第2章 宇宙迷宫

宇宙诞生之谜

宇宙是如何诞生的？现在的样子又是如何演变而成的呢？在很早以前人类就提出了这些疑问。这个使人类困惑千年而未能破解的重大问题，直到70年前爱因斯坦完成了一般相对论学说之后，才首次提出符合科学逻辑的解答。

一般相对论提出宇宙有可能发生膨胀，后来研究的结果证实了这一点。科学家们发现远方的银河正在以非常快的速度和我们的银河拉远距离，这说明宇宙正在逐渐地膨胀着。另外，还发现宇宙空间到处充满着3度K的杂音电波，这证明宇宙曾经是一个超高温，高密度的大火球。

在以上事实的基础上而产生的“大爆发宇宙论”已被公认为是当前最标准的宇宙进化理论。根据这个理论推算，宇宙诞生的时间在150亿年之前。宇宙刚刚诞生时它的直径仅有1/1033厘米，但它的温度和密度却高得让人无法想像。由于物质的温度和密度骤然下降，使这个宇宙之卵以爆炸性的速度猛烈膨胀。在“大爆发”中诞生了各种元素和支配它们运动的力，也因此形成了星球和银河，顷刻间宇宙之卵便演变成了“成年”的宇宙。

“大爆发宇宙论”提出，宇宙可能是从既无空间也无时间的“虚无”之中以惊人的速度迅猛膨胀而瞬间诞生的。这种理论还提出，宇宙常常是周而复始地从诞生到消亡，再诞生、再消亡的轮回，我们现在的这个宇宙只是从过去到未来无数个宇宙中的一个而已。

到目前为止，对于宇宙的起源还没有一个统一的理论，这还需要人类待进一步的考察和研究。

宇宙年龄之谜

宇宙的年龄有多大，这一直是科学家所关注的问题。因为它是宇宙是否会膨胀的一个指标。

测定宇宙年龄的方法有很多。用同位素年代法测量过地球的年龄为40至50亿年，月球年龄为46亿年，太阳年龄为50至60亿年，此法测定宇宙年龄为120亿年。

比较常用的还有球状星团测量法，它是借助恒星演化理论来测算恒星年龄，利用这个方法计算的宇宙年龄为80至180亿年。如果从测定的最老恒星的年龄约200亿年来看，宇宙的年龄至少应在180亿年以上。

哈勃常数测定法是基于宇宙膨胀的观测事实确立的。在一个不断膨胀的宇宙中，测膨胀速度可通过红移量的测量来获得。测出邻近星系与我们的距离，再由此标定红移与距离的关系，就可提供宇宙的尺度，进而计算宇宙的年龄，因此测定出邻近星系与我们之间的距离是最为关键的。

测量与邻近星系距离的方法有两种，每种方法测量出的结果也都有两种，即200亿年和100亿年。

还有人采用一种与哈勃常数无关的测定方法，测得的宇宙年龄为240亿年。最近，德国的科学家测定出宇宙年龄为340亿年。

总之，运用不同的测定方法测出来的宇宙年龄都不一样，而且相差非常远。由于宇宙是怎样产生，又是怎样演化等问题至今也没有一个正确的解释，所以宇宙的寿命到底有多大，也无法给它一个合理的解释，有待科学的进一步研究。

宇宙也会死亡吗

宇宙会有完结的一天吗？会以怎样的形式完结？

根据科学家利用天文望远镜获得的最新观测结果，宇宙最终不会变成一团熊熊燃烧的烈火，而是会逐渐衰变成永恒的、冰冷的黑暗。但是，科学家推测，宇宙很可能至少将目前这种适于生命存在的状态再维持1000亿年。

与此同时，科学家又指出：宇宙也许不会突然消失，但是，随着时间的推移，它可能会逐渐变得不再适于生命存在。科学家根据“大爆炸”的理论指出：宇宙的最终命运取决于两种相反力量长时间“拔河比赛”的结果：一种力量是宇宙的膨胀，在过去的100多亿年里，宇宙的扩张一直在使星系之间的距离拉大；另一种力量则是这些星系和宇宙中所有其他物质之间的万有引力，它会使宇宙扩张的速度逐渐放慢。如果万有引力足以使扩张最终停止，宇宙注定将会坍塌，最终变成一个大火球——“大崩坠”，如果万有引力不足以阻止宇宙的持续膨胀，它将最终变成一个漆黑的寒冷的世界。

