宇宙知识篇(六)(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者：王月霞

出版社：远方出版社

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宇宙知识篇(六)试读：

前言

人类社会已经进入一个崭新的新世纪，科学技术正以人类意想不到的发展速度深刻地影响并改变着人类社会的生产、生活和未来。《科普知识百科全书》结合当前最新的知识理论，根据青少年的成长和发展特点，向青少年即全面又具有重点的介绍了宇宙、太空、地理、数、理、化、交通、能源、微生物、人体、动物、植物等多方面、多领域、多学科、大角度、大范围的基础知识。内容较为丰富，全书涉及近100个领域，几乎涵盖了近1000个知识主题，展示了近10000多个知识点，字数为800多万字，书中内容专业性强，同时又易于理解和掌握，每个知识点阐述的方法本着从自然到科学、原理、论述到社会发展的包罗万象，非常适合青少年阅读需求。该书是丰富青少年阅历，培养青少年的想象力、创造力，加强他们的探索兴趣和对未来的向往憧憬，热爱科学的难得教材，是青少年生活、工作必备的大型工具书。

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该书编撰得到了各部门专家、学者的高度重视。从该书的框架结构到内容选择；从知识主题的阐述到分门别类的归集；从编写中的问题争议到书稿最后的审议，专家、学者都提供了很宝贵的修改意见，使本书具有很高的权威性、知识性和普及性。

本书采用分级管理、分工负责的办法编写，在编写的过程中得到了国家图书馆、中国科学院图书馆、中国社会科学院图书馆、北京师范大学图书馆的大力支持和帮助，在此一并表示真诚的谢意！在本书编写过程中，我们参考了相关领域的最新研究成果，谨向他们表示衷心的感谢！

由于编写时间仓促，加之水平有限，尽管我们尽了最大努力，书中仍难免有不妥之处，敬请广大读者批评指正。本书编委会2006年1月

恒星交往录

宇宙飞船探访土星

为了深入研究土星绚丽无比的光环，人们已不满足于地面上的大望远镜了。在20世纪70年代，人类对太阳系的空间探测达到了高潮，先后发射了四个轰动科学界的空间探测器，其中有三个对土星及其光环作了细致的考察（见下页表）。这三个宇宙飞船中的任何一艘所获得的资料，都超过了过去几百年的总和。

当“先驱者11号”1979年飞临土星时，天文学家们兴奋不已。它离土星最近时只有12.8万千米，因此对光环“看”得分外清楚，发现在A环之外还有2个新环（F环和G环）和一条环缝——先驱者缝，使得光环数变为7条（1969年发现了最内部的D环及最外面的E环）。F环可能是最窄的环，总共不过800千米宽，它与A环的外侧之间，其间正好有刚发现的“先驱者”缝隔开。G环则是土星最外面的一个环，其内侧离土星表面已有54万千米之遥。G环内的物质又极其稀疏，然而它却连绵不断地向外伸展了30万千米，几乎相当于地球到月亮的距离。真正的高潮是在“旅行者”到达土星之后。“旅行者1号”从光环的上方、下边，在向阳面、背阴面等以各种不同角度，对离奇的光环进行了详细的观测，它传回的极其清晰的大量彩色照片真叫人大开眼界。

原来土星光环哪止是6条7条，它密密麻麻地从土星云顶上空，一直排到离土星32万千米的地方，环的数量成百上千，几乎无法数清，简直就像一张巨大的密纹唱片。

更奇特的是，“旅行者1号”还发现那些环带并不那么像艺术品那样整齐匀称，而是十分复杂。大小不同自不必说，而且并不对称，连最亮的B环也似乎并不完整，有的大环中套着小环，显得凹凸不平，有的甚至成为犬牙交错的锯齿状。最令人惊讶的是窄窄的F环，它竟像是姑娘头上的发辫，有3股细流扭结在一起，一个环由粗短变得细长，一个环好像是另一个环中分裂衍生出来的，它们还在随时间而变化着……“先驱者11号”探测土星的路线

这艘飞船还发现，B、A环内的物质比较拥挤，那个比较稀疏的C环内物质直径大多在1米左右，而F环则是断断续续的。它还探得，构成环的无数粒子几乎都是导电体，因此它们转动时就会发生强大的射电讯号，俨然是太阳系中又一个“广播电台”。关于光环，还有一个扑朔迷离的问题，似乎光环本身也有大气包裹着。“旅行者1号”使人们欣喜不已，同时也带来了烦恼：光环何以会有如此光怪陆离的各种动力学现象？有不少人认为这是它众多的卫星系统的引力对它起了作用。然而目前天文学上，连简单的三体问题——三个天体在互相引力作用下的运动——尚且还不能得心应手，要用数学方法去证明它，现在还是束手无策的难题。

乐师的奇勋

1781年3月13日。红日西沉，夜幕降临，英国皇家乐队的一个钢琴手，43岁的威廉·赫歇耳与比他小12岁的妹妹罗嘉琳·赫歇耳，又一次兴冲冲地跑上了楼上的平台，支架起那台自己磨制的望远镜。它的口径为16.5厘米，焦距为2米，在当时业余爱好者说来，已是很了不起的仪器了。他们按事先制订好的周密计划，把它指向了双子H星附近的一群小星。突然，视场内出现了一个相当明亮、略带暗绿色的光点，凝神一看，似乎又是一个极小的圆面。威廉·赫歇耳心中不禁怦然一动：这决不是恒星！那儿的星他全部熟悉，而且恒星的小小光点在望远镜内是闪烁不停的，而它在那儿却稳如泰山，纹丝不动。为了看清究竟，他立即把原来放大率为227倍的目镜卸下，换上了放大率为460和932倍的目镜。果然，这个陌生的小圆面变大了些。赫歇耳充分相信自己磨制的望远镜质量是上乘的，因此，他马上明白，他所见到的天体一定属于太阳系。因为对于恒星而言，不管用多高放大倍率的大望远镜，也只能使它们的亮度变亮，而决不会把光点变成圆面。第二夜，赫歇耳带着急切的心情又找到了它，果然，他发现昨天那个小圆面的位置已经有了小小的改变。连续几夜的跟踪观测使他肯定，他发现的一定是太阳系内的天体。赫歇耳发现天王星所用的望远镜

4月26日，威廉·赫歇耳向英国皇家学院递交了一篇论文《一颗黄星的报告》。因为有史以来，从来没听说过人类发现过行星，所以为慎重起见，他姑且把它当作彗星——我国民间俗称扫帚星——来对待。

赫歇耳发现的新天体究竟是什么？格林尼治天文台台长马斯克林和法国天文学家梅西耶都认为这确是一颗彗星。然而，人们不明白，为什么它不像一般彗星那样，始终没有毛茸茸的长尾巴？而且他们所设计的各种彗星轨道都不能使它“就范”，没有一个彗星轨道可与实际的观测位置相符。

看来观念必须革新。当时芬兰的数学家、天文学家莱格泽尔正好在英国，他也对新天体作了观测，并且指出它的边缘清晰，显然不是彗星而是行星。他更算出，它的轨道是一个很大的圆——半径为地球轨道半径的8.93倍。1783年，法国著名科学家拉普拉斯正式公布了它的轨道数据：长半径为19.18天文单位（约28亿7千万千米），轨道偏心率介于木星与土星间，轨道面离黄道平面还不到1°。

至此，一切疑云烟消云散。威廉·赫歇耳发现了太阳系的新行星！

赫歇耳于1738年诞生于德国汉诺威（当时属英国管辖）的一个音乐世家。在他18岁的那年，法国军队占领了这个小镇，为了逃避兵役，他不得不背井离乡，一边卖唱一边流浪，终于艰难地渡过了英吉利海峡。他踏上不列颠国士时，身上早已不名分文。这时，出色的音乐才华使他免受了饥饿之苦，他很快在英国皇家乐队中谋得了钢琴师的职位。年青的赫歇耳才华横溢，兴趣广泛，他不仅有出众的艺术细胞，并通晓语言学，热衷于数学，还能摆弄一些光学仪器，后来还成为制造望远镜的一代宗师。他是一生磨镜子最多的天文学家。后来他迷恋上了神奇的星空，并与天文学结下了不解之缘。这项举世震惊的发现，正是他一生的重大转折。赫歇耳成了世界上第一个发现行星的英雄。新行星的发现使人茅塞顿开，原来太阳系的疆域要大得多。英王乔治也为他的发现兴高采烈，不久便召见了赫歇耳，立即赐给他一幢漂亮的住宅，并任命他为英国皇家天文学家，许以年薪200金镑的终身俸禄，答应他可随时面见以取得皇室的帮助。

