資料來源：CCTV

2000年10月9日

在整個20世紀中，天文學取得了令人矚目的進展。這種進展是以廣義 相對論的發表、河外星系存在的確認、河外星系和類星體光譜普遍存 在、紅移的發現以及熱大爆炸宇宙學主導地位的確立等重要成就的取 得為代表的。20世紀有兩項諾貝爾物理學獎，分別頒發給了天文學領 域的脈沖星發現者和宇宙微波背景輻射的發現者。另一方面，世界各 國的公眾在世紀末比以前任何時候都更關心天文學、關心“人在宇宙 中的位置”，這不能不說也是20世紀天文學取得了重要成就的表現。 那么，在21世紀初葉，天文學發展的熱點將是哪些呢？下面讓我們作 一點展望。 再上太空重返月球 盡管由于種種原因，俄羅斯的“和平”號軌道空間站行將隕落，美國 的“哈勃”空間望遠鏡嚴重“老化”，但出于探索宇宙的熱情和監視 地球環境的戰略考慮，人類再上太空的積極性絲毫也不會減退。新的 軌道空間站和新的威力更大的空間望遠鏡還會在21世紀升空。特別是 中國也有了自己的新世紀的航天計划，這將為人類的空間探索注入新 的活力。在21世紀中升空的還將有為數眾多的有專門用途的空間探測 器。例如，γ射線、X射線、紫外線探測器，這將使人類對宇宙的探 測成為真正“全波段”的。 在“阿波羅”登月計划成功地結束后，人類闊別月球已近30年了。新 的登月計划又在積極醞釀之中。人類的再次登月將不滿足于月球岩石 的采樣，這次將實行更深層次的月球探索，包括在月球上找水。另一 種很大的可能是在月球上放置天文望遠鏡，建立月球天文台。由于地 球大氣層的存在，人類在地球表面觀測宇宙星空實際上是在“霧里看 花”。月球天文台將使人類的視野大大地向宇宙深處擴展，這是天文 學家們夢寐以求的理想。還有一種可能是在月球上建立有特殊功能的 工作站，例如飛向其他行星的轉運站。這種工作站的建立要求人類首 先能在月球上構筑適合居住的封閉生態系統。 火星與木衛六 隨著科學的發展，人類對宇宙和自身了解得越多，就越關心人類的生 存環境問題，也就更加對地球之外的類地球天體懷有濃厚的興趣。典 型的問題是“人類可以遷徙到別的星球上居住嗎”？實際上人類對探 索火星的熱情，在很大程度上是來源于此。從這一點出發，土星的衛 星“泰坦”也是科學家們希望重點觀測的對象。 科幻小說家曾虛構了“大戰火星人”的故事，故事的開頭是假想火星 人在某一天大舉入侵地球。有點諷刺意義的是，事實是人類把事情顛 倒了過來，在21世紀人類說不定要大舉“入侵”火星了。1997年，“ 探路者”號在火星表面成功地登陸，這為人類登上火星執行了“先行 官”的使命。人類登火星絕非可望不可及之事。在那激動人心的日子 到來時，令人神往而又費解的火星生命、火星“運河”、火星水資源 之謎，都將徹底解開。 土星有一圈美麗的光環，它也是太陽系中衛星最多的行星──它至少 有17顆衛星。土衛中最大的是又名“泰坦”的土衛六。荷蘭科學家惠 更斯在1655年首先觀測到了它。“泰坦”比水星和地球的月亮都大， 是第一顆被確認為具有大氣層的太陽系中的衛星。通過空間探測器攜 帶的紫外和紅外光譜儀探明了“泰坦”大氣的成分，其中約82％是氮 ，6％是甲烷，12％是氬，還有几種碳氫化合物。大氣的壓力是約1.5 個地球表面大氣壓。“泰坦”是一顆彩色的星球，它被橘紅色的大霧 所籠罩，而在邊緣處呈現出一點藍色。“泰坦”所反射的太陽光是偏 振化的，這說明其大氣中有形成霧氣的顆粒存在。“泰坦”上還有較 明顯的四季變化。