宇宙始于一个像气泡一样的虚无空间，在这个空间里，最初的膨胀速度要比光速快得多。然而，在膨胀结束之后，最终推动宇宙高速膨胀的力量也许并没有完全消退。它可能仍然存在于宇宙之中，潜伏在虚无的空间里，并在冥冥中不断推动宇宙的持续扩张。

倘若真是这样的话，决定宇宙未来命运的就不仅仅是宇宙的扩张和万有引力，还与在宇宙中久久徘徊的膨胀推动力所产生的涡轮增压作用有关，而它可以使宇宙无限扩张下去。

宇宙的奥秘是非常深奥的，相信人类总有一天会真正了解它。

宇宙会热死吗

1854年，德国科学家亥姆霍兹提出，宇宙只能使所有的能量转化为热，并最终处于均匀的状态，进而使宇宙陷入永恒的静止状态。这种假说也称作热死假说或热力学假说。

德国物理学家克劳修斯和奥地利物理学家玻尔兹曼曾为此假说展开争论，后者认为宇宙并非只向一个方向变化，也会向相反方向转化。恩格斯也不同意热死假的观点，他认为这同能量守恒原理相矛盾。

由于热死假说同宇宙无限论相矛盾，主张大爆炸学说的宇宙学家则从宇宙膨胀的观点加以解决。俄国科学家费里德曼曾经作过精密的计算，结果表明宇宙可能会周期性地收缩和膨胀，也可能会无限制地膨胀下去。后来美国天文学家哈勃利用加州威尔逊山上的1.5米望远镜和2.5米望远镜也发现宇宙是在膨胀着。

根据这个观点，宇宙物质中分为粒子和辐射（如光线、红外线、紫外线X射线），由于宇宙的热膨胀，粒子是热平衡的，辐射也是热平衡的，但二者之间不是热平衡的，达到热平衡尚需一定的时间，由于引力作用，所以它们没有足够的时间达到热平衡。

然而，一些科学家对于宇宙热膨胀提出了疑问，把某些特定的物理性质的解释都归结到宇宙初始时的情况是不能令人满意的。人们都希望宇宙不会有热死那一天，希望生命和文明世界延续下去，但一直没有找到解决热死假说的办法。

宇宙尽头在何方

在20世纪以前，人们认为太阳系几乎就是一切，不相信太阳系以外还存在其他星球。到1900年，人们又认为太阳系所属的银河系就是整个宇宙。

1920年，天文学家哈洛·沙普利等人算出了银河的真实宽度是10万光年，其中包含的恒星总数达2000～3000亿颗。同20年前的看法相比，银河“扩大”了100倍，而且还断定这极度扩大了的银河，并不是全部宇宙。

与此同时，天文学家又发现宇宙是由许多个像银河系一样的星系集成的，每个星系大约由几十亿到几万亿颗星体组成。而且证明了宇宙是动态的，成群存在的星系彼此相互分离，它们之间的距离越来越大，好像宇宙也在不断扩大。

1929年，美国天文学家埃德温·P·哈勃等人设计出了确定星系距离的多种方法，证明即使是离我们比较近的星系（例如仙女星座系），距离我们也有230万光年。60年代，人们发现某些曾被认为是我们自己星系中的没有光泽的恒星，实际上离我们星系非常遥远，被人们称为“类星体”。这些“类星体”，最近的离我们也有10亿光年，远的则达120亿光年以上。

科学家计算出宇宙的年龄为130亿年。从地球到宇宙“尽头”的距离，理论上应是130亿光年。

至于宇宙究竟有多大，它的“尽头”究竟在何处，也许将永远是个谜。

宇宙内部和谐吗

宇宙的运动有规律与和谐似乎已成为一种万古不变的信条。从古希腊时期起，著名的毕德哥拉斯学派就指出，人类生活的宇宙正是由于和谐才演化到今天并且秩序井然的。也正是由于这种和谐，天体才应该是球形的，其运动也应该是圆周运动。

