第6章 远古的足音,回想创世纪(5)
宇宙的秘密绝大部分是由光谱写的或者是与光密切相关的,观星者在千百年来不断发明、更新更好的接收器以录取太空之中光的秘密的信息。他们把望远镜从伽利略当年最先使用的粗糙的透镜,改进成如今的帕洛玛大型望远镜,再加上一个有力的伙伴射电望远镜,乃至把天文台送到大气层外和直指宇宙深处的哈勃太空望远镜,这一切组成了人类关于光的追寻、追问之路,气象万千而又艰难困苦。
牛顿已经遇到了的光给望远镜制造者带来的困扰之一,便是光在透过棱镜或别的剖面为楔形的玻璃片时,会散开形成多色彩虹造成的色差,于是人们便把最初的折射望远镜制成反射望远镜。总之,这些孜孜不倦的观星者们总是面对着光、追问着光、离不开光却又因为无法记录光而好比是在黑暗中摸索。不过,这样的摸索除了伽利略、第谷之外还有成就惊人者:17世纪时,波兰但泽的约翰尼斯·赫维里厄斯用笨拙的透镜望远镜测绘月球面貌,把1564颗星列成星表,观测太阳黑子,并发现了4颗彗星。为了使各色光的聚焦更加鲜明,使用长焦距望远镜便成了唯一的解决办法。最壮观也最能说明捕捉光之艰难的是一种架空望远镜,连镜筒都不用,在安置好高高的透镜之后,观星者就坐在透镜下面,在几十米外的距离处往上搜索。使约翰尼斯·赫维里厄斯成为月面地形学之父的架空望远镜高达46米,相当于现代12层楼高。而发明摆钟、首先看出土星光环确为光环而并非是朦胧月影的克里斯蒂安·惠更斯的望远镜更是高达64米!
由伽利略开始,望远镜伸向太空之后的一个世纪中,太阳系各行星的卫星总数已达到10颗,除了月球以及4颗“伽利略星”之外,又发现了土星的5颗卫星,但行星却还是只有6颗,即水星、金星、地球、火星、木星与土星。
星空是层出不穷的。
问题是谁发现了它,或者说谁也别想彻底地发现它。
1738年11月15日,又一个与星光极有关系的人物出生于德国汉诺威城,他就是威廉·赫歇尔,他后来随同父亲及妹妹移居英国。对观测星空的兴趣使他决心自己制作望远镜,并和他妹妹一起炼制出了一种反射率高达60%的白青铜合金作为主镜。
1781年3月13日晚,将近半夜时,赫歇尔和他的妹妹用一架自己磨制的、口径15厘米、放大倍率227倍的望远镜观测双子星座中的恒星时,突然发现附近有一颗陌生的星。
所有的观星者都希望面对陌生。
赫歇尔改用放大倍率400多倍和900多倍的目镜再做仔细观察之后,断定这不是恒星,或许是一颗彗星。可是在赫歇尔持续一个月的观测中,这个新天体的边缘一直很清晰,并无长出彗尾的迹象,而且它的轨迹似乎又接近圆形。最终,这颗陌生的星被认定为太阳系中的一颗新行星——天王星,它与太阳之间的距离比当时知道的最远的土星的距离大一倍。
对光的追问是无穷无尽的,即便在太空技术的一切方面都突飞猛进之后,依然如此。
早在1666年,牛顿就发现一束白色的阳光透过一枚三角形玻璃棱镜之后以扇形展开,成为各种颜色的彩虹。这使牛顿惊讶,却没有来得及深究,颜色中的秘密后来又隐伏了200年。原来,任何光谱的性质都是由光源的密度和化学成分来决定的,从此星星不再是难以理解的针尖般的小光点,而是各具个性的天体。
原子理论的进步能使光与暗的神秘图形,成为透露与太阳、星星物理性质及化学组成有关联的讯息,日益精密的分光仪器出现之后,光谱学已是天文学不可缺少的组成部分,宇宙的所有现代理论都建立在光谱学的基础上。
天文学的基本工具已经从肉眼变成一个组合的精密系统——望远镜、照相底片和摄谱仪——解释星光的唯一仪器。
尽管天文学家早已知道星云发射的是有色光,但因为星云的颜色实在太模糊而使肉眼无法看清。直到高速感光的彩色底片问世之后,人们才能用相片取得光辉的天体图像。而把一个透镜形的棱镜安置于望远镜的物镜前面,每一颗恒星便都会显示出一个彩色光谱,天文学家喜欢称之为恒星各有个性的“指纹”。用物端棱镜拍照一次能照下几百颗星的光谱,这些光谱很小,但足以显示重要的特点。这类光谱并非是五彩缤纷的虹影,而是巧中有拙的黑白图形。
一颗星朝向或远离地球移动的速度,可以从它光谱线的位移看出来,如果这颗星接近地球,位移就朝向光谱的蓝色一端;如果是远离地球而去的,位移就朝向红色一端。
哈勃红移告诉我们:离开地球越远的星系,正以越快的速度远离地球而去。
它们去向何方?