从此，一个迷恋天文学的钢琴师终于变成了精通乐理的职业天文学家。赫歇耳不负众望，为天文学的发展作出了杰出的贡献。

其实，在赫歇耳之前，并非没有人见到过这颗新行星。因为，现在知道，它在冲日时确实在人的目力范围之内。后来从历史资料中查明，早在17世纪末，格林尼治天文台首任台长弗兰斯蒂德已经见过它一面（1690年），到1715年时他甚至已与它打了6次交道。此外，布拉得雷（1748、1750年）、迈耶尔（1756年）也见到并记录过它的踪迹。但他们根本没有朝这方面去想，可见，不破除迷信，解放思想，“成功”女神是不会来垂顾的。

还有值得一提的是，当时有位叫勒蒙尼耶的法国天文学家，就在1750～1771年的21年中与它打了12次照面。更不容易的是，勒蒙尼耶也发现了自己所记录的位置每次都或多或少有一些细微的、不易察觉的变化，可他还是坐失了良机。其原因，除了旧思想的禁锢外，还因为勒蒙尼耶教授的性格十分乖僻暴烈，几乎每天与下属、同事争吵不已。“内耗”巨大，自然就没有时间坐下来作认真的研究了。而且，他也没有科学家所应有的一丝不苟的良好素质，他的观测记录十分随便，资料到处乱丢。事后人们发现，有一次竟把记录纸当作包装纸去包了一瓶香水。所以难怪他把它的位置的变化归咎于仪器的误差了。

“探路者”谱写新华章

美国也尝过失败的苦涩。一颗造价高达10亿美元的“火星观察者”1992年9月上天后，美国航天局要求它绕火星飞行1个“火星年”（687天），并发射一个着陆舱登上火星，本体部分则将资料带回地球。可惜在它1993年8月已到达火星附近时又突然失去了联络。

鉴于这些教训，美国科学家及时改变了策略，用同样的资金建造9艘小型飞船，以确保总有飞船能抵达目的地工作。1996年美国航天局宣布，先在最近2年内向火星发射4个探测器，到公元2003年将派出机器人到火星上去撷取10盎司（约280克）的岩土样品带回地球……

果然，当年11月6日和12月6日，两枚探测器“火星全球观测者”和“火星探路者”相继踏上征程。前者虽然发射于先，但却到达得晚，于1997年9月8日抵达后即调整了轨道，准备继承“火星观察者”的“遗志”，绕火星转上1个“火星年”，完成对火星大气气候、地理环境、磁场结构、固体矿物成份等全面的探测研究，预料它发回的众多资料足以装满130张光盘。

更为轰动一时的是捷足先登的“火星探路者”。这个成本只有“火星观察者”1/5（2.66亿美元）的探测器在太空行驶了5亿千米后，终于在1997年7月4日（美国独立纪念日）把一辆6轮车“旅居者”安然降落到苍莽的火星表面上。

当时“探路者”本身绕火星运行的速度高达7.5千米/秒。它先把一个巨大的降落伞抛出，卸掉绝热外壳后，又让几十个“空气保护包”迅速充气膨胀开来，把“旅居者”裹得严严实实，当它只有最后30米高时又开启了减速制动火箭，使下降速度减小到14米/秒。但即令如此，它着陆时巨大的冲力使它承受了18.6克的超重负荷，在气包反弹时跳到了4层楼那么高，后来像皮球那样跳了几次才落在松软的大地上。尔后经过1小时放气，这个三角四面体舱自动校正了位置，打开三面舱壁，向地球报了“平安家信”，同时“旅居者”小车也缓缓驶出，到了克留森平原上的“战神谷”——当年“海盗号”认为这里曾有过洪水，着陆比较安全。“旅居者”重约10千克，65×48×30厘米，6个小轮都能自由驱动，行进的时速一般只有1.6千米，活像一个步履蹒珊的“机器人”，它的落地处现已正式命名为“卡尔·萨根站”。它上面的5台激光测距仪可使它绕过巨石，避过深沟，3台摄像机可获得360°全景立体照片，上面的科学仪器可对岩石、土壤进行各种物理、化学分析。原先设计寿命是一星期，但实际上却在火星上活动了一个多月。它所取得的巨大成功连克林顿也专门为此发表讲话，称赞这是“宇宙探索新时代的开始”。“旅居者”的资料表明，火星的地形与地球类似，土壤则大致有三类：硬质土、粉状土及细质沙土，而岩石则多姿多彩，外观上有红、蓝、白三种，美国地质学家皮特·史密斯认为蓝色石都处于向风的东侧，而背风的西侧才现红色，半埋在土中的石块则常呈白色，但成分不外是石英、长石和石灰石等，以致有人惊叹“没有想到它们与地球岩石这样相似”。这些资料还证明了“ALH84001”的确是来自火星的“娇客”。

更令人激动的是，它把洪水冲刷的景像一览无遗地展示在人们眼前：无数的大小碎石乱七八糟地堆积在峡谷之中，上面都留下了特大洪水冲刷过的明显痕迹。

火星上有过洪水，说明它上面一定有过温暖湿润的时代，因而大大鼓舞了探索火星生命的科学家。

火星上的滔滔洪水哪儿去了？怎会变成今天极为干燥的荒漠？这也能给人类以宝贵的启示——好好保护我们今天的地球！“旅居者”的巨大成功，使世界各国众口一词地把它列入“1997年十大科技成就”之前列。值得指出的是，参与这项计划的华人科学家有好几十人，其中有负责飞船定位、转向、下降的刘登凯、“海盗号”中已崭露头角的吴贻谦（负责飞船保障）及年龄仅28岁的李伟钧（参与飞船轨道设计）更是功不可没。

众神之父

太阳系中的第五颗大行星木星，是9兄弟中最魁梧的巨人。木星的赤道半径达71400千米，是地球的11.2倍。按体积讲，木星是地球的1316倍。如果把地球比作一颗小小的绿豆，木星就相当于一个中27等大小的西瓜。木星的质量为1.9×10千克，相当于地球的318倍。即使把其他8个“弟兄”加在一起，也只是它“体重”的40%。

不知是出于偶然的巧合还是其他什么原因，巨大的木星在西方称“裘匹特”。这是罗马神话中最大的天神，相当于希腊神话中的主神宙斯。天文学上表示木星的符号“ψ”，也是宙斯（Zeng）的打头字母的花写体。宙斯原是地神该亚之子，他的大哥波赛冬是掌握汪洋大海的海神，二哥哈得斯是冥朝地府之尊，宙斯则是专管天上神灵的“众神之父、万人之王”。他能呼风唤雨，行云驾风，手中还有闪电霹雳。但他到处拈花惹草，给不少仙女铸成了悲剧。木星

在我国古代，称木星为“岁星”。因为木星轨道距离太阳5.2天文单位，所以绕太阳的周期大致为12年（11.86年），也就是说，大约12年在星空中绕过一周。用现代的说法，木星大致每年在黄道十二宫中走过一宫，或者说，可以以木星当时所在的星空位置来推算年份。我国古人已认识到这一点，“岁星”的名称也由此而来。

木星真是庞大无比，如果在它赤道上绕行一周，行程将达45万千米，比我们到月球的距离（38万千米）还远得多呢。人造地球卫星绕地球一圈的时间不过1个多小时（100来分钟），倘若以这个速度（8.8千米/秒）绕木星，则将需14小时以上。

木星的质量巨大，表面的引力也相应比地球的引力要大得多。同样100千克的物质，搬到木星上就会重达264千克。所以倘若有“木星人”存在的话，那么他们大约都是动作迟缓的“慢性子”，因为一举手一抬足，都要比在地球上吃力得多。