科學家還確認了“泰坦”上有氮和碳的化合物，如 氰化氫、氰乙炔和氰等，這些正是組成氨基酸和某些生命物質的基本 成分。在21世紀中，科學家們將繼續特別關注“泰坦”。 日外行星與地外文明 眾所周知，在太陽的周圍有九大行星，而太陽不過是銀河系1000億顆 以上的恆星中普通的一員。那么在其他恆星周圍有行星嗎？從邏輯推 理來說，至少在一部分太陽以外的恆星周圍應該有行星。天文學家已 經開始了搜尋日外行星方面的努力。迄今為止，已經發現了不少于13 顆日外行星。這些行星的質量都比地球大得多，與太陽系的木星在同 一“級別”上。它們中的一部分可能具有類似地球的環境。天文學家 們將會繼續尋找日外行星。 如果仔細考慮一下地球在宇宙中的“微不足道”的“地位”，你就會 發現，沒有任何理由認為人類是宇宙中的唯一的智慧生物。而問題在 于，就算是有地外智慧生物和“他們”所創造地外文明，這種文明距 離我們也實在太遙遠了。舉例來說，除太陽之外，離地球最近的恆星 是半人馬座α（中國名“南門二”），其距離是4.3光年。假如那里有 某種智慧生物要到我們地球來旅行的話，“他們”就是乘坐時速1000 千米的噴氣飛機一刻不停地飛，要飛460萬年﹔要是乘坐每秒100千米 的高速宇宙飛船，也要飛行1.28萬年！這遠遠超過了單個智慧生命個 體的可能壽命。看起來，銀河系太大了，宇宙太大了，我們很難與任 何地外文明開展“互訪”。 那么，事情就沒有希望了嗎？人們倒是不必如此悲觀。現代天文學有 了一個技朮高度發達的分支──射電天文學，人們可以制造出威力巨 大的射電望遠鏡和它的附屬信號處理設備。在射電波段上比在光學波 段上能探測到更遙遠的宇宙深處。20世紀60年代，人們制訂并實施了 “SETI”和“CETI”計划，即“尋找地外智慧生物”和“與地外智慧 生物通訊”。天文學家們使用大口徑射電望遠鏡，在精心選擇的波段 上，搜尋可能存在的來自宇宙深處的地外文明發出的聯絡信號，同時 也向宇宙“廣播”我們地球人發出的聯絡信號。由于無線電波是以光 速傳播的，所以我們與地外文明之間的通信還是完全可能的。几十年 來，雖然付出了巨大的努力，但迄今還沒有得到任何肯定的結果。有 許多科學家樂觀地認為，即使找不到任何信號，也并不意味著地外智 慧生物肯定不存在。與“SETI”和“CETI”的有關工作到下個世紀仍 會繼續進行下去。 日地空間與地球環境 我們居住的地球在1.5億千米的平均距離上圍繞太陽運動。太陽、地球 以及月球組成了日地空間系統。太陽是一顆活動劇烈的恆星，它所發 出的“太陽風”時時刻刻在影響著地球。1989年的一次劇烈太陽活動 對地球電離層造成的擾動，曾使加拿大局部電網癱瘓，招致巨大經濟 損失。有的科學家認為，中國國內江河水流量以及大洪水的出現，與 太陽活動呈現出某種相關關系。太陽、月球、地球3者之間的相對位 置和引力關系，是否會成為引發地震的觸媒，也在科學家們的研究、 考查之中。類似的這些對地球環境有至關重要影響的問題，在21世紀 中將備受科學家們的重視。 很多科學家相信，是一次發生在6500萬年前的小行星與地球相撞事件 ，造成了恐龍等物種的滅絕。那么今后還會發生這種“太空交通事故 嗎”？實際上發生這種事件的概率雖然小，但可能性還是存在的。在 21世紀中，天文學家將更加注意對近地小行星的監視，爭取在將來一 旦可能發生這種事件時，使用人類的高新技朮，讓行將到來的可怕災 難化險為夷。 