人类又将如何追问它们?
太阳系素描
太阳直径为1390000千米,它不可思议地包含了1396亿亿立方千米极高热气体,重量比1027吨的1.8倍还多。在太阳核心处的每一平方米面积要承受上述物质的压力高达4500亿千克,而那里的原子仍然保持着气体的自由游荡能力,绝对无视一切难以置信的压迫。
太阳核心是太阳一切力量的中心和出发点。
坚持使太阳核心不致崩溃和固体化的是纯粹的能。
核心是炽热的。不绝而来的极大量的能,使太阳内部温度升高到1390万摄氏度,不但有大量包裹着太阳的气体,而且使太阳系的所有角落都能获得热。这种能是物质转化产生的,这个过程其实惊心动魄,近似一颗氢弹爆炸时的反应,只不过其中的核聚变由环绕太阳核心的无数万亿立方千米的气体所缓和,人类被保护着,看不见、听不见、有所不知罢了。
对于人类而言,毫不夸张地说太阳就是我们赖以生存的那颗恒星。地球上所有的生物以及太阳系中其他地方可能存在的生物,无不仗有太阳中心的火海才得以生存,所谓光与热,倘无太阳便是梦想。
尽管在酷暑时人们会走避骄阳,但更多的时候更多的人总是眷恋并且怀念阳光。
我们知道太阳吗?用肉眼看到的太阳确切地说是一个发光的圆面,天文学上称之为光球。几乎全部可见光都是从这光球发出的,其厚度约500千米。天文学家发现,太阳圆面的中间部分要比边缘亮一些,这就是“太阳临边昏暗”现象。其道理并不复杂,光球中间部分的光是从太阳深处发射出来的,其光也强烈;边缘部分的光则是从太阳较浅、较冷(相对而言)的层次发出的,其光便略淡。
总之与离开太阳核心的距离有关。
在北京天文台的天文望远镜里,我们可以看见光球上面有均匀分布的米粒状气团,用文学的语言说太阳表面是粗糙的,甚至疤痕累累。此种米粒状气团表现为激烈的起伏运动,而成为“米粒组织”。这是让人目瞪口呆的“米粒”——每一粒的直径约1000千米到2000千米,它们时而出现时而消失,平均寿命为10分钟。
以发光发热为本能的太阳,本身却也一直在振荡中。
在1960年发现“太阳5分钟”震荡后,70年代又发现了周期为160分钟上下的太阳表面气体的起伏振动。
我们每天看见的金色的阳光远不是太阳的全部色彩。
1997年3月9日上午9时零7分40秒至9分30秒,我国黑龙江漠河境内发生日全食的罕见天象,当太阳光球被月球完全遮住的瞬间,在“黑太阳”——月掩日轮——周围有一层美丽的玫瑰式的闪光,这就是太阳“色球”。它位于光球之上,厚约2000千米。色球物质远较光球稀薄,其辐射仅及光球的万分之一,因而其美其色只能在难得一遇的日全食的难能可贵的瞬间闪现。
但,它是存在,并且显现。
可以说真正使太阳不仅极为热烈而且极为美丽的是“色球”。
“‘色球’好像是燃烧着的草原,那玫瑰红色的舌状气体如烈焰升腾,有的还形成巨大的环状,即‘日珥’,大的‘日珥’可升起达好几十万千米后,又落回日面。”(《时空通道中的机遇与挑战》,卡德培、李良著)日轮边缘被称为“日面针状物”的,是在我们看来细小而明亮的火苗,但它们也像数不清的小小的针插在球面上,它们宽约1000千米,高达数千千米,出现,消失,再出现,再消失,存在时间一般为10分钟。
这是一种怎样的存在呢?
出现时便快要消失了。
消失时便快要出现了。
日全食时太阳被月球全部掩盖的短暂时间里,日轮周围浮现出银白色的光区,此为“日冕”。日冕气体动能极大,且具有高温,可以克服太阳的引力向太空膨胀,形成一种稳定的不断发射的粒子流,也被称为“太阳风”。
“粒子流”是宇宙流吗?
“太阳风”是宇宙风吗?
