但實際上，這座"廣寒宮"卻是個十分枯燥乏味的地方。月亮距地球的平均距離有38萬4400公里。半徑1737公里，面積不及亞洲大，質量是地球的81分之一，引力也只有地球的6分之一。月亮上的逃逸速度僅為每秒2.38公里，因此根本無法留住自己的大氣。億萬年間，長驅直入的宇宙流星轟擊著毫不設防的月球表面，因為沒有空氣和水的活動去風化和撫平，那些瘡痍滿目的隕石坑至今仍保持著碰撞時的模樣。我們稱為"月海"的較暗區(qū)域是低洼而開闊的平原。33000多個環(huán)形山是月球表面最醒目的地形特征。 月亮無疑是第一個讓我們有了多星球概念的天體。有人猜測它是被地球抓來的"俘虜"，有人認為是從地球身上甩出去的，并言之鑿鑿說太平洋的凹陷便是留下的"疤痕"，應將月亮視同地球的"第八洲"。而更合乎科學的解釋，月亮和地球應該在太陽系誕生中同時形成。當然，按照主星和衛(wèi)星通常的尺寸比例，月亮的體積有些過大了。倒不如把月亮看成地球的伴星更為恰當。 實際上，地球和月亮是互相圍繞著共同的質量中心旋轉的地-月系統(tǒng)。地球繞日運行的軌道應該是地-月中心的軌道。至于地球自身行走的路徑，則是一條起伏很小的波浪線。 每當我們看到排山倒海的潮水滾滾而來的時候，便會驚嘆大自然磅礴的力量和微妙的機制。潮汐便是月球引力最直觀而生動的演示。我們很容易懂得地球靠近月亮的一面受到引力最大，中心部位次之，而背向月亮的一面最小。這個引力差趨向于把地球擠扁和拉長。于是，向著月球的一面和背著月球的一面便同時鼓起兩座水丘。由于地球的自轉，這兩座隔球相對的水丘追著地-月間的連線不斷移動，潮汐便產(chǎn)生了。質量大得多的太陽由于距離遙遠，起潮力只有月亮的三分之一，當日、月和地球處于同一直線時，疊加效應會使潮高出現(xiàn)極大值。其實作為彈性體，地球的巖石圈也有固體潮。不過形變的幅度不大，"潮峰"只有70厘米左右，平時不易被感知和覺察。還有大氣圈因潮汐作用而引起的流動和壓力變化，則被淹沒在原因復雜、豐富多采的氣象活動中了。 潮汐作用對地球最深刻的影響在于，海水流動的摩擦，對海岸的沖擊，巖石圈的形變，都阻礙著地球的自轉，起著一對"剎車片"的作用。盡管這一力量十分微小，只會使地球的自轉在10萬年里減慢2秒，但我們卻不得不又一次驚嘆長長的"時間杠桿"撬動的結果。 16億年前，地球每晝夜只9小時，一年有800多天，6億年前的每晝夜是20小時，一年440天。海底珊瑚蟲的化石生長線留下了古代的時間刻度。遙想當年，比今天高得多的巨潮撲向海岸，地球生命從海洋搖籃登上陸地顯然得力于潮汐的催發(fā)和運送。而遠古月亮比今天離我們近得多。伴隨著地球自轉減慢，月球也遵循角動量守恒的規(guī)則，以每年3厘米的速度漸行漸遠。反過來，地球在月球上引起的固體潮同樣帶來月球的"自轉失速"。直到月亮永遠將一面朝著地球才告穩(wěn)定。說到引潮力也會使地球永遠以一面朝向月亮，那還需要至少幾十億年時間。 讓我們祖先一代代備受驚嚇的天文現(xiàn)象，也許莫過于日食和月食了。當好端端的一輪紅日朗照中天的時候，突然被什么東西"吃"成了一彎月牙甚至全部消失，的確足以讓人類大起恐慌。其實這不過是日、月、地三者運動中產(chǎn)生的遮掩現(xiàn)象。太陽的直徑雖然比月亮大400倍，但距離卻遠400倍。因此在天幕上的視角直徑都是0.5度。月亮作為既不發(fā)光又不透明的天體，背著太陽的一面總會拖著自己長長的影子。如果說"一葉障目"可以"不見泰山"的話，當月亮走到太陽和地球之間的直線上時也會擋住太陽的光輝。在地球上，月亮本影掠過的地方就會看到日全食，半影所及的區(qū)域則看到日偏食。如果月球本影的尖端達不到地球表面，它延伸而成的偽本影掃過之處就看到日環(huán)食。同樣，當月亮走到地球背向太陽的一面，并全部或部分鉆進地球的本影中后，就發(fā)生了月食。如果月亮只經(jīng)過地球的半影，便出現(xiàn)半影食，它只會減弱月光的亮度，因而不易為人們所覺察。 對于地球上某一個具體地方來說，日食現(xiàn)象并不多見。但從全球范圍看，每隔18年就會有43次日食。古人已經(jīng)懂得推算日月食的發(fā)生，今天對日月食的長程預報早已達到了高度精確的程度。 打從華夏祖先發(fā)明指南針的時候起，人類便知道利用地磁來確定方向了。我們的地球究竟是怎樣變成一塊大磁鐵的，科學家作了多種解釋。令人信服的說法是，地球的高速自轉與核心流動的鐵鎳物質形成電流回路，如同一個巨大的天然發(fā)電機把機械能轉換成磁能，于是產(chǎn)生了大地的磁場。多虧疏而不漏的磁力線對地球起著屏蔽作用，把許多有害射線束縛在"范艾倫帶"使其不能到達地面。南北極地區(qū)美麗的極光，便是被偏轉的帶電粒子轟擊高空大氣所點亮的最壯觀的霓虹燈。古地磁考察表明，地球南北磁極過去曾發(fā)生過多次游移和顛倒。大洋中脊兩側巖石在冷卻中固定下來的磁性分子，為不同地質年代地球磁場方向交替變化留下了確鑿的物證。 [主持人我們講了這么多地球的故事。對地球了解得越深，就會對她越加熱愛和珍惜。 地球確實得天獨厚。它是大自然妙手偶得的杰作。無論對地球的尺寸、質量、自轉速度、自轉傾角、與太陽距離等任何天文數(shù)據(jù)稍加修改，就會使今天的世界秩序、氣候模式完全改變和亂套，帶來不可設想的后果。 幸運地生活在茫茫宇宙中這塊微小綠洲上，當人類終于認識了"我們只有一個地球"的時候，才能真正成為擁有光明前途和希望的物種。 我們將和幾十億年間大地海洋孕育出來的無限生靈一起，共同乘著地球號宇宙飛船，繼續(xù)奔向無盡的航程！ 壯闊的太陽系[主持人人類文化中永恒的詩篇，便是對太陽的崇拜、贊美與謳歌。 太陽的名字是與威嚴和輝煌同在的。當這顆轟轟烈烈的恒星魅力四射，普照天宇，作為他的第三個兒女，地球承接了屬于自己份額的光明和溫暖。于是我們的行星上便有了萬紫千紅和滄海桑田。人類對太陽的感恩之情永遠是低首下心的。 我們的世代祖先日出而作，日落而息。然而。我們真正了解每天伴隨和照耀我們的太陽嗎？ ?。ú稍L：太陽表面溫度，能量來源，太陽風） [主持人我們雖然把太陽尊為地球的主宰，但并不一定都知道它的來歷及身世。 我們欣賞著紅日如輪，沐浴著陽光萬里時，還應該多解讀出一點有關的知識和道理。 我們現(xiàn)在就和大家一起，翻開這本叫做太陽系的煌煌大書。 [電視片解說詞50億年前的時間已經(jīng)太遙遠了。一團巨大而混沌的原始星云塵埃，緩緩地吸積、會合、糾結和躁動。遠處超新星的爆炸轟然傳來，激起千疊回波。在萬有引力巨手的塑造下，星云中99%的物質漸漸聚集濃縮，奠定了太陽的初始規(guī)模。拋出的層層氣環(huán)則帶著98%的角動量，經(jīng)過千萬年的"滾雪球"過程，形成了圍繞太陽旋轉的一群行星。康德、拉普拉斯提出的星云說幾經(jīng)興衰，仍然不失為對太陽系起源的粗略描述。"災變說"卻認為曾經(jīng)有另一顆恒星和太陽擦肩而過，拉出了太陽中的一些物質，或者被太陽吸出了一些物質，成為組建行星系的最初原料。還有理論證明，太陽并非"獨生兒"，它從更大規(guī)模星云的一個子旋渦中誕生，太陽旋渦外圍的更小旋渦形成了行星。大自然對我們的眾說紛紜沉默不語。太陽系這架龐大的"旋轉木馬"被安放在天宇的一角，開始了波瀾壯闊的演化歷程。 用日常生活中獲得的直接經(jīng)驗去理解天文數(shù)字常常發(fā)生困難。當我們看到越長的一大串"零"后，便越會失去清晰的概念，只剩下模糊的"很大"。因此，說到太陽的直徑約為140萬公里時，我們不妨記住它的體積能裝下130萬個地球。說到太陽質量為大約2000億億億噸，我們可以記住它是地球的33萬倍。至于太陽和地球的平均距離為1億5千萬公里，則可以記住光線從太陽照到地球上要走8分19秒。我們把這段距離稱作一個天文單位。 太陽由大約79%的氫和19%的氦構成，平均密度只是水的1.4倍，但核心區(qū)域在3000億個大氣壓的作用下，密度比黃金還要大8倍。作為一個龐大而熾熱的等離子氣態(tài)球體，太陽不能象地球那樣整體轉動。有人打比喻說，拿一只湯匙攪動幾下，茶杯中轉動的水就類似太陽的自轉。觀測表明，太陽自西向東的自轉在赤道上周期最短，兩極最長。我們一般說太陽25.38天自轉一周，是以日面緯度17度的地方為標準的。 太陽的表面溫度為攝氏5700度，中心溫度則高達2000萬度，每秒輻射出38億億億億爾格能量，相當于5200萬億億馬力，或者相當于每秒鐘爆炸910億顆百萬噸級的氫彈。如果是靠燒汽油，每秒將要消耗3000億噸，地球上的全部石油還不夠維持0.1秒?？梢娞柦^不是"省油的燈"。如此巨大的能量又是從何而來？太陽會不會哪一天"油盡燈干"呢？ 原來在太陽形成過程中，當自身引力塌縮將溫度升高到700萬度的時候，大自然最深層的能庫便被打開了。強大的熱核反應猛烈啟動，兩個氫原子沖破電子的庫侖力，聚合成一個氦原子，同時放出了巨額能量。于是，熱核反應的膨脹力終于抵擋住了龐大質量的收縮力而達到平衡。太陽從此進入了穩(wěn)定的主序星階段。這是一座無與倫比的空中"核鍋爐"。每秒鐘要燒掉4億噸氫，聚變?yōu)?.96億噸氦，同時減少400萬噸質量。而大自然是什么也不會丟失的，按照愛因斯坦不朽的公式E=MC2，這400萬噸"質量虧損"全部兌換成了能量而輻射出來。在50億年的時間里，太陽"只出不進"的驚人揮霍已經(jīng)損失了6000億億噸質量，相當于100個地球。幸好這個數(shù)字只占太陽質量的33000分之一。因此，我們還用不著為天上的"核能量危機"而憂慮。太陽上的"受控核爆炸"將會以今天穩(wěn)定的模式，至少繼續(xù)進行50億年。 一個鮮為人知又難以置信的事實是，在太陽這個巨大的宇宙熔爐中，每單位質量產(chǎn)生的熱量其實是極少的。甚至比人體新陳代謝的產(chǎn)熱率還低得多。我們不難說清其中的道理。假如一只大象的長度是老鼠的100倍，它的皮膚面積將是老鼠的1萬倍，體重則是老鼠的100萬倍。如果大象按老鼠的代謝速度存在，就會被活活燒死。反過來，老鼠按大象緩慢的代謝速度生活，就會很快凍死。