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第19章 自然科学与探索(4)

对温室效应论的质疑

尽管温室效应论十分盛行,但科学界也有不同的声音。很多科学家认为,尽管20世纪的气温总体呈上升趋势,但二氧化碳的浓度变化曲线与气温变化曲线并非完全一致,例如20世纪40至80年代,全球范围内有过降温的过程。

他们认为气候变化受地球自身反馈机制的影响,温室效应并不像有些人说的那样“神通广大”。

太阳系中最明亮的彗星——哈雷彗星

彗星属于太阳系小天体,没有固定的体积,主要由彗核、彗发和彗尾组成,质量非常小。大部分彗星都不停地沿着很扁长的轨道围绕太阳运行。哈雷彗星是人类最早发现其运动周期的一颗彗星。它的发现,是天文学领域里的一项杰作,为天文学的研究打开了新的局面。

迟来的荣耀——哈雷彗星的发现

中国是世界上公认的最早进行彗星观测和记录的国家。中国古书《淮南子·兵略训》中就记录了公元前1057年出现的一颗彗星,它就是后来被命名为“哈雷”的彗星。

1682年8月,这颗彗星再次回归。当时,年仅26岁的英国天文学家哈雷仔细观测、记录了彗星的位置和它在星空中的逐日变化。在通过大量的观测、研究和计算后,他大胆地预言,1682年出现的那颗彗星,将于1758年底或1759年初再次回归。

在哈雷去世16年后,1758年年底,这第一颗被预报回归的彗星被一位业余天文学家观测到了,它准时回到了太阳附近,哈雷的预言得到证实。后人为了纪念他,把这颗彗星命名为“哈雷彗星”。

哈雷彗星的公转

在公元前239年到1986年,哈雷彗星的公转周期在76.0至79.3年之间变化。引起周期变更的主要原因是主行星的引力作用。同时,靠近太阳时,它会大量蒸发,这也是一个重要原因。

哈雷彗星的公转轨道是逆向的,与黄道面呈18度倾斜。另外,像其他彗星一样,它的偏心率较大。哈雷彗星的彗核非常暗,是太阳系中最暗的物体之一;哈雷彗星彗核的密度很低,大约0.1克/立方厘米,说明它多孔,这可能是因为彗核中的冰升华后,大部分尘埃的留了下来所导致。

自然奇迹——“彗星蛋”

哈雷彗星似乎与地球上的母鸡结下了不解之缘,每次哈雷彗星回归,在地球附近出现时,地球上就会有一枚奇异的“彗星蛋”诞生。

1682年在德国、1758年在英国、1834年在希腊、1910年在法国、1986年在意大利,都出现了带有彗星图案的鸡蛋。

科学家认为“彗星蛋”可能与免疫系统的效应甚至生物进化有关。

太阳表面的黑色斑点——黑子

在太阳的光球层上,有一些旋涡状的气流,像是一个个浅盘,中间下凹,看起来是黑色的,这些旋涡状的气流就是太阳黑子。太阳黑子是在太阳光球层上发生的一种太阳活动,是太阳活动中最基本、最明显的一种。

蝴蝶图——黑子的分布

通过长期观测,人们发现太阳黑子在日面上的活动是有规律性的。一开始,几乎所有的黑子都分布在南、北纬30度内,太阳活动剧烈时,它往往出现在南、北纬15度处,并逐步向低纬度区移动,在南、北纬8度处消失。在上一个周期的黑子还没有完全消失时,下一个周期的黑子又出现在南、北纬30度附近。如果以黑子的纬度为纵坐标,以时间为横坐标,绘出的黑子分布图很像蝴蝶,因而称其为蝴蝶图。

黑子的集合——黑子群

太阳黑子大多成群出现,最大的黑子群由100多个黑子组成。黑子群按照磁场性质可分为单极群、双极群和复杂极性群。黑子群中不同极性黑子之间的连线称为磁轴,在大多数情况下。磁轴对太阳赤道的倾角小于30度。当大的黑子群出现时,地球上就会产生磁暴、极光和电离层扰动。

