第 九 集 30－31篇

    三十宇宙九景新说

    美国南加州大学教学楼的阶梯型教室近一段时期人头攒动,你来我往,套用一句中国话这里颇有气场.为什么呢?因为最近校方在此开了个让公众理解科学的系列讲坐,请来科学哲学系来自上海的一名交流学者,乔治张,每个星期讲一堂大课.

    此讲座已连续了好几个星期,乔治张从太阳系的金木水火土诸星体,讲到中国的老庄哲学,易经的预测功能,行云流水,一气呵成,令美国学生和其他国家的留学生听得如痴如醉.在他们历来固化的只有基督教和一个人格化的上帝外,渐渐融进了来自东方的佛陀,形成了诸神共主的格局.

    乔治张认为宇宙是一个超级生命共同体,前面讲到的太阳系,就是这个超级生命共同体大家庭中的一员.太阳系实际就是一个子生命系统,孤立将地球视为一个子生命系统有失偏颇.因为如前所述,离开太阳在太阳系的盟主身份,离开太阳向地球供能,地球上的生命从何谈起.

    但是生命的出现不仅是能量的转换,这里还有许多特定的条件,如水,气候,及月球的存在,这些都是不可或缺的条件,离开哪一条,地球现在可能仍与许多太阳系的星体一样,处于沉睡中.

    由此推测生命的出现有一定偶然性,不会像地球人所理解的那样,凭现在的这点科技手段就想在苍茫的宇宙中找到自已的同类.但人类在宇宙绝不会是独生子女,可以这样推测,凡有太阳系的地方都有可能出现生命的机遇,太阳就是生命的代表,象征,原动力.

    宇宙中类似太阳系的星系不计其数,所以出现生命的可能性也是无穷大,哲学上的偶然性只是必然性的一种特殊形式.最最主要的是:宇宙本身就是一个超级生命系统,有其父心有其子.

    解决了这个认识问题,乔治张将借助一位学人coreys.powell的文章带领大家进入银河系的一些星系,看看离我们地球动辄数百上千光年距离外的宇宙又是一个什么样的世界.

    宇宙之浩如烟海，还是让我们用一些数字来感受一下吧。展开你想象的翅膀，当你置身于在这样一个星空里，它拥有7000的7次幂（或乘方）的星球，就是说在此数字后面加21个零，这些天文数字般的星体散布在270亿光年的可视空间里，试问，你是一个什么样的感觉？这里还不包括你应认知但无从描述的暗物质和暗能量。所以，还是让我们集中注意力描绘宇宙中的9个亮点，解释那里的一切，从而进一步去感受那浩如烟海的整个宇宙。

    大约公元130年，希腊数学家hipparchus用笔在羊皮纸上编写了第一个关于宇宙星辰的目录，打破了用口授的方式将诗歌和神秘故事记录下来的传统。这是个内容单一的文件，计有850个条目，不是很严密地确认了有关星体的坐标。此目录标志着人类对整个宇宙用清晰、温和的方式试图将它存在的样子描绘出来。

    十年以前，当欧洲宇航局的hipparchus人造卫星（以这位古希腊数学家名字命名）再次造访了哲人所描述的星空，此番用了数字电脑和可控硅光侦察器等强挡，展现在数据库里的不仅是那250多万颗星辰仍在那片浩如烟海的星空占据着一席之地，而且它们与2000年前相比，离地球也更远了。这使科学家们下一步对更为浩瀚的星际定位——斯隆数字星际观察（sloandigitalskysurvey）的努力显得苍白无力。

    迄今为止，天文学家们已经将1亿颗“标的”列入了目录，从小行星、星体到遥远的银河系的类星体。2008年，在此项目行将“打包”之时，历历在“目”的数字还要增加近一倍。事实是，遥远的星辰在令地球人头昏目眩的时候，这些粗略的数字也不忘向人类暗示它们的“成绩”是无限的，希普根思（hipparchus）仅记录了从他家乡尼西亚，这个位于小亚细亚北部的古城，遥望星空所看到的那些又亮又近的星辰。然而，现代望远镜能够采集到比人的眼光亮一百万倍以上的光点，足以从总体上来把握宇宙，而不只是依赖星体的亮度和它与地球距离的远近。由于人类不屈不挠的决心，科学家们正在学习详细描述：星云的诞生、吞噬星体的黑洞、难窥一斑的银河系，甚至还有引起这一切的宇宙大爆炸。