太陽上的高溫是無與倫比的質量以立方關系所產(chǎn)生的熱，不能立即從以平方關系形成的表面散發(fā)出去所造成的。 對于太陽來說，沒有象切開西瓜那樣會出現(xiàn)的層次分明、界限清晰的結構。我們大體上可以將它劃分為兩大部分，即包括日核、輻射層、對流層的太陽內部和包括光球、色球、日冕的太陽大氣。 直徑50萬公里的日核，集中了太陽質量的一半，是氫發(fā)生大規(guī)模聚變的高溫高壓產(chǎn)能區(qū)。日核外面包裹著60萬公里厚、溫度達70萬度的輻射層，成為熱核反應能量輸出的必經(jīng)通道。但這里卻是太陽上"交通堵塞"最嚴重的地方。密集的輻射根本無法在瞬間暢行無阻達到太陽表面。那些從核禁錮中釋放出來的高能射線在輻射層中被無數(shù)次地吸收和再發(fā)射，大約經(jīng)過200萬年曲折漫長的"掙扎"，才能以可見光和其他形式的輻射"擠"出去和"鉆"出去。不過，若是沒有輻射層的中介作用，太陽將失去明亮的光輝，成為一個主要發(fā)出高能射線的天體。 15萬公里的對流層是太陽內部物質相對運動最劇烈與活躍的區(qū)域。這里熱浪升沉，流火縱橫，氣旋聚散，能量跌宕，構成宏大而錯綜的壯闊場面。太陽舞臺上幾個重要角色黑子、日珥、耀斑都是從這里出發(fā)登場的。 籠罩在對流層之上500公里厚的太陽大氣叫做光球。平時所看到的圓圓日輪就是它的邊界。光球中的氣壓不及地球上的萬分之一，但卻是太陽洞開的門戶。灑滿天庭的萬丈光芒就從這里發(fā)出。我們說太陽表面的溫度為5700度，指的就是光球的溫度。 留心觀察便會發(fā)現(xiàn)，光球的亮度并不均勻。日面邊緣不如中心亮。這種"臨邊昏暗"現(xiàn)象是因為光球垂直于表面的輻射大于散射造成的。天文學家拍下的太陽照片上還能清晰地看到一種熾熱氣體運動造成的景觀，酷似飯鍋里沸騰的米粥，于是被稱為"米粒組織"。這種變幻不定的"米粒"直徑有一兩千公里，存在時間從幾分鐘到數(shù)小時不等，是光球層的一大特征。 對太陽黑子的觀察，中國人比歐洲人整整早800年。但首先窺見黑子真面目的，則是伽利略制造的第一個望遠鏡。黑子實際并不黑，它是光球層上略微下陷的氣體旋渦。因為溫度比周圍低千余度，于是顯得稍黑稍暗，形成所謂本影和半影。一般黑子的大小和地球相當。經(jīng)過長期追蹤觀察，科學家發(fā)現(xiàn)各年份黑子出現(xiàn)的數(shù)目很不相同，大約11年為一個周期。太陽的南北極是從來見不到黑子的。如同起于"青萍之末"的風，黑子總是先在太陽緯度30度附近生成，然后向赤道移動。在太陽活動的極大年份，平均分布在緯度15度一帶。有趣的是，黑子常常成雙成對出現(xiàn)，而一對黑子又總會顯示出彼此相反的磁極，如同一塊巨大的馬蹄形磁鐵埋藏在太陽深處而恰恰露出兩端。有人則把它比做貫穿太陽某一部分表面的"磁纜"。黑子是太陽活動的主要標志。 它密切影響著地球上的氣候、水文，以及動植物生長。 光球外面的一層太陽大氣是色球。平均厚度為2000公里。因為富含的氫離子呈玫瑰色而得名。色球表面長滿了密集細小、旋生旋滅的針狀物，看上去象"燃燒的草原"。當然，這些太陽風光都要通過特別儀器來欣賞。由于色球幾乎完全透明，我們平常只能在日全食的瞬間一賭它那層美麗的輝光。 日珥則是色球層上十分絢爛多彩的奇景。核火焰的紅色舌頭從這里伸出來，一直吐出幾十萬到百余萬公里長。又象巨大的蠕蟲高高探出頭去，然后慢慢縮回。這些湍動的日珥物質扶搖升騰、千姿百態(tài)，有的如火焰噴泉、節(jié)日禮花，有的如藤蔓纏繞、亂草雜生?？茖W家把日珥分為寧靜日珥、活動日珥和爆發(fā)日珥。壽命最長的寧靜日珥可以存在一年以上。爆發(fā)日珥則最為磅礴和壯觀。有時拋出去的流火能象"飛去來器"那樣，繞行一個百萬公里的大圈后返回，被稱為環(huán)狀日珥。 太陽大氣中最驚心動魄的爆發(fā)便是耀斑。這種色球層和日冕層之間耀眼的斑塊直徑達數(shù)億公里，常常在幾分鐘之內來如閃電，去如逝波，驟然間釋放出幾百萬枚百萬噸級******的能量，強大的輻射遍及光學波段和X線波段、紫外波段、射電波段。太陽的這種"天怒"和"天威"會讓地球上的每一個小小磁針顫抖不已。耀斑還是最強大的"干擾臺"。當千萬根能量的箭鏃射穿大氣電離層，劇烈的磁暴能讓地球上的短波通訊中斷。甚至輸電網(wǎng)絡和變電設備也因電磁攪動產(chǎn)生的感應而超載和失靈。1989年的太陽磁暴曾造成加拿大魁北克省水電系統(tǒng)崩潰，使北美廣大地區(qū)數(shù)百萬人蒙受損失，并讓一顆衛(wèi)星提前跌入較低軌道。對于太空中宇航員來說，突如其來的太陽耀斑則是需要特別防護的致命危險。平均大約4至5年，強大的耀斑便會出現(xiàn)一次。 太陽最外面的"桂冠"叫日冕。這是一頂彌散至600萬公里的"高帽子"。論亮度不及光球的百萬分之一，論密度比地球上制造的任何真空還要空虛萬倍，只有在日全食中才能看到它淡雅、素潔的珍珠色光暈。但這些異常稀薄的粒子卻有百萬度的高溫。日冕層的大片黑暗區(qū)域叫冕洞，也是我們稱之為太陽風的"風洞"。高能量的質子、電子和少量重原子核沿著開放形的磁力線從這里"吹"出，"風力"可達每秒400公里。太陽風帶走的亞原子流約每秒40億噸，這是太陽質量的又一種損失。 除了觀察到"太陽之光"外，如果我們能傾聽到"太陽之聲"，便會發(fā)現(xiàn)那里是一個喧鬧嘈雜、噪音鼎沸的世界。山呼海嘯般的氣浪翻騰，震耳欲聾中的電磁爆發(fā)，都會引起不同程度的日震。正象地震波幫助我們了解地球內部結構一樣，日震也使太陽如同一口被敲響的大鐘，能夠泄露出許多深藏的秘密。 更為引人入勝的是，太陽的熱核反應產(chǎn)生出鋪天蓋地的中微子。對于這些沒有質量的"小顆粒"來說，連一千光年厚的鉛也是完全"透明"的，能毫不費力一舉穿過。因此不象光子那樣要經(jīng)過200萬年的糾纏、吸收和再輻射才能"爬"出對流層，中微子是瞬間便從日核直達太陽表面的。并且在夜間透過地球，從腳下向上"照耀"我們。但目前天文學家探測出的中微子數(shù)大大低于理論計算值。這些"失蹤"的中微子可能是在來到地球的路上通過振蕩悄悄"改變了身份"。有朝一日中微子望遠鏡技術充分發(fā)展的時候，我們就能對太陽中心的核反應進行"現(xiàn)場直播"了。 [主持人太陽是我們唯一能看到表面細節(jié)的恒星。是我們目前手頭上研究恒星珍貴的"孤本"，是最宏大的太空實驗室。 太陽對于我們實在是太重要了。太陽上任何動靜，都和地球的命運息息相關。沒有太陽，人類及其一切文明都根本無從談起。 我們的太陽系還是一個幅員遼闊的王國和人丁興旺的家族。 我們知道自己的左臨右舍嗎？我們了解太陽系里眾多的兄弟姐妹嗎？ ?。ú稍L：九大行星） [主持人我們雖然和太陽系其他行星比鄰而居，但卻并不都能對他們的狀況如數(shù)家珍。 整個太陽系是地球直接的"生態(tài)環(huán)境"。幾十億年間，與我們一起在這個"旋轉舞臺"上"同臺演出"的大小行星，是我們由近及遠認識宇宙的臺階和跳板。 毫無疑問，我們應該了解太陽系這一家子相依相伴的每個成員。 [電視片解說詞這是一只永不停息的宇宙走馬燈。在中心天體太陽周圍，依次排開的是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星和冥王星。它們繞日的軌道具有共面性、同向性和近圓性。有科學家比喻說，如果制作一個立體的太陽系模型，那么可以放進很淺的平底鍋中。 17世紀偉大的德國天文學家開普勒雖然是哥白尼的忠實信徒，卻敏銳發(fā)現(xiàn)了哥白尼太陽模型的局限和失誤。哥白尼從畢達哥拉斯學派深厚的傳統(tǒng)出發(fā)，先驗地認定所有行星都是勻速的，繞日軌道都應該是高度神圣和完美的圓。為了在計算上自"圓"其說，不得不設定出一個平均值的虛擬太陽。開普勒繼承和研究了丹麥天文學家第谷多年觀察的珍貴資料，發(fā)現(xiàn)太陽系行星繞日運動的軌道原來是橢圓。于是一切疑難迎刃而解。虛擬的太陽變成了處于橢圓一個焦點上的真實的太陽。這便是著名的開普勒三定律中的第一定律。另外兩條定律說的是，行?**? 道的向徑在單位時間里掃過的扇形面積相等，公轉周期的平方和行星與太陽平均距離的立方成正比。開普勒發(fā)現(xiàn)了行星運動的鐵的法則，將太陽系整合成了統(tǒng)一的物理體系。后人將他譽為"天上的立法者"。 如果說，開普勒的定律還只是停留在觀察和描述的層次，那么，牛頓的運動定律則真正揭示了宇宙的機理。但牛頓是站在開普勒肩上的。沒有天文學的觀察與研究，就沒有牛頓定律的發(fā)現(xiàn)和經(jīng)典物理學的誕生。 該輪到我們逐一介紹各具風姿的太陽系之星了。距太陽最近的這一顆是水星。其實它上面一滴水也沒有，但確實象一顆滴溜溜滾動的水銀。中國古代稱它為辰星，西方人則稱它為希臘神話中腳生雙翼、為諸神送信的飛毛腿赫爾姆斯。它的運動也的確比太陽系中所有行星都快。繞日一周只用88個地球日。強大的潮汐效應雖然還沒有使水星以固定一面朝向太陽，但自轉周期已經(jīng)慢到59個地球日。水星自轉3圈才看到一次日落日出，因此每晝夜長達176天。比一個水星年還長一倍。因此，"度日如年"的說法在水星上就幾乎等于"時間過得真快"了。 水星由于距太陽近，平時淹沒在耀眼的日光里，所以很難觀察。它的半徑為2440公里，體積和質量都不到地球的6%。根本無法維持住自己的大氣。這里的地貌酷似月亮，有環(huán)形山、平原、盆地和高過萬米的險峰與縱貫赤道的峽谷，當看去比地球上大3倍的太陽火辣辣照耀著水星悠長的白晝，地面溫度便達到攝氏460度。這片"焦土"上足以形成鉛和錫這類金屬融成的湖泊。 1300公里的卡路里盆地是太陽系九大行星表面上最熱的地方。而背著太陽一面則冷到零下173度。水星上實在乏善可陳。不過這里有15座環(huán)形山是以伯牙、蔡琰、李白、李清照和魯迅等中國人的名字命名的。 抬眼望去，除了太陽月亮之外，天空中最明亮的星體就數(shù)距地球僅4000萬公里的金星了。它宛如一顆晶瑩璀璨的寶石綴在天幕?！段饔斡洝分械奶捉鹦鞘且晃幻柬氿┤坏睦仙裣?