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第32章 天文名词

天文学家

阿里斯塔恰斯(约公元前200年):希腊人,日心说的提倡者。

喜帕恰斯(约公元前100年):希腊人,古代最伟大的天文学家。

托勒密(约公元100年):希腊人,在他著名的天文专著《大综合论》中,论述了喜帕恰斯的研究工作。

哥白尼(1473~1543年):波兰天文学家,日心说(即“地动说”)的创立人。

第谷·布拉赫(1546~1601年):丹麦人,杰出的天文观察家。

伽利略(1564~1642年):意大利科学家,于1609年制造出一架望远镜,成为第一个使用这种仪器的伟大天文观察家。

开普勒(1571~1630年):法国人,第谷·布拉赫的助手,发现了行星运动定律,其中第一条定律指出行星沿着椭圆轨道绕太阳运行。

牛顿(1642~1727年):杰出的英国科学家和数学家,提出万有引力定律,解释为什么天体会运动,并计算出它们的轨道。

哈雷(1656~1742年):曾任第二任英

国皇家天文台台长,以研究彗星而著名。他指出哈雷彗星(科学家们后来以他的名字来命名)以前曾按一定时间间隔规律出现过许多次。

爱因斯坦(1879~1955年):美国物理学家和数学家。他的相对论使许多天文学概念产生了变化。

洛厄尔(1885~1916年):美国人,预言太阳系存在着第九颗行星——冥王星。

哈勃(1899~1953年):美国人,研究银河系外宇宙空间的先驱。

北斗七星

北面天空中的著名星座大熊星座由七颗较亮的恒星组成,它们在天空排列成勺状,所以称为北斗,也叫北斗七星。

北斗七星从斗身上端开始,到斗柄的末尾,分为7个部分,我国古代把它们分别称作天枢、天璇、天玑、天权、玉衡、开阳、摇光。季节不同,北斗七星在天空中的位置也有所不同。因此,我国古代根据它的位置来确定季节:“斗柄东指,天下皆春;斗柄南指,天下皆夏;斗柄西指,天下皆秋;斗柄北指,天下皆冬。”

七星中,最亮的是“玉衡”,最暗的是“天权”。北斗星始终做着缓慢的相对运动,其中五颗星基本以相同的速度朝着一个方向运动,而“天枢”和“摇光”则反方向运动。经过漫长的宇宙变迁,北斗星的形状会发生变化。

人造卫星的由来

1957年10月4日,前苏联发射了世界上第一颗人造卫星,并宣布成功地把世界上第一颗绕地球运行的人造卫星送入轨道。美国官员宣称,他们不仅因前苏联首先成功地发射卫星感到震惊,而且对这颗卫星的体积之大感到惊讶。这颗卫星重83千克,比美国准备在第二年初发射的卫星重8倍。

前苏联宣布说,这颗卫星的球体直径为55厘米,绕地球一周需1小时35分,距地面的最大高度为900千米,用两个频道连续发送信号。由于运行轨道和赤道成65度夹角,因此它每日可两次在莫斯科上空通过。苏联对发射这颗卫星的火箭没做详细报道,不过曾提到它以每秒8千米的速度离开地面。他们说,这次发射开辟了星际航行的道路。

宇宙大爆炸理论

(big-—bang cosmology)现代宇宙系中最有影响的一种学说,又称大爆炸宇宙学。与其他宇宙模型相比,它能说明较多的观测事实。它的主要观点是认为我们的宇宙曾有一段从热到冷的演化史。在这个时期里,宇宙体系并不是静止的,而是在不断地膨胀,使物质密度从密到稀地演化。这一从热到冷、从密到稀的过程如同一次规模巨大的爆发。根据大爆炸宇宙学的观点,大爆炸的整个过程是:在宇宙的早期,温度极高,在100亿度以上。物质密度也相当大,整个宇宙体系达到平衡。宇宙间只有中子、质子、电子、光子和中微子等一些基本粒子形态的物质。但是因为整个体系在不断膨胀,结果温度很快下降。当温度降到10亿度左右时,中子开始失去自由存在的条件,它要么发生衰变,要么与质子结合成重氢、氦等元素;化学元素就是从这一时期开始形成的。温度进一步下降到100万度后,早期形成化学元素的过程结束(见元素合成理论)。宇宙间的物质主要是质子、电子、光子和一些比较轻的原子核。当温度降到几千度时,辐射减退,宇宙间主要是气态物质,气体逐渐凝聚成气云,再进一步形成各种各样的恒星体系,成为我们今天看到的宇宙。大爆炸模型能统一地说明以下几个观测事实:

