主题：【原创】大约二三年前写的一组天文科普 -- 小木

　　1978年，天文学家在观测中发现了一个奇异的天体，它在牛郎星附近，是银河系的一员，离地球大约1万1千光年。其实，这个天体在50年前就被人们发现过，不过当时人们只把当它当作一颗普通的恒星。后来，它被编入由斯蒂芬森和桑杜列克两人合编的星表，因为他俩的姓的头一个字母都是S，这个天体在星表中排在第433号，所以称为SS433。

　　SS433所以成为一个谜，是因为人们在观察它的光谱时发现，其中的氢的谱线，既有许多具有很大红移，也有许多具有很大蓝移，还有很多没有明显的红移或蓝移。一般来讲，引起谱线移动的原因是天体运动。红移意味着天体离我们远去，蓝移显示天体向我们飞来。SS433的光谱表明，它的一部分物质正以每秒3万千米的速度向我们飞来，而另一部分物质却以每秒5万千米的速度离我们而去。同一个天体向两个相反方向运动，这是普通恒星不可能有的现象；而且作为一颗银河系内的天体，它的运动速度也快得不可思议。因此，SS433的出现，使科学家们大惑不解。

　　天文学家通过进一步观测发现，它的红移和蓝移都在发生周期性的变化，也就是红移和蓝移同时慢慢变大然后慢慢变小，每164天一个循环。而且，它和一个一直在发射X射线的超新星遗迹在同一个位置，应该是同一个天体。天文学家还注意到，SS433在不断地变亮，在1929年被记录之后亮度已经提高了好几个星等。

　　SS433到底是什么，人们做出了很多猜测。其中一个比较好的解释是，SS433是一个双星系统，系统中有一颗普通恒星和一个黑洞，它们在不断的绕着对方运动。恒星被黑洞的强大引力撕裂，恒星上的物质不断被黑洞的引力拉走，其中一部分落入黑洞，另一部分在黑洞的作用下以极高的速度向两个相反的方向喷出。这样就解释了为什么它的一部分物质离我们而去，而另一部分物质向我们飞来。

　　这个解释虽然能很好的解释SS433的奇特行为，但是这个解释又带来了很多其他的问题，例如，它是怎样形成的？为什么有类似行为的天体非常罕见？为什么它喷出的物质的速度比理论预测值小很多？SS433上面，就像宇宙中的其它地方一样，仍然充满着无数的谜。

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天文学家认为，黑洞是宇宙中的一种非常奇特的天体。它拥有巨大的质量，而且它所有的质量都集中在它的中心点上，所以它的引力特别强大，任何物质甚至是光线，只要一旦进入了黑洞的边界，就只能一直落入黑洞中心。所以有的科学家称它为太空中的魔王。

既然连光都无法从黑洞中射出来，我们怎么才能证明黑洞存在呢？科学家发现，由于黑洞的强大引力，当它吞噬周围物质时，这些被吸引的物质在向黑洞坠落的过程中会以有趣的方式运动，而且同时会发射出很强的辐射。科学家就是通过对射线的研究，找到了很多可能是黑洞的天体，其中最有名的是天鹅座X-1的伴星。

黑洞是怎么形成的呢？一般认为，当一颗恒星衰老时，它中心的热核反应燃料就已经耗尽，不能再产生足以支撑外壳重量的能量了。这时，在外壳的压力下，核心就开始坍缩，最后形成体积小、密度大的星体。在这个过程中，质量小一些的恒星主要演化成白矮星，质量比较大的则形成中子星。如果核心的质量太大，那么就没有什么力可以与自身重力相抗衡了，物质就不可阻挡地向着中心点进军。当它的半径收缩到一定程度，巨大的引力就使得光也无法向外射出，最终形成了极高密度的引力中心，也就是黑洞。

可是，随着天文学和物理学的不断发展，天文学家注意到在很多星系的中心都存在巨大的黑洞，比恒星衰老后形成的黑洞大得多。我们的银河系中央也有这么一个大黑洞。这么巨大的黑洞是怎么形成的呢？至今天文学家还在探索中。

还有物理学家指出，在宇宙中布满了无数的“微黑洞”。微黑洞就是很小很小的黑洞，比上面提到的黑洞都小得多。最近甚至有科学家发现了宇宙射线在地球大气中制造微黑洞的证据。

英国科学家霍金在1974年打破了传统理论，他认为黑洞不但在吸收物质，也会不断地“蒸发”——辐射出电磁波，而自身质量会随之逐渐减小。根据这个理论，黑洞其实并不完全是“黑”的。

