书城家居神秘的太空(神秘的太空世界丛书)
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第20章 探测神秘太空(6)

这项计划的实施前后经历了10多年时间。用人造飞行器撞击彗星的思想最早出现于1978年,到1996年两位美国科学家正式向宇航局提出了撞击方案。这一近乎异想天开的提议最初很快被美国宇航局评审委员会的专家们所拒绝。后来方案几经调整,加上项目科学家们的积极游说,宇航局终于在2000年5月批准了该方案。该项计划共耗资3亿多美元,发射的探测器重650千克,撞击器重372千克,主要由铜和铝组成。

2005年1月12日深度撞击探测器于美国佛罗里达州肯尼迪航天中心发射升空。7月3日北京时间13时52分,探测器在成功地进行了四次轨道调整后,与撞击器成功分离,此时探测器距彗星864万千米。7月4日13时50分,撞击器在经过三次自动轨道调整后,成功击中“坦普尔1”号彗星。

从地球出发到撞击“坦普尔1”号彗星,探测器飞行了约431亿千米,历时173天,撞击发生时探测器距离地球约132亿千米。这次撞击从准确程度上来说非常成功。据报道,与计划相比,撞击的发生时间提前了2分钟,而位置上的误差仅为1米。尽管有人对撞击位置的精度表示怀疑,但飞行器能在经过4亿多千米的长途跋涉后命中10千米左右大小的目标实属不易。撞击过程历时约37秒,撞击发生时撞击器与彗星的相对运动速度约为102千米/秒,倾角为25度,撞击威力相当于45吨TNT炸药,撞击发生后彗星约增亮5~8倍(约2个星等)。撞击坑的大小估计比足球场还大,深达数十米。释放出撞击器之后,探测器在约500千米远处飞越彗核,同时拍摄了撞击前后数千幅彗核照片。

美国宇航局的一个科学家小组在分析了夏威夷10米口径凯克望远镜所获得的观测资料后认为,“坦普尔1”号彗星的诞生地很可能在天王星与海王星轨道之间。此外,“坦普尔1”号彗星的化学成分类似于奥尔特云彗星,说明一些柯伊伯带彗星和奥尔特云彗星有可能是在同样的地方形成的。

对观测资料的初步分析表明,在撞出物质中尘粒较多,水冰较少,而且物质的颗粒很细,不像沙粒,更像滑石粉,这似乎对原有的理论提出了挑战,说明彗核不像原先认为的是个“大冰坨”。彗核表层物质如此细小,说明它在漫长的太空旅程中没有受到太大的外界扰动。撞出物质中,除了硅酸盐等彗星中常见的化合物外,还出乎意外地探测到了诸如泥土、碳酸盐之类的成分,而通常认为这类成分必须在存在液态水的条件下才能生成。撞出物质中甚至还有含铁的成分和芳香族碳氢化合物。对这些观测结果人们还没有给出令人满意的解释。

因撞击造成的喷发物以大约5千米/秒的速度向外扩散,产生的尘埃量约为平时的16倍。在一天时间内尘埃的平均温度从撞击前的280开升高到了330开,说明撞击赋予的能量并没有全部为彗核所吸收,而是有很大一部分通过辐射或扩散过程带入了行星际空间。

撞击后的测量表明,撞击后彗星表面水分释放率不到250千克/秒,与撞击前相近,低于撞击前数周内彗星若干次自然喷发时的水分释放率。气体(如氢等)产生率同样很低,以致探测仪器只能测出其上限。但是,撞击后彗核周围乙烷的含量明显比撞击前高,说明彗星表面与内层的物质组成确实有所不同。

寻找宇宙反物质、暗物质

由诺贝尔物理奖得主、美籍华裔著名物理学家丁肇中发起,美国、中国、俄罗斯、德国、意大利、法国等10个国家和地区的近200位物理学家和工程技术人员参与研制的阿尔法磁谱仪,于1998年6月3日搭乘“发现”号航天飞机发射上空,揭开了人类探测宇宙中反物质和暗物质的序幕。

根据大量的天文观测和天体物理实验,天文学家提出了宇宙大爆炸理论,即宇宙起源于150亿年前的一次大爆炸。大爆炸后,宇宙不断地膨胀,形成了现在包括人类居住的地球在内的物质世界。我们知道,所有物质是由原子组成的。原子的中心是原子核,原子核由质子和中子组成,带正电;原子核的周围是带负电的电子,它们围绕着原子核作高速旋转。然而,根据粒子物理理论,大爆炸在产生大量物质的同时,还应该产生相同数量的反物质。反物质的原子核由“反质子”和“反中子”组成,带负电;围绕着反物质原子核旋转的则应该是带正电的“正电子”。1932年,人们已经在实验中证实了“正电子”的存在。1997年,欧洲核子中心利用氙原子与反质子相撞产生了反氢原子。物质和反物质相遇时会产生强光,化作巨大的能量,同时,物质和反物质会“湮灭”而消失。“湮灭”产生的能量比我们知道的原子核裂变或原子核聚变产生的能量还要大许多倍。

