第2章 宇宙的奥秘——无限未知的星空世界探奇(1)
宇宙诞生之谜
进入21世纪，科学技术水平已经达到了前所未有的高度，但是一些长久以来困扰人类的问题仍然困扰着人们。比如：宇宙是怎么样诞生的？
在欧洲一些古老的神话中，神是宇宙万物的创造者；我国民间也有着很多美丽的传说：盘古开天、女娲补天……但这些毕竟只是神话故事，并没有从科学的角度来研究和探索这一问题。随着科学技术的不断进步，对于宇宙的起源、宇宙的年龄、宇宙的运动等问题，科学家给出了新的答案。
在关于宇宙起源的各种假说中，宇宙大爆炸理论是最著名、影响最大的一种。这一学说是美国天文学家伽莫夫提出的，基本观点是：宇宙曾有一段从密到稀，从热到冷，不断膨胀的过程。这个过程就好像是一次规模巨大的爆炸。到今天为止，宇宙大约经过了200亿年的演化过程，该过程可以分为三个阶段：
第一阶段，爆炸刚刚开始，整个宇宙还处于一种高温高密的状态，温度在100亿摄氏度以上，光辐射极强，所有天体都还没有诞生。
第二阶段，整个宇宙体系不断膨胀，温度很快下降。
第三阶段，也就是从宇宙的温度下降到1.2万℃之后直到现在，大约有200亿年。由于温度降低，辐射减退，宇宙间充满了气态物质，气体逐渐凝聚成云，再进一步形成各种各样的恒星体系，最后就成了人们今天看到的星空世界。
宇宙大爆炸理论虽然影响深远，但并不是唯一为人所认同的理论。近年来，宇宙大爆炸理论一再受到冲击。一个国际天文学家小组利用哈勃太空望远镜进行观测后发现，宇宙正在迅速膨胀，其速度比宇宙大爆炸理论所认为的还要快得多。以这个速度推算，宇宙可能只有80亿年的历史。而银河系中的一些恒星却要比这老得多，银河系的历史有可能长达160亿年。
恒星比整个宇宙还要年老，这似乎是不可想象的。一种可能是，人们对恒星年龄的估算得并不正确，另一种可能就是宇宙大爆炸理论错了。看来，要想真正解开宇宙的起源之谜，还需要科学家们进一步努力。
宇宙大小之谜
宇宙中有数以亿计的天体，这些天体都是十分巧妙而有规律地相互组合的，大多数的星体构成星系，比如我们的太阳系就是。星系再构成银河系，宇宙中至少有10万个大大小小的银河系。
宇宙空间是十分广阔的，光在一秒钟内可走30万千米，单是我们地球所在的银河系，跨幅的阔度就有10万光年。宇宙中有10万个银河系，那么，宇宙究竟又有多大呢？宇宙是有限的，还是无限的？它到底有没有尽头呢？
中国古代很早就有一些天文学家认为宇宙是无限的。尸佼在《尸子》一书中说：“天地四方曰宇，往古来今曰宙。”他把空间和时间联系起来思考，从而模糊地表示了宇宙在空间上和时间上无限的思想。《列子》一书的作者认为，大地仅仅是宇宙间一种很小的东西，而不是宇宙的中心；“上下八方”都是“无限无尽”的而不是“有极有尽”的。唐代著名的哲学家柳宗元曾在《天对》中说过，宇宙“无中无旁”，即没有中心也没有边界。
大约在公元140年，古希腊著名天文学家托勒密在总结前人天文学说的基础上，提出了“地心说”，认为地球是宇宙的中心，太阳、月球、行星和恒星都围绕地球转动。在后来的1000多年中，托勒密的地球中心说一直在欧洲占统治地位。到16世纪，波兰天文学家哥白尼经过40多年的辛勤研究，于1543年提出了“日心说”，认为太阳是宇宙的中心，地球和其他行星都围绕太阳转动。他把宇宙的中心从地球搬到了太阳，把人类居住的地球降低到了普通的行星地位，从而开始把自然科学从神学中解放出来，并且动摇了神权对于人类的统治。但是，由于受当时生产力水平和实践条件的限制，哥白尼和托勒密一样，都把宇宙局限在很小的范围内，错误地认为太阳系就是全部宇宙，把宇宙看成是有限的，即有边界的。