    由于先人的智慧，以及现代科技的发达，人类对广袤的宇宙早已不是消极的望“天”兴叹。人们对宇宙的态度，如同一名资深的旅游者咨询素面朝天的星空：我们作为外来生灵，如何了解您？如何应对您？所以，今日之太空探险为揭示宇宙最具标志性的宇宙“品种”，并用科学文学的笔法描绘，投下了浓墨重彩的一笔。不过，这个能力也是不久前才可以告慰绝大多数科学家。

    即使在耐得住寂寞的科学界，功亏一篑的事也时有所闻。英国哥伦比亚大学天文学家布鲁斯?康贝尔在圈子里以睿智和非同寻常的意志力之称，他在坚持观察十余年的“太空之旅”后，终于在1991年放弃了搜索。无独有偶，4年前一支遥遥欲试的团队却宣布发现太阳系之外的行星体。现在，我们不仅知道存在着这样一个世界，而且还能度量它，嗅到它的气息，感到它的体温。

    8年前，没有人知道是什么引发了像伽马射线那样的突然爆发产生强烈的幅射和光。3年前，关于宇宙的年龄和它的构成仍然是人们喋喋不休争论的话题。而1年前同样没有人知道一些星系是否可能仅由旋转的质子组成，而没有星体。

    但是现在呢？这一连串的疑团正成为进入新版宇宙故事的前奏曲。下面关于宇宙九大新目标的叙述代表了我们现在清晰看到的宇宙“版本”，这一版本不再是一套陈旧的句号和坐标，而是生动图样的集成，如同我们在新墨西哥看到的沙泥，或者是马达加斯加的动物。

    恒星育儿室——英仙座（ngc1333）

    离地球1000光年有个柏修斯(persus)星座的恒星育儿室，这是正在形成离地球最近的一个新星系，名为英仙座（ngc1333）。此新星系笑纳了几百颗年青的星球，大部分年龄不到100万年。

    在宇宙中，一颗新星的诞生，是一个最为公开的过程，然而也是一件最为私密的事，这是从宇宙的广度和它难以为普通人觉察而言。但人们还是能够看到新星在太空中出现的一面。

    猎户座星云（bula）,又称ngc1076，就是太空中正在产生的新恒星的一个巨大气体尘埃云，它的位置在英仙座呈剑形的中部，有一块雾状的“补钉”，其间，最大最炽热的星球正在“分娩”。而英仙座则是一个巨大的链状星云（柏修斯）的一部分，它是一片稀薄的充满暗色卵状气体的空间，处于一个中型星体坍塌过程中，就如我们的太阳一样。

    哈佛大学史密森中心的天体物理学家阿利沙?哥德门的理论直指“全面观察星球生成区域”。在他的阐述中，作者用调侃的口吻详述了星球是如何形成的。他说在英仙座周围依稀可见的暗色天空中实际充满着红外光，这种“云光”与新生星球向四处扩散的光尘非常相似，由此，可能为我们研究星球形成提供一条新路。毋庸讳言，追逐这一簇星球产生的疑团也不过是一帘幽梦而已。

    哥德门的同事，天文学家劳莉?阿伦，看到直接从太空轨道望远镜下载的英仙座图片时，对宇宙新景惊讶不已：当年青的星体坍塌时，它们挤压出的气流喷向周围的星云，形成一片富有活力的鲜艳夺目的色彩。在此新景中，以前没有见过的狂燥气流以一种胡乱的重叠图形出现，“很难说这是从哪儿开始，在何处结束”。她希望知道为什么这里具有如此之大的活力。

    与此相反，在蛇夫星座却罕有这样的气流出现，虽然表面上它与英仙座相似。由此可见，在宇宙中，每一个地区都有它自身的特征，这使星球和行星的诞生保持了自身独特的品格。

    银河系大部分星球生成在几十亿年以前，在此星系里仍然还有几千个星体诞生区，这些生育区每年分娩1－3个新星。读者和天文爱好者如何在寥寥的天空中找到它们呢？可以使用一个中等的非专业低倍望远镜，对准pleiades（元谷星）东北5度，英仙座将会显示出一片宇宙光雾。

    异形星球（hd209458b绰号osiris）

    位于离地球153光年的飞马星座是在银河系中离我们相对较近的一个“伙伴”，其年龄45亿年，与我们地球的年纪相仿。

    即使在有异形星球的新星体目录中，它也算得上是个“另类”。5年前，哈佛大学斯密森中心的天体物理学家大卫?张伯伦和美国国家大气研究中心的蒂姆?布朗观察到这个星球每3天12个小时，每次35分钟在它的星际“伙伴”前通过，并投下的光的阴影。研究人员神情紧张地跟着自身的感觉跟综光影，跨越了900万亿英哩的空间，确切地了解到一个远距离星球的样子，真是好爽呵！