(1)大爆炸理论主张所有恒星都是在温度下降后产生的,因而任何天体的年龄都应比自温度下降至今天这一段时间为短,即应小于200亿年。各种天体年龄的测量证明了这一点。

(2)观测到河外天体有系统性的谱线红移,而且红移与距离大体成正比。如果用多普勒效应来解释,那么红移就是宇宙膨胀的反映。

(3)在各种不同天体上,氦丰度相当大,而且大都是30%。用恒星核反应机制不足以说明为什么有如此多的氦。而根据大爆炸理论,早期温度很高,产生氦的效率也很高,则可以说明这一事实。

(4)根据宇宙膨胀速度以及氦丰度等,可以具体计算宇宙每一历史时期的温度。大爆炸理论的创始人之一伽莫夫曾预言,今天的宇宙已经很冷,只有绝对温度几度。1965年,果然在微波波段上探测到具有热辐射谱的微波背景辐射,温度约为3K。

宇宙有多大

在18世纪人们的眼里,宇宙还只是太阳系。随着科学技术的发展,人们认识到:太阳也只是天空中数以万计的恒星中的一颗。于是,人们心目中的宇宙开始逐渐扩展到了银河系。近代,人们的认识范围逐渐扩大,人们心目中的宇宙已不再是银河系。人类已经认识到:在银河系以外,还有许多河外星系的存在。十几个或几十个星系一起组成星系群。成百上千个星系则组成更高一级的星系组织——星系团。北冕星座是有一个包含着400个星系的星系团,离我们更远,光从那里照射到我们地球,需要整整7亿年之久。这样的一个个星系团共同组成了我们的总星系。人们都说“宇宙广阔无垠”,那么,宇宙究竟有多大呢?

牛顿的“箱子宇宙”

从哲学角度上说,宇宙不光在空间上是无限的,在时间上也是无限的。“天地四方曰宇,古往今来曰宙”。正因为宇宙在时间上和空间上的无限,才使得宇宙能够作为一个统一的整体而存在。德国大哲学家康德曾提出著名的时空悖论,强调人们关于宇宙有限与无限的理解必然存在着矛盾。古典力学创立者牛顿设想:宇宙像一个无边界的大箱子,无数恒星均匀地分布在这个既无限又空虚的箱子里,靠万有引力联系着。他的观点引出了有名的“光度怪论”(即“奥尔伯斯佯谬”):如果宇宙真是无限的,恒星又是均匀地分布着,那么夜晚的天空将会变得无限明亮!

宇宙到底是什么样子

宇宙到底是什么样子?英国物理学家斯蒂芬·霍金的观点比较让人容易接受:宇宙有限而无界,只不过比地球多了几维。比如,我们的地球就是有限而无界的。在地球上,无论从南极走到北极,还是从北极走到南极,你始终不可能找到地球的边界,但你不能由此认为地球是无限的。实际上,我们都知道地球是有限的。

地球如此,宇宙亦是如此。怎么理解宇宙比地球多了几维呢?举例来说:一个小球沿地面滚动并掉进一个小洞中。在我们看来,小球是存在的,它还在洞里面,而对于一个假设的“二维”世界的动物来说,它得出的结论就会是:小球已经不存在了!它消失了。为什么会得出这样的结论呢?因为它生活在“二维”世界里,对“三维”世界是无法清楚认识的。同样的道理,我们人类生活在“三维”世界里,对于比我们多几维的宇宙,也是很难理解清楚的。

爱因斯坦的“有限宇宙球”