因此,寻找反物质不仅能了解宇宙的起源,而且可以为人类找到另一种潜在的能源。它的意义不亚于当初人类发现原子能。

宇宙中还存在不发光、也不反射光,但具有万有引力的暗物质。暗物质不能用天文光学方法直接看到,但科学家相信,暗物质大约占宇宙物质总量的90%。暗物质到底是以什么形式存在的?这也是科学家孜孜以求的一个梦想。

阿尔法磁谱仪的任务就是去寻找宇宙中的反物质和暗物质。阿尔法磁谱仪的探测装置的主要部分是由中国研制的。到2002年,阿尔法磁谱仪被航天飞机送上国际空间站安置,在那里探寻宇宙中反物质和暗物质的踪迹。

暗物质的探察

暗物质是宇宙研究中最具挑战性的课题之一。暗物质是指那些不发射任何光及电磁辐射的物质。由于目前无法直接观测到,科学家只能通过引力产生的效应(暗物质能干扰星体发出的光波或引力,其存在能被明显地感受到)得知宇宙中有大量暗物质的存在。暗物质存在的最早证据来源于对球状星系旋转速度的观测。

“地球名片”送向太空

拜访或跟人联系,初次见面时,呈上自己的名片显得很自然,也很有礼貌。地球的“名片”是送给谁的呢?上面又写些什么呢?

“地球名片”是送给“外星人”的。科学家认为,“外星人”是可能存在的,或者把他们叫做高等智慧生物吧。茫茫宇宙中有那么多的星球,只要某颗星球上具备了像地球这样的环境和条件,以及有利于生物发展的其他条件,生命就会产生和发展起来。地球上的人类不是也绝不可能是宇宙间的孤独者。尽管直到今天,我们还没有找到“外星人”的可靠线索,我们不妨在继续寻找的同时,对外发布消息,宣告人类的存在。也许“外星人”也正在宇宙的某个“角落”,向周围张望,寻找我们呢!

1972年3月和1973年4月,美国先后成功发射了“先驱者10”号和“先驱者11”号探测器,它们携带着两张完全一样的“地球名片”,飞离太阳系,在茫茫宇宙中寻找“外星人”。

给外星人的地球名片“地球名片”上写着什么呢?它是一块225厘米长、15厘米宽的镀金铝板。“名片”的左半部从上到下是:氢原子的结构,氢是宇宙间最丰富的化学元素,哪儿的科学家都懂得这一点;放射线代表离地球最近的一些脉冲星的位置;最下面的一个大圆圈和九个小圆圈分别代表太阳和当时认为的九大行星,探测器则是从第三颗行星——地球发射出去的。名片的右半部分主要是一男一女的画像,代表地球上的人类。尽管“外星人”的形态可能与我们有很大差别,科学家们相信人类的形象不大可能被误解,尤其是男的,正举手致意。

1977年8月和9月,人类又成功发射了“旅行者1”号和“旅行者2”号探测器,再次向“外星人”作了更详细的“自我介绍”。这次,它们各自携带了一张称为“地球之音”的唱片,上面录制了丰富的地球信息:这两张唱片都是镀金铜质的,直径为305厘米。唱片上录有115幅照片和图表,35种各类声音,近60种语言的问候语和27首世界著名乐曲等。

115幅照片中包括我国八达岭长城,以及中国人围坐在圆桌旁吃筵席的情景。此外还有太阳系、太阳在银河系中的位置和银河系大小等示意图,卫星、火箭、望远镜等仪器设备和各种交通工具的图片等等;35种声音包括风、雨、雷电声,火箭起飞和交通工具行驶时的声音,以及成人的脚步声和婴幼儿的哭笑声;60种问候语中有3种是我国南方的方言,即广东话、厦门话和客家话;27首著名乐曲中有贝多芬的交响曲,脍炙人口的圆舞曲,以及用古琴演奏的中国乐曲《流水》等等。

两张唱片将在何时、被哪颗星球上的智慧生物捡拾到呢?我们不得而知。从它们现在飞行的方向来看,公元4万年时,“旅行者1”号将从一颗很暗的星(AC+793888)附近飞过,而“旅行者2”号将在公元358万年时飞越天狼星。如果在这些星及其附近空间存在智慧生物的话,它们有可能被截获。

那些肩负重任的探测器,在宇宙中与“外星人”相遇的机会少得可怜,它们有。它们有可能要在茫茫宇宙中遨游几十万年、几百万年甚至上亿年。为了保护这些地球信息不受损坏,完好地到达宇宙深处可能存在的智慧生物手里,唱片外面还包了一层特制的铝套,可使唱片保存10亿年而不毁坏。

地球人自我介绍的这两张“名片”,究竟会在何年何月到达哪个天体上哪位“外星人”的手中,谁都无法说清楚了。