    张伯伦和布朗以及他们的同事迅速地肯定了如下描述：此异形星球在运行时有食日的“本领”，并遵循着一个完美的，以4300百万英哩的距离围绕它旋转的轨道。此前，另一科学家团队也曾测得该异形星球及其“家族”疆域之辽阔是地球的220倍，几乎相当于木星的2/3。它遮天蔽日“能耐”之大已及木星的35%还多。由于它大量的光怪陆离的投影撒向就近的世界，使时间的尺度为之改变，那儿一年仅为地球的三天半。强烈的光线撒向此异形星球使它的“体温”高达2000?，引起它的肿胀，如同在一片湿地上到处布满了营火。嗣后，巴黎天体物理研究院的艾尔弗雷德?维达尔－马杰也观察到了异形星球“冒烟”的痕迹，由此他给此星起了个浑名“地狱判官(orisis)”（古埃及的主神之一）。通过观察透过星球大气的缕缕星光，维达尔－马杰发现了一片含氢的云层，这可能提示这里有氧和碳释放到太空中。

    至此，读者得到的关于太空构成的印象应是什么呢？假如把木星放在一个巨大的放热的灯下，此刻的异形星球orisis是由与我们太阳系内的星体同样材料组成，当你往近里看这种“食日”的景象时，可能会发现大气层、云层，甚至风的流动。

    约有10%像太阳那样的星体有许多行星，所以在我们的银河系可能有100亿这样的行星。研究人员知道有9颗行星正在被它们的恒星所发出的光芒遮蔽，其中一颗是膨胀的，另一颗在收缩。

    异形星球hd209458可用双筒望远镜看到，由它的行星反射的光可用天文望远镜直接观察到。

    巨大的黑洞（massiveblackhole）

    黑洞在天马座，位于银河系的中心，离地球26，000光年。黑洞的年龄约为140亿年。现代人对银河系中心的第一个印象是在1930年得到的。当时的无线电天文学家卡尔?詹斯基从银河系的方向测得一束奇怪的电波。到1970年和1980年代，科学家们已更加关注这个产生无线电噪音的声源，并将它命名为天马座ariusa*。至1990年代，研究显示：围绕此声源的星体在作迅速运动。关键性的事情是在2002年出现的。德国研究超地球物理学的机构——k研究所的莱因哈德?金泽尔和他的同事发现了围绕天马星轨道运行的星体，此天马星座能承载我们太阳系的360万倍重量，惟有这样一个东西能将那么多的物质装进这样一个小的空间。

    天马座ariusa*是一个巨大的黑洞，超过了任何理性的质疑。这么一个巨大的怪兽实际上引发动乱的可能相对较小，因为黑洞看来只在“饥饿”

    的时候，才会吞噬气体；此刻，才能窥视出它的“庐山真面目”。从黑洞处突然一现的红外光和x光线显示，黑洞所吞噬的物质无论多么羸弱，它总是需要有一个突然的痉挛，方能将洞口处的物质“咽”下去。

    德国科学家金泽尔的团队发现了这一现象，世人对金泽尔为什么撷取黑洞处的各种光波有诸多议论，但没有一个能解释得令人心悦诚服，也许，这可能是黑洞每10分钟旋转一次的迹象，抑或是其它什么象征——以此来支持黑洞能够旋转这一古怪定义。

    许多其它大星系在它们的核心处似乎都有巨大的黑洞。最大、最活跃的星系有特别能“忍辱负重”的黑洞，甚至大到几十亿倍太阳的质量。那么脾性和规格都温文尔雅的天马座意味着什么呢？“这说明迄今为止，在银河系有一个相当平静的历史。”德国人金泽尔说。

    听起来令人毛骨悚然的巨大无比的黑洞，普通人能够一睹它的“狰”容吗？现在教你一招：你可在夏天的夜晚面向南方，此时你立刻会不假思索地相信它的所在。

    银河系(themilkway)

