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第17章 太阳系奥秘(2)

以前人类观察太阳,犹如井中观天。在相当长的历史时期,古人把太阳作为神来崇拜。希腊的太阳神名字叫阿波罗,阿波罗每天把太阳载在金光灿灿的马车上从东边的大海登上天空,晚上隐没在西方的大海里。墨西哥的阿斯德加人甚至把人作为活祭品供奉给太阳,以为这样太阳才能长久生存。后来,开始从事农耕的人类,为了知道季节而开始对太阳的观测。在中国,传说在尧帝时,已经有了专司天文的官员“羲仲”负责观象授时,由于有一次预报日食出了差错,而被尧帝处以死刑。尧帝还派“羲仲”到山东半岛去祭祀日出,目的是为祈祷农耕顺利。当时已经用太阳纪年了,一年为366天。到公元前600年左右的春秋时代,人们能够用土圭观测日影长短的变化,以确定冬至和夏至的日期。我国的甲骨文上还有世界最早的日食记录,即发生在公元前1200年左右。大约从公元3世纪魏晋时期开始,就能比较准确地预报日食了,并且逐渐形成了一套独特的方法和理论,这也是我国天文学史上的一项重要成就。

太阳对于地球上的人们,乃至地球上的一切,无疑是非常重要的。把太阳作为远离地球的天体之一来研究的天文学已经有了日新月异的发展,从而使我们拥有的太阳知识也日益丰富、准确起来。空间技术的发展是突飞猛进的,一艘艘无人太空船或载人宇宙飞船带着人们无限希望相继升空。探索宇宙之路是永无止境的,我们相信终有一天会揭开太阳的奥秘。

太阳上的多种元素

1868年8月18日,印度发生了

一次日全食。法国经度局研究员、米顿天体物理天文台台长詹森为了抓住这千载难逢的观测机会,特意带着他的考察队专程赶往印度观测,希望弄清日珥现象产生的原因。他在观测日全食时发现太阳的谱线中有一条黄线,并且是单线。而钠元素的谱线是双线,所以詹森肯定它不是早就发现的那种钠元素,第二天的观测也证实了这一点。

詹森把太阳中存在又一新元素的重大发现写信通知了巴黎科学院,1868年10月26日这一天,詹森收到了另一封内容相同的信,那是英国皇家科学院太阳物理天文台台长洛克耶寄来的。两个著名科学家不约而同地发现,使人们确认了这是一个新元素。这就是在地球上发现的第一个太阳元素——氦。后来,人们在地球上也发现了氦元素。

在1869年和1870年,科学家们又进行了两次日全食观测,人们又发现了一条绿色的谱线,天文学家们证实这也是一种新元素,并给它命名为“氪”,但这个元素后来没有被列人化学元素周期表。瑞士光谱学家艾德伦经过70多年的研究,发现“氪”不过是一种残缺的铁原子——铁离子。它是失去9—14个电子的铁,是一种极其特殊的环境下的铁。

经过长期的观测,科学家们发现,太阳上元素最多的是氢和氦,比较多的元素有氧、碳、氮、氖、镁、镍、硫、硅、铁、钙等,还有60多种含量极其稀少的元素。到20世纪80年代,科学家们认定的太阳上有73种元素。此外还可能有从氢到氦19种元素存在,其中包括9种放射性元素。

太阳上到底有多少种元素,相信随着探测技术的进步,这个谜很快就能解开。

太阳震荡之诚

太阳表面丰富多彩的活动现象已经令我们眼花缭乱,然而20世纪60年代初,天文学中的一项重大发现更令我们惊讶不已。1960年,美国天文学家莱顿将最新研制成的强力分光仪对准太阳表面上一个个小区域,准备测定它沸腾表面运动的情况。

结果他意外地发现了一件令人十分惊异的现象,太阳就像一颗巨大的跳动着的心脏,一张一缩地在脉动,大约每隔5分钟起伏振荡一次。这次莱顿发现的太阳上下振荡和以前发现的太阳黑子、日珥等各种太阳运动现象都不同,它不仅具有周期性,而且整个日面无处不在振荡。

“多普勒效应”的功劳

太阳距离我们十分遥远,即使通过口径最大的光学望远镜,我们也根本无法看到它表面的上下起伏。目么,莱顿又是怎样发现太阳表面的这种振荡呢?说起来这还要归功于著名的“多普勒效应”。

大家都知道,当一个声音在接近或远离我们的时候,就会发生“多普勒效应”。当它接近我们时,我们接收到的频率升高了,当它离开我们时,我们接收到的频率降低了。与声波一样,光也是一种波,自然也有“多普勒效应”。当光波朝向或远离观测者时,光的频率也要发生变化。在由红橙黄绿青蓝紫七色光组成的太阳连续光谱上,紫色光的频率最高,红色光的频率最低。这个彩色的连续光谱上面还有许多稀疏不匀、深浅不一的暗线,是太阳外层中的一些元素吸收了下面更热的气体所发出的辐射而形成的,叫做吸收线。在观察太阳光谱的时候,如果我们一直紧紧盯住连续光谱上的一条吸收线,那么当太阳表面的气体向上运动时,也就是朝我们“奔驰”而来的时候,吸收线就会往光谱的高端即紫端移动,简称紫移;反之,当气体向下移动时,吸收线就会往光谱的低端即红端移动,简称红移。如果吸收线一会儿紫移,一会儿红移,不断地交替交换,目么太阳的表面气体就在上下振荡。