1584年，意大利哲学家布鲁诺在伦敦出版了《论无限宇宙和世界》一书，十分明确地提出了宇宙无限的理论。他指出：“宇宙是无限大的，其中的各个世界是无数的。”他认为，在任何一个方向上，都展开着无穷无尽的空间，任何一种形状的天空都是不存在的，任何的宇宙中心都是不存在的。所有的恒星都是巨大的球体，就像太阳一样。他把太阳从宇宙的中心天体降为一个普通的恒星。
20世纪后，爱因斯坦提出了广义相对论。他所提出的宇宙模型是一个“有限无边”的体系。所谓有限，指的是空间、体积有限；所谓无边，指的是这个三维空间并不是一个更大的三维空间中的一部分，它已经包括了全部空间。
我们可以这样来理解爱因斯坦的理论：假如有一只小蚂蚁在一个大球上爬行，这个球本身是有限的，但球面根本没有边界，所以对于蚂蚁来说又是无限的。而我们人类就和这只蚂蚁一样，生活在这样一个有限而无边的宇宙中。
在爱因斯坦之后，天文学家又提出了新的宇宙模型学说，认为宇宙的空间尺度随着时间一直在不断增大，也就是说，宇宙从诞生至今，每时每刻都在膨胀，一直没有停止过。
既然宇宙处在不断膨胀的运动中，那么它的边界每时每刻都应该有具体的位置，从这个意义上说，宇宙应该是有限的。然而，宇宙的边界又在不断地向外扩展，科学家们还无法推算出它最终将膨胀到什么程度，会不会永远膨胀下去。从这个意义上讲，宇宙又是无限的。
总之，目前人们对宇宙大小的种种说法，多数是一种猜测，还没有完全被天文实践所证明。宇宙到底有多大，是有限的还是无限的，至今还是一个谜，还有待于航天技术的发展和天文学家的进一步研究探索来加以证明。
太阳系起源之谜
关于每天给予地球光和热的太阳，地球上很多地方都编织了精彩的神话故事，地球上的很多原始部落都曾经将太阳作为图腾进行膜拜。以太阳为中心，和所有受到太阳引力约束的天体的集合体：8颗行星（冥王星已被开除）、至少165颗已知的卫星，和数以亿计的太阳系小天体。这些小天体包括小行星、柯伊伯带的天体、彗星和星际尘埃构成了太阳系。太阳系是怎样起源的呢？
法国的布封最先提出了灾变学说，20世纪50年代后又有人相继提出。这种学说认为太阳物质和行星物质来源于同一个共同体，太阳和行星的关系如同母亲和子女一样，两者有“血缘”关系，而太阳系起源于一次偶然的撞击。例如在靳斯和杰夫瑞斯的灾变假说里，他们曾设想有另一个巨大的恒星从太阳旁边掠过，或甚至发生边缘碰撞，于是从太阳体中引出了一条带状物质，两个星球的相对运动给了这一带状物质以一定的角动量。在巨大的恒星掠过后，这条带分裂成若干块，以后就各自成了行星。但是这种观点不能广泛为人所接受。因为从撞击的角度说，如果一个小的天体去撞击太阳，不可能把太阳上的物质撞出来；而恒星与太阳相撞的可能性就更小了。
曾经轰动一时较为著名的太阳系起源假说是德国哲学家康德提出的星云假说。星云假说的主要观点是：宇宙空间存在着许多巨大的星际云，大约在46亿年前，在银河系的盘状的体系中，离开中心大约25亿亿千米的地方，存在着一个大小约等于现在太阳直径500万倍的云团。这个云团的成分主要是氢分子，同时含有少量的氦分子和由其他元素构成的尘埃。这个云团因为来自内部物质的引力作用，开始迅速收缩，就如一幢高楼大厦在顷刻之间坍塌。