    我们身处银河系，地球离银河系中心26，000光年。它的年龄约130亿年，这是根据新近对星际尘埃研究测出的。

    自从地球处于银河系的中区以来，在这个位置上要看银河系是个什么样子并不是件易事，不过人类并没有放弃像太空警犬般的努力，测量了在相同方向上行云流水的气云的无线电放射数据和星体群的记录，取得了相当完整的图片。我们生活在一个螺旋形的银河系，这里是一个拥有多达4000亿个星球的家园，它有4个主要的旋转手臂圈，而我们居住在第二个靴形星群中，名为猎户座（arm）。

    虽然我们对银河系已增加了许多了解，但在银河系外围发现新的星体群还是使科学家们兴奋不已。这个看似独立的比银河系小得多的新星系象一个小矮人，可能是将银河系顶端和外围的物质捕获和吸纳而成。这样，我们不得不得出这样的结论：宇宙抑或是一个相互吞噬的世界。

    盎格罗－澳大利亚观察站的乔斯布兰德－霍索恩发现了一个松散、微弱、碟状星群，它们围绕着附近ngc300旋转。如果银河系也有类似的“郊区”，那么，我们的外星系有可能跨越了200，000光年，比我们以前估计的还大2倍。与此同时，美国威斯康星大学的罗伯特??本杰明正用天文望远镜绘制银河系的形状。呈现在我们面前银河系是一个仿佛有线勾勒的复杂的“s”型。相关图形显示：银河系的核心犹似一个足球。

    透过一片朦胧的云气和尘埃，银河系是本地域两个巨大的旋转星系之一，其间大约集合了2打的星系。而这里所谓的本地域，指的是硕大无比的室女座尘埃的边缘，以此来区分银河系以外的宇宙。银河系如此之大，它主控我们眼球所及的天空。当夜幕降临，天空中群星闪烁，我们面对的就是银河系。

    伽玛射线爆grb050502b

    如果人的眼睛能看见比光活跃百万倍的伽玛射线辐射，那么你就能看到太空中的地球。伽玛射线爆距离我们有多远尚未确定，但上世纪70年代，军用人造卫星首次侦察到它的踪影。不过，天文学家还难以将它验明“真身”：它们究竟是胶体的慧星？还是中子星群中坠毁的小行星？抑或是正在窥探的ufo？（后一种提法来自非学术的世界新闻周刊）。但是此“公案”的最后定夺还是由装有新的顶级观察装置的三维卫星一锤定音：伽玛射线爆代表着一个新黑洞哇哇坠地的叫喊。

    美国宾夕法尼亚州立大学的戴维?布朗分析了最近一次定名为grb050502b的爆发。此次伽玛射线爆持续仅17秒，约停息8分钟后又再次“故伎重演”，发出了一系列强烈的x光的“饱呃”。经实验室理论模块演示得到的解释，这是一颗重量级的星球临终前发出的垂死挣扎，说明该星球的内核坍塌在黑洞中，与此同时，压在上面的物质迅速形成一个锥形气流，制造出伽玛光线闪亮登场的一幕。

    但是宇宙中x光射线的胡乱亮相仅是一种迹象，表明此形成过程比我们习惯上思考的更为杂乱无章。这一飘忽不定的特点说明新生的黑洞不时忙于“吞噬”剩下的曾经是它母体的星体，即使那么多“剩余物资”以非常危险的高速射向黑洞的外壳，也在所不辞。

    今年9月5日，一次类似的伽玛射线爆显示了它在新现的一个黑洞中释放出来的能量有多大。此次爆炸被北加里福尼亚大学的丹尼尔?理查德领导的一支团队测得，并锁定爆炸的距离在12.8亿光年之遥。这是天文史上发生的迄今能观察到的最遥远的爆炸，也是能量最大的爆炸之一。由于星球必须“预先填上”伽玛射线爆的日期，嗣后才可能被我们测得，因此理查德和他的同事颇为乐观地表示，这样的闪光有助于研究在大爆炸发生后，第一颗星球是在什么地方和什么时候点燃起来的。

    伽玛射线爆平均一天瀑发一次，就其性质而言大部分发生在银河系里遥远星系的各个方向。伽玛射线爆大部分呈现的是伽玛射线，一些爆炸会产生可见光的余辉，但是它们非常虚弱，会随着时光的流逝而消褪。

    黑星系virgoh121

    黑星系群的位置距地球5000万光年，据推算它的年龄与银河系相仿，也就是130亿年。黑星系是一个永处于黑暗的星系。事实上，黑星系即包含了我们对星系全部了解的一切。按所有的定义，星系应该是群星璀璨的地方，可以看到繁星点点，但是，黑星系只能用无线电波才能探测到，而且是惟一的办法。英国威尔士cardiff大学的罗伯特?明钦和他的同事就依靠微弱的无线电发射电波才能对黑星系作出定位。