類星體與黑洞 20世紀60年代，天文學家發現了一些目標，它們有些是不斷地向外輻 射無線電波的射電源，有些看起來像是普通的恆星那樣的點光源。但 在研究這些目標的光譜時，卻遇了難題題。天文學家們看到的是他們 從來不認識的譜線。后來，考慮到會發生譜線紅移的可能性，才辨認 出了這些譜線。原來，這些譜線發生了異乎尋常的紅移。根據物理學 中的多普勒效應原理，只能假定這些目標是距離極其遙遠的、正在以 極高的速度遠離我們的天體。它們應遠在銀河系之外。根據計算，類 星體是很小的，小到只和太陽系的大小差不多﹔而考慮到它們是很遠 的天體，以觀測到的亮度來計算，它們又是極其明亮的。于是，類星 體就有了“極遠”、“極小”、“極亮”的特點。一個很小的天體卻 向外輻射著几乎是整個可見宇宙中的單個天體可能產生的最大的能量 。它們絕不同于人類已經知道的任何種類的天體。所以，類星體又有 了“宇宙怪物”的稱號。于是，類星體的本質是什么？它們的產能機 制如何？異乎尋常的譜線紅移肯定是高速退行造成的嗎？雖然目前相 當多的天文學家相信類星體與活動星系核有關，但關于類星體的許多 問題仍舊扑朔迷離。 法國天文學家、數學家拉普拉斯早在1796年就提出過關于黑洞的假說 ：“一個密度如地球，而直徑相當于太陽直徑的250倍的發光恆星， 由于它的引力作用，將不允許任何光線離開它。由于這個原因，宇宙 中最大的發光天體也許不會被我們發現”。更多的現代科學家認為， 從廣義相對論就可以推論宇宙中可能存在黑洞。黑洞的引力之大，甚 至光線都不能從中逃逸出來。如果任何光線都不能從那兒出來，它看 起來當然是絕對“黑”的了。黑洞中的物質密度高得超乎想象：一個 質量與地球相同的天體要成為黑洞，就要收縮到半徑只有0.9厘米！可 是，根據現代物理學的概念，像黑洞這樣的質量巨大的天體，在其中 會發生物質的“無限坍塌”，其結果會形成一個體積無窮小，密度無 窮大的“奇點”。這是難以置信的。所以，現行黑洞理論遇到了極大 的困難。另外，就算是宇宙中存在著黑洞，因為黑洞不發光，又怎樣 觀測它呢？雖然科學家們想到了利用尋找X射線源、尋找引力透鏡等 方法來尋找黑洞，但這些畢竟是間接的途徑，加之科學家們做事又極 為認真和謹慎，所以目前在天空中只有一批所謂“黑洞候選者”而沒 有被普遍認可的黑洞。由此，黑洞的觀測也遇到了很大的困難。在下 個世紀中，科學家們將努力解開類星體和黑洞之謎。 搜尋宇宙物質和宇宙歸宿 現行的宇宙熱大爆炸理論，得到了河外星系光譜的紅移和各向同性的 黑體背景輻射等重要實驗証據的支持。因此大爆炸宇宙模型又稱“標 准宇宙模型”，它雖然不斷遇到挑戰，但由于支持它的實驗事實的存 在，其科學地位還是頗為穩固的。接下來的一個重要問題是，既然宇 宙目前處于大爆炸后的膨脹之中，那么它會永遠膨脹下去嗎？要回答 這個問題，關鍵在于要弄清楚宇宙的總質量到底有多大。因為能夠制 止宇宙永遠膨脹的，只有宇宙間物質的引力﹔而引力是和質量成正比 的。科學家們早就意識到他們遇到了宇宙范圍的“物質丟失”問題， 既有相當大一部分物質迄今并沒有為人類所知。于是，現在科學家們 開始努力搜尋在一些理論模型中所說的宇宙“暗物質”和“反物質” 。探索這兩類物質不能依靠常規的觀測手段，而必須有一些新技朮和 方法的引入。例如，中國和國外的天文學家們目前在通過觀測和分析 “引力透鏡”效應來確定不可見的物質存在。宇宙到底會不會由于引 力作用由膨脹轉為收縮呢？也許在21世紀初就能得到一個較為可靠的 答案。