关于黑洞的研究在不断地深入，但是还有很多问题没有解决。毕竟，我们看不见黑洞啊！

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　　在夜空中，我们偶尔会看到一类带有长长的有点散开的尾巴，看上去有些像扫帚的天体，它们就是彗星。古代的时候，彗星被认为是各种灾难的预兆。因此，彗星的出现往往会引起人们的恐慌。现在，我们知道，彗星主要是由水、甲烷等物质的冰组成的。当彗星接近太阳时，这些物质蒸发才形成了扫帚的模样。

　　天文学家观测彗星已经很久了。他们发现，彗星的轨道往往是很扁的椭圆形，有的时候甚至是一条没有始终的抛物线。轨道是椭圆形的彗星，会周期性的在太阳附近出现。这样的彗星会在每次接近太阳的时候损失物质，所以会在一段时间后消失。可是，太阳系已经形成大约五十亿年了，而在太阳系中仍然有数不清的彗星。这就说明，彗星还在不断的产生中。那么，太阳系是如何生产彗星的呢？

　　最早，有人认为，彗星是一些行星以及卫星上火山喷发出的一些物质形成的。可是，太阳系里现在仍然有火山活动的行星和卫星，加起来也只有三个，也没有任何证据表明这些火山活动会生产彗星。还有人认为，彗星是由于太阳系内的两颗大行星互相碰撞形成的。这个解释无法说明为什么至今仍然不断有新的彗星产生。

　　后来，又有人认为彗星不是在太阳系内形成的，而是来自太阳系以外的恒星际空间，是由于太阳的引力把它们从恒星际空间俘虏过来的。荷兰天文学家奥尔特研究了很多彗星的轨道，认为它们都来自太阳系最边远的地方，有一层球壳状的彗星库。这个彗星库被称为奥尔特云，它在离太阳大约半个到一个光年的地方，拥有上亿颗彗星。由于受到恒星的引力作用，经常会有彗星改变轨道，有的被抛出太阳的引力范围，也有的被吸引进太阳系，成为我们看到的彗星。它们中的一部分后来受到行星引力的影响，获得了椭圆形的轨道，成为定期回归的短周期彗星。

　　虽然后来又有人认为，一部分短周期彗星可能是来自海王星轨道外的柯伊伯带，但是大多数彗星来自奥尔特云的观点得到了多数天文学家们的认同。不过，我们还从未直接观测过奥尔特云，来真正证实它的存在。而且，奥尔特云本身的起源，也同样是一个巨大的谜团。

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　　在1846年，天文学家发现了海王星。仅仅几个星期之后，英国天文学家拉塞尔就发现了海王星最大的卫星海卫一。海卫一是一颗相当大的卫星，它的直径有2700千米，只比我们的月球小一点。

　　海卫一作为海王星的一颗卫星，自然是围绕海王星运转的。不过天文学家很快注意到，它是逆行的，也就是说，它围绕海王星公转的方向，和海王星的自转方向相反。在太阳系里，几乎所有的卫星都是顺行的，公转方向和行星的自转方向相同。仅有的几颗其它轨道逆行的卫星是木卫九、木卫十一、木卫十二和土卫九，然而它们通通不能和海卫一同日而语，因为它们的直径连海卫一的十分之一都不到。这样，海卫一就成了太阳系内唯一的一颗逆行的大卫星。

　　海卫一的奇特公转方式引起了天文学家的极大兴趣。不过，海王星离我们太远了。旅行者2号宇宙飞船曾于1989年8月25日造访过海卫一，我们所知的关于海卫一的一切几乎都来源于这次短暂的访问。

　　现有的资料表明，海卫一和冥王星的地质组成非常类似，应该和海王星的其它卫星有不同的来源。另外，冥王星的椭圆形轨道很扁，而且穿越海王星公转轨道。这些都说明冥王星和海卫一之间可能有一些联系。现在，我们猜测，海卫一很可能是和冥王星一起在海王星轨道以外的柯伊伯带里形成的。然后，海卫一被海王星的引力吸引并俘获，成为围绕海王星运转的卫星。当时，海卫一与冥王星也许把海王星曾经拥有过的一颗卫星撞得粉碎，而且把海王星的另外一颗卫星海卫二的轨道拉扯成很扁的椭圆。这个过程可能十分剧烈，它造就了海卫一、海卫二和冥王星的独特运行轨道。

　　这个假说虽然可以解释海卫一的轨道和其它一些特征，但仍然是一个不完善的理论。关于海卫一逆行的原因，还需要作进一步的研究。

　　不过，现在我们已经能很好的预测海卫一逆行会导致的结果。海卫一的逆行轨道会导致它通过与海王星间的引潮力失去能量，从而加速海王星的自转，并使自己离海王星越来越近。在遥远的将来，海卫一将一头撞向海王星，或者被海王星的引力扯成碎片。