    经测定，黑星系是一片旋转的富含氢气的云层群，其质量相当于1亿倍的太阳，它的巨大使一切可见的星系自惭形秽，星云旋转的速度也预示着它巨大的质量。银河系的星系除了拥有丰富的氢外，还充满一些不发射任何信息的黑物质，这些黑物质构成了银河系的大部分，也包括我们人类。人们对黑物质性质的了解依然是个未知数，因此黑星系无疑是个双料“谜团”。银河系以及其它星系的普通物质就是黑的，主宰星系巨大空间的是一种第二类甚至更黑的永久性成分。

    英国cardiff大学发现黑星系的合作者之一，乔纳森?戴维斯说，黑星系的出现仅意味着星系演化业已进入“谢幕”时段，其他一些发现暗淡的星系的天文学家则称，这似乎说明新星体的诞生是非常缓慢的过程。

    黑星系（vigroh121）的密度是如此之低，显然，它永远也不可能达到产生引力的地步。人们知道，在引力的作用下，气体云层能聚集在一起，从而形成星体。

    尽管这是一个被人类发现的完全黑色的星系，但它未必独占鳌头。一些研究宇宙模型的计算机模拟人员说，类似的小型黑星系甚至多过闪亮的明星，它们在数量上之比达到100∶1的超顺差。有条件的读者可借助射电天文望远镜耐心地守候时空，当你翘首观望繁星闪烁的银河系时，你就会十分满足自已发现了躲藏在明亮背后的如此之多的不明意义的黑物质。

    星系群abell2029

    在离地球10亿光年的巨蛇座中，abell2029年龄为50亿年。

    众所周知，银河系的星体是宇宙中最大的因引力牵引而集合在一起的结构。星系群abell2029是理想说明此原理的样板。这是一块暗淡的蛋形状星系群，里面容纳着1000个星系。与其它星系群不同的是，此星系群仍在全部和部分地积累和吸收新的星系。它似乎处于一种稳定的旋转状，在它的中心部分呈现出一种硕大的椭圆形，并发出懒散的光泽，给人的印象是一张即时成形的“快照”——每一处星系群都是这样按部就班地缓慢地朝着演化的方向行进。

    如同每一处巨大的星系群一样，abell2029充满着能放射x光线的炽热气体。美国宇航局x光天文台中心测得此种气体温度为2亿?。星系群在如此强烈的灼热气体的驱动下受挤压和加热。这意味着星系群中充满了黑物质，这些黑物质与看得见的星球物质和可见气体的重量之比为5∶1。

    平心而论，星系中的黑物质反映了全部星系中各个不同部分星系群的密度，此结果支持了一个领先的理论，即：早期宇宙中的群体状黑物质“喂”大了银河系和银河系的星系群。

    去年，斯坦福大学物理学家斯蒂夫?阿伦利用星系群(abell2029)证明了宇宙中存在奇怪的看不见的成分：黑能量。事情始于1998年，两组宇宙论学者发现了宇宙的扩张正在加速，显然这是受到一种普遍存在的，不可见的能量在整个太空的推动所至。阿伦和他的同事测得了地球至星系群abell2029和其它25块星系群的距离，形成了一个宇宙是如何扩张的独立研究。此项研究肯定黑能量的存在，并且显示黑能量似乎要保持超时的稳定，既不是像宇宙成长那样的强化，也不是衰退。看不见的黑能量应该说是构成宇宙的主体，但人类对它所知甚少，要了解它也不是件简单的事。但阿伦和他的伙伴会追随已成的研究继续增加他们的样本数量，从26个星系群扩大到1000个，努力揭开黑能量究竟有多“黑”的秘密。

    从哈勃太空观察站获悉，可见的宇宙至少容纳了800亿明亮的星系，至于星系群的数量大概是数万之多。在数以万计的星系“群体”中，天文学家已经绘出了几千个星系群图，速度还不算太慢，人类总有一天可以与天对上“话”。

    星系是离我们最远也是最暗的“群体”，但是室女座(virgo)是最大的一个星系群，它容纳了16个星系，用一个家庭望远镜就可掀起它的“头盖”。你不妨试一试。

    类星体

    名字：he0151－4326，位于凤凰座，距此100亿光年。年龄35亿年。
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