16世纪，哥白尼经过自己的观测，否定了传统的“地心说”，提出了“日心说”。他认为，以太阳为中心的这种宇宙模型既符合天体运动的规律，又体现了一种“美妙的和谐”。

牛顿从力学上对天体运动作了更深入的探讨，他提出了万有引力定律，不仅对运动的变化提出了更科学的解释，而且还指导天文学家发现了海王星。牛顿的万有引力定律体现出宇宙的秩序是如此的和谐。

这种“先定的和谐”也影响着现代天文学的研究。著名的反映宇宙膨胀的“宇宙大爆炸”假说非常具体地体现了“和谐”的原则，它以哈勃关于星系红移的观测事实为基础，并且预言了宇宙背景微波辐射的存在。这些都是宇宙和谐图景在大尺度宇宙空间上的再现。

长期以来，宇宙的和谐性已被人们普遍接受，但近年来却遭到了挑战。以美国麻省理工学院的科学家萨斯、天文学家威兹德姆为代表的一些人认为，整个太阳系根本无法预测，也许400万年后，牛顿学说就被证实是错误的。他们认为，在宇宙中存在一种现象，根据某种简单的法则预测，由于许多偶然的因素起作用，会导致非常复杂和无规则的现象，这就是混沌现象。

那么，宇宙的主宰究竟是和谐还是混沌呢？这真是一个无法解释的谜。

太阳系有第十颗行星吗

自从1930年发现太阳系第九颗冥王星以后，天文学家们一直没有停止对第十颗行星的寻找。

“冥外行星”是否存在？从理论上说是有可能的。因为太阳的质量相当于九大行星质量总和的740倍，附近却只有九个行星，这种结构不太合理。太阳的引力作用范围是很大的，大约应该可达到4500个天文单位，而冥王星最远距离太阳只有49个天文单位。因此推断，太阳系的边缘，远在冥王星之外很远很远。在这片冥外空间，应该存在第十颗、甚至第十一颗行星。

1977年底，美国天文学家科瓦尔在天王星和土星之间发现一个环绕太阳运行的天体，后经天文学家半年多的努力观测，认为它还不够大行星的资格，基本上认为它只是一颗小行星——这就是“喀戎”小行星。

现在，我们完全可以不借助已知行星的偏移来寻找新的行星了！空间探测器的精密仪器已经伸进了遥远的行星际空间，本世纪70年代美国先后发射“先驱者10号”和“先驱者11号”、“旅行者1号”和“旅行者2号”，它们都担负着考察太阳系外围空间的重大任务，在一路上飞掠过木星、土星、天王星、海王星后，它们会飞出太阳系，到茫茫的宇宙中去探索！但就目前发回的照片及资料中，还没找到新行星存在的证据。

探索宇宙之路是永无止境的，相信总有一天人类会揭开太阳系行星之谜。

银河系的秘密

17世纪时，伽利略发现，银河是一个恒星密集的区域。

后来，英国人赖特提出了银河系的构想，并具体描绘出了银河系的形状。他假定，银河系是个透镜，连同太阳系在内的众星位于其中。

18世纪时，英国著名天文学家赫歇尔父子对赖特的猜想进行了验证。他们发现，银河系是一个恒星体系，非常庞大，但范围是有限的，可容纳3亿颗恒星，其直径为8000光年，厚1500光年。

20世纪初，荷兰天文学家卡普亭对银河系的观测和赫歇尔的观测结果基本相似。1906年，他测出银河系直径为23000光年，厚6000光年。但1920年他对银河系测出的新数据变化很大，银河系直径为55000光年，厚11000光年。

以赫歇尔为代表的一些科学家提出，太阳是银河系的中心。1915年，美国天文学家卡普利研究了许多球状星团的变星，发现太阳仅仅是银河系内的一颗普通恒星，而不在银河系的中心，它距中心约5万光年并朝向人马座，银河系的范围大约有30万光年。