，西方人則將它視為愛與美的化身維納斯。黃昏時眾星尚未登場，金星便早早出現(xiàn)在落日的余輝里。拂曉前群星早已引退，金星還獨自停留在黎明的朝霞中。這便是《詩經(jīng)》中說的"東有啟明，西有長庚"。希臘人也是通過畢達哥拉斯的傳授，才從巴比倫人那里知道晨昏兩次出現(xiàn)的金星是同一顆星。 金星沿著幾乎正圓的軌道，224.7個地球日繞太陽一圈。而自轉周期卻達到243天，也是個一天要比一年長的行星。在望遠鏡的視場中，能看到金星和月亮一樣有朔望盈虧變化。當它運行到地球和太陽之間的直線上時，便出現(xiàn)了百年難遇的"金星凌日"。但這只會造成太陽面龐上的一顆"小黑痣"，而不會發(fā)生日食。金星赤道的平均半徑為6052公里，密度為地球的95%，質量則為地球的81%，表面是巖石覆蓋著的平原和高山。由于地球和金星的個頭體形都相差無幾又近在咫尺，人們稱它們是一對孿生姐妹。然而，金星卻有著許多古怪的秉性。太陽系中所有行星的自轉都是自西向東，惟獨金星是自東向西。因此，"太陽打西邊出來"這句話，到了金星這個"左撇子"那里就成了天經(jīng)地義的真理。 不過，金星的地面上是看不到日出的。假若有人能在這里睜開雙眼，視線大概最多如同潛水員沉到渾濁的水底。金星大氣的壓力是地球上的92倍，全球溫度常年高達450度，一層25公里厚的硫酸霧在高空形成酸雨，來不及落到灼熱的地面便又被蒸發(fā)。沒有任何生命能消受起這種煉獄般的硫酸"桑那浴"。金星"發(fā)高燒"的病根在于溫室效應。由于這里的大氣成分97%是二氧化碳，如同暖房的玻璃屋頂，幾乎完全阻隔了地面向外的紅外輻射，于是，金星上的光線"收支相抵"便只能平衡在450度上。有學者研究，地球和金星的大氣當初并沒有什么根本性不同。我們僅僅因為很僥幸的原因逃脫了溫室效應失控。而今天人類活動造成二氧化碳含量急劇增加，究竟又會通過什么樣的因果鏈帶來何種遠期后果？金星是一座溫室效應災難的"展覽館"。當我們朝朝暮暮遙望它的光輝時，應該當作無言的警示和永遠的告誡。 由于金星是個"蒙面逆子"，火星便成了能夠觀察到表面的最近的行星。火星繞日一周為687天，因此地球大約每隔兩年便會處在火星和太陽之間，稱之為火星的"沖"。偏心率較大的軌道使火星的"大沖"每15至17年發(fā)生一次，這時候，處于近日點的火星距地球僅5600萬公里，并在一整夜中東升西落，因此成為人們觀察和研究的最好機遇。 火星之所以在西方被稱作戰(zhàn)神馬爾斯，是因為它紅色的光芒使人想到了血與火。其實，火星75%的表面覆蓋著赤鐵礦、硅酸鹽等鐵的氧化物，形成棕紅色的大戈壁，完全是一個"生銹"的星球。這里也絲毫感覺不到"火"的炎熱，平均溫度只有零下50度，晝夜溫差達到100度。 火星的直徑為3400公里，質量只有地球的10分之1，一條和赤道成30度的大圓，把火星幾乎平分為地質結構很不相同的南北兩半球。南半球是布滿山脈和隕石坑的古老高地，北半球則由熔巖鋪設成了太陽系中最為廣闊、低凹和坦蕩的平原。著名的奧林匹斯盾形火山高達26公里，比喜馬拉雅山高3倍，是太陽系中最高的山。長達2400公里的赫拉斯隕石坑則是太陽系中最大的隕石坑，其深度能放進喜馬拉雅山而露不出峰頂。綿延5000公里的水手大峽谷同樣創(chuàng)下了太陽系之最。火星上幾千條干枯的河床，顯示當年曾經(jīng)有過奔流的濤聲，但今天，所剩無多的水可能一部分遁入了地下，另一部分則和二氧化碳干冰一起，凍結成火星兩極大面積的白色"冰帽"。而四季交替又帶來極冠的消長和大地被浸潤后的色澤改變。 由95%二氧化碳構成的火星大氣非常稀薄，氣壓只有地球的千分之七，但這并不妨礙它制造出駭人聽聞的惡劣氣候?；鹦巧厦磕晁姆种坏臅r間刮著難以想象大風，每秒180米的風速超過地球上臺風的3倍。隱天蔽日的沙塵暴有時能吞沒整個火星并持續(xù)幾十天。 看來火星氣候學將會是一門大有前途的學科。 和地球擁有的月亮相比，火星的兩個衛(wèi)星未免太寒磣了。它們是1877年"大沖"時被美國天文學家霍耳發(fā)現(xiàn)的。因為質量太小，所具有的重力不足以使自己成為球形，所以談不上直徑?；鹦l(wèi)一叫福波斯，長20公里，火衛(wèi)二叫德莫斯，長15公里。它們的模樣雖然被譏笑為"病土豆"，但在火星赤道平面上一大一小、一低一高、一快一慢、一正一反地運行，倒也營造出雙月競輝的奇觀。 [主持人我們剛才一一領略了水星、金星、火星的風采，它們和我們的地球盡管有諸多差異，但畢竟有更多共同之處，可以歸入同一個類型。 太陽系外側的行星就完全是另一番景象，屬于另一種"體制"了。 ?。ú稍L：類地行星，類木行星） [主持人科學家將太陽系行星分為類地行星和類木行星是符合實際的。 讓我們看看類木行星有哪些成員，它們和類地行星有什么不同。 [電視片解說詞顧名思義，類地行星是象地球一樣主要由巖石和金屬構成的足夠"結實"的行星。有著可以"腳踏實地"的表面。水星、金星、火星都能歸入此類。它們的共同特點是體積、質量小、平均密度大、衛(wèi)星少。類木行星則沒有"過硬"的固體外殼架構和堅實的表面。他們體積、質量大，平均密度低，自轉速度快，衛(wèi)星數(shù)目多并有行星環(huán)。木星、土星、天王星、海王星都是這一族類。 至于冥王星，則屬于一個特例而另當別論了。 現(xiàn)在，讓我們把目光肅然投向太陽系行星中的頭號巨人--木星。在夜空中，光芒僅次于金星的第二亮星便是木星了。中國古人雖然不懂得木星繞日一周的時間是12年，但卻發(fā)現(xiàn)它在黃道12宮上每年移動一個星座，于是創(chuàng)造了12地支，并把木星當作記歲的歲星，也就是俗稱的太歲。西方人則把它尊為眾神之王朱庇特。木星距太陽的平均距離7.78億公里，體積比地球大1316倍，質量則是地球的318倍，其他八大行星質量的總和還不及它的一半。盡管木星的身軀如此龐大而笨重，卻是太陽系中轉動最快的行星，自轉一周僅用9小時50分。這個由82%的氫和17%的氦構成的流體大球雖然在巨大離心力的作用下還不至于散架，但也已經(jīng)變得中間鼓起，兩頭扁下，赤道半徑比極半徑長5000公里。木星負載著太陽系60%的動量矩，并以強大的引力把無數(shù)小行星鎖定在它與火星之間，成為一方天域穩(wěn)定和安全的重要保障。 一般認為，木星有一個溫度高達3萬度的石質固體核，核外是在巨大壓力下失去電子的金屬氫，表面則覆蓋者液態(tài)的氫和氦，并和千余公里厚的大氣沒有界面地融為一體。由于遠離太陽，木星表面溫度約零下140度。頂端云層在高速旋轉中被拉得絲絲縷縷，形成許多和赤道平行的氣體環(huán)流，這便是我們看到的帶狀彩色條紋。木星上眾所周知的大紅斑在赤道南22度的地方，這個卵形區(qū)域能容下3個地球。從300年前伽利略發(fā)現(xiàn)它的時候到今天，大紅斑只見大小和顏色的變化，卻始終保持人們熟悉的外形輪廓和反時針旋轉方向。它是木星上的一個持久的颶風系統(tǒng)。有科學家推測，大氣中的帶電粒子在比地球上強10倍的木星磁場作用下產(chǎn)生螺旋運動，也許和大紅斑的形成有關。 當28個大大小小的月亮在木星的天空穿梭往返時，我們看到了又一個縮小了的太陽系。4個伽利略衛(wèi)星中的木衛(wèi)一叫做伊奧，這個比月球稍大的紅色星球有9座活火山，能以每秒1000公里的速度將熔巖噴射到300公里的高度，是太陽系中火山活動最激烈頻繁的地方?；鹦l(wèi)二歐羅巴比月亮略小，明亮光滑的表面覆蓋著布滿裂紋的堅冰?；鹦l(wèi)三加尼默德直徑5200公里，比水星還大，是太陽系中的"長子長孫"，它冰面上的亮區(qū)和覆蓋巖質灰塵的暗區(qū)都能看到斷層、深溝和平行的山脊，可能有類似地球的版塊活動。木衛(wèi)四卡里斯特也比水星大，牛眼似的白色盆地直徑達千余公里，瘡痍滿目的隕石坑和環(huán)形山展示了最古老的地質表面。木星赤道上也有一圈旋轉的環(huán)，因為是反光度很低的塵埃和碎石組成的，在遠處甚至不易看見，更談不上璀璨與華麗了。 最令科學家感興趣的話題是，木星如果比今天再大十幾倍，也許將會變成另一顆太陽。那么，我們星系中"天無二日"的格局將完全改變。據(jù)測量，今天木星上輻射的熱量比來自太陽的熱量多兩倍。特別當其它行星溫度都在降低時，木星溫度卻在緩慢升高?？梢妰炔窟M行著微弱的核反應。有科學家不無惋惜地說："木星是一顆沒有成功的太陽。"它會不會在漫長的歲月里吸收質量，蓄精養(yǎng)銳，有朝一日再度"脫穎而出"呢！ 如果在九大行星中選美，土星應該會輕取頭籌。它象戴著華貴的"大沿帽"，舞步輕盈走過天庭，又象腰間永遠轉動著閃亮的"呼啦圈"。古人叫土星為鎮(zhèn)星。西方則稱它為克洛諾斯，恰好都是主管農業(yè)的天界神仙。土星是僅次于木星的第二巨星。赤道半徑6萬公里，體積比地球大755倍，質量卻只是地球的95倍。因為它的密度僅有0.7，便成了太陽系中唯一密度比水小的行星。土星如果掉到一個足夠大的海洋里是不會淹著的，它能夠輕松地漂起來。 土星在和太陽平均距離為14億公里的巨大軌道上慢慢趕路，繞日一周要29年半。但自轉周期卻比起木星并不多讓，只用10小時14分。結果不但把自己轉成了太陽系最扁的球，極半徑比赤道半徑短了6000公里，還把日子過成了1年等于2萬天。土星的內部結構也和木星十分相似，巖石和冰的核心包裹著金屬態(tài)和液態(tài)的氫，外面是由氫、氦、氨和甲烷組成的大氣，磁場為地球的600倍。土星的表面溫度大約零下170度。赤道上勁吹的強風達每秒500米，在高緯度地區(qū)回旋，有時便形成長達土星直徑5分之1的大白斑。 論衛(wèi)星的數(shù)目，土星是九大行星中的第一位。它的30個"月亮"大部分都按近圓軌道，在赤道上以固定一面朝著土星運轉。有些衛(wèi)星還共享一個軌道。特別值得一提的是土衛(wèi)六。自1655年被荷蘭天文學家惠更斯發(fā)現(xiàn)后，便用克洛諾斯的妻子泰坦來命名。科學家長期認為泰坦是太陽系中最大的衛(wèi)星。直到更精確的測量扣除了它的大氣厚度，確認固體表面半徑為2575公里，才把冠軍座次讓給了木衛(wèi)三。