书城科普宇宙大探秘
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第5章 浩瀚的宇宙(5)

宇宙中除了大量人类可见的天体外,也有大量人类不可见、不易见的尘埃。这些尘埃每年降落到地球表面的就达23430吨,对我们的生活产生着不容忽视的影响。这些尘埃的成分是什么,又是怎样形成的呢?科学家们给了我们以下的解释。

宇宙尘埃的存在

宇宙尘埃指的是飘浮于宇宙间的岩石颗粒与金属颗粒。在广袤而空旷的宇宙之间,除去各种各样的恒星、大行星、彗星、小行星等等天体之外,并不是一片完全的真空。事实上,宇宙中存在着大量的宇宙尘埃,这些尘埃看似不起眼,却能对我们的生活产生不容忽视的影响。

从物质上进行分析,宇宙尘埃其实和组成地球的成分没有什么区别。但出于种种原因,这些尘埃并未能够聚合成一颗星体,而是呈微粒状游离于宇宙空间之中。在适当的引力作用下,这些尘埃很有可能较为密集地聚集在一起,呈云雾状,在天文望远镜的镜头中,往往显得绚烂多彩,因此人们将之形象地称为“星云”。这些宇宙尘埃在落到地球上之前,是星际尘埃的一部分。

由于它们反射太阳光线,形成了黄道光的模糊光带。在几百万年的时间内,尘埃颗粒不断向太阳旋转前进,并不断从小行星带得到补充。据有关专家测定,粒径大于60微米的宇宙尘埃,年降落量约为23430吨。宇宙尘埃的结构和地球一样具有核——幔——壳三重结构,而且每个球粒的核心半径大于幔厚与壳厚,它们之间的平均厚度百分比为53.3∶46和4∶0.8。其比值与地球的核——幔——壳厚度之间百分比相近。

宇宙尘埃的类型与成分

宇宙尘埃大致有三种类型:一种外表颜色呈黑色或褐黑色,外表光亮耀眼,极像一颗颗发亮的小钢球;第二种是暗褐色或稍带灰白色的球状、椭球状、圆角状的小颗粒,主要成分为氧、硅、镁、钙、铝等;第三种是一些无色或淡绿色的玻璃球,主要成分为二氧化硅,还含有少量的二价氧化物。

宇宙尘埃的产生

当宇宙存在仅有7亿年的时候,很多星系便充满了大量宇宙尘埃,究竟这些尘埃是怎么产生的呢?近期,天文学家通过美国宇航局斯皮策太空望远镜的观测结果宣称,宇宙尘埃可能来自Ⅱ型超新星,当这些宇宙大型星体发生剧烈爆炸时会释放出许多宇宙尘埃,宇宙尘埃就孕育其中。

宇宙尘埃是星系、恒星、行星和宇宙生命体的重要组成部分,对于宇宙尘埃形成一直是天文学界的难解之谜,直至近年科学家才发现宇宙尘埃形成的两种方式:具有数十亿年生命史的类太阳星体释放出的流溢物;太空中微粒缓慢浓缩过程释放的物质。然而,这两种观点却无法解释宇宙存在仅数亿年时宇宙尘埃是如何形成的。天文学家认为,宇宙早期尘埃可能来自超新星爆炸,可却没有证据来支持这一说法。

是谁在制造尘埃

目前,天文学家们使用斯皮策太空望远镜、哈勃空间望远镜和位于夏威夷岛的地面双子北座望远镜进行了新一轮的观测分析,美国空间望远镜科学协会本·苏根曼博士和同事们发现:在SN2003gd超新星(一种大型Ⅱ型超新星)的残骸中存在大量的热尘埃,该超新星残骸位于距地球3000万光年的M74漩涡星云。

据悉,像SN2003gd这样的星体生命很短暂,只生存数千万年。苏根曼博士的这项研究显示超新星可释放大量的宇宙尘埃,他认为早期宇宙中的尘埃很可能就来自Ⅱ型超新星爆炸。

苏根曼博士说:“这项研究很有吸引力,当科学界对宇宙尘埃来源的解释模棱两可时,它最终解释了超新星爆炸孕育了宇宙尘埃。”