木星巨大质量所产生的引力，也为空间探测带来一系列新问题。我们知道，登月的宇航员要离开月球返回是比较容易的，因为月球质量小，逃脱月球引力的速度（也称脱离速度、逃逸速度、第二宇宙速度等），只需大于2.4千米/秒即可。但若只有这个速度，到木星上则会有去无回了，因为要摆脱它引力的速度需达59.5千米/秒以上。这个速度可使人们在1分钟内从南京到上海来回6次。

用望远镜观测木星，很容易发现它的视面并不圆。实际上它的扁率为0.0648，或者说，那两极的半径比赤道半径约短4600多千米。要在其中塞进两个水星，才与正圆差不多。木星的转动也比类地行星快得多，按其自转周期（9小时50分30秒）及赤道半径不难算出，木星赤道上的自转线速度为12.66千米/秒，这个速度比出膛的步枪子弹快15倍，几乎与它绕太阳公转的速度（13.06千米/秒）相等了！

孤立无援的木星

在一般人的头脑中，行星都是像地球、月球那样表面是坚实的大地，飞船要在它上面降落非得小心翼翼不可，倘若操纵、计算有丝毫失误，免不了要撞得粉碎。然而，在木星那儿情况却大不相同。

从木星的质量（1.9亿亿亿吨）和体积（1.43亿亿亿立方米）很33快可以得到它的平均密度是1.33克/厘米（或1330千克/米）。只是水3的1.33倍。这个密度值甚至比太阳（1409千克/米）还小。显然，如3果木星也像地球那样，最轻的壳层密度有3300千克/米，那岂非又要成为一个空心球？

因而，科学家认为，在它厚厚的大气层下面，并不是我们熟悉的山川大陆或者荒漠谷地，而是一片蒸腾鼎沸的汪洋大海。所以通常飞往月球和火星的宇宙飞船，如果冒冒失失闯进木星大气，将遭到灭顶之灾。

木星不具备通常概念中的固体表面，浓密的大气之下都是“海洋”，而且，组成木星海洋的竟不是水，而是氢！谁都知道，氢气是最轻的气体，怎么会变成液体？其实不必惊讶，说不定你身旁就有这样的实例——一日三餐烧的液化石油气，不就是变成液体的气体吗？物理学告诉我们，只要有足够的压力及低温，气体就会变成液态。液化气由于钢瓶内保持着高压，石油气被液化了。木星那1千多千米厚的大气层，其压力比钢瓶内要大得多。

这个科学结论，不久便得到了宇宙飞船的证实。空间探测器的资料表明，木星确实是颗“液体行星”，在它那1400千米厚的大气层下面，还可粗略地分为三大层：分子氢层、金属氢层及内核层。三层的情况大体如下表：

液态分子氢的表层温度很高，仅比太阳低1000摄氏度左右。如果不是有几千大气压泰山压顶似的压着，恐怕早就蒸腾到太空中去了。这样看来，与木星相比，金星表面那可怕的环镜已是如“天堂”般的美妙了。

木星中间的金属氢层，外表看起来似乎很平静，不如分子氢那样在剧烈地翻滚，但其温度高达11000～20000摄氏度。在这样的高温下，氢原子中的电子都挣脱了羁绊，变成了自由电子。这样的氢就像水银那样可以导电，故称之为金属氢。现在科学家们已经能在实验室中制造出这种奇特的物质了。

最有争议的是它1万多千米的核心部分。多数天文学家认为，木星应当有一个由铁、镍和硅酸盐组成的固态核。但在几万度高温下。能否保持固态实在很难说，所以也有人认为，木星是“彻底的”液体行星，根本不存在固体物质。这个问题至今尚无定论。

木星上的磁场很强，足以使一般手表“磁化”而无法运转。但是它的磁极方向与我们地球相反，即在地球上指南的针到木星上所指的是北方。因为木星的磁场很强，所以木星大气中有绚丽无比的极光。宇宙飞船在1979年3月间经过木星时，就见到了它那范围达3万千米的极光。如果我们身临其境，那一望无际的神奇绚丽的自然景观，一定会叫人如痴似醉。

木星骚扰左邻右舍

木星不仅发出红外光，而且还像一个电台那样，在不断发出强大的无线电波。无线电波在天文学上都称为“射电波”，它同样是天体电磁辐射的一种。

太阳系内其他行星的射电都很弱，几乎难以察觉，而且它们的波长都在毫米或厘米波段，或者说都是“短波”，而木星却不然。早在1955年就发现了木星发出的射电，波长从短波的1毫米到中波的几百米都有。这个“木星广播电台”的发射功率可达1亿千瓦。我们知道，一般说来，一个广播电台的发射功率只需几十到上百瓦已经足够了，可“木星广播电台”比它们强百万倍！

木星的射电还像太阳一样，经常出现急剧的不规则突变——射电爆发。射电爆发的波长在米波、十米波尤为显著。这种爆发的原因，究竟是木星内部磁场的某种突然变化，还是因为与木卫运动状况有关，至今尚不太清楚。木星射电情况的研究对了解木星的物理状况有着重要的意义，对它的探测进一步证明了木星温度高于理论值的结论，也为探明木星的磁场情况作出了贡献。

以射电方法测定的木星自转周期是9小时55分28.93秒，这比用光学方法探测的周期值长近5分钟。千万别小看这5分钟之差，有人认为这正是木星内部有固体核的证据之一，因为这个值正是固态核的自转周期。从这些射电观测中还可研究木星的磁场分布情况。太阳系的一个“强电台”

木星不仅发出红外线和射电波，还发出其他行星绝没有的X射线。X射线也是电磁波的一种，不同者只是它的波长更短、能量更高而已。木星的X射线发现于20世纪70年代末。1978年美国发射了“高能天文台2号”，这是一颗绕地球运转的科学卫星。它上面的X射线望远镜发现，木星发出的很强的X射线，对于它的卫星系统施加着各种复杂的影响。

更令人惊奇的是，这个功率强大的“木星广播电台”不仅发出各种波长的辐射，竟然还能打出许多高能电子，这也是其他行星所没有的特性。由于木星的磁场很强，所以这种电子有很高的能量，可以射得很远。以前，许多科学家曾在地面上收到过来自天外的猝发的电子，但始终查不出这些电子的来源，直到20世纪70年代法国的两颗称为“太阳神”的卫星上天后，才使这个困惑人们多年的难题水落石出，原来它们正是“木星广播电台”的“副产品”。1973年底，美国发射的行星探测器“先驱者10号”又一次确证了这一点。木星的高能电子可以跨越几亿千米的遥远距离，长驱直人，一直射到水星表面上。进一步测定的结果发现，木星发出的电子竟比太阳平时发出的电子还要强得多。

从木星的这些发射看来，它是否像恒星的问题又将提到人们的面前。

由此可见，木星的归属，木星的前途，的确还是一个值得继续深入研究的大问题。

“旅行者”三会土星

为了更深入研究前两艘飞船发回的资料，美国航天局决定调整“旅行者2号”飞往土星的路径，冒些风险，让它自下而上从土星的光环中穿越而过，真是“不入虎穴，焉得虎子”。这次飞行确实出现过一些险情。当“旅行者2号”以16千米/秒的高速穿过光环时，飞船碰上了一个先前不知的环带，万幸的是它十分纤细，基本上是微米大小的尘埃粒子，所以只有仪器记录下了这些微粒频频撞击的影响。如果遇上稍大的团块，价值1.7亿美元的探测器将完全报废，更失去了一次宝贵的探测良机。“旅行者2号”果然不负众望，它拍得了比前两次更为精细和清晰的光环照片，再次证实了要把土星光环分为几条环带已是没有什么实际意义的了，它的确就像“宇宙音响公司”出产的一张巨大的新唱片，粗粗细细的条纹简直成千上万。美丽的土星“旅行者2号”还见到了不同的景色。它见到F环时，已与9个月前大不相同：“扭结”已经脱开了，但在里面却又衍生出了14个独特的小环。更奇特的是，F环中竟还有一些光亮物质构成的团块——这可能是F环中的一颗小小的冰卫星，但是它何以能在环中独立存在而不被潮汐力弄得粉身碎骨，却又使人难以回答。