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　　我们的地球就像一个巨大的条形磁铁，有一个磁场。这个让指南针能够指示方向的磁场的两个磁极，分别在地球的南北两极附近，也就是说，地球磁场的方向和地球自转轴的方向很接近，只有一个11度的夹角。

　　太阳系中其它的大行星中，金星和火星没有全球性的磁场。水星有磁场，但是我们现在对它的了解还非常有限，只知道它类似于地球磁场，也大致相当于一个条形磁铁。而木星和土星的磁场也和地球类似，磁场方向和自转轴的夹角也在10度左右。人们曾经因此认为，行星的磁场，都与地球磁场类似，方向基本与行星自转轴的方向相同。

　　可是，在上个世纪八十年代中期，美国的宇宙飞船旅行者2号对天王星的磁场进行了测量，结果发现天王星的磁场是扭曲的，它的方向与天王星的自转轴的夹角高达59度，而且一点也不像一块条形磁铁，似乎有好几个磁极。这个测量结果让天文学家们大吃一惊，他们提出了不少理论，试图解释这一现象，但是并没有哪个理论能够被多数人所接受。

　　在天王星的奇异磁场形态还没有得到解释的时候，旅行者2号又发来了更有趣的信息。它在上世纪八十年代末造访了海王星并测量了磁场，发现海王星的磁场像天王星磁场一样怪异，磁场方向与自转轴的夹角也达到了47度。

　　后来，通过进一步的研究和分析，天文学家们终于发现，如果天王星和海王星的核心是由一个薄薄的导电性很好的外层和一个更大的但导电性很差的内核组成的，就可以产生这样特殊的磁场。不过天王星和海王星磁场的奇怪特征是否就是这样产生的，还有待进一步观测和研究的验证。

　　本来，我们认为天王星、海王星和木星、土星一样都是“类木行星”，有相似的性质和产生过程。然而，木星和土星的磁场是“正常”的，而天王星和海王星的磁场却是扭曲的，它们形态完全不同。这是不是因为天王星和海王星这两个大“冰球”和木星、土星有着不同的构造，以及不同的起源过程呢？这更是一个更错综复杂的谜题了。

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• 都在下面跟着呢

　　在天王星发现之前，土星是人类所知道的离我们最远的大行星。当伟大的科学先驱伽利略把他的望远镜对准这个“最高行星”的时候，他发现，土星似乎是由三颗星星组成的。以后，随着观测手段的进步，人们发现，伽利略所看到的除了土星，还有壮丽的土星环。这个壮丽的环，把土星打扮成了我们在地球上可以见到的最美丽的行星。

　　最早，人们认为土星环是一个固体的圆盘，是一个整体。后来，土星环内的缝隙被发现了，例如著名的卡西尼环缝。在这些环缝的装点下，土星环看上去就像一张密纹唱片。最后，科学家确认了土星环是由无数的围绕土星运转的小固体块组成的，主要是直径4到30厘米的冰块。这些小块如果聚合在一起，大约是一个有月球这么大的圆球。

　　现在，科学家们知道，在土星环所处的空间里，任何较大的卫星都会被土星的引力引起的潮汐作用扯碎。因此，土星环可能是由大量无法形成卫星的碎片所组成的，或者是由一颗或几颗卫星被扯碎后的残骸形成的。但是土星环形成的原因到底是上述两个可能之一，还是两个可能共同作用的结果，还没有定论。科学家还发现，很多土星的卫星与土星环的关系非常的密切，他们似乎参与塑造了土星环的形态，并且正在维持土星环的存在。但是这套相互作用的系统非常复杂，我们至今仍然无法有效的描述它。

　　在人们发现土星环之后的几百年，随着观测技术的发展和宇宙飞船的探索，天文学家又在1977年发现了天王星环，在1979年发现了木星环，在1989年证实了海王星环的存在。木星、土星和天王星、海王星一样，都属于巨大的“类木行星”，它们的组成和结构都类似。它们的光环的发现，说明光环并不是一种特殊的现象，而是所有巨大气体行星所共有的一个特征。可是，它们为什么都有环，还没有一个令人满意的答案。而且，木星、天王星和海王星的环都是狭窄的、暗淡的，很难被观测到，为什么偏偏土星的光环如此广阔、明亮、美丽？这个问题也还有待进一步研究。