但泰坦獨特的地位也正在于它是太陽系中唯一擁有濃厚大氣的衛(wèi)星。盡管它表面的重力只及地球的7分之1，但零下180度"冷凍"下的氣體分子卻處于能量低態(tài)而無力向外逃逸。 因此泰坦上的大氣壓力是地球上的1.5倍。最可寶貴的是，大氣成分除了同地球上相似的氮以外，還含有甲烷、乙烷和氫氰酸等其他有機化合物。來自遙遠太陽的微弱光線透過微紅色的沼氣云層，汽油的雨滴飄灑在灰綠色的甲烷海浪上。巨大的土星升起了，百米狂潮拍天而起，撲向巖石和冰的海岸……科學家們認為這里很類似地球上氧產(chǎn)生以前的洪荒時代和古老環(huán)境。對于研究生命的起源是天造地設的最好實驗室。至于其他衛(wèi)星，不妨稍稍介紹一下土衛(wèi)八。它半邊臉潔白如雪，半邊臉漆黑一團。這也是造化的一個獨特設計。 我們可以仔細欣賞一下土星的"專利"--這圈驕人的光環(huán)了。1610年伽利略用手制的望遠鏡向木星聚焦時，看到它兩邊長出了"耳朵"，當時還以為是兩顆衛(wèi)星。1656年，惠更斯用更精密的望遠鏡發(fā)現(xiàn)這是一層圓環(huán)。意大利天文學家卡西尼在9年之后又進一步看到光環(huán)中有條狹縫，被人們稱為"卡西尼縫"。此后，就象眼睛越好的人越能看清視力檢測表上細小的字母一樣，找到縫隙的記錄不斷刷新。土星光環(huán)終于成了一張"密紋唱片"。但實際上，它并不象安裝在軸承上旋轉的"薄砂輪"或"電鋸片"。而是層層相套，由內到外依次被標定為D，C，B，A，F(xiàn)，G，E的7個環(huán)。它們寬窄、明暗、色澤各不相同。其中A環(huán)最亮，E環(huán)最寬，F(xiàn)環(huán)竟如同幾股細線扭結在一起。如果再近看，則發(fā)現(xiàn)原來是許許多多"一川碎石大如斗"的天上"泥石流"。這些石頭冰塊其實是無數(shù)小衛(wèi)星排成的浩蕩隊列，連A、B環(huán)間的卡西尼縫中也能找到幾行。它們自東向西不停旋轉，內環(huán)速度高于外環(huán)。從土星云頂開始，巨大的彩虹般光環(huán)向上延伸10余萬公里，直徑幾乎等于月亮到地球的距離。而內環(huán)的厚度卻只有1公里。如果有什么力量把它們捏合到一起，至少會比月亮大。至于光環(huán)的起源，有人認為是天體碰撞的碎片。流行的解釋則說，當一顆衛(wèi)星軌道低于主星赤道半徑的2.44倍時，也就是超過"洛希極限"，就會被潮汐力裂解。特別有趣的是，幾顆"牧羊衛(wèi)星"忠實地走在光環(huán)內外，照料著自己的"羊群"。如果不是靠它們引力的凝聚，有些石頭冰塊可能就一哄而散了。 長期以來，天文學一直認為土星的軌道就是太陽系的邊疆。直到1781年赫歇爾發(fā)現(xiàn)了天王星后，我們這個行星系的版圖又一舉擴大了4倍。人們在赫歇爾的墓碑上刻著："他突破了蒼穹。"天王星在西方叫烏拉諾斯，是統(tǒng)治整個宇宙的天王。它和太陽的距離29億公里，整整比土星遠一倍，因此肉眼幾乎無法看到。天王星的半徑為25559公里，體積比地球大52倍，質量為地球的15倍，自轉一周16.8小時，繞太陽一圈則需要84年，自我們發(fā)現(xiàn)它以來才轉了2圈半。 天王星的結構也和木星、土星類似，大氣中主要是氫和氦，所含甲烷能吸收紅光，使天王星呈現(xiàn)出藍綠色。它的21個衛(wèi)星都質量太小，不成氣候。10個光環(huán)也大多稀薄暗淡，不值一提。海王星最獨具特色和富有戲劇性的行為，是它自轉軸的傾斜角竟達到98度。太陽系其他行星都是"立"著轉，惟有它是"躺"著轉的，連它那些衛(wèi)星的轉動平面也跟著一起掉了個90度。于是，一路"打滾"的天王星上便出現(xiàn)了奇怪的季節(jié)。并且兩極竟有42年是白天，42年是黑夜。不過，天王星離太陽太遠，它所接受的日光僅為地球的千分之三，表面溫暖度低到零下200度，季節(jié)概念已經(jīng)沒有多大意義了。 1845年，英國青年亞當斯發(fā)現(xiàn)天王星運動軌道異常，便推測是由于一顆未知行星的攝動并算出了它的軌道。可惜這位22歲的劍橋學生因籍籍無名，把報告寄給英國皇家天文臺臺長后未被理睬。法國天文學家勒威耶則幸運得多。他也幾乎同時完成了這一研究結果，并寄給了柏林天文臺。 1846年9月23日晚上，加勒博士按照勒威耶預報的方位，在望遠鏡前細細查看那塊天空。 果然很快便找到了一顆新的行星。人們用海神涅普頓的名子叫它為海王星。這顆被稱為"從筆尖下發(fā)現(xiàn)的行星"，"用方程式解出來的行星"，標志著天文學開始進入了精密階段。 海王星可以看做天王星的孿生姐妹。它距太陽45億公里，赤道半徑24764公里，略小于天王星。但比地球大44倍，質量是地球的17倍。自轉一周約16小時，繞太陽一周則長達165年。大氣中的甲烷使海王星顯出碧藍的顏色。南半球有一個大小、形狀都和木星大紅斑十分相似的大黑斑，是海王星上驚心動魄的風暴區(qū)。 海王星知名度最高的"驕子"，是它8顆衛(wèi)星中的老大特里同。這個比月亮稍小的天體有許多不尋常之處。它是太陽系中唯一與主星旋轉方向"倒行逆施"的衛(wèi)星；是唯一的蘭色衛(wèi)星；是溫度只有零下235度的全太陽系最寒冷的地方；是太陽系中除了地球和泰坦以外唯一擁有含氮大氣的星球--盡管這種大氣稀薄到只有地球上的7萬分之1。這里還能看到冰的火山猛烈噴射出比喜馬拉雅山高出4倍的液態(tài)氮。特里同無疑是個古怪的世界，充滿著神奇的誘惑和陌生的美麗。 太陽系中第九顆行星的發(fā)現(xiàn)，簡直是一個大海撈針的故事。美國天文學家洛威爾在仔細研究了天王星和海王星軌道異動的剩余誤差后，認定還存在一顆更遠的行星。但他直到臨終也沒有找到蛛絲馬跡。1930年，美國天文學家湯博終于捉住了這顆遙遠、暗淡又微小的行星。11歲英國女孩貝爾娜的提議從雪片般的命名征集方案中勝出。這顆行星被叫做主管地獄之神普魯托，即冥王星。至此，太陽系家族主要成員便算是聚齊了。 冥王星的軌道和地球軌道相比傾斜17.2度，是一個長長的橢圓。遠日點距太陽70億公里，近日點卻只有43.44億公里，繞太陽一周需要249年，其中有20年比海王星離太陽還近。幸虧這種軌道的重疊如同立交橋，不會引起冥王星和海王星相撞。冥王星自轉一周6.4天。它的半徑僅1195公里，體積只有地球的1000分之5，質量還不及月球的6分之1。此后又發(fā)現(xiàn)了它的一顆衛(wèi)星，人們以冥河上的船夫卡戎命名。卡戎直徑卻達到冥王星的一半。更令人驚訝的是，它們的距離只有19600公里，比地球和月亮之間近20倍。完全是一對"啞鈴"般的雙星。 自冥王星發(fā)現(xiàn)以來，它的軌道幾乎就是人們心目中太陽系"王國"的"國境線"了。但冥王星之外真是一無所有的曠野嗎？太陽系真有一個整整齊齊的邊緣嗎？荷蘭裔美籍天文學家?guī)煲敛?951年就提出，一大群遙遠的小天體在繞著太陽系外圍運動?？茖W家們便設想海王星和冥王星之間的區(qū)域有一個"庫伊伯帶"。有人還相信存在"冥外行星"，并一直進行著不懈的搜索。直到1992年，美國科學家首先在的"庫伊伯帶"內找到了一顆直徑200公里的天體QBI。此后，"庫伊伯帶"內新發(fā)現(xiàn)的數(shù)字不斷攀升，至今記錄在案的大小天體已有400多個。但據(jù)估計這只是"冰山一角"。特別2000年3月發(fā)現(xiàn)的EB173，直徑為冥王星的4分之1；同年底發(fā)現(xiàn)的"伐樓拿"直徑910公里；2001年8月又發(fā)現(xiàn)了更大的KX76，直徑達1240公里，超過了冥王星的衛(wèi)星卡戎。它究竟能不能算第十大行星？一向活躍的天文界又增添了熱門話題。 于是，關于冥王星"行星資格"的"公案"被再次提出來。鑒于冥王星質量小，軌道偏，許多天文學家都主張開除它的"行星籍"，"降級"為其他族類。如今更認為它只是千千萬萬個"庫伊伯帶"天體中的一員，不過因為反照率稍高而早被發(fā)現(xiàn)了幾十年罷了。以后很可能發(fā)現(xiàn)比冥王星更大的"庫伊伯帶"星體。這樁太陽系中的"訴訟"引發(fā)了對確定行星的標準再次定義。即必須有獨立繞恒星運行的公轉軌道；有圓球狀外形；質量達10億億噸以上。經(jīng)國際天文聯(lián)盟最后裁定，盡管冥王星和第三條標準尚有差距，但總算"破格"保住了它的行星身份。這個遠離光明和溫暖的"小兄弟"得以繼續(xù)享受現(xiàn)在的地位，除了有利于我們這個行星家族的豐富多樣性，大約還有歷史、文化和心理上的原因。冥王星的"官司"至少使我們更清楚地認識，太陽系沒有"一刀切"的疆界，只有一個模糊而彌散的邊緣。目前還有不少天文學家正信心十足，為尋找太陽系的第十大行星而孜孜努力。 [主持人類木行星和冥王星和我們擁有同一個太陽，面貌特性卻又迥然不同，我們不禁再一次感慨大自然的鬼斧神工。 應該說，九大行星是太陽系的主要框架和基本實體。但太陽系大家庭還有其他成員嗎？ （采訪：小行星，彗星） [主持人我們切不可把小行星和彗星當作太陽系中無足輕重的"小字輩"。 對于我們人類，小行星和彗星的影響甚至比其他行星更為直接和重要。 [電視片解說詞現(xiàn)在我們需要再回過頭去拜訪一個至關重要的特殊群落，那便是太陽系內的小行星。 早在18世紀中期，德國科學家提丟斯和波德便從當時所知的6顆行星中，發(fā)現(xiàn)它們之間的距離有確定的數(shù)學關系。根據(jù)提丟斯-波德規(guī)則，各行星應依次處在0.4、0.7、1、1.6、2.8、5.2、10個天文單位的位置上。但火星和木星之間的2.8天文單位卻是個空白。于是天文學界把整個黃道帶天空分成24區(qū)域"承包"給各國科學家進行搜查。德國還組織了"天上巡警隊"。當1801年元旦的鐘聲剛剛敲過，西西里島傳出喜訊，巴勒莫天文臺長皮亞齊發(fā)現(xiàn)了一顆新的天體。"數(shù)學王子"高斯很快計算出了它的軌道，果然在距太陽2.77天文單位的地方。