20世纪80年代，银河系又有了新的数据，即质量相当于2000亿个太阳的质量，直径为8万光年，厚2000光年，太阳距银河系中心距离为2.5光年。

关于银河系的观测一直在进行着。有科学家指出银河系是镶嵌在硕大无比的异常低密度的星系冕——银冕之中。银河系至少应存在一个至少延伸到80000光年以外的星系冕。

目前，人类所掌握的银河系的知道，只是一个开始，还有待进一步探索。

银河系中有栖息着生物的其他行星吗

缥缈的银河系神秘莫测，行星之中除了地球上有生命存在，其他的行星上也有生命吗？

银河系中恒星的发热年代都很长，可为其行星提供生成液态水所需的温度，这就要求行星与各自恒星的距离要适当，这是生命生成必不可少的条件。虽然人类的科技水平还不能了解到别的恒星周围是否有行星，但也不能排除这种可能。

在太阳系中，水星极靠近太阳，而离太阳比火星更远的所有外行星则受阳光照射太弱。地球无疑地处在太阳生命带内部，火星和金星靠近此带边缘，则失去生命生存的条件，“水手”号探测器拍得的照片表明，火星和金星都不是生命栖息的场所。

天文学家认为，整个宇宙中化学元素的分布大体上是相同的，银河系中离我们最遥远的恒星，甚至别的星系中的恒星，它们的化学组成和太阳一样。多数的情况下宇宙物质的最主要成分是氢，其次是氦，再其次才是其他的化学元素。即使是在一个遥远的但气候适宜的行星上，也可能找到构成一切有机分子所需的各种物质。射电天文学家在气体云发现了名目繁多的各种有机分子，其中有乙醇和甲酸，有氰化氢和甲醚。当然，从这类简单有机化合物向那些构成生命基础的复杂分子演变是一条漫长的道路。

让我们假想凡是可能孕育生命的场所，生物实际上都已出现，那么银河系中可能有着100万个居住生物的行星，这些生物也许各自都已演变了40亿年，只不过它们应处在各自不尽相同的进化阶段罢了。不过，这一切有待进一步地探索。

超星系团之谜

自从存在宇宙岛的说法提出以后，人们发现了越来越多的星系和星系团。

1953年，著名天文学家德伏古勒分析了亮星系的分布，提出了超星系团的概念，也称作二级星系团。他认为，本超星系团直径约2500万光年，由本星系群、室女星系团、后发星系团及一些小的星系和星系团构成。后来阿贝尔指出约有50个超星系团，每个超星系团约有10个星系团。这种超星系团可能还存在自转。

1985年夏天，法国的天文工作者拉帕伦特在美国哈佛——史密森天体物理中心，用一架60英寸望远镜对超星系团进行了观测，并绘制了一张天文图。她发现星系散布得不同寻常，排列在非常薄、非常有限的表面上，这表面包裹着不寻常的泡泡之类的空洞，其直径达2亿光年。后来，科学家们通过进一步研究发现，这是一个已知的宇宙的最大结构，这一片星系层长约5亿光年，高2亿光年，宽0.15亿光年。天文学家们为它起了一个名字——“长城”。

美国普林斯顿大学和芝加哥的几位天文学家认为，宇宙既不由暗物质构成，也不由星系之间的空洞构成，而是由一个巨大的超星系团和一个大空洞构成。另一些天文学家不同意这种解释，但是也承认超星系团的存在。甚至有些天文学家认为存在比超星系团更大的星系组合，即第三级星系团。这种阶梯式的成团结构是否真的存在呢？天文学家与科学家还在继续观测研究着。

新星和超新星之谜

什么是新星和超新星呢？它的剧烈爆发又是怎么回事呢？有时候在某一星区突然看到一颗原来没有的亮恒星，经过几个月后又突然不见了。于是，就有人误认为产生了一个新的“恒星”。

其实根本就不是这么一回事，事实上是因为原来这里本身就有一颗比较暗的恒星，由于内部突然爆炸，光度增大到原来的上万倍，原来看不到，现在看到了。等爆炸消失以后，又看不到了。目前在银河系已发现了200多颗这样的恒星。