黑子对地球的影响

当太阳黑子活动增强时,会引发全球性的强烈地磁场扰动,也就是我们常说的磁暴。磁暴可能引起电离层暴,从而干扰短波无线电通讯;也有可能干扰电工、磁工设备的运行和各种磁测量工作。

当地球磁场受到太阳黑子活动影响发生剧烈变化时,人体的生物磁场也随之变化,细胞代谢由此受到影响,最终导致神经系统功能发生变化,使精神疾病发作。

“吃掉”一切的神秘天体——黑洞

黑洞又称星坟,是一种很特殊的天体,它的体积极小,但是质量极大。它有一个封闭的边界,好像一个巨大的洞,外来的物质和辐射可以进入到边界之内,但是边界内的任何物质都不能跑到外面去,包括光线。黑洞是21世纪最具挑战性、最让人激动的天文发现之一。

黑洞的发现

20世纪后期,美国科学家韦勒发现,太空中有一些质量很大的天体,由于内部存在强大的引力,长时间以后自行坍塌成一种密度大、体积小的新天体。韦勒将其命名为“黑洞”。之所以这么叫,是因为人们根本看不见它,它不向外界发射或反射任何光线。

黑洞如何“隐身”

黑洞的一大特点,就是具有别的天体所不具备的“隐身术”,人们无法直接观察到它。这是由弯曲的空间导致的。

根据广义相对论,空间会在引力场作用下弯曲。这时候,光在两点之间传播,走的已经不是直线,而是曲线。在黑洞周围,空间的这种变形非常大。这样,即使是被黑洞挡着的恒星发出的光,虽然有一部分会落入黑洞中消失,可另一部分会通过弯曲的空间绕过黑洞而到达地球。所以,我们仍然能观察到黑洞背面的星空,就像黑洞不存在一样。

不朽的发现——霍金辐射

1974年,英国科学家霍金提出,所有的黑洞都会慢慢蒸发,而且会稳定地向外界发射粒子,这种黑洞辐射被称为霍金辐射。由于这种辐射,黑洞周围的引力场释放出能量,同时消耗黑洞的能量和质量。黑洞损失质量时,温度和发射率增加,从而使质量损失得更快,体积越来越小,最后,黑洞会在爆炸中毁灭。

宇宙大爆炸的假说

宇宙大爆炸理论是一种关于宇宙起源的假说。这种假说认为,约在150亿年前,所有物质都高度密集在一点,因为有着极高的温度,而发生了巨大的爆炸。大爆炸发生后的几分钟内,原子微粒结合成氦和氢,以后又逐渐形成了现在我们看见的和看不见的一切天体和宇宙物质。

现代宇宙学的主流——大爆炸理论的提出

1929年,美国天文学家哈勃在一次研究中偶然发现,银河外星系中的绝大多数星系都在逐渐远离地球所在的银河系。由此他进一步推断,宇宙正在逐渐膨胀,宇宙间的各星系彼此间的距离越来越远。

1932年,比利时天文学家勒梅特首次提出了现代宇宙大爆炸理论:整个宇宙最初聚集在一个“原始原子”中,后来发生了大爆炸,碎片向四面八方散开,形成了现在的宇宙。

20世纪40年代,美籍俄国天体物理学家伽莫夫,第一次将广义相对论融入到宇宙理论中,提出了热大爆炸宇宙学的模型。20世纪60年代,彭齐亚斯和威尔逊发现了宇宙背景辐射,后来他们证实宇宙背景辐射是宇宙大爆炸留下的遗迹,从而为宇宙大爆炸理论提供了重要的依据。

来自大爆炸理论的答案

宇宙大爆炸理论虽然只是一个设想,但它对天文学中的许多观测事实都给出了合理的解释。它认为所有恒星都是在宇宙温度下降后产生的,因而任何天体的年龄都应比从宇宙温度下降到今天这一段时间要短,各种天体年龄的测量都证明了这一点。

在各种不同天体上,氦丰度相当大,而且大都是30%,用恒星核反应机制不足以说明这种现象产生的原因。而根据大爆炸理论,早期温度很高,产生氦的效率也很高,则可以说明这一事实。

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