相对论大师爱因斯坦,于1917年提出了有限宇宙的模型,“把宇宙看作是一个在空间尺度方面有限闭合的连续区”,并从宇宙物质均匀分布的前提出发,在数学上建立一个前所未有的“无界而有限”、“有限而闭合”的“四维连续体”,即一个封闭的宇宙。根据爱因斯坦提供的“宇宙球”模型推想,在宇宙任意一点上发出的光,都将会沿着时空曲面在100亿年后返回它的出发点。人类目前的认识,实际上是把宇宙作为在时间上有起点,在空间上有限度的想像模型来对待的。

地球知识

地球是距太阳第三颗,也是第五大行星:

轨道半径:149600000千米

(离太阳1.00天文单位)

行星直径:12756.3千米

质量:5.9736e24千克

地球是唯一一个不是从希腊或罗马神话中得到的名字。Earth一词来自于古英语及日耳曼语。这里当然有许多其他语言的命名。在罗马神话中,地球女神叫Tellus-肥沃的土地(希腊语:Gaia,亥亚,大地母亲)直到16世纪哥白尼时代人们才明白地球只是一颗行星。

地球,当然不需要飞行器即可被观测,然而我们直到20世纪才有了整个行星的地图。在空间拍摄的地球照片有很高价值;它们大大帮助了气象预报及暴风雨跟踪预报。而且这些图片都非常漂亮!

地球由于不同的化学成分与地震性质被分为不同的岩层(深度——千米):

0-40地壳

2700-2890D“layer-D”层

40-400Upper mantle-上地幔

2890-5150Outer core-外核

400-650Transition region-过渡区域

5150-6378Inner core-内核

650-2700Lower mantle-下地幔

地球生命的起源

关于地球生命的起源,有一种说法认为原始生命是原始地球上产生的。进化论学派生物学家认为,35亿年前岩石形成时期的一种单细胞细菌是人类的祖先。这种原始生物的构造也相当复杂:它拥有DNA和BNA两种基因,并由蛋白质、脂类和其他成分组成。人们怀疑在这种原始生物出现以前,另有一种构造更简单的生物存在。1953年,美国大学生唐来·米勒的实验证明,生命的单位氨基酸能从几种简单的化合物中得到,从而使生命的“地球产生说”几乎成了定论。但近15年的研究发现原始大气不是还原型的。米勒的实验很难合成生命的基本素材——氨基酸。所以,这一说法受到了质疑。

陨石与生命

另一些科学家认为生命来自星际空间,原因是在月球表面或火星的火山口,都可以找到不少有机合成物。早在19世纪初,人们已在陨石上找到了有机分子,它们是有机合成物诞生的重要因素,这种观点认为:地球生命来源于宇宙,陨石是载着生命种子的星际“飞船”,地球上最初的生命就是由陨石送来的。不过,持原始生命产生于地球本身观点的科学家们认为,这些星体上的有机物,迁居地球的机会绝无仅有,因为它们降落到地球时,产生的高温足以把整个海洋蒸干,令地球成为不毛之地,任何生物都无法在其上生存。

彗星与生命

彗星是一种很特殊的星体,与生命的起源可能有着重要的联系。彗星中含有很多气体和挥发成分,根据光谱分析,主要是C2、CN、C3,另外还有OH、NH、NH2、CH、Na、C、O等原子和原子团。这说明彗星中富含有机分子。许多科学家注意到了这个现象。也许,生命起源于彗星!1990年,科学家们对白垩纪——第三纪界线附近地层的有机尘埃作了这样的解释:一颗或几颗彗星掠过地球,留下的氨基酸形成了这种有机尘埃,并由此指出,在地球形成早期,彗星也可能以这种方式将有机物质像下小雨一样洒落在地球上——这就是地球上的生命之源。

黏土矿物与生命

黏土矿物这种地球上最常见的物质是最初的生命物质,这一说法已不再是西方的圣经故事和中国的神话传说,而是新的科学研究成果。黏土矿物是一种微小的晶体。科学家们发现,黏土矿物晶体中存在一种有趣的缺陷结构,这种结构可以保存相当多的信息,从而决定晶体生长的取向和结构。因此,对于诸如属于“低技术”的催化剂和膜等原始控制结构来说,这些无机晶体作为一种构造物质要比大的有机分子更为合适。

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