但如果一个新星的亮度超过原来的1000万倍以上，这样的恒星就是超新星。超新星的爆发异常猛烈，它以每秒几千甚至几万公里的速度向外发射能量，可以说是目前已知天体上最激烈的天体活动。

早在我国宋朝的时候，就曾记录了一起超新星爆发时的情景：那是在1054年7月的一个清晨，突然出现了一个非常亮的星体，就是在白天也能看得到，一直持续了23天才渐渐暗淡下去。

关于超新星，人们已经发现了很多，但对其爆炸的原因，还只是处于猜测、设想阶段。目前一种较有说服力的观点是：其爆炸的原因很可能是由恒星内层向中心“坍缩”时极其迅速地盘旋出来的引力势能引起的。如果是这样，那么久而久之，它一定会形成宇宙中神秘莫测具有超能力的黑洞。

神秘天体环绕太阳运行之谜

英美科学家们意外地发现，很久以前发射的“先锋10号”宇宙探测器竟给他们带来一个让人无法相信的事实：一个新的天体正围绕太阳运行。

早在1992年12月8日，那时“先锋10号”已飞离地球84亿公里，该天文小组就发现探测器的飞行轨道发生了变化，他们一直在探测这一现象，希望找到什么新的东西。直到最近，将“先锋10号”发回的数据经过多方面的分析研究之后，他们才确定了自己的推论——太阳系又有了新的天体。

在几个星期之中，他们希望研究出此天体可能达到的最远距离以及具体位置。他们初步推断，此天体是在撞上一个大行星后而被抛到太阳系边缘的。

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之一，它们多数是由冰和岩石构成，而且离冥王星很远。这些天体在行星大家族中并不起眼，直径仅有几百公里，但天文学家相信，有几百万个这种小行星围绕太阳运行，并形成一条庞大的“星带”。1992年，天文学家首次发现了这类天体。

观测者们还未亲眼见到这一天体，但他们坚信这一天体的存在，因为“先锋10号”的轨道因它发生了偏差！

假如这一发现成为事实，那它将成为因引力这唯一的原因而被发现的太阳系中的又一颗行星。

神秘的类星体之谜

1960年，射电天文学家用当时世界上最大的望远镜观测到一个叫3C₄₈和一个叫3C₂₇₃的射电源。结果发现它们都是很暗的蓝色星。天文学上称它们为类星射电源，简称类星体。

1963年，科学家施米特又重新研究了3C₂₇₃的光谱，发现它有红移现象，且红移值很大。当一颗恒星离我们而去时，从地球上看，恒星的光波频率就降低，波长就变长，这就是红移现象。红移值越大，则离去速度就越大，类星体与我们的距离也越远。

类星体距离我们很远，最早发现的类星体3C₂₇₃红移值仅为0.158，而它距我们也有23亿光年。类星体远离地球时速度大得惊人。有一颗类星体OQ72，其红移值为3.53，离开地球的速度每秒钟高达27万公里。类星体的亮度极为惊人，如3C₂₇₃亮度为12.8星等，如果把太阳放至类星体3C₂₇₃的位置上，地球上的人们根本就观测不到。此外，类星体的体积很小，直径仅有普通星系的十万分之一到百万分之一。

更令人惊奇的是，类星体的速度居然超过了光的速度。1977年以来，大量的测试证明，类星体3C₂₇₃的内部有两个辐射源，并且它们还在相互分离，分离的速度竟高达每秒288万公里，是光速的9.6倍。之后，人们又发现了几个“超光速”的类星体。迄今为止，人类普遍认为光速是不能超越的，然而上述发现又是那样的奇特，实在让人百思不得其解。

行星会撞地球吗

自古以来人类一直对别的星球是否会撞击地球，给人类带来毁灭性灾难一事怀有深深的忧虑，直到现在，这种忧虑仍没有完全消除。

1968年初，澳大利亚悉尼大学巴特拉教授预言，1968年6月15日伊卡鲁斯小行星稍许偏离轨道就会进入地球，它将会以每秒9公里的速度把大城市撞得粉碎。如果伊卡鲁斯行星与地球相撞，它可以在陆地上造成直径为1000公里的大坑穴；如果掉在海中，造成的海浪将高达600米，数千个城市和村镇被淹没；即使它掠过地面，所造成的损失也不亚于一次大地震或龙卷风的灾害，甚至会引起火山爆发。