过去认为，光环的环缝中是空空的，什么物质也没有，但这第3次远访却使人改变了这种看法。“旅行者2号”的仪器发现，在A环中的恩克环缝里面，竟然有一条像卷曲状的铁丝似的光环在游动。它还发现，最亮的B环有一个很大的缺口，所以这个最大的环将不成其为真正的、完整的环了。“旅行者”飞船还发现光环内的温度比土星大气中低得多，大约在65～75开（-208℃～-198℃）之间。在地球上，只要到-183℃，空气中的氧气即会变成液态；到-195.8℃时，连氮也变成了液体，所以光环内的温度几乎可让空气都变成液态。“旅行者”飞船在土星的云顶上空，还记录到大气中数千次强烈的闪电。闪电规模也十分宏伟，大致可与木星上相比拟。如果按闪电的威力计算，那将是地球上闪电的几千倍。它们还见到了一个风暴区，在相隔9个月的时间里，这个波及几十万平方千米的风暴区几乎没有什么改变。从理论上说来，土星上的天气常常是狂风不断，有时也会下起“雨”、“雪”，但这雨是“氨雨”，雪是“氨雪”。

还有一项发现带有神秘的色彩。“旅行者2号”曾两次收到了奇异的怪声：一次是在飞临土星前夕，它录到了土星发出的高低有律、低深宽广的声音，好像是一个不懂乐律的年轻人在拨弄电子琴，中间还夹杂有嘟嘟的喇叭声；第二次声音发生在飞船飞近土星光环边缘并即将离去时，但这次没有第一次动听，它像是在桥洞底下听到桥上开过车辆时的隆隆声，也有点像大石头落在木板上的嘎嘎声。

土星的声音当然不会是“土星人”的杰作，但它是大自然的什么创造，看来仅凭这两次记录一时还难以查明。将来如果你能有缘去拜访这颗迷人的行星时，可别忘了捕捉这神秘的声音，查出它的来龙去脉呀！

“旅行者”访问天王星

1981年向土星告别之后，两艘“旅行者”分道扬镳，1号飞船向太阳系的边界直飞而去，2号则向天王星、海王星奔驰。经过4年多枯燥乏味的无声旅行，走过了几十亿千米的漫长旅程，终于在1985年底开始进入“乌拉诺斯王国”的领域。11月4日，它上面的各种仪器已经开始对天王星进行瞄视观测了。1986年1月10日，仪器进入“一级战备”，开始实施“远距离接近”的既定程序，观测工作从1月24日开始，直到2月25日结束。这次“历史性”的访问虽然只有短短30多天，但它向地球发回的各种极其清晰、分辨率很高的照片达7000多张，所得到的资料比发现以来204年的总和还多几十倍，因此大大拓宽了人们对天王星的认识。

发来的资料表明，天王星上有几千千米厚的大气，其中80%为氢，氦则不到20%，其他有氮和甲烷等。大气内的平均温度为零下176℃。它似乎不受阳光的影响，因为目前几十年中，南极正对着太阳，但它那儿的温度反比处于黑夜中的北极还低，其原因可能是高速的风暴起了某种搅拌作用。天王星上的风最大速度可达400米/秒以上，超过了音速。如果我们遇到这样大的风，要等风过后，才能听到鬼哭狼嚎的呼啸风声。“旅行者2号”接近天王星时的情景

飞船接近天王星的时间不过短短十几秒钟，但这1/4分钟所得的资料足以表明，在天王星厚厚大气之下的是汪洋大海。组成这个海洋的是真正的水，但与地球大海中的水很不一样。表面上看来它风平浪静，但温度高得骇人，它比炼钢炉中的钢水温度还高1倍多，达三四千度。它之所以不沸腾蒸干，完全是因为它“身上”承受着几千个大气压的关系。据计算，天王星上的大海深达8000千米，这比地球上最深的马里亚纳海沟（11千米）深700多倍。若把火星投进去，它会全部沉没于海底。

天王星的自转周期过去众说纷坛，天文书上反复修改。但这次从磁场中探得的周期为17小时15分，而从大气测得的数据是16小时58分，这反映了它内部的核与外层的不同。从种种迹象看来，有人认为天王星可能是由许多彗星聚合而成的。

原先人们只知道它有5颗卫星，现在则增加了2倍多为17颗。“旅行者”还发现，天王星的环带不是9条而是有20条，而且不同的环有不同的色彩。有的环偏红，有的环却呈蓝色。在最亮的主环ε环中，其中的物质明暗不一，大的如卡车，小的如芥末，参差不齐，都在环中运动，构成了一幅神奇的画面……

“旅行者”的最后一站

由于海王星发现至今不过一个半世纪，加上它那遥远的距离，使人们对它的了解始终像雾中看花那样朦朦胧胧。1977年美国将两艘“旅行者”飞船送上天后，人们便翘首以待，期待着它们的佳音。“旅行者2号”自1986年2月25日飞离天王星后，它就以每秒16千米的巨大速度向海王星疾驰而去……

这一天终于来到了。1989年8月24日，经过12年宇航生涯的“旅行者2号”按时到达了其航程的最后一站——海王星。那天20时56分（美国西部时间），它离海王星大气层只有4827千米（与当年设计要求相比，误差仅33千米）。这时候，在“旅2”的“眼”里，庞大的海王星身影足足占据了整个天空1/4的区域，实在是壮观极了。

海王星给人最突出的印象是，它是一个狂风呼啸、乱云飞渡、充满活力的世界，与3年前见到平静的天王星形成了鲜明的对照。在海王星厚厚的大气（主要成份为氢、氦、甲烷、乙烷等）内，狂风裹挟着白云（冰冻的甲烷云为主）飞速运动，时速可达650千米（相当于180米/秒）。此外，大气中还有众多湍急紊乱的气旋在翻滚……在海王星的南半球上有一个引人注目的卵形“大黑斑”。有趣的是，除了颜色不同外，其形状、相对位置和大小比例竟与木星大红斑如出一辙。测定表面实际大小为12000×8000（千米），它按着逆时针方向每18小时转一圈。因为其大小与地球相仿，所以实际的转动速度很大。一般认为它也是个大气旋，不同于木星大红斑的是，大黑斑似乎有“繁衍”能力，在沿经度方向它的“身后”，就有许多小黑斑尾随着……

在大黑斑之南有两个亮斑S1和S2，但实际上它们位于黑斑的上空。另外在南纬51度及70度处还有两个较小的黑斑，它们的范围略小，但颜色更黝黑，最南的小黑斑使南极区形成两条宽三四千千米的“黑带”，它们同样是令人惊心动魄的风暴区。“旅2”飞船轻而易举地测出了海王星的磁场，其强度约为地球磁场的二三倍。所以海王星上空也有辐射带，也会产生绚丽的极光，但是与地球地磁两极就在南北极附近不一样，海王星的磁极与海王星的南北极偏差50度左右。所以如果将来宇航员降落到海王星上，他会发现带来的罗盘是多余的累赘。

根据资料推测，在厚厚的大气下面，海王星的表面是一种半凝结状的物质层，它的主要成份是甲烷、氢和水冰，而海王星的内部有一个坚硬无比的固体核心。有人认为，在核心高温高压的作用下，甲烷会分解成碳和氢，而碳又会重新结晶为昂贵的钻石！将来把它开发出来，钻石将会因随手可得而变得比玻璃还不值钱……

原先人们对海王星的光环问题争执不下，现在则有大量的照片作证：海王星确有光环，且有5条之多。里面3条环比较模糊，估计是由被粉碎了的小卫星的碎片构成的。最里面的一个环实际上是一个尘埃层。较外面的2条环比较明亮，分别称1989NIA和1989N2A。稍里面的1989N2A比较完整，但最外面的环却只有几段弧才特别明亮。仔细观测才知道，原来环中嵌着七八团大冰块（最大的直径约有10～20千米），其余的则都是很小的冰晶及碎石……“旅2”对海王星的访问使我们得到了6000多张珍贵的照片。这些科学资料在美国广播系统中连续播放了整整7个小时，使来自7个国家的130位科学家欣喜若狂。与此同时，美国电视台播映的《黑夜中的海王星》传真录像也吸引了至少270万观众。