唯一遺憾的是，這顆行星直徑不足1000公里，質量只有月亮的50分之1，頂多能算一顆小行星。人們以西西里島主管糧食的神為它命名，稱做谷神星。接著，智神星、灶神星、婚神星也被相繼發(fā)現(xiàn)，列為小行星中的"四大名旦"。隨著搜索繼續(xù)進行，小行星花名冊漸漸成了各路"神仙"的"簽到簿"。眼看神仙資源有限，科學家又用地上的城市和人物來命名。1928年，張哲鈺作為發(fā)現(xiàn)小行星的第一個中國人，將小行星1125號命名為"中華"。 預計火星木星之間的小行星總數(shù)在2萬以上，至今已經(jīng)編號的有5000多個。這些"行星娃娃"的個頭大都在一公里到百余公里之間。有碳質的C類，金屬質的M類，和反光強的S類。千姿萬態(tài)，光怪陸離。它們的自轉周期一般約2到16小時，艾達和尤金妮亞等小行星還有自己的衛(wèi)星。它們中的95%運行在和太陽系圓盤大體一致的小行星主環(huán)帶上，但分布卻并不均勻。木星強大的攝動造成了幾條空蕩的"柯克伍德縫隙"，同時以確定的比例關系影響著小行星的公轉周期。一部分"遠距小行星"在木星軌道的"拉格朗日點"上形成"純脫羅央群"和"希臘群"。一大批阿莫爾型、阿波羅型和阿登型小行星則把軌道深入到內太陽系。最出格的小行星伊卡魯斯，扁長軌道的一端竟比金星離太陽還近一倍。坦塔羅斯的軌道面則豎起64度，如哥特式建筑傾斜的房頂。這類小行星的"危險動作"，很容易引起"空中交通事故"。小行星帶還是宇宙航行必須小心的"太空雷場"。 對小行星形成的原因曾經(jīng)作過各種猜度。有人說是一顆行星爆炸后的碎片，有人說是兩個天體相撞后的殘骸。觀察研究更支持的結論則認為，由于木星的引力使2.8天文單位軌道上的行星沒有"長成"。它們是一顆"流產(chǎn)"了的行星，或者是大自然"制造"行星的"半成品"。這些小行星的總質量大約等于一個月球。 最讓人類提心吊膽的事，莫過于小行星會不會有朝一日和地球相撞。從這個意義上，中國古代的杞人，應算得上深思遠慮的先哲。在地球誕生的46億年里，已經(jīng)發(fā)生過多次小行星的碰撞。這種"空中打擊"對我們的地質演變和生命進化都發(fā)生過深刻影響。著名的美國巴林杰隕石坑，人所共知的西伯利亞通古斯大爆炸，都可能是小行星撞擊的典型案例。而據(jù)信6500萬年前擊中墨西哥灣的一顆小行星，導致了恐龍時代的終結。但話說回來，如果沒有那次碰撞，地球上也許至今仍是爬行類統(tǒng)治的世界，永遠也輪不到人類登場。根據(jù)計算，直徑大于10公里的"近地小行星"撞上地球，平均1億年才會發(fā)生一次。較小的撞擊大約每百萬年3次，其中兩次會落入海洋。所以我們大可不必隨時有"身處靶場"之感。何況人類早已不是當年的恐龍，科學進步會提供足夠手段來保衛(wèi)我們的文明。 太陽系天體中還有一個奇特而觸目的品類，那便是民間稱為"掃帚星"的彗星。東西方文化都不約而同地認為，彗星是災難降臨的可靠征兆。古老的漢字則留下了人類對彗星的最早記載，使我們至今還能從這些典籍中推算出諸如"武王伐紂"等歷史事件的準確年代。 英國科學家哈雷在觀察了1682年的彗星后，認為它和1531、1607年出現(xiàn)的彗星軌道十分相似，便斷定這是同一彗星的三次回歸，并預言了它將在1758年再度出現(xiàn)。這便是家喻戶曉的哈雷彗星。許多沿著拋物線和雙曲線運行的彗星都是浪跡天涯的匆匆過客，它們在太陽系中"招搖"一趟后便永不復返。只有沿著橢圓軌道運行的彗星才能去而復來?？茖W家把200年定為短周期彗星和長周期彗星的界限。 彗星的質量幾乎全部集中在彗核，它是由水、氨、甲烷、一氧化碳及硅酸鹽等凍結而成的"臟雪球"和"小冰山"。長度在數(shù)百公尺到100公里之間。周圍揮發(fā)出的氣體包層形成不同"發(fā)型"的彗發(fā)，與彗核共同組成彗頭。那些被太陽風"吹"起來的"彗星煙云"，則由于反射陽光和受紫外照射發(fā)光，成為背向太陽的明亮彗尾，可延伸幾百萬公里到上億公里之長。其實，最惹眼的彗尾比實驗室里制造的真空還要稀薄。一般彗星都有兩條尾巴，由一氧化碳等氣體離子形成的淡蘭色尾巴質量輕，受光壓的加速度大，幾乎直指和太陽相反的方向。微小塵埃形成的白色尾巴則質量較大，自身軌道運動與光壓的合力使它看上去粗壯而彎曲。冷凍狀態(tài)的彗星，到了距太陽2個天文單位時就開始汽化而變得"披頭散發(fā)"，越走向近日點尾巴就拖得越長。而每"朝見"太陽一次，都會被"剝掉一層皮"。等到它的揮發(fā)性物質消耗凈盡后便永遠"熄滅"，只剩下一付巖石骨架了。 至今發(fā)現(xiàn)的彗星已有1800多顆。科學家認為，那些幾萬，甚至上百萬年才能到太陽系走一遭的長周期彗星，來自距我們大約5萬到10萬天文單位的奧特星云。那里是個擁有上萬億存量的"彗星倉庫"，是彗星家族遙遠的"故鄉(xiāng)"和真正的"大本營"。而短周期彗星的"根"則扎在太陽系邊緣的庫伊伯帶。彗星漫長的軌道常常因大行星攝動而發(fā)生改變。1994年7月，休梅克-列維9號彗星解體后的21個碎片遞次撞上木星；2001年10月，一小群彗星"飛蛾撲火"般地撞向太陽。對這些行蹤難料的"流浪漢"，我們決不可掉以輕心。 最后，也許還需要討論一下那些地球上空曇花一現(xiàn)的流星。在太陽系寬廣遼闊的空間里，除了行星、小行星、彗星外，還活躍著無數(shù)微小塵埃和固體碎塊。當它們的行進路線和地球邂逅時，便可能"失足"跌進我們的大氣中。從前面撞上來的那些小顆粒，速度達到每秒達72公里。從后面攆上來的也有每秒12公里。摩擦產(chǎn)生的高溫使它們汽化和燃燒，在空中形成明亮的流星。 晴朗的夏夜里，平均每小時能見到10來個流星。下半夜比上半夜的多而且亮，這是因為對面來的流星出現(xiàn)在下半夜。有些來不及燒盡而墜到地面的便成為隕星，南非發(fā)現(xiàn)的最大鐵質隕星達54噸，美國堪薩斯州落下的石質隕星重1噸。不過至今還沒有聽說一例隕星砸傷人的報道。 和"放冷**"般的偶發(fā)流星相比，"萬箭齊發(fā)"的流星雨則又當別論了。它們的成因和彗星大有瓜葛。結構松散的彗星總是一邊行走，一邊把自身的物質拋滿一路。當?shù)厍蜍壍篮退鼈兊能壍老嘟粫r，有些從彗星母體抖落的"雜碎"便會從某一個天區(qū)掉到地球上。由于透視關系，它們就象從一個淋浴噴頭灑出來一樣。1966年11月，北美夜空出現(xiàn)了從獅子座一小時瀉下10萬流星的壯觀景象，其實它們不過是坦普爾-特塔爾彗星留下的"陳糠爛谷"。為寶瓶座流星雨和獵戶座流星雨提供原料的是哈雷彗星。在金牛座播撒流星雨的"龍王"則是恩克彗星。由于彗星留在軌道上的物質密度并不均勻，加上大行星的"清掃"作用，流星雨在不同年份有不同規(guī)模。如獅子座流星雨每33年會出現(xiàn)一次"流星暴"。這和坦普爾-特塔爾彗星的周期是一致的。 地球上每天平均會降下天外物質1千至1萬噸。累計46億年間我們的行星已經(jīng)"長胖"了大約1億億噸。對于60萬億億噸的地球來說，不過如同人的眼睛里迷進一顆灰塵。 從更大的尺度上觀看，我們的太陽正攜帶著自己龐大的家族，以每秒20公里的速度，向武仙左方向運動，同時和億萬恒星一道繞銀河系中心旋轉。太陽這種"拖家?guī)Э?的"公轉"速度為每秒250公里，大約2億年轉一圈。如果把繞銀河系一周算做一個"銀河年"，我們的太陽則正是23歲的妙齡。 [主持人我們僅僅走馬觀花，對太陽系作了一番粗略的巡禮。 我們不能不驚嘆大自然的手筆，創(chuàng)造了太陽系這樣渾倫磅礴、氣象萬千又結構精巧、秩序井然的體系。 回望我們的地球，不過是太陽系里種類繁多的天體之一。 但沒有比較就沒有鑒別。只有地球才是億萬生命唯一的樂園和真正的"天堂"。 浩瀚的星空[主持人我們的太陽系在自己這一部分是整體，但在宇宙更大的整體上是片段。 俗話說"天外有天"，在我們的這塊"天"之外究竟是什么？ 整個大自然是怎樣組織起來的？我們該怎樣在宇宙廣闊的坐標系中尋找自己的位置？ ?。ú稍L：銀河系，距我們最近的恒星） [主持人有位哲學家說，人和動物的最大不同，就在于能夠抬頭望望天空，然后想點什么。 每當天街夜靜，星漢西流。我們不管有沒有足夠的天文知識，也不管是不是詩人，面對浩瀚的星空都不會無動于衷。 [電視片解說詞除了太陽系中的幾個行星外，我們能用肉眼在北半球和南半球的天空各看到大約3000多顆星星。它們的位置似乎都是恒定不變的。因此叫做恒星。意大利思想家布魯諾認為滿天星星都是非常遙遠的太陽，為此于1600年2月17日被燒死在羅馬的鮮花廣場。人類一個基本常識的取得，有時也要付出生命的代價。 為了制定歷法，參照農時，辨別方向，中國古代把天上的茫茫星海劃分為三垣28宿。 西方則把相鄰的亮星連接的圖形設想成各種動物和神仙，并冠以星座的名稱。1928年國際天文學會決定將全天統(tǒng)一劃分成88個星區(qū)。其中黃道天區(qū)有12個星座，北半天球29個，南半天球47個。如同各國版圖一樣，它們的大小形狀互不相同。如長蛇座、大熊座、室女座延伸很廣，南十字座、小馬座、天箭座則范圍很小。千萬別以為同一個星座里的星距離最近，它們不過是投在我們想設的天球內壁上的視覺位置，有時彼此相隔得比對面星座里的星還遠。不過，星星們都上了"戶口"后，我們便能很容易按照各自在天上的"住址"找到它們。只有在地球赤道上才能看到全部88個星座。今天我們發(fā)射的許多航天器仍然要靠星座來定向。 密密麻麻的滿天星斗有的光華璀璨，有的昏暗難辯。古希臘天文學家喜帕恰斯把他編制的星表中1022顆恒星按亮度劃分為6個等級。1850年，英國天文學家普森發(fā)現(xiàn)1等星要比6等星亮100倍。由此定義星等每差一級，亮度則應差2.512倍。從此把星等概念定量化了。由于這個范圍覆蓋太小，又引出了負星等的概念。依此標準，織女星為0等；最亮的恒星天狼星為-1.5等；滿月為-12.8等；太陽為-26.7等。目前，地上最大的望遠鏡能看到24等星，哈勃望遠鏡則能看到28等。但這種"等級制度"對遠近有霄壤之別的恒星顯然"有失公允"。它只反映了我們在地球上的感受。