但前苏联科学家指出，此计算有误，相撞的可能性为零。果然，1968年6月15日，伊卡鲁斯与地球“擦肩而过”。

1978年，一位天文学家的计算结果表明，“地理小行星”于1995年将与地球相撞。但中国天文学家的计算表明，1995年“地理小行星”距地球有四五百万公里之遥，大可不必担心。后来证明果真如此。

计算表明，直径为1.5公里的小行星进入大气层的机会约30年一次，而直径为9米的小行星击中地球，破坏力不亚于一颗原子弹，而直径为1.5公里的小行星击中地球，破坏力相当于10万颗百万吨级炸弹的威力。

然而，迄今为止，人类还未曾目睹过一次小行星撞击地球的事件，那么，小行星真的会撞击地球吗？这还是一个未解之谜。

类地行星有环吗

1610年，著名科学家伽利略在宇宙中发现了一个色彩美丽、排列匀称的光环，但并没有引起他的注意。直到1659年，荷兰科学家才证实那个光环是土星的光环。1979年，行星探测器飞近土星发现，土星环由上千个环组成，由土星云层顶部一直延伸到32万公里处。后来科学家们发现，在85万公里以外还有一些外环。

很长一段时间内，人们都认为只有土星有环围绕，但是到了1977年，科学家们发现天王星也有9个细环围绕，1986年又观测到1个环。1979年3月，科学家发现木星也有虽暗但却清晰可见的环。它们是由一个较明亮的窄环和一个扁环形的晕环组成的。1989年，“旅行者2号”宇宙探测器飞近海王星，发现了海王星也有5条围绕它的环，有的环是完整的，有的则是环的一部分——环弧。

太阳系内有四颗大行星有环围绕，这引起了中国天文学家的关注。很多人都在设想，太阳系的其他行星，包括人类居住的地球，是否都有环围绕呢？

1964年，前苏联曾将两个人造卫星关入围绕地球的椭圆形轨道，卫星上装备有陨石微粒记录器，测量结果表明靠近地球也有一个稳定的、相当稠密的尘埃组成的环。通过进一步观测查明，它们是地球外围的几个与赤道平面倾斜度不同的圆环，由极细的尘埃粒子构成。尘埃环的高度在23.5～400万公里之间。随着远离地球表面的距离的增加，尘埃粒子的数量显著减少。

关于其他类地行星是否也有环围绕，也许随着将来空间探测的进一步深入，这个问题肯定会迎刃而解。

小行星起源之谜

按宇宙的法则和规律，太阳系的九大行星都有自己的轨道，且行星与行星之间也都有相应的距离。所以，当人们发现火星与木星之间的距离过于大时，就推测这中间还应有一颗行星。

19世纪初，意大利西西里岛天文台台长皮亚齐在观察金牛星座时，意外地发现了一颗从未见过的星星。经计算，它与人们所要寻找的行星相仿，便给它起了个名字——色列斯。

接着科学家又发现了智神星、婚神星、灶神星等小行星。

这么多小行星是从哪来的呢？1807年，奥伯斯就小行星的起源问题提出了一种假说，他认为在火星和木星之间原来有一颗大行星，后来不知什么原因爆炸了，那些小行星就是它爆炸的碎片。

美国天文学家柯伊伯则提出了碰撞说。他认为，这些小行星就是由行星之间碰撞之后产生的碎片。

以瑞典物理学家阿尔文、前苏联天文学家施米特为代表的一派则提出“成品说”。他们认为在太阳系形成初期，小行星与大行星一样，都是从原始星云中诞生的，其他大行星得到了完全的发育，这些小行星由于各种各样的原因没有成为大行星，而以半成品的散状形态遗留至今。

关于小行星的起源还有其他许多种假说，哪一种是正确的，还需要经过人们的进一步探索才能得到答案。