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　　1973年12月，美国的先驱者10号飞船拍下了木星表面的彩色照片。照片上的木星，在南半球有一个色泽鲜艳的橘红色斑块。这个斑块被称作大红斑，早在三百多年前就有记载了。在这三百多年间，它的纬度没有太大的变动，不过颜色时浓时淡，形状也时小时大，但变化不是特别明显。这个大红斑究竟是什么呢？

　　有人推测，大红斑是木星内部温度最高的地方。内部的物质因为高温便以柱状漩涡的方式不断向外喷发，并与大气发生作用，形成橘红色物质。可是这种说法缺乏证据。也有人认为，大红斑就是带橘红色的一氧化碳的旋涡在木星大气层移动形成的。

　　在大红斑被注意到之后，人们还在木星的南半球发现了一个巨大的呈椭圆状的白色斑块。有人认为这个大白斑和大红斑有非常类似的起源，可能是木星表面的巨大的风暴，也就是一个强大的气体旋涡，或者说是一团沿逆时针方向迅速旋转并猛烈上升的强气旋。气旋中含有红磷化合物，所以呈橘红色。这个观点得到了大多数人的支持。

不过，天文学家们也曾经在土星上多次发现过巨大的白色斑块，这样的斑块被称为大白斑。大白斑最大时甚至几乎覆盖了整个土星的赤道地带，可是它们都不十分稳定，形状变化往往很迅速，会突然出现，然后就在不长的时间内消失。

后来，在1989年，天文学家又发现，在海王星的南半球有一个巨大的黑色斑块。这个斑块被称作大暗斑。在1994年，天文学家发现它又消失了。不久，天文学家又在海王星的北半球发现了一个新的黑斑。这些斑块也被认为是行星大气活动的结果。

　　可是，木星上的大红斑到底是怎样出现的？它为什么能维持几百年而形状纬度保持稳定，而不像土星的大白斑那样时隐时现，或者像海王星的大暗斑那样自然消失呢？会不会有一天，大红斑也会从木星上消失？至今还没有详细的答案。

　　看来，对于像木星、土星和海王星这样巨大气体行星上的大气结构和大气活动，我们的了解还远不够深入。

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在历史上，人们一直认为，除了地球，天上一共有金、木、水、火、土五颗行星。近200多年来，又相继发现了三颗行星，分别为天王星、海王星、冥王星。这样，太阳系一共有了九大行星。此外，在太阳系中还有很多比这些行星小得多的天体围绕着太阳运行，它们被称为小行星。

天王星、海王星和冥王星的发现过程，给了人们很多启示。

在1781年3月13日，英国天文学家威廉•赫歇尔和它的妹妹卡罗琳，用自己制作的天文望远镜发现了一颗新天体。这个天体被证实是一颗在土星轨道外面的大行星，这就是天王星。不久，天文学家就发现，天王星并不是严格遵守通过万有引力定律算出的轨道运行的。他们推测在天王星的轨道外还有一颗行星在影响天王星。英国人亚当斯和法国人勒维耶分别在1845年和1846年算出了这颗行星的轨道，它就是海王星。但是天文学家很快又发现，海王星的轨道也跟计算出来的不符。1930年，美国天文学家汤博通过分析星空照片终于找到了第九颗行星，它就是冥王星。

冥王星的发现，仍然不能解决天王星和海王星的实际轨道与通过万有引力定律算出的轨道不同的问题。因此有天文学家推测，冥王星不是太阳系的最后边界，在冥王星之外的一个离太阳更远的轨道上，还存在着一颗未知的大行星，也就是太阳的第十颗大行星，人们将它称为“行星X”。天文学家一直在努力寻找这颗行星。1978年，美国的克利斯梯博士发现了冥王星的一颗卫星。这一发现似乎为寻找第十颗行星提供了线索。

可是随着天文学的发展，科学家没有找到这样一颗大行星，却在冥王星的轨道外找到了很多颗比冥王星还小的天体。它们都围着太阳运转，所以也是行星。天文学家把海王星轨道外的一块空间称作柯伊伯带，这些天体也被称作柯伊伯带天体。由于它们都不大，只能算小行星，而且离太阳又特别的远，所以很不容易被看到。这些天体到底是什么样的？它们中间是否存在一颗大行星？它们是否能帮助解释天王星和海王星轨道与计算结果的偏差？现在我们还没有答案。

科学家正在计划在近几年发射一个探测冥王星和柯伊伯带的飞船，也许当这个飞船达到太阳系的边界时，很多谜团都会被解开吧！

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　　月球已经围绕地球运行了几十亿年了。最早，在古代的传说中，月球是盘古的一只眼睛，是九天之上神仙居住的玉宇琼楼。后来，随着对世界认识的加深，人们意识到，月球肯定跟神仙没什么关系。于是，一个严肃的问题被提了出来——月球是从哪里来的？相继出现了几类假说来解释月球的起源。