相當于光學中的照度。因此只能稱為"視星等"。要想知道恒星真正的發(fā)光本領，則必須判斷它們的距離。 我們用尺作單位來量衣服，用公里來量路程，用地日距離即天文單位來量太陽系。但對于極為遙遠的恒星，這些尺度都已經(jīng)太小了。大自然的一個基本事實是光有速度。于是我們便把光線1年走過的長度，即10萬億公里定為1光年。天文學家手中還有另一個計量距離的單位，便是秒差距。 把你的食指豎著伸到眼前，輪流用兩只眼睛單獨看它，就會發(fā)現(xiàn)手指在背景上的位置左右移動，這是視差造成的效果。勘測隊員就常用這種三角視差法來量度距離。如果把兩個不同視點之間的基線擴大到地球繞日軌道的兩端來觀察天體，也會發(fā)現(xiàn)微小的視差。我們把視差為1角秒處的距離定義為1個秒差距，它等于3.26光年。從一個秒差距遠看地球，就如同3公里外看一枚硬幣。 現(xiàn)在可以重新回來討論一下恒星的亮度問題了。我們把恒星都公平地放在10個秒差距的地方看它們的目視亮度，就叫做"絕對星等"。這一下，我們的太陽只是一個依稀可見的5等小星了。 除亮度外，我們還發(fā)現(xiàn)星星的光芒有紅、黃、藍、白之分。這些不同的顏色同樣送來了極為重要的消息。 當?shù)谝豢|通過牛頓棱鏡的日光被拆散成七色光譜后，德國科學家夫朗和費又先讓光通過一條狹縫，并發(fā)現(xiàn)這些"彩帶"明亮的本底上有許多細小暗線，每條都是狹縫的一個像。 因為太陽外層大氣的不同元素有選擇地吸收了日核發(fā)出光線的某些波長后留下了"空隙"，看去正像這些元素自身所能發(fā)射譜線的"負片"。以后，科學家逐步學會了辨別不同元素的"琴鍵"在光譜上彈出的"音調"，并用分光鏡從"夫朗和費線"中破譯出恒星物質和尋找新元素。地球上于1888年找到的"太陽元素"氦，便是20年前法國天文學家讓桑在印度觀測日食發(fā)現(xiàn)的。夫朗和費的墓志銘上寫著："他接近了恒星。"這一評價當然包括太陽以外的所有恒星。 20世紀初，美國哈佛大學天文臺已經(jīng)為50萬顆恒星建立了光譜檔案。按溫度遞減，人們把恒星光譜分為O、B、A、F、G、K、M等7個主要類型及副類R、N、S。每類又細分為10個次型。我們的太陽就屬于G-0型。丹麥天文學家赫茨普龍和美國天文學家羅素則以恒星的光譜類型為橫坐標和絕對星等為縱坐標，制成了著名的的赫-羅圖。人們發(fā)現(xiàn)90%以上的恒星集中在從左上角到右下角的對角線上。赫-羅圖不僅揭示了恒星之間的狀態(tài)關系，也描述了它們演化的趨勢和方向。 我們從太陽系放眼四望，盡管上下左右都是星星，但離我們最近的半人馬 座也有4.3光年，相距10光年左右的還有天狼星和小犬 ，再往下數(shù)，牛郎星和織女星已在16光年和26光年開外了。 當一道朦朧而飄渺的光帶如銀白色的天河瀉過夜空，人類東西方文化便同時接受了"銀河之水"最早的哺育和灌溉。中國古人把銀河稱之為"云漢"，《詩經(jīng).小雅》中便能讀到"維天有漢"的字句。希臘人則把銀河想象為女神赫拉乳房噴出的奶汁。1750年，英國天文學家賴特最早提出銀河是我們在長軸方向上看到的扁平恒星體系。赫歇爾則進一步繪出了以太陽系為中心的銀河系圖景。1918年，美國天文學家沙普利提出銀河系中心在人馬座方向，這是自哥白尼否定地球的宇宙中心位置以來，人類再次否定太陽中心地位的壯舉。銀河系的輪廓開始漸漸清晰，它像一只"雙凸透鏡"、"扣著的銅鈸"、"投擲的鐵餅"。太陽系則處在與銀河中心"二八開"的地方。 現(xiàn)代天文學用氫的21厘米譜線勾勒出了銀河系的宏大結構。這是一個擁有2000多億星體的螺旋狀恒星系。它包括銀盤、銀心和銀暈3個部分。銀盤是銀河系的主體，廣闊的對稱平面由人馬座旋臂、獵戶座旋臂、英仙座旋臂和"3000秒差距旋臂"互相環(huán)繞而成，直徑約8萬光年，厚度3至6千光年，是較為年輕的星族威武浩蕩的陣列。銀心則是銀河中心明亮而突起的部分，直徑約2萬光年，厚1萬光年，是老年的星族聚集的淵藪。銀暈則是彌散在銀盤之外的球形天區(qū)，直徑約10萬光年，流離著一些衰老的恒星。有研究認為銀暈外還有更大的銀冕。我們的太陽系就"依偎"在獵戶座旋臂長長的"臂彎"里，距銀心約3萬2千光年，距銀道平面僅30光年。銀河系近90%的恒星分布在中心區(qū)，10%在旋臂上。里面部分比外面部分有更快的轉動周期。當太陽系誕生的時候，銀河系這個巨大的螺旋世界已經(jīng)有100億歲高齡了。 銀河系中除了2千億顆恒星外，還有大量的原始星際氣體以及宇宙拋射產(chǎn)生的塵埃，密集之處就成為星云。這些"蒙朧的亮斑"有的能測出其明線光譜，屬于自身發(fā)光的發(fā)射星云。有些則是靠反射光線或其中"窩藏"著恒星而發(fā)亮。 星云不僅在銀河系中占很大的質量份額，而且是恒星誕生的"苗圃"和"孵化器"。紅外輻射檢測到有些密集星云正在發(fā)熱，幾乎可以被稱為"紅外巨星"。龐大的復合星云常常產(chǎn)生許多小旋渦并"批量生產(chǎn)"恒星。當初和我們的太陽在一個星云"母腹"中"同胎"誕生的恒星同胞姐妹們，如今可能早就東走西散，"闖蕩"到銀河的各個角落了。金牛星座昴星團周圍，尚能看到吸附著大量原生氣體的殘余。 還有一些行星狀星云，是晚年恒星發(fā)散出來的氣體塵埃物質。而星云的廣闊彌漫，包括暗星云的存在，則相當影響宇宙空間的"透明度"，有很強的"消光作用"并容易帶來種種觀測誤差。人們對星云的概念也有一個重新定義的過程。1784年，法國天文學家梅西耶公布了他發(fā)現(xiàn)的103個"霧蒙蒙"的天體，當時統(tǒng)稱為星云。后來證實有些星云是銀河系中較遠的星團。1924年，美國著名天文學家哈勃從威爾遜山的強大望遠鏡中看到仙女座"星云"其實由大量恒星組成。 人們便把那些由于遙遠而貌似云霧狀的銀河外天體系統(tǒng)都稱之為星系了。 像太陽這樣的"單身漢"恒星并不多。銀河系中近半數(shù)的恒星都是雙星。它們相依相伴，有些作近密軌道互繞和交食掩映，甚至彼此進行物質交換。天狼星A、B便是著名的雙星。有些恒星則"拉幫結伙"成為聚星，在相互引力作用下如捉迷藏般進行著更復雜的運動。 南門二，北斗一則屬這一類型。 還有許許多多恒星糾合在一起成為大小星團的。其中疏散星團由10幾個到幾千個恒星組成，它們結構松垮，形狀隨意，分布在銀道面附近，也叫銀河星團，至今已被發(fā)現(xiàn)1000多個。民間稱為"七姐妹星"的金牛座昴星團約有750顆恒星，可算它們的典型樣本。我們如果"生活"在那里將不會有黑夜，"箭射九日"的"后羿"也只能"徒喚奈何"了。 球狀星團則由多達幾萬、乃至幾十萬的恒星聚成球形的一團，密集分布在銀河系中心。它們大多為同時出生的百億歲"壽星"。武仙座球狀星團便是250萬這類恒星組成的龐大老年群體。 [主持人我們的銀河系真是一個豐富多采而遼闊壯麗的大千世界。 那些向我們眨著神秘眼睛的滿天星斗從何而來，它們有沒有一個生長、發(fā)育和演化的過程呢？ ?。ú稍L：主序星，紅巨星，黑洞） [主持人在星空這個五光十色的巨大萬花筒中，究竟有幾種轉動的"彩色玻璃"？ 天文學家的工作不僅是忙著清點天上的東西，還要從茫無頭緒中理出頭緒，從千差萬別中找到規(guī)律。 [電視片解說詞看到形貌不同的千萬個恒星時，不要以為它們就有千萬個種類。我們看到的主要是恒星們生命歷程的不同階段，就象在王府井大街熙來攘往的人群中看到有老年、壯年、青年、少年和嬰兒一樣。它們在星系中少長咸集，有的風華正茂，有的呱呱墜地，有的壽終正寢。如果考察一下恒星的生活史，就會看到一組序列性的圖畫，并發(fā)現(xiàn)一個重大秘密。那就是，恒星的一生，宿命地決定于它們誕生時的初始質量。質量即命運！ 星云中的氣體塵埃是按自由落體方式從四面八方向質量中心墜落的。漸漸濃密的核心開始發(fā)熱，氣體塵埃慢慢達到了足夠厚度保持住核內的熱量。經(jīng)過幾百萬年的"原始積累"，溫度終于上升到1000萬度，核反應程序便啟動了！氫原子聚合的膨脹力頂住了向內繼續(xù)塌縮達到動態(tài)平衡，并將高溫從內部傳到表面而開始發(fā)光，一個"原恒星"就此進入了最美好的年華--輝煌而穩(wěn)定的主序星階段。恒星一生90%的時間處于赫-羅圖上主序星的位置。質量大的恒星需要更迅猛的核反應來抵消引力，因此會更快耗盡自己的燃料。按照質光關系，恒星的光度與質量的7次方成正比。大于太陽質量10倍的恒星，將比太陽亮百萬倍，而壽命卻短1000倍，僅僅百萬年間便結束了倉促而激烈的生命歷程。真應了"炎炎者滅，隆隆者絕"的古話。不過，由于共同的平衡模式?jīng)Q定，恒星的一般質量都在太陽的10倍和0.1倍之間，大于和小于百倍的極少。遠不象體積的懸殊可達千億倍以上。質量不超過太陽1.4倍的恒星，能在主序星階段維持至少50億年。 我們的太陽顯然是在那些"大而熱"的第一代恒星謝世后，才誕生的第二代甚至第三代恒星。不胖不瘦的"中等個頭"，使它在主序星的位置上已經(jīng)從容照耀了50億年。地球上得以出現(xiàn)生命并進化為智慧，正是取決于太陽的穩(wěn)定所提供給我們的充裕時間。但今天正值盛年的太陽，未來的前途和命運又將如何呢？ 再過50億年，太陽將從主序星的位置上黯然退下，走向生命史上的轉折點。氫的燃料瀕臨"坐吃山空"的邊緣，減慢下來的熱核反應已經(jīng)抵擋不住引力的塌縮。100億年間產(chǎn)生的氦開始聚集在中心，1億度的高溫使這些第一代核反應的"產(chǎn)品"成了第二代核反應的"原料"。3個氦核聚變?yōu)橐粋€碳核，放出新的能量。剩余的氫則把自己的反應區(qū)從中心推向外層。由于體積膨脹而光度增大，又由于輻射通量不能和表面積成比例翻番，致使有效溫度降低到2500度以下，太陽就成了一顆直徑擴展500倍的紅巨星。到那時，水星已被蒸發(fā)，金星將被吞沒，地球上的海洋也早就全部汽化。我們這顆變得"赤地萬里"的行星，將繼續(xù)在灼熱的太陽大氣殼層中守著曾經(jīng)溫馨的軌道悲壯地運行。