在大约40多万年之后，在云团中心形成了一个高温、高压、高密度的气体球，并在其核心触发了由四个氢原子核聚变成一个氦原子核的反应，释放出大量的热和光。它就是太阳。
康德的星云假说，在一定的程度上解释了太阳与七大行星的起源过程，但是这种理论也存在着某种漏洞，例如：一团在旋转中的星云，无论其速度是快的还是慢的，都没有任何理由可以说明能够在旋转中分离成一个中心和边缘的七个环，怎样才能获得切线力？而且还有不少的卫星、彗星又应怎样才能从主体的旋转中独立地异转起来？
面对人们的疑问，法国天文学家拉普拉斯又提出了一个新的太阳系起源星云假说，他认为：太阳系原是一团旋转的星云，因冷却而收缩，于是越转越快，在旋转快到一定程度时，星云外缘的离心力超过了吸引力的控制，便分离出了一个圆环；此后星云继续收缩，又可分离出另一个圆环。如此继续下去，于是前后七次共分离出了七个圆环，后来这些圆环便各自收缩冷却聚成了行星。卫星系的形成也经过了类似的过程。这样，太阳系的轨道规律性得到了很自然的解释。拉氏还举出土星环作为这种设想的实例，然而土星环是稳定的，始终不曾凝聚成星球体。正是由于这个原因，才使人们对这个假说最早发生了怀疑。因为即使太阳能抛出圆环，这些圆环也未必能聚成行星。而且太阳转动速度也根本不足以使物质从它的赤道面上分离出去。因此，拉氏的设想若能实现，太阳的转动速度将要快得多。
还有一种俘获说。这种观点首先认为太阳是最早形成的星体，太阳在星际空间运动中与其他的一些星际物质发生碰撞，这些星际物质后被太阳的引力所捕获，在太阳引力的作用下这些物质开始做加速运动，最后形成了行星。
总之，各种学说都有自身的理论和不足，关于太阳系的起源一直没有定论。科学家相信，太阳的外层依然保存太阳系星云的最初遗迹，并会不断燃烧，以太阳风粒子的形式抛射出来，向人类披露太阳系星云的最初元素组成情况，使得人类得以解开太阳系星云是如何坍塌并最终形成的太阳系。
太阳黑子之谜
人们平常看到的太阳表面，叫做光球，它是太阳大气最下面的一层。一些旋涡状的气流，像是一个浅盘，它的中间凹进去好几百千米。这些旋涡状气流很像大小不等的、形状很不规则的窟窿，很黑很黑，这就是天文学家所说的太阳黑子。黑子本身并不黑，它的温度一般也有四五千摄氏度，但是比起光球来，它的温度要低一两千度，在更加明亮的光球衬托下，它就成为看起来像是没有什么亮光的、暗黑的黑子了。假设光球上百分之百地覆盖着黑子，太阳仍旧会是相当亮的，只是比现在看到的稍微暗一些罢了。
太阳黑子活动有一定的周期性，这个周期平均约为11年。在前4年左右的时间里，黑子不断产生，越来越多，活动加剧，黑子数达到极大的那一年，称为“太阳活动峰年”；在随后7年左右的时间里，黑子越来越少，活动逐渐减弱，黑子数极小的那一年，称为“太阳活动谷年”。国际规定，从1755年起算的黑子周期为第1周，从后顺序排列，2008年后太阳活动将进入第24周。