说来简单,实际观察起来困难重重。因为太阳离我们很远,而且它振荡的幅度和速度都不大,所以光谱线的位移量也很小,大约只有波长的百万分之几。可想而知,这样微乎其微的变化,发现它是多么不容易。莱顿使用非常精密的强力分光仪拍下一张张太阳光谱照片,然后利用“多普勒效应”的原理,通过计算机进行反复的分析,最后才发现了太阳表面周期振荡的重要现象。

接踵而至的新发现

太阳5分钟振荡周期从根本上改变了人们对太阳运动状态的认识,世界各国的天文学家对这个问题都十分重视,许多天文学家纷纷采用各种不同的方法对太阳进行观测。他们不仅证实了太阳表面5分钟的振荡周期,而且接连地又发现了其他好几种周期的振荡。有人得到周期为52分钟的太阳振荡;有人得到周期为7—8分钟的太阳振荡。最引人注意的是前苏联天文学家谢维内尔和法国天文学家布鲁克斯等得到的周期为160分钟的长周期振荡。

i射维内尔观测小组在克里米亚天体物理台首先观测到这种长周期振荡。1974年,他们把由光电调节器和光电光谱仪组成的太阳磁象仪安装在太阳塔的后面,利用它来观测连接太阳极区的窄条的光线以避开太阳赤道部分的视运动。来自太阳中心的光线发生偏振,而来自太阳边缘的光线没有偏振,这两部分光线分别照在两个光电倍增管上,这两个光电倍增管的输出就表示中心光线是否相对于边缘发生了多普勒位移。i射维内尔小组利用这种方法在1974年秋季观测到太阳160分钟的振荡周期。

1974年秋,克斯在中 ,利用共振散射方法测定太阳吸收线的多普勒位移的绝对值,进行了十多天的观测,也观测到了太阳160分钟的振荡周期。

太阳160分钟振荡周期

被观测到以后,许多天文学家对它表示怀疑。有人认为这种振荡可能是一种仪器效应,也可能是地球大气周期性变化的反映。后来,美国斯坦福大学的一个天文小组用磁象仪观测到了太阳的160分钟振荡周期。一个法国天文小组在南极进行了128个小时的连续观测,同样观测到了160分钟太阳振荡周期。南极夏季每天24小时都能看到太阳,不存在大气的周日活动问题。另外还有两个相距几千千米的天文台同时进行观测,也都观测到太阳的这种长周期振荡。这两个台相距遥远,在长时间观测中大气的影响可以相互抵消了。太阳长周期振荡的现象终于得到了证实,疑问才被打消。

太阳表面到处振荡不停,不仅有升有落,而且有快有慢,这是一幅多么蔚为壮观的景象阿!

太阳振荡是怎样产生的

太阳振荡是怎样产生的?这是科学家们最关心的事情。目前,科学家们已经认识到,太阳振荡虽然发生在太阳表面,但其根源一定是在太阳内部。使太阳内部产生振荡的因素可能有三个,即气体压力、重力和磁力。由它们造成的波动分别称为“声波”“重力波”和“磁流体力学波”,这三种波动还可以两两结合,甚至还可以三者合并在一起。就是这些错综复杂的波动,导致了太阳表面气势宏伟的振荡现象。人们认为,太阳5分钟振荡周期可能是太阳对流层产生的一种声波,而160分钟的振荡周期则可能是由日心引起的重力波。但是,这些解释究竟正确与否,目前还不能完全肯定。

声波是一种比较简单的压力波,它可以通过任何介质传播。太阳的声波是与地球内部的地震波有些相似的连续波,它们传播的速度和方向依赖于太阳内部的温度、化学成分、密度和运动。和地球物理学家通过研究地震波去查明地球内部的构造模式类似,天文学家正利用他们所观测到的太阳的振荡现象,去窥探太阳内部的奥秘。

神秘天体围绕太阳运行

英美科学家们惊奇地发现,已飞行很久的“先锋10号”宇宙探测器竟给他们带来一个令人振奋的消息,一个新的天体正围绕太阳运行。

观测者们还没有见到这一天体,但他们坚信它的存在,因为“先锋10号”的轨道因它而发生了变化!