不過，人類大約早已成為"多行星物種"，卷起鋪蓋到別的地方居住了。目前我們所看到的金牛α、獵戶α、天蝎α、牧夫α等都是掛在天上的"大紅燈籠"。恒星變?yōu)榧t巨星后，體積可以膨脹到10億倍。雙食星仙王座ω中的紅巨星，直徑比木星繞日軌道還要大。 然而，"紅光滿面"的虛胖和臃腫決不是健康的征兆。紅巨星收縮的內核與膨脹的外殼開始脫節(jié)并出現(xiàn)脈動。高溫高壓最終將碳也卷進了聚變成氧和氖的核反應中。這時，紅巨星的結構出現(xiàn)了重大變化，氧和氖的核心，外面依次裹上碳、氦和氫的不同包層，幾種產(chǎn)能機制各占地盤，各行其是，呈現(xiàn)出十分動蕩和混亂的局面。能量的生產(chǎn)終于接近尾聲，引力開始占據(jù)絕對上風，這時，星體的內核被壓縮成為地球上從未見過的高密度物質形態(tài)。如同一大箱電燈泡被壓成一小盒碎片，電子再也不能保持和原子核的正常距離而成為緊貼原子核的自由電子，原子核則均勻地"浸泡"在電子氣中，這便是我們所說的"間并"狀態(tài)。強大的重力到此才算被間并態(tài)電子排斥力所平衡。至于那層"大而無當"的外層氣殼，則被內核猛烈推開，形成一個看上去象煙圈般的行星狀星云，并在湍動中漸漸飄散。這時，脫掉外衣的白矮星便"亮麗登場"了。可以說，白矮星都是在紅巨星體內"長熟"的。這也是我們的太陽最終的歸宿。 天狼星伴星B是通過現(xiàn)代天體物理學發(fā)現(xiàn)白矮星的第一個例子。1834年，貝塞爾便觀察到天狼星沿著一條波紋線在軌道上運動并預言它會有一個伴星。32年后，美國儀器制造家克拉克在試驗望遠鏡時果然看到了這顆"暗伴星"。直到1914年美國天文學家亞當斯詳盡分析了天狼星B的光譜后，人們才斷定這是一顆白矮星。它和天狼星一樣熱，但亮度只及太陽的400分之一，直徑僅比地球大一倍，質量卻是地球的30萬倍。上面一塊麻將牌大小的"石頭"就有10噸重。地球上的鐘擺如果能"放"在那里，每秒會擺動180次。白矮星將在數(shù)十億年的漫長歲月里逐漸冷卻，變成一顆黑矮星。禁錮于其中的大量金剛石之類，將永不再參加宇宙的"物質貿易"。銀河系中有著幾十億處這樣的"恒星殘骸"和一片片"恒星公墓"。 如果白矮星處于雙星系統(tǒng)，并擁有一個紅巨星或主序星狀態(tài)的伴侶。情況也許便另有變化了。白矮星會以極強的吸引力，把伴星外層的氫和氦等氣體"吸吮"過來，并牢牢控制在自己的表面。這些"新鮮血液"為垂死的"小矮子"注入了"新的活力"，當氫和氦等氣體聚積到一定程度，便會點燃新的核聚變。一顆白矮星有時甚至會爆發(fā)多次。第谷當年把旋生旋滅、光度突增的亮星稱為"諾瓦"，意思是新星。每年銀河系中平均有二三十顆新星爆發(fā)。至于亮度驟然劇增千萬倍至上億倍的超新星爆發(fā)，則又屬于另一種機制了。 1967年11月，英國劍橋大學女研究生貝爾用射電望遠鏡觀測天空，發(fā)現(xiàn)了來自狐貍座方向以1.337秒為周期的脈沖無線電波，引起世界極大的轟動。當時人們尋找地外文明興頭正濃，便猜測可能是外星人向地球發(fā)出的聯(lián)絡訊號，并設想他們是靠體內的葉綠素進行光合作用的"小綠人"。 后來發(fā)現(xiàn)的天上的脈沖星越來越多，并且這種射電功率大約是人類所能發(fā)出全部功率的100億倍，對"小綠人"的狂熱期待才告破滅。人們調侃說，不要把自己的心跳當作夢中情人到來的馬蹄聲。 然而，脈沖星究竟是何方神圣？它如何能發(fā)出如此短促、精確而穩(wěn)定的脈沖電波？人們最后終于認定，這就是30年代以來，被奧本海默等科學家反復討論和苦苦尋找著的中子星。脈沖星的發(fā)現(xiàn)是20世紀60年代四大發(fā)現(xiàn)之一。盡管1974年諾貝爾獎的桂冠不公正地落在貝爾的老師休伊什的頭上，但這位時年24的英國姑娘貝爾仍將史冊傳芳，是她的發(fā)現(xiàn)結束了對中子星的"紙上談兵"。 中子星實在是一種匪夷所思的天體。按照錢德拉塞卡極限，白矮星的質量不能超過太陽1.5倍，否則，更大的引力將使間并態(tài)電子也無法抗衡，于是全部被壓進質子而結成間并態(tài)中子。這是抵抗引力塌縮的最后防線，整個星體成了一個無數(shù)中子擠成一團的超大原子核。每立方厘米就有一億噸，相當于全人類的重量總和。一個太陽質量的中子星，直徑只有14公里。中子星表面是比鋼還要強100億億倍的鐵質外殼，溫度達幾百萬度。上面最高的"山脈"不超過1厘米。逃逸速度達到每秒20萬公里，是光速的3分之2。一個70公斤的人如果站在這樣一顆中子星上，體重將達到200億噸，并因頭腳之間1800萬噸引力差產(chǎn)生的潮汐作用而被撕得粉碎。薩根曾風趣地設想，如果往你手上放一小塊中子星，它將洞穿你的手，并像石頭從空氣中落下一樣穿過地球，然后再反過來向地心回落，并因地球自轉而鉆出一條復雜的弧形彈道孔洞。 中子星自轉速度極快，1982年從波多黎各天文臺發(fā)現(xiàn)的中子星每秒自轉642周，但堅不可摧的引力使它決不會被甩得四分五裂。由于中子星具有同樣被壓縮幾十億倍的強大磁場，自轉軸和磁極又并不重合，猛烈拋射的螺旋電子流便會沿磁軸兩端產(chǎn)生強大的同步加速輻射。它們是"宇宙的節(jié)拍器"。如大海上燈塔的光柱，如草坪上噴灌的龍頭，掃過360度的空間，使我們在遙遠的地球上能收到這種脈沖射電信號。因此，中子星至今仍沿用著脈沖星的名稱。1968年，又發(fā)現(xiàn)蟹狀星云內的中子星同時發(fā)射可見光脈沖。質量大，密度高，自轉快，輻射強，是中子星的四大特點。隨著時間推移和能量消耗，它的自轉將由快到慢，輻射由強到弱，由可見光到射電輻射，直至停息。據(jù)估計，銀河系內有10萬顆中子星，能在地球方向探到射電信號的在1000顆以下。 可以有把握地認為，中子星誕生于超新星爆炸。如果恒星質量大于太陽30倍以上，便不能"金蟬脫殼"式地變成白矮星來和平"收場"了。崩潰的過程將更加暴烈和迅猛。內部的核反應從氫到氦、氦到碳、碳到氧、氧到鎂、鎂到硅、硅到鐵，一路向更重的物質聚合，直到這個核反應的"多米諾骨牌"在一堵"鐵"墻前面止住。鐵是宇宙中最穩(wěn)定的元素，處于能量低谷，它無論分裂或聚合都不再放出能量而只會吸收能量。于是，大自然只好另辟蹊徑，以極大的引力能量將鐵原子重新粉碎成構建物質的"基本磚塊"中子、質子、電子，并狂瀉出中微子把核心能量抽空。于是，驟然的大收縮引起外殼猛烈的"內向聚暴"，瞬時拋射出的能量相當于這顆恒星一億年間釋放的光熱，炸碎的外殼帶著95%以上的龐大的質量漫天飛散。這就是驚心動魄、輝煌壯麗的超新星爆炸。有時恒星核心的質量沒有達到錢德拉塞卡極限，也會在爆炸的超高壓下形成中子星。另一方面，如同溜冰運動員收起手臂會加速旋轉那樣，在劇烈收縮中形成的中子星因獲得了原來恒星巨大的角動量而能夠飛速自轉。 1054年，歐洲正處于不學無術的黑暗時代。中國宋朝天文學家在金牛座觀測到一顆超新星，并記載它"晝見如太白，芒角四出，色赤白"。時隔900多年后的今天，仍可看見當時沖擊波膨脹的輪廓。這便是距我們4500光年的蟹狀星云。超新星爆炸在銀河系中平均每千年有兩三次。1572年，1604年，第谷和開普勒又先后在仙后座和蛇夫座各觀測到一次。打從望遠鏡問世后，銀河系內再也沒有發(fā)生過超新星爆發(fā)而使天文學家頗感悵惘。不過，1987年，在僅僅16光年之外的大麥哲倫星云出現(xiàn)了超新星，為這些研究者的失落提供了一定補償。 越來越多的天文學家認為，太陽系的形成得益于超新星爆炸沖擊波對原始星云的壓縮和攪動。同時，超新星還是宇宙間一切重元素焙燒的"坩堝"和冶煉的"熔爐"。我們佩帶的金和獲取原子能的鈾，乃至血管里紅血球中的鐵，沒有一樣是地球上的"地產(chǎn)品"。50億年前，形成我們太陽的宇宙星云已再不是純凈的氫和氦，而是被超新星爆發(fā)灰燼嚴重"污染"的云團，其中自然界的92種元素早就一應俱全。當年有超新星爆炸，我們多么幸運。今天遠離超新星爆炸，我們又多么幸福。 在眾多明星讓我們眼花繚亂時，不要忘記恒星世界約87%成員的質量都在太陽的0.2至0.8之間。這些紅矮星是天上的"蕓蕓眾生"。由于光度昏暗，光譜級在K0到M5之間，很難被我們發(fā)現(xiàn)，大多是"無人知道的小草"。它們沒有轟轟烈烈、大起大落的豐富經(jīng)歷，過著平和、淡泊、節(jié)儉的生活。但卻以驚人的長壽閱盡天上滄桑。它們能在主序星階段停留200億至2000億年。打從宇宙誕生以來，還沒有接到過這類恒星去世的訃告。 有必要單獨寫上一筆的是造父變星。1784年，聾啞而早夭的荷蘭天文學家古德利克發(fā)現(xiàn)仙王座δ，也就是造父星的亮度有周期性變化。這顆星從4.3等上升到3.6等，5.4天后又回跌到原來的亮度。天文學家把光度呈周期性變化的星統(tǒng)稱為造父變星。我們熟悉的北極星便是其中的一顆。1912年，美國女天文學家勒維特進一步發(fā)現(xiàn)造父變星的亮度越高，光變周期越長。原來，這是因為它的體積在交替地一脹一縮。由于恒星的膨脹力和中心溫度的4次方成正比，當內部能量不足時，體積就會收縮。而收縮的壓力又加快了核反應，使體積再次膨脹。這種變化完全可以看做溫度和引力失衡的"早期癥狀"，所謂"光變周期"，正是它滑向紅巨星邊緣前粗重的"喘息"節(jié)奏。 但至少在幾千萬年的時間里，造父變星這種脈動是穩(wěn)定的。于是天文學家們大有可為了。造父變星一般都是大而亮的星，既然它的光變周期和絕對星等能夠準確地對號入座，便可以將它當作宇宙中的"標準燭光"，通過周光關系測量出造父變星所在星系的距離。盡管這把"量天尺"以后又因星族Ⅰ和星族Ⅱ的差異幾經(jīng)修正，但人類總算第一次獲得了測量銀河系外遙遠天體的能力。 現(xiàn)在，我們要聚精會神研究一下大自然中最神奇的怪物黑洞了。自20世紀60年代美國科學家惠勒提出這個概念后，便一直是天文學的前沿和科幻小說的熱門。要認識黑洞，我們不妨先回顧一下討論過的中子星。如果一顆恒星的質量大于太陽幾十倍，它便不一定能通過超新星爆炸來完全丟掉要命的"質量包袱"了。