然而，科学家们不免也有些怅然，因为这实际上是“旅行者”的“最后冲刺”。在离开海王星后，曾给我们发回了5亿个宝贵数据的飞船已大体完成了历史使命，虽然在公元2000年前它还会向我们提供一些信息，但它上面的摄像机、红外线探测仪、无线电发射机……一切仪器终将逐一关闭，上面的电源也会逐渐耗尽，成为在银河系中无声无息的“流浪汉”。

如果一切都按照科学家的计划，中间不发生任何意外，那么在29.6万年后，“旅行者2号”将飞到天狼星的范围。如果那儿确有技术先进的“天狼星人”的话，那么他们就会设法截获这艘飞船，找到那张精心设计、保护严密的铜质镀金唱片（“‘地球之音’响彻太空”），破译出太阳系地球人类的最基本的信息，从而顺藤摸瓜，与我们地球人结交……

宇宙趣话

太阳大家庭

太阳是一颗普通的恒星。在宇宙万千恒星中，它只是一个不起眼的小星。但在太阳的家族中，它可是一位至高无上，有着赫赫权威的“家长”。它的儿女子孙们无一例外地俯首贴耳听从它的指挥，分秒不停地围绕它旋转。

就目前所知而言，太阳的家族不算很大。除了太阳以外，共有九大行星。许多行星都有卫星。在火星和木星轨道之间还有众多小行星。此外还有彗星和各种星际物质。所有这些成员和太阳一起组成的家族，天文学上称为太阳系。

在太阳系中，太阳的质量最大，大约是1989亿亿亿吨，占了太阳系总质量的99.80%，是地球质量的33万倍。如果再扩大一下比较的范围，那么太阳体积是九大行星体积总和的590倍，太阳质量是九大行星质量总和的745倍。这么大的质量，根据万有引力定律，它对其他物体就有很大的吸引力。这就是太阳系内其他成员不停地围绕它旋转的根本原因。太阳是一个大火球，表面温度有6，000多度，内部温度还要高，中心部位可能达到1，500万度。在这么高的温度下，别说固体、液体不能存在，就连气体也都成为等离子态了。所以太阳是一个等离子态的气体大火球。

太阳与地球相距很远，大约是14960万千米。人要走到太阳上去，步行一小时5千米，昼夜不停地走，也需要3，500年。改乘每小时100千米的火车，也要走170年。就是乘喷气式飞机也需要10多年时间。天文学上，把地球到太阳的平均距离作为测定太阳系内天体之间距离的基本长度单位，叫做天文单位。1天文单位等于14，960万千米。

在九大行星中，从地球上看比较明亮的只有5颗，这就是水星、金星、火星、木星和土星。其他三颗星都是望远镜发明以后，在开普勒建立行星运动三大定律和牛顿发现万有引力定律的基础上发现的。天王星是1781年3月由生于德国、迁居英国的天文学家赫歇耳用自制望远镜发现的。海王星首先是法国天文学家勒威耶和英国天文学家亚当斯各自推算出它的位置后，于1846年由德国天文学家伽勒用望远镜找到的。而最微弱的冥王星是1930年由美国天文学家汤博根据洛韦耳的计算，用照相方法发现的。

海王星和冥王星的发现是天体力学的伟大胜利，因为它们都是先从理论上计算出位置，然后才找到的。那么太阳系内是否还有第十颗甚至更多的行星呢？人们一直在积极地寻找。根据水星轨道近日点的反常进动，有人设想在太阳和水星之间还应该有一颗行星，但至今未能找到，而且多数人认为水星轨道内离太阳距离太近，“水内行星”不可能存在。还有人认为，从理论上计算，太阳的引力范围至少应有4，500个天文单位距离之遥。目前九大行星最远的才40个天文单位，所以在冥王星外还应该有不止一颗行星。为了验证这一点，天文学家们进行了长时间的搜索。美国科学家甚至宣布，他们在1996年10月，利用夏威夷大学的望远镜，在九大行星之外又发现了一颗以冰为主要成份的微型行星，命名为“1996TL66”。这个行星直径只有480公里左右，表面积和美国德克萨斯州大小差不多。它沿椭圆轨道绕日运行，在远日点时与太阳距离约为冥王星的3倍多。主要成份是水、二氧化碳和甲烷。发现者认为，他们的成果意义巨大，表明太阳系的范围远比人类预想的要大。但科学界对这一发现和结论没有表现出太大的兴趣。但是在火星和木星轨道之间为数众多的小行星的发现，的的确确是科学理论的又一伟大胜利。

德国科学家提丢斯和波得根据行星的基本情况得出了行星与太阳平均距离的经验定律。这个定律把地球到太阳的平均距离定为1个天n文单位，那么各行星到太阳的距离分别为0.4+0.3×2天文单位。根据这个定律可以近似地列出各个行星到太阳的平均距离。

可以看出当时在火星和木星的轨道之间空着一个位置。也就是说在距太阳2.8天文单位处还应该有一颗行星。1801年，意大利天文学家皮阿齐，果然在这个距离上发现了一颗很小的行星，起名叫“谷神星”。此后天文学家们在这个距离上又不断发现许多小行星。现在发现的小行星已经有4，000多颗了。用照相巡天观测发现的小行星大约有50万颗。但这么多小行星的总质量还不到地球质量的万分之四。小行星带的发现，填补了火星、木星轨道间行星位置的空缺，又一次证明了“提丢斯一波得”定律的正确。我国紫金山天文台多年来从事小行星观测，发现的小行星就有400多颗。其中5颗用张衡、祖冲之、一行、郭守敬和沈括来命名。还有32颗用包括台湾省在内的我国各省、自治区或城市的地名来命名。

除了上面介绍的这些主要行星外，太阳家族中还有流星和陨石、彗星以及各种行星际物质。它们比起九大行星和成群的小行星来说，似乎不足挂齿。但它们奇特的行为、外貌和作用仍然引起人们极大的兴趣，是天文学研究的重要内容。

太阳系九大行星中，在地球轨道以内的叫地内行星，在地球轨道以外的叫地外行星。要是以小行星带作为界限，靠里面的水星、金星、地球、火星叫内行星。其余的五颗大行星叫外行星。内行星体积都比较小，密度却比较大，中心有铁核，整个星球物质中金属所占比重较大。这几颗行星除地球外又可以叫“类地行星”。外行星中，木星、土星体积大，密度小，主要由氢、氦、氖等轻元素组成，又称巨行星。外行星中的其他三颗为远日行星，密度介于类地行星和巨行星之间，主要由氮、碳、氧和氢化物组成。也有人把两颗巨行星和天王星、海王星统称为“类木行星”，因为它们都是液态行星。

九大行星中除水星、金星外，都有卫星。地球和冥王星的卫星少，各自只有一颗。木星和土星的卫星很多，分别有16颗和23颗。如果有可能站在木星或土星上仰望星空，会看到轮番升起的大小不同、形状不一的“月亮”，它们“成群结队”，有时三、四个，有时七、八个同时挂在天上，那景象是何等奇特啊！

九大行星中的土星、木星、天王星和海王星还有行星环。行星环是沿星球的赤道面围绕星球运动的环状物，成因还弄不清。环带上是一些直径不到1米的小物体。环带面积很大，尤以土星光环最为壮观。从望远镜中观测土星形象十分美丽。

太阳系的最大特征是所有行星轨道几乎都处在太阳的赤道平面内，这叫共面性；同时还都以同太阳自转方向相同的方向绕太阳公转，除了个别例外，还都沿同一方向自转，这叫同向性；此外，所有行星轨道都是以太阳为中心的近似的圆形，这叫近圆性。太阳系的这些特征，以及行星之间的相近或不同之处，都同太阳系的起源和演化过程有着密切的关系。

太阳威力无比称王称霸

太阳是太阳系的中心。它光芒四射，威力无比，给地球带来了温暖和生命。自古以来，人们就把太阳看作光明和力量的象征，对它无限景仰，无比崇拜。由此也产生了许多关于太阳的神话，最著名的要数后羿射日的故事。相传上古时候，东海外一个叫汤谷的地方有一棵极大的扶桑树，上面栖息着十个太阳，它们之中每天都有一个出去将温暖的阳光洒向人间。有一次，十个太阳突发奇想，要一起出来玩耍一回。十个太阳同时出现在天上，致使大地干裂，草本枯焦，人们难以生活。尧帝命善于射箭的后羿射掉九个太阳。太阳落地时却变成了中箭的乌鸦。天空只留下一个太阳，人间的生活又恢复了正常。这个美丽的故事反应了太阳和人类的密切关系。