太阳黑子产生的带电离子，可以破坏地球高空的电离层，使大气发生异常，还会干扰地球磁场，从而使电讯中断。一个发展完全的黑子由较暗的核和周围较亮的部分构成，中间凹陷大约500千米。黑子经常成对或成群出现，其中由两个主要的黑子组成的居多。位于西面的叫做“前导黑子”，位于东面的叫做“后随黑子”。一个小黑子大约有1000千米，而一个大黑子则可达20万千米。太阳黑子的形成与太阳磁场有密切的关系。但是太阳黑子到底是如何形成的，天文学家对这个问题还没有找到确切的答案。
太阳的寿命之谜
太阳是我们这个星系赖以生存的能量源泉。如果没有太阳，地球上的人类、动物和植物都会无法生存。但是，太阳也是有寿命的，也会有衰老死亡的一天。
太阳源源不断地以电磁波的形式向宇宙空间放射能量，这种能量是由四个氢原子核在高温高压的条件下聚变成一个氦原子核而释放出来的。我们知道，一个氢原子核的原子量是1.00728，一个氦原子核的原子量是4.0015，4个氢原子核的质量应为4.0292。当4个氢原子核聚变成1个氦核时，就要亏损0.0276个单位的质量，其中，1克氢核聚变成氦核时要亏损0.0069克的质量。这就是说，太阳能的产生是以消耗质量为代价的，而且这些质量转化成太阳辐射就不再属于太阳了。太阳每秒钟要损失大约400万吨的质量，不过，这对于巨大的太阳质量来说简直太微不足道了。从太阳诞生到目前的50亿年中，太阳仅消耗了0.03%的质量，即使再过50亿年也仅消耗太阳质量的0.06%。可问题是，太阳质量再大，总还是有限的，到底太阳的寿命还能维持多长时间呢？对地球又有什么影响呢？
通过研究其它恒星的演变规律，科学家们推测，太阳上的氢聚变反应至今为止已经经历了几十亿年，氢不断减少，氦不断产生，这段时间是太阳的青壮年期。等太阳进入了老年期，就会变成“红巨星”。在这个阶段，恒星将会逐渐膨胀到比原来大十多亿倍的体积，同时表面的温度会降低，光度就会增大，变得十分明亮。我们在夜晚的时候遥望星空，会看到很多十分明亮的星星，其中有些就是红巨星。
红巨星一旦形成，就朝恒星的下一阶段——白矮星进发。当外部区域迅速膨胀时，氦核受反作用力却强烈向内收缩，被压缩的物质不断变热，最终内核温度将超过一亿度，点燃氦聚变。最后的结局将在中心形成一颗白矮星。
白矮星是一种低光度、高密度、高温度的恒星。因为它的颜色呈白色、体积比较矮小，因此被命名为白矮星。白矮星是一种晚期的恒星。根据现代恒星演化理论，白矮星是在红巨星的中心形成的。白矮星是一种很特殊的天体，它的体积小、亮度低，但质量大、密度极高。比如天狼星伴星（它是最早被发现的白矮星），体积和地球相当，但质量却和太阳差不多，它的密度在1000万吨/立方米左右。
白矮星由于没有热核反应来提供能量，温度就会一直降低，最终停止发光发热，变成“黑矮星”，在宇宙中一直飘浮着。
太阳会不会像其他恒星一样演化，现在还没有定论。但科学家们认为，几十亿年后，太阳会在快要灭亡时迅速膨胀，太阳系内的星体和星际物质都会被“吞噬”掉；50亿年后，太阳就会成为红巨星。那时地球上的一些生命都会消亡，温度比现在要高2到3倍，海洋会消失，人们仿佛就会回到神话传说中的“九个太阳”的时代。对人类而言，那时无疑就会是世界末日。但幸运的是，“世界末日”距现在还很遥远。随着人类科技水平的日益进步，相信到时人类一定能够为自己找到生存的方法。
月球空心之谜
月亮是茫茫宇宙中离地球最近的一个星球，然而，人类对它又了解多少呢？其实，月球本身充满着一个个难解之谜。