据悉,如果这一发现属实,那它将成为因重力这一唯一原因而被发现的太阳系中的第二颗行星。第一次是1846年海王星的发现:科学家在1787年发现了天王星,后来发现天王星的轨道十分异常,从而发现了对其具有引力的海。

这颗新星是由英美天文学家组成的小组发现的,它很可能就是所谓的“Krner带”天体。而“先锋10号”的轨道数据则来自英国宇航局“深度空间”网络,这一网络是由一系列大型射电望远镜构成,目的是为了观测太空深远处的情况。

早在1992年12月8日,那时“先锋10号”已飞离地球84亿千米,该天文小组就发现探测器的飞行轨道出现偏差,他们一直在研究这一现象,希望找出原因。直到最近,在经过多种方法分析研究“先锋10号”发回的数据后,他们才肯定了自己的推论:即太阳系又有了新成员。

在近几个星期中,他们力图计算出此天体可能达到的最远距离以及具体位置。他们初步预计,此天体是在撞上一大行星后而被抛到太阳系边际的。该天文小组的一位英国博士称,“我们对这一发现欣喜若狂,它真是天文学上一个极好的标志性事!”

据称,这一天体可能是在茫茫宇宙中已知的数百个围绕太阳运行的天体中的一个,它们大都是由冰及岩石构成,且远在海王星之外。这些天体在行星大家族中属于小字辈,直径仅有几百千米,但天文学家相信,有几百万个这种小行星在围绕太阳运行,并形成一条庞大的“星带”。1992年,天文学家发现了第一个这。

1972年3月,“先锋10号”被发射升空,它是第一个要穿过火星及木星间的小行星带,飞向更远太空的探测器。但天文学家无法知道,它是否能安全闯过这一地段。

“先锋10号”也是第一个到达气体行星一木星的探测器。随后,它又成功飞离太阳的行星系统。虽然它还未进人星际领域,但这已开了太空探测器的。

在“先锋10号”飞了25年后,虽然它仍在发回信息,1997年美国宇航局还是暂停了对它的监控。

据悉,“先锋10号”将在200万年后到达金牛座星群。

太阳系中最有可能存在生命的星球

智慧生物与生命是两个不等同的概念。即使我们能十分有把握地断定’在太阳系诸天体中,除地球外,没有任何一个天体拥有智慧生物,但仍不能肯定,在其他天体中也不存在任何生命活动,特另是那些低等的微生物。

在被怀疑拥有原始生命的太阳系诸天体中,火星是被议论得最多的一个。

在20世纪70年代,“水手号”和“海盗号”飞行器对水星的探测,终于否定了“火星人”的神话。然而,从海盗号探测站所做的三项实验来看,却不能绝对地肯定,目里不存在任何生命形态。

第一项实验是检查有无以光合作用为基础的物质交换,结果是否定的。第二项实验是仿效地球上的物质交换,视察澄清土壤样品中有无微生物。实验时在土壤样品中加人含碳14的培养液,若土壤中有生物,会吸收与消化养分,会排出有放射性的碳14,这可在计数管中进行检测,结果记录到了。而在预先经过消毒处理的土壤中则没有记录到。第三项实验是测量生物与周围环境所发生的气体交换。在加人培养液的土壤样品中,质谱仪记录到有氧的发生,但两小时后却突然停止,不过微量二氧化碳的析出却持续了11天之久。有人指出,如果土壤中存在过氧化物,那么氧的析出就可能不是生物造成的。因此根据这三项实验的结果,人们既不敢肯定,也不能否定火星上生命存在的可能性。即使退一步说,这三项实验证明了火星上没有生命。但它毕竟只能反映实验地点的情况,而不能以点代面地说明整个火星的情况。

在早期的考察活动中也确实没有发现“定居型”的生物。然而在1977年,人们却在目里的石缝中找到了地衣和水藻。一些火星研究者指出,在火星赤道附近有两个地方,土壤中水的含量要比别处丰富得多。每天每平方厘米的地面至少能释放出100毫克的水(一到夜晚,水汽则凝结为霜,因此这两个地方从地球看去要比火星其他地方明亮得多)。他们认为这两个地方的环境比地球上一些已发现有微生物的极端恶劣环境,更适于生命的存在。

美国国家航空航天局在斯坦福大学最近发表了一篇报告,认为40亿—45亿年前,南极大陆上曾存在微生物。而从南极大陆的火星陨石中发现的显示火星生命体存在的物质看,地球外存在有生命体的迹象。

美国国家航空航天局局长克鲁把火星上可能存在生命体这个宇宙研究史上的最新发现称之为“令人震惊的发现”。

新发现是从1984年被发现的12个陨石中的一个叫做“ANL8400”的南极陨石分析中产生的。它大约是1500万年前火星与木星间小着星群碰撞的结果,大致在1300万年前落在南极大陆,年龄是40亿—45亿年。

美国国家航空航天局和斯坦福大学的研究表明,对陨石进行薄片分析后,能见到一种“多循环芳香碳水化合物(AH)”的有机物。这种有机物可以证明火星的生成过程或微生物存在的可能性,从陨石切片,可以得出火星上曾有生存在的迹。

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