真正的太阳绝不可能有十个，更不可能被人用箭射下来。太阳实在太大了。它的直径有139.2万千米，是地球直径的109倍；体积大约是140.1亿亿亿立方千米，是地球的130万倍；质量约为1，989亿亿亿吨，是地球的33万倍。因此它的巨大能量是人们难以想象的。它133秒钟释放的能量就有3.8×10尔格。这样的能量只需40秒钟就可以使覆盖整个地球表面100千米厚的冰层全部融化。这么大的能量几十亿年来源源不断输向四面八方，地球得到的仅仅是其中22亿分之一。太阳发光能力至今不见有任何减弱，它的能量从何而来？和其他恒星一样，太阳的能量来自氢原子核聚变为氦原子核的热核反应。可以说太阳是一颗持续不断爆炸着的巨大氢弹。那么太阳的组成成份也就大致清楚了，它主要是由氢和氦组成的，其中氢占78.4%，氦占19.8%。但是通过光谱分析，发现太阳上还有许多其他元素，例如碳、氮、氧和各种金属，这些元素地球上都有。

太阳与地球所含的元素虽然差不多，但物理状态却大不一样。太阳的温度非常高，表面约为6，000多摄氏度，内部高达1，500万摄氏度，这使它永远放射着耀眼的光芒。人们多想仔细看看它的面貌啊，可耀眼的光芒妨碍了人们的观察，直到科学技术高度发展的今天，人们才基本看清了太阳的真面目。原来太阳分为内部的核和大气两部分。它的内部情况我们还不太了解，但已经知道大气分为三层。平常看到的一轮红日是太阳的表面层，叫光球。光球之外有一层暗红色的大气，称为色球，色球上喷发着长长的火舌。最外面一层叫日冕，形状很不规则。太阳的能量来自内部，层层传递到表面，以辐射的形式发射到宇宙空间。色球上喷发的巨大火焰叫日珥。大日珥高达225，000千米，19个地球排成一队才有这么高。最外一层的日冕是太阳的外围大气，平时很难看到，亮度相当于月亮，但温度却能达到100～200万摄氏度。日冕物质全部电离，由于物质密度稀薄，快速运动的带电粒子就会有一部分挣脱太阳的引力，像脱缰野马般奔向四面八方，这就形成了太阳风。

太阳风里的物质究竟是什么？用人造卫星捕获太阳风质点，发现它的主要成份是质子，也就是氢原子核，占91.3%；其次是氦核，占8.6%；还有少量其他元素的离子和一些自由电子。太阳风跑得非常快，到达地球的太阳风速度还有450千米/秒，比步枪的子弹还快500倍。粒子运动激烈，温度就高，所以质子温度约4万摄氏度，电子温度约10万摄氏度。这么“热”的风吹来，会不会把地球烤焦呢？不会。因为太阳风密度很低，大约每立方厘米只有8个粒子，因此总体能量对地球影响不大。

太阳在人们心中一直是神圣的。可是后来通过望远镜观察，人们发现太阳上也有成群的暗黑斑点，这就是太阳黑子。古时候的人们在昏暗的天气里也看到了太阳黑子，但弄不清是什么东西，就凭想象编造出故事，说太阳上有三只脚的乌鸦。这个想象今天看来多么可笑，可是很长时间里人们都用“金乌”来称呼太阳。唐代大文学家韩愈形容太阳的诗歌这样写道：“金乌海底初飞来，朱辉散射青霞开。”现在人们已经知道“黑子”是太阳光球层上温度比周围低1，000～2，000℃的暗斑，有很强的磁性，磁场强度可达到3，000～4，000高斯，而地球磁场强度还不到1高斯。黑子经常成对出现，一个是磁北极，另一个是磁南极。有时大黑子周围还有许多小黑子。太阳黑子有时多，有时少，从多到少有一定的周期性，平均周期为11年。尽管人们对太阳上的黑子不再感到奇怪了，但对黑子的成因、活动周期等问题还缺乏本质的认识。

除了黑子以外，太阳还有各种活动表现，诸如光斑、谱斑、耀斑、射电等现象，这些现象统称为“太阳活动”。太阳活动对地球有很大影响，例如耀斑出现时会引起地球短波无线电通信的减弱甚至中断。当大黑子群从日面中心区转过时，地球上往往会发生“磁暴”，使地球上的磁针左右摇摆、动荡不定，指南针失去指向作用。有趣的是，地球南北极美丽的极光也常常和磁暴同时发生。太阳活动还对地球气候有重大影响，使气压升高或降低，使雨量增加或减少。气象工作者对太阳活动非常关心，因为这与天气预报有很大关系。

总之，太阳与地球上人类的生活息息相关。从根本上说，地球上的能源绝大部分来自太阳。我们吃的粮食、蔬菜、水果靠阳光照耀而生长；我们烧的煤炭、天然气、石油是亿万年前在阳光照耀下生长的生物因地壳变迁埋入地下而形成的；食草动物以食用植物为生；食肉动物又多以食用食草类动物为生。可见，包括人类在内的动、植物的能源归根结底取自太阳。现在许多科学家都在努力研究如何更直接地利用太阳能，因为太阳能随处可取，用之不竭，物美价廉，且不污染环境。现在各种太阳能设备种类繁多，有太阳能炊具、太阳能热水器、太阳能冷冻机、太阳能水泵、太阳能医疗设备、太阳能空调装置等等。特别值得一提的是太阳能电池。它在人造卫星等空间飞行器上广泛使用，这样人类在太空探测中就有了能源保证。太阳带给人类温暖和希望，人类永远景仰和歌颂太阳。

太阳上的黑子并不黑

在明亮的太阳圆面上，常常出现一些暗黑的斑点，叫做黑子。黑子的中心部分，看起来最黑，叫作本影。本影周围亮一些，但也没有光球亮。

黑子是怎样产生的呢？科学家们一般认为：它们是一种巨大的旋涡形状的气流，是由于太阳上的大气活动而形成的。就象地球上大气的运动会形成台风一样，黑子也可以说是太阳上的“风暴区”。但是这种风暴比地球上的台风要猛烈得多。十二级台风的风速不超过每秒钟五十米，而黑子中气流运动的速度达到每秒钟一、二千米。所以，黑子是太阳上物质激烈运动的一种现象。

太阳上并不是每年都出现同样多的黑子，而是有的年份多些，有的年份少些。如果我们从某一个黑子最多的年份开始观察，就会发现在以后几年中黑子数目会逐渐减少，减到一个最少的数目后又重新增多，增到最多后又减少。黑子数目的这样一种变化规律，就象春夏秋冬四季一样循环替换，我们把它叫做周期性。黑子数目变化的周期，就是太阳活动程度强弱变化的周期。黑子大量出现，就表示太阳上的物质活动达到了高潮。黑子数目变化的周期是十一年左右。就是说，如果从某一个黑子最多的年份算起，一直算到下一个最多的年份，前后一共是十一年的样子。天文学上规定，从一七五五年开始的十一年为第一号周期。这样依次排下来，现在正处在第二十号周期。

黑子其实并不黑，它们的温度大约4200°左右，比飞溅的钢花和电灯泡里钨丝的温度高得多。但是，太阳表面的温度更高，大约有6000°。所以，黑子在周围明亮的背景反衬下就显得是黑的了。

黑子的形状很不规则，大小也很不一样。小黑子的直径大约是一千公里，大的可以达到二十万公里，比地球的直径还大十几倍。

观察黑子并不困难，不一定要用望远镜，肉眼就能看到。我们的祖先用来观察太阳黑子的方法很多：有的是通过一块墨色水晶来看太阳；有的是用一块半透明的玉；还有一种方法，叫做“盆油观日”，就是在一只盆里装上油，让太阳光射到盆里，从油中的太阳影子上可以看见黑子。当然，不用任何别的东西，只用眼睛直接看黑子，不能在中午阳光强烈的时候看。可以在有薄雾的时候，或者有风沙而天色昏暗的时候去看。早晨太阳刚升起时，黄昏日落西山时，都是肉眼观察黑子的好时机。我国的一部古书《汉书·五行志》里有一段话说，公元前二十八年三月的一天早晨，太阳出来时，它的中央有一个黑斑，看上去象枚铜钱那么大。这是世界上最早的对太阳黑子的记载，比朝鲜、日本的记载早六百多年，比欧洲的早八百多年。