目前世界上最早的太阳黑子的记录见于中国古籍《汉书·五行志》:“汉成帝河平元月三日乙未,日出黄,有黑气大如钱,居日中央。”这是公元前28年5月10日的一次宝贵的天文记载,可惜古人惜墨如金,不知道这一太阳黑子现象给汉成帝和他的臣下带来了怎样的震惊与困惑?
太阳黑子仿佛是块大磁铁,寿命很短,往往在出现后几个小时或几个月便告消失,以11.1年为周期。太阳黑子的极性固执而顽强,它们出现时总是成对的,一个为正极,另一个紧随其后是负极。在一个周期内,一系列太阳黑子缓缓地朝太阳赤道移动,然后失去踪迹。在另一个周期开始后,新的黑子群又在太阳的高纬度地带形成,极性会倒转过来,即负极在先正极断后。在每一周期内,黑子会无缘无故地增多、减少,甚至完全消失。
太阳黑子是一种深色的孔穴,宽800~80000千米,大多数太阳黑子一对对地成一路纵队越过太阳表面,每个黑子的磁场等于地球磁场的1000倍。黑子其实不黑,只是因为它的温度为4650摄氏度,低于太阳表面的6100摄氏度,所以看起来它便是黑色的昏暗的,所有黑子总是由一个比较亮些也更热烈些的半影包围着。
太阳黑子至今还是神秘的。
对人类而言,“太阳也有黑子”这句话更多地被当作社会学、人文学的语言在使用。对太阳来说假如没有黑子或者有太多的黑子,其结果如何都还是难以想象的。不过,考虑到太阳黑子所具有的强大的磁场,它的活动导致诸如无线电干扰、磁暴以及极光等就是题中应有之义了。有的科学家正在把太阳黑子的缺少和地球上发生的某些事件联系在一起,听起来除了可怕以外还会让人对黑子肃然起敬:“1645年至1715年太阳黑子骤然消失,正好是地球上小冰期最寒冷的日子,欧洲被冻得麻木瘫痪了,把移民美国的清教徒冻僵了,消除了斯堪的纳维亚人在格陵兰的殖民地。”(《宇宙》,大卫·伯尔格米尼)
太阳不是静静地燃烧自己的。
太阳上可见的各种物质均处于不安定状态,这一切组成了太阳全面不安定的征兆。
当太阳活动趋于猛烈,太阳黑子便是太阳表面多种类型活动的一端,而且并不是最引人注目的。日珥在静静地连续几天拱越几千千米后可能突然发生爆炸,把原子猛然间推进太空,其速度甚至高过逃逸速度——每秒623千米,这是由太阳的强大引力场造成的。而磁放电则造成龙卷风日珥和燃烧的氢喷出的火舌,并且贸然跃升到太阳表面上方160000千米或更高的空中。太阳的一切大爆发之中,最巨大最明亮的是耀斑,而且会形成极光的闪烁带。
太阳的一切爆发,在爆发中燃烧自己,而且这样的爆发与燃烧似乎是完全放任自流的,它光辉是光辉了,它艳丽是艳丽了,它光辉艳丽已经几十亿年了,靠的是分秒不断地消耗自己的能。科学家告诉我,即便太阳能够从星际质点的云雾中网罗到更多的供燃烧的原子,以带着跟随它的行星漫游,其所得的也远远不足补充它的损耗。
太阳也会衰老吗?是的,太阳必然会衰老。
在太阳衰老之前——那是很久很久很久以后的事了——约略描述太阳系的其他星星,我们或许能看到行星对太阳的依恋,或许能听到陨星坠落时的叹息。
太阳系的成员包括我们称为太阳的1个恒星、9个行星、36个卫星、大约50000个小行星、数以百万计的陨星以及约1000亿个彗星,外加无数的尘粒、气体分子以及电离原子。太阳系的物质有99.86%集中在太阳内,在剩下的0.14%的物质中,地球与月球合起来所占的份额还不足1%。
行星的英文名词源出希腊文(planetai),意为流浪者,这是指行星的运行总是漂流于恒星之间,而于渺茫天外不知归宿何处。
最接近太阳的内行星是水星,水星无水,只有炽热。它的椭圆形轨道一端与太阳的距离略小于4500万千米,另一端则为6900万千米。因为没有大气层的保护,太阳风与太阳光使水星朝向太阳一面的温度高达427摄氏度,而背着太阳一面的温度则降至零下171摄氏度。水星离太阳如此之近,经常被太阳的光辉所淹没,地球上的观星者看起来,水星与太阳之间的角距离很小,从不超过28度,因而寻找它看见它都是相当困难的。波兰人哥白尼直到辞世也没有见过水星,并以此为憾。
因而,在很长时间内,关于水星大多是传闻与推测。
水星真正进入人类的视野是20世纪70年代的事情了。