留下的收縮部分如果大于太陽質量的3.2倍，連中子星狀態(tài)也將無法支撐。巨大的引力會毫不含糊地壓碎中子，將塌縮進行到底。 那么，這個"自己把自己壓跨"的過程又究竟"伊于胡底"呢？它只能是個自由落體永遠落不到底的無底洞。物質將被壓縮進一個無窮小的奇點，只剩下一個重力場。如果中子星上還有超過每秒20萬公里的逃逸速度，在黑洞的"史瓦西半徑"內，則逃逸速度超過每秒30萬公里，連光也無法跑掉。我們自然也看不到黑洞"視界"內的一切。黑洞表面并沒有一層真正的"殼"，但也別認為黑洞是個又黑又空的大窟窿，它具有質量、旋轉與電荷，是宇宙中最密的物質和最實的實體，是萬有引力登峰造極的杰作和與恒星膨脹力斗爭最后勝利的凱歌！ 連光也逃不出來的黑洞，我們又如何才能發(fā)現(xiàn)它的存在呢？科學大師霍金引用過一個形象的比喻。穿著黑色晚禮服的男孩和穿著白色晚禮服的女孩在舞臺上攜手共舞。燈光暗了下來，男孩雖然已不可見，但女孩的舞步舞姿卻能顯示著男孩的存在。女孩是正常的恒星，男孩則是黑洞。科學家已經(jīng)觀察到天鵝座中一顆質量為太陽30倍的蘭色巨星和它的質量為太陽10倍的"隱形伴星"之間，就如舞臺上的女孩和男孩的關系。一個質量比太陽大10倍，已經(jīng)塌縮成比小行星還小的不可見天體，只可能是黑洞。除了讓藍巨星的軌道波動外，這顆暗伴星發(fā)出了天空中第二強的X射線，也進一步暴露了它的黑洞身份。 原來，黑洞無敵的引力使它會象一個饕餮成性，"越吃越能吃"的巨獸，把靠近的物質囫圇吞掉。比較一下水流進空洞產(chǎn)生的旋渦和龍卷風的風眼，在黑洞的史瓦西半徑大約200公里之外，也會有一個巨大的漏斗狀吸積盤。高速落入的物質在激烈的摩蕩下產(chǎn)生高溫并將質量的一部分變成最后的X線猛烈噴出，如同跌入萬丈深淵前發(fā)出的絕望叫喊。天鵝座的蘭巨星便正在用自己洪流般的外層物質，"喂養(yǎng)"著這個"弱肉強食"的掠奪者。天鵝X-1是被我們找到的第一個黑洞。 黑洞使周圍光線彎曲帶來的"引力透鏡"效應也已經(jīng)得到驗證。目前，主流的天文學界幾乎沒有人再懷疑黑洞的存在。圓規(guī)座X-1，御夫座εB等可以大體認定的黑洞已增加到30個。美國科學家最近用哈勃和錢德拉太空望遠鏡發(fā)現(xiàn)銀河系中心有一個碩大無朋的黑洞，質量為太陽的260萬倍。許多研究表明，黑洞直接關系到星系的起源。 誰也無法推測掉進黑洞中的境遇。時間停滯，幽明永隔，如果沒有化為齏粉，也會根據(jù)"無毛定理"被徹底"滅口"，而無法從"不可睹世界"回到"可睹世界"縱談黑洞中的況味。 地球如果壓縮到9厘米，也會變成黑洞?；艚鹫J為黑洞并非完全黑，它也會在極其漫長的時間里蒸發(fā)。而宇宙誕生時便有許多極小的"太初黑洞"。還有人根據(jù)對愛因斯坦廣義相對論關于黑洞周圍時空無限彎曲的不同理解，相信黑洞可能會如浴缸的下水口通到另一個房間那樣，是到達遙遠空間的"隧道"和"捷徑"。如果繪制一張宇宙圖并準確標明黑洞的進出口，將大大方便于"抄近路"做太空旅行。甚至認為白洞是黑洞的出口。這里，科學和幻想的界限又一次模糊了。但完全不同于胡思亂想，深刻而睿智的奇思妙想早已被證明是科學飛翔的翅膀。 [主持人我們對恒星的認識本來是從太陽開始的。但如果宇宙中只有一個太陽，沒有其他恒星的生命史作比照，我們將永遠不會知道自己的太陽從何處來，向何處去。 今天如日中天的億萬恒星，都是演化中的"臨時結構"。是大自然物質運動的一個環(huán)節(jié)。 在更高的宇宙結構層次中，我們的銀河系又處于什么位置？ 銀河系之外還有什么更遼闊寬廣的世界？ ?。ú稍L：河外星系） [主持人哥白尼把地球從宇宙中心移開后，確立了太陽的中心地位。沙普利又否定了太陽的神圣，指出它不過是銀河邊上的普通一星。人們后來終于認識到銀河系也不是宇宙的中心，更不是它的全部。 人類應該因此而更加自卑嗎？河外星系的發(fā)現(xiàn)使我們的地位又降了一個臺階，但對自然的認識卻又上升了一個臺階。 [電視片解說詞北半球的天文學家常常嫉妒南半球的同行，因為他們能觀察到大、小麥哲倫星云。 1521年，葡萄牙航海家麥哲倫率領著他的船隊作環(huán)球航行時，發(fā)現(xiàn)了這兩塊位于南天極附近劍魚座和杜鵑座的云狀亮斑。勒維特就是從小麥哲倫星云中找到造父變星的。大麥云距我們約16萬光年，直徑是銀河系的一半，有50億顆恒星。小麥云距我們19萬光年，直徑是銀河系的5分之1，有15億恒星。它們彼此相距5光年。如同月亮是地球的衛(wèi)星一樣，大小麥哲倫星云可以看作銀河系的衛(wèi)星星系。 仙女座星云則是銀河系在宇宙中的近鄰。它的規(guī)模比銀河系大一倍，距我們約225萬光年。天文學家最初就是看到它美麗的旋臂，才推測出銀河系可能也是旋渦結構的。美國科普作家阿西莫夫說，我們要想觀察到自己銀河系的全貌，就如同站在城市郊區(qū)低矮的屋頂上，透過塵霧向市中心眺望。而仙女座星系則如同展現(xiàn)在飛機舷窗下面的整個城市。 早在1755年康德就天才地指出，仙女座星云可能是和銀河系一樣的"宇宙島"。1920年，美國國家科學院組織了一次著名的辯論會，天文學家柯蒂斯根據(jù)仙女座星云中有"新星"閃亮判定它是遙遠的河外星系。而當年曾把太陽從銀河中心位置"拉下馬"的哈佛天文臺長沙普利則認為，仙女座星云轉動過快，一口咬定它跑不出銀河系這個一統(tǒng)的宇宙。著名的"沙普利-柯蒂斯之爭"再次昭示，由思想解放的先驅變?yōu)楸Ｊ赜^念的代表，科學史上不乏其例。 哈勃將星系分為螺旋星系，橢圓星系和不規(guī)則星系，還有一些附類。螺旋星系包括象輪子安在軸上一樣的棒狀星系。它們的核心主要由密集的星族Ⅱ盤踞，旋臂則是星族Ⅰ的"旋轉舞臺"并彌漫著大量氣體。旋臂并非固定的恒星組成，而是由于眾星在公轉中，通過旋臂這些"坎坷路段"時相對擁擠，在旋臂之間的"平坦路段"時相對松動造成的宏觀布局，因此不會"越擰越緊"。 旋渦星系直徑一般在1.6至16光年之間。占星系總量的75%左右。 橢圓星系小的如星團，大的超過銀河系百倍，多由年老的星族Ⅱ構成，氣體含量少，相對均勻分布成正圓球或橢圓球，占星系總量的20%。不規(guī)則星系一般較小，占星系總數(shù)的5%。大、小麥哲倫星系都屬于不規(guī)則星系。有人認為從不規(guī)則星系到螺旋星系，再到橢圓星系，反映了星系演化發(fā)展的不同階段。1943年，美國天文學家塞佛特又發(fā)現(xiàn)了一類完全不同的奇特星系，有一個很小又極其明亮的核心，被稱為塞佛特星系，它看來至少要從星系總數(shù)中占1%的份額。 星系同樣有成團分布的特征，孤零零"前不著村后不著店"的場間星系很少。但大尺度并不是小尺度的簡單延伸。如同餐桌上"碗"的數(shù)目不能和碗里"米"的數(shù)目相比一樣，星系團里的星系遠遠少于星系里的恒星。但恒星之間與自身尺寸相比卻隔得很開，而星系之間平均距離只有自身大小的幾倍而已。我們仍然用積習難改的"自我本位"眼光，將銀河系為中心，半徑大約300萬光年內的仙女座星系及40來個小些的星系叫做本星系團。在更高的層次上，我們這個本星系團又屬于以室女座星系團為中心的50多個星系團組成的超本星系團。不可思議的是，宇宙在這樣大的尺度上仍然還有結構，星系都分布在泡沫狀空間的"泡壁"上。它們如深海中儀態(tài)萬方的海螺、海貝、海星，有的象顯微鏡下精美的細胞和微生物。天文學家把目前可觀察的150億光年半徑范圍內大約1200億星系叫總星系，就是我們的宇宙。 星系之間會碰撞嗎？盡管概率極小極小，但有觀察顯示這種情況似乎發(fā)生過。不過最好別想象成兩架飛機迎頭相撞，也別當成兩軍相逢后捉對廝殺。星系內有巨大的空間，他們完全可以互相"穿過"，或者象兩股煙"飄"在一起。因此說星系碰撞，不如說是一種"會師"或"兼并"。當然少不了帶來氣體塵埃的湍動和輻射的增強，以至整個星系演化進程的改變和結構形態(tài)的重組。 但要想看到"兩家"的恒星紛紛撞碎和爆炸，那是大約要失望的。 隨著觀測手段日益強大，人們頗有點沾沾自喜。以為天上的東西幾乎已經(jīng)"一網(wǎng)打盡"，只用慢慢進行盤點和消化了。但一項新報告卻讓天文學目瞪口呆，那便是20世紀60年代四大發(fā)現(xiàn)中的另一項，類星體。事情可以從美國科學家桑德奇對劍橋第三射電星表上的等進行觀察研究說起。以往人們發(fā)現(xiàn)的射電源，都是具有相當延展性的一大塊星云。但3C273的輻射卻來自一個點而不是一個面。同時伴有物質噴流。它的光學對應體貌似恒星卻又"望之不似"，天文學家把這種似是而非的"類星體射電源"簡稱類星體。 經(jīng)過全力以赴的緊急搜索，天文學家發(fā)現(xiàn)的類星體已有數(shù)千個之多。這種天上的"四不象"具有許多令人困惑的特征。它們非常遙遠，距我們都在幾十億光年之外。整體光度變化顯示它們的大小如同一顆恒星，而亮度卻超過整個銀河系亮度的1000倍。它們出示的光譜也幾乎無法辨認。這下天文學家手足無措了，一時間各種理論百花齊放，應運而生。許多天文學家認為，類星體是宇宙邊陲上那些大而明亮的星系可以觀察到的星系核。而同樣遙遠，又亮又小，卻已經(jīng)不再發(fā)射電波的"藍星體"，即BSO，是類星體衰老后的形態(tài)。那些核心明亮的塞佛特星系則是介于類星體和普通星系之間的過度品種，它們如果再跨一步，就跳進了類星體的"龍門"。還有人認為類星體并不真的那么遙遠，它極大的光譜紅移是別的原因所造成。至于類星體的"中心發(fā)動機"是黑洞，類星體是和黑洞相反的"宇宙單行線"白洞，它的產(chǎn)能機**是正反物質湮滅。凡此種種，甲論乙駁，莫衷一是。類星體作為宇宙中最亮的天體，今天被我們看到的光芒在太陽誕生前幾十億年便已經(jīng)出發(fā)上路，從空間和時間深處送來了"早期宇宙"的"問候"和沿途捎帶的各種信息。 20世紀60年代4大發(fā)現(xiàn) |
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