你也想亲眼看看太阳黑子吗？那你就按前面说的方法试试吧。不过，肉眼看黑子最好是在它们数量最多的年份。一九七九年下半年到一九八O年上半年，就是刚过去的一个这样的年份。下一个这样的年份就得是十一年后了。

50年后看太阳

对于地球上的人类来说，太阳真是太重要了，宇宙中没有一个天体能跟太阳相比。人类的生存和发展，归根到底是依靠太阳送来的能量。可是，太阳发出的光和热中只有二十二亿分之一给了地球，其余的都白白地散到空中去了。可就二十二亿分之一的这么一点点能量，也足够使地球成为现在这样一个生气勃勃、欣欣向荣的世界了。

太阳这么巨大的能量是从哪里来的呢？这团熊熊燃烧的火球烧的是什么东西呢？

它烧的不是柴，也不是煤，而是氢。用科学的话来说，太阳的能量是从这样一种反应产生出来的：就是每四个氢原子核合成一个氦原子核。这就叫做热核反应。热核反应放出的能量大极了！一克重那么点儿氢变成氦时，放出来的能量等于燃烧十五吨汽油。一公斤重的氢，抵得上几百列车煤。你知道氢弹吧，它比原子弹的威力还要大，氢弹爆炸时发生的就是这种热核反应。太阳中的热核反应

在太阳那里，“氢弹”一刻不停地爆炸，已经有五十亿年左右了。现在太阳上的氢，继续这样爆炸下去，大约还够再用五十亿年的样子。

这五十亿年过去后，全部的氢都用光了，都变成了氦。那时的太阳可就不是现在这个样子了。它会开始膨胀，一直膨胀到现在地球公转的圈子外面。我们知道，离太阳最近的行星是水星，第二个是金星，第三个就是地球。这就是说，那时的太阳会张开大口，把水星、金星、地球，还有月亮，都一个个地吞进去。那时候太阳表面的温度会比现在低，颜色发红。天文学家给这种又大又红的恒星起了个名字，叫红巨星。

当然，我们完全不必为五十亿年后地球的毁灭而担忧。也许，在这以前人类就已经毁灭了。或者是地球上的人类早已迁移到另外一个星球上去重建家园了。他们有没有能力这样做呢？我们不知道。不过按照现在世界上科学技术发展的速度来看，他们应该有可能具备这种能力。

七彩星光射太阳

如果你非常仔细地观察星星的话，会发现有许多恒星呈现某种颜色，如红、黄、蓝等。恒星为什么会有不同的颜色呢？

光的本质是电磁波。无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线都是电磁波，只不过波长有所不同。在可见光中，红光波长最长，蓝光波长最短。而波长较短的光由于有较高的频率，其光子能量较高，因为光子能量与频率成正比。按照物理学中的维恩位移定律，发光体的温度越高，其光强最大值处所在的波长就越短。因此，恒星所呈现出的不同颜色，代表了它们表面所处的不同温度。例如，蓝色的星温度较高，大约在10000K左右；红色的星温度较低，大约在3000K左右；黄色的星温度居中，大约在6000K左右。我们的太阳就属于后者。

然而，如果对星光进行更仔细的分析，还可以得到更多的信息。牛顿在17世纪60年代曾做了一项具有重大意义的工作。他让一束白光通过玻璃三棱镜，在棱镜后面的纸屏上观察到了红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色彩虹。他敏锐地意识到，白光原来是各种颜色的单色光混合而成的。牛顿称这种按顺序排列的单色光为光谱。1814年，德国人夫琅和费在太阳光中又有了新的发现。他本来是一位能干的光学仪器制造者，当时在研究一种精确测定不同成分、类型的玻璃对不同颜色光束折射率的方法。他听说另一位德国科学家沃拉斯顿曾经在太阳光谱中发现了某些暗的条纹，因此希望用这些暗线做他对玻璃折射率测量的标记，于是他着手重复牛顿和沃拉斯顿做过的实验。由于夫琅和费使用的仪器比他的前人完备得多，他得到的光谱被放大了很多倍而非常有利于仔细观察。夫琅和费数出了太阳光谱中的多达700条不等间隔的暗线（在现代条件下观察到的暗线已达约100万条）。直到今天，我们还称这些太阳光谱暗线为“夫琅和费线”。

但是，夫琅和费线是怎样形成的？它们究竟意味着什么？人们对此在一段时间内却茫然不知。到了1856年，化学家本生发明了燃烧煤气的“本生灯”。当他在灯的白色火焰中撒入不同的化学物质时，火焰会变得带有某种色彩。随后，本生和基尔霍夫开始通过棱镜来观察这些彩色的火焰。他们在棱镜后面看到了一条条的光谱线。而且，不同的化学物质所产生的光谱线在光谱中出现的位置也不相同。于是他们得出一个振奋人心的结论，即每一种化学物质都有它自己的特征谱线。这就有点像我们每个人都有与他人不同的特征指纹一样。天文学家们很快地接受了本生和基尔霍夫的研究成果。他们设想，用棱镜来分析来自天体的光，通过研究谱线的不同位置（即不同波长或说不同颜色），并将其与地球上实验室中得到的不同物质的特征谱线相比较，就有可能确定该天体中都含有哪些元素及含量的多少（含量与光谱线强度有关）。这样，一种崭新的天体光谱分析技术从此诞生了。

人们还发现，如果在实验室中通过棱镜直接观察一些炽热物体所发出的光，看到的是从红到紫的连续彩虹，其中并没有亮线和暗线。这种连续彩虹叫连续谱。但如果透过某种物质的气体或蒸气来观察炽热物体所发出的光时，在连续谱中就会出现暗线。而如果改在某个角度上观察这种气体或蒸气时，情况就又不同了，看到的是在暗背景上出现的亮线。科学家们进而认识到，暗线是由物质对特定波长的光能量吸收形成的，亮线是由物质对特定波长的光能量发射形成的。因此，暗线又称吸收线，亮线又称发射线。一种物质的特征谱线有时是亮线，有时是暗线，这取决于它所处的物理状态和观察的方式。但不管是吸收线还是发射线，其位置（即波长）在一般条件下总是不变的。用另一位科学家克希霍夫的话来说，就是“如果让产生连续谱的光源发出的光穿过比较冷的气体（或蒸气），那么气体就从光谱的全部光线中只吸收那些它自己在炽热状态下发射的光线”。

那么，一种物质为什么能发射或吸收一定波长的光呢？这是个不容易一下子弄清楚的问题，它使科学家们困惑了很多年。到了1931年，年轻的丹麦物理学家玻尔在英国科学家卢瑟福提出的原子模型基础上，结合夫琅和费、基尔霍夫和本生他们的工作，提出了一种新的原子理论。他认为，在一个原子内部，电子就像行星绕太阳旋转那样环绕原子核旋转。而越是靠近核的电子，具有的能量越低；离核远的电子能量更高些。这样，电子所在的轨道不同，所处的“能级”也不同。根据能量守恒定律，当电子从外部的轨道“跃迁”到离原子核更近些的轨道上时，它必然要释放出一部分能量。反之，电子也只有吸收了一部分能量后，才可能从内部的轨道跃迁到离原子核更远些的轨道上。但是，电子能级从低到高的结构方式，并不像是连续的“斜坡”，而更像是楼梯上的“台阶”。所以，在两个特定的“台阶”之间发生跃迁时，无论吸收还是发射，“台阶”之间的能量差总是固定的。还有，由于不同物质的原子中电子数目有多有少，能级“台阶”之间的能量差也不相同，所以吸收或发射光波长也就不同。玻尔的理论发表后，解释了很多先前的理论不能解释的现象，很快为科学家们所接受。原子光谱和光谱分析有了可靠的理论基础，人们完全摆脱了以前面对实验现象时那种“盲目”的感觉。