　　最早登场的假说是分离说。这个假说认为，刚诞生不久的地球，自转速度非常快，强大的离心力使得地球上的一大块物质被从赤道上甩了出去，形成了月球。而这一过程在地球表面留下了一个巨大的疤痕，这个疤痕就是太平洋。然而，并没有任何证据支持地球的自转曾经快得足以甩出这么大一块物质。

　　后来，又有人提出了俘获说。这个假说认为，月球是在太阳系里独立形成的一颗小行星，偶然经过地球附近而被地球的引力俘获，成为围绕地球运转的卫星。可是，月球对于地球来说太大了，地球的引力很难抓住月球这么一个天体。

　　还有一个假说叫做同源说。它认为，月球和地球是在太阳系形成时，在太阳周围的一块尘埃云中一起形成的。这个假设的最大问题是，它无法解释组成月球的物质中铁的成分明显少于地球的事实。这个假说的改进者认为，月球是在地球形成之后，由剩余的围绕地球的大堆碎屑以及从地球上撞出来的碎屑聚集而成的。这个改进也存在着很多不能解释的现象。

　　近年来，出现了一个大撞击说。它认为，在地球刚刚形成的时候，温度还很高，表面呈半熔融状态。这个时候有一颗火星般大小的天体因为某种原因撞上了地球并跟地球融为了一体，而撞击产生的碎片形成了月球。这个假说因为能比较好的解释观测结果，并被计算机模拟实验证明完全可能，而得到了很多人的接受。不过，它仍然存在不少缺陷，这个月球形成的过程实在太惊心动魄了，而且即使月球就是这么形成的，这颗火星般巨大的撞击者又是怎么来的，它为什么会撞上地球？

　　月球是离我们最近的天体。几千年来我们一直在观察它，几十年前我们甚至登上了它的表面并把上百公斤的月球岩石带回了家。然而关于这个天体，我们的知识仍然十分有限，无数的谜仍然有待解释。我们最近的邻居尚且如此神秘，在浩瀚的宇宙中，还有多少谜题在等待着我们去探索去发现啊！

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月球是地球唯一的一颗卫星，由于月球的自转周期与它绕地球公转的周期相同，都是27.3天，所以几十亿年来，它总是以同一面对着地球，人们只能看到月球表面的59%。因此，自有人类文明以来，月球的背面形态就一直是个谜。

人们对月背的样子做过很多想象，甚至有人幻想月球背面有外星人的基地，而月球只以一面对着地球是因为外星人要隐藏他们的基地。显然这样的幻想是荒谬的，其实月球常年以一面对着地球也只是潮汐作用的结果，但是月背到底是什么样的，仍然是一个很吸引人的问题。

1959年10月，前苏联的“月球3号”探测器拍摄到了历史上的第一批月背照片，才使人类看到了月背的大致模样。但是随着观测的深入，月背上难以解释的现象变得更多更复杂了。这些现象中令人迷惑不解的，主要是月背与月球正面的显著差异。

　　月球背面与正面的最大差异是它的“大陆性”。在月球上，总共有30来个被称作“海”、“洋”和“湖”、“沼”、“湾”等的地区。这些地区当然跟地球上的海洋没什么关系，大都是大片平坦的玄武岩平原。奇怪的是，这类地区90%以上都在正面，它们约占正面面积的一半。而在月背面完整的“海”只有两个，占月背面积还不到10%。月背其余90%的地方都是山地，而且山地的分布呈现出几个巨大的同心圆结构，地形凸凹不平，起伏悬殊。这种地形，在月球正面是没有的。

　　月球正背之差还表现在质量分布上，月瘤都集中在正面。月瘤又叫月质量瘤，是月球表面重力比较大的地方。科学家估计，在这些地方的下面集中着比较多的高密度物质。此外，月球上还有些地方重力分布小于正常值。奇怪的是，月球上的月瘤和重力偏小的异常区域在正面都有多处分布，而月背面却一处也没有。可是月亮的地壳，也就是月壳，在背面的一般厚度却比正面的厚度多一倍。

　　为什么月球正面与背面有这么显著的差异呢？人们提出了不少假说，例如用地球引力使月球结构发生像潮水涨落般的运动，即“固体潮”来解释这个问题。但这些解释都不大令人信服。当人们开始试图用月球自身的结构来说明这个问题的时候，发现要解开月背之谜，必须首先解开另一个更大更复杂的谜题，那就是月球起源之谜。

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