由于超新星很快会变灰暗,科学家需要精确灵敏度高的望远镜观测当超新星最初爆炸数个月之内的状况,科学家猜测许多超新星都会制造大量宇宙尘埃,但是过去由于技术的局限使科学家们无法揭示宇宙尘埃的来源之谜。苏根曼博士说:“人们早在1963年就猜测超新星可能制造宇宙尘埃,但相关的证实技术只是近年内才得以实现。我们使用斯皮策太空望远镜能够精确地看到热尘埃是如何形成的。”

英国伦敦大学迈克尔·巴洛博士称,宇宙尘埃是构建彗星、行星和生命的基本要素,这项最新研究显示超新星可能是宇宙尘埃的主要来源,但目前天文学家对宇宙尘埃形成的研究认识仍处于初级阶段。

宇宙中的反物质

从哲学上讲,世界万物是相辅相成的,有正必有反,有正必有负,有生必有灭,有亮必有暗……有物质必有反物质。可是科学家在力所能及的范围内就是找不到反物质。而如果找到反物质,将使人类生活大为改观,当然这还在憧憬之中。

反物质的概念

我们知道物质是由分子组成的,分子又是由原子组成的,而原子又是由原子核和电子组成,原子核由质子等粒子组成。按照物理学中的等效真空理论,宇宙中的每一种粒子都应该有一与之对应的反粒子,它带有数值相等而符号相反的电荷;宇宙中有多少由质子、中子和电子结成的物质,就必定有同样多的反质子、反中子和正电子结成的反物质,宇宙中的正反物质应该是严格对称的。

反物质的发现

一些科学发现,常常使人们目瞪口呆,难以置信。而正是这些难以置信的发现,推动了人们对客观世界的认识和科学的进步。反物质的发现就是这样。

1932年,美国科学家安德森发现了一种特殊的粒子,它的质量和带电量同电子一样,只是它带的是正电,而电子带的是负电。因此,人们称它为正电子。正电子是电子的反粒子。

正电子的发现引起了科学界的震惊和轰动。它是偶然的还是具有普遍性?如果具有普遍性,那么其他粒子是不是都具有反粒子?于是,科学家们在探索微观世界的研究中又增加了一个寻找的目标。

1955年,在美国的实验室中反质子被找到了。后来,又发现了反中子。1960年代,基本粒子中的反粒子差不多全被人们找到了。一个反物质的世界渐渐被科学家像考古般地“挖掘”了出来。

反物质的恐怖威力

反物质的发现,使人们自然地联想起了20世纪的许多不解之谜。最著名的是被称为“世纪巨谜”的通古斯大爆炸。1908年6月30日凌晨,俄国西伯利亚通古斯地区的泰加森林里,突然发生了一场剧烈的大爆炸。随着一道白光闪过和一声天崩地裂般的巨响,一片沉睡的原始森林顷刻化为灰烬。大火吞没了数百千米之内的城镇和生命,融化了冰层和冻土,引起山洪暴发、江河泛滥,仿佛“世界末日”到了。据估计,这次爆炸的威力相当于上百颗氢弹一起爆炸!

通古斯爆炸震惊了全世界,“通古斯”也一夜之间名扬全球。由于西伯利亚的严寒和交通不便,直到1921年才由苏联的一个研究小组第一次前去考察。以后世界上其他国家相继派团考察,但至今通古斯大爆炸之谜依然众说纷纭,莫衷一是。其中一种说法便认为是反物质引起的“湮灭”现象。因为这种能量级的爆炸除非是流星或陨石坠落,否则无法解释,而那里却没有任何陨石碎块。

1979年9月22日,美国的一颗卫星拍摄了发生在西非沿海一带的酷似强烈爆炸的照片,经分析,它的强度相当于一次核爆炸。当时,只有美、苏、中、英等少数几个国家拥有核武器,谁会到如此遥远的地方进行核试验呢?美国政府几经调查,否定了核爆炸的可能性,认为是卫星和陨石撞击使仪器发错了信号,但第二年,这颗卫星又在同一海域记录到了与上次相同的现象,令政界和科学界大惑不解。对坚持通古斯大爆炸是反物质“湮灭”现象的科学家来说,又多了一个论据。

宇宙中的反物质世界