使用光谱分析的方法，人们终于开始了解遥远而可望不可及的天体上都有些什么化学元素了。原来，几乎所有的恒星表层大气中都具有大致相同的化学成分。最多的是氢，其次是氦，这两种元素占了总量的95%以上，其余的有钾、钠、钙、镁、铁、氧化钛等元素和化合物。天文学家根据不同的光谱类型对恒星进行了分类。如，A型星有很强的氢线，而B型星的氢线相对较弱，但出现了较强的氦线，F型星光谱中的金属线很强，M型星光谱中有明显的氧化钛分子线。因为分子的谱线较宽，人们也称之为“谱带”。太阳属于G型星，它的氢线较弱，金属线相对强，电离钙线很强。如果把各种恒星的光谱类型按温度从高到低排队，那就是O、B、A、F、G、K、M。有人为了方便记忆，还编了一句俏皮的英语，这就是：“Oh,BeAFairGirl,KissMe！”中文意思是：啊，美丽的姑娘吻我吧！

由司马懿看巨星陨落说星人相通

在“三国”故事中，有一回说的是诸葛亮和司马懿分率蜀军、魏军交战于五丈原附近，两军对垒，相持不下。一次司马懿夜观天象，突然发现有巨星陨落，于是他推断诸葛亮已经病故了，不禁暗自心喜。这当然只是“演义”了的故事，但它说明在当时人们的心目中，总是把天上的星星和地上的人联系在一起。因此，有“地上一个人，天上一颗星”的说法。从科学的角度来看，如果说星星和人类有什么联系，那就是星星也有类似人类“生老病死”的演化过程。

恒星是在暗星云中诞生的。这些星云是由寒冷的气体和尘埃组成的，由于其中物质密度不均匀，在有的区域有密度相对高的“团块”。由于万有引力的作用，团块不断吸引它周围的物质变成它自身的一部分，因而质量越来越大，引力也越来越大，同时它也更快地旋转起来。经过漫长的年代之后，“引力吸积”效应使暗星云收缩，演化成了“球状体”。这种球状体比原始星云小得多，但据推算，最小的球状体直径也会超过1万亿千米，这比整个太阳系的直径要大得多！

球状体是很不稳定的，因为其中的物质由于引力作用继续向内压缩，体积继续变小而密度迅速变大，在它的中心处，由于压力的增大，温度也急剧升高。温度的升高使核心产生了向外的压力。当收缩力和向外的压力相平衡时，进入了一个相对稳定的状态。这时球状体就变成了一颗“原恒星”。原恒星相当于恒星的“未成年”时代。

原恒星仍处在缓慢的收缩过程中。经过漫长的年代后，核心部分的氢元素开始处在极高的密度和温度之下，氢原子相互碰撞并聚合在一起，于是热核聚变反应发生了，这就是“核点火”过程。氢开始聚变成氦，核聚变过程释放出巨大的能量，原恒星这时“成长”为一颗真正的恒星。恒星开始了它“青春似火”的年华。

我们的太阳就是一颗处在这一“年龄段”的恒星。它的内部时时刻刻都在进行着热核反应，所释放出的能量是我们人类生存所必需的光和热的最主要来源。我们看到的夜空中的灿烂群星大部分也是这种“中青年”恒星。恒星的这一阶段要维持大约100亿年。

在太阳上每秒大约有6亿吨氢聚变成氦从而被消耗掉，而在任何一颗恒星上氢的含量都不是无穷无尽的，氢“资源”是有限的。在氢燃烧殆尽后，恒星就会进入它生命的下一阶段，即“老年”慢慢来临了。这时由于热核反应的减弱，向外辐射能量的减少，导致了向外压力的减小，恒星开始收缩。天文学家称这种收缩为“坍塌”。坍塌的结果又产生大量的热能，因此恒星的外层部分又开始向外膨胀，按照热力学定律，膨胀会导致温度的降低。因为温度的降低，恒星的颜色由蓝变红，体积又增大了很多，这时的恒星就变成了“红巨星”。红巨星的“身体”非常庞大。据推算，当约50亿年后太阳蜕变成一颗红巨星时，它的外层部分将延伸到现在的火星轨道附近，到那时地球将被太阳“吞噬”而不复存在。地球的这种“灭顶之灾”当然只可能发生在极其遥远的未来，现代的人类和他们的子孙们尽可以泰然处之，不必去“杞人忧天”。

在红巨星的核心部分，温度和压力甚至有时比演化的前一段更高，这就有可能引发新一轮的核反应。但这时的燃料不是氢而是氦了，氦会聚变成碳。再下一阶段，随着温度和压力的再升高，碳会聚变成氧，而氧再燃烧会聚变成硅和硫等。在有些红巨星上还会发生硅和硫聚变成铁和镍的核燃烧。到了这个时候，红巨星时代就行将结束了。

爱因斯坦的“扭曲”世界

牛顿躺在果园里，思考着苹果为什么要朝地上掉，以致砸到了脑袋上，而不是朝天上飞去的问题。你听说过这个故事吗？牛顿的万有引力理论一经创立随即大获成功，利用牛顿理论计算出的太阳系各大天体的运行轨道，看来是准确无误的。直至今天，科学家们还在以牛顿理论为基础，计算，预报日食和月食的发生时刻，及彗星和小行星轨道的近日点、近地点等。其结果之精确，完全可以令科学家们引以自豪。

万有引力在地球上人们的日常生活中主要表现为重力。重力加速度g是由于地球质量对物体的引力而产生的。牛顿引力理论的基本思想，是把物体间的引力和物体的质量联系起来，这是人类科学史上一次重大的飞跃。但是，到了1905年，一位德国出生的犹太物理学家对牛顿理论的“完美无缺”提出了挑战，他就是阿尔伯特·爱因斯坦。

立体空间可以用X、Y、Z三个坐标来描述，所以空间是“三维”的。而时间总是沿着一个方向进行的，因而它是“一维”的。现在人类认识到的空间和时间就被总称为“四维时空”。爱因斯坦的理论指出，在一个大质量物体（例如恒星）周围，由于它的强大引力场的作用，四维时空会发生明显的弯曲，而弯曲的时空会作用于其内部的物体，影响它们的运动；但在远离该大质量物体的地方，由于引力场明显减弱，四维时空仍是“平直”的，在那里物体的运动并不受什么影响。这就是爱因斯坦提出的“广义相对论”中的思想。

可是，“弯曲时空”这个概念听起来很抽象，甚至有点“玄”。在广义相对论刚刚发表的时候，全世界的科学家们并没有接受它，这是因为人们根本弄不懂它。据说当年全世界只有不到10个人听得懂广义相对论。另一方面，人们也知道全世界每年发表的这样那样的“理论”虽然多得数不胜数，但真正能够经得起检验的并不很多。可是，后来发生的两件事，却大大支持了广义相对论，从而牢固地确立了广义相对论的科学地位。

原来，牛顿理论虽然在绝大多数场合都正确无误，却唯独在计算太阳系最内部的行星——水星的轨道时，发生了很大的困难，因为它不能解释水星轨道的“进动”。这样，牛顿理论在水星轨道问题上露出了它的一点“破绽”。而广义相对论在用于行星轨道时，不仅结果完全正确，还能预示水星轨道的进动，其计算值与观测值符合得很好。这大大增强了人们对广义相对论的信心。

还有，根据广义相对论，在弯曲的时空中，光不再沿着“笔直”的路线传播，而是沿着时空弯曲的方向而“弯折”地前进。你想，如果连光线都弯折了，这时就没有什么东西是“直”的了。可是，在地球上的常规实验室中，没有办法模拟强大的引力场，这种光线弯折效应就很难用实验来检验。后来，还是爱因斯坦为验证他的理论，想出了一个绝妙的主意。

在白天，太阳高挂在空中，事实上天上同时也高挂着很多恒星，只不过因为它们微弱的星光被强烈的太阳光淹没了，我们无法看到它们而已。另一方面，太阳是个大质量的天体，根据广义相对论，它周围的时空是会明显弯曲的。那么，位于太阳背后的那些恒星所发出的光，在到达地球之前，会经过太阳附近，所以它们的光会因时空弯曲

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