第一章 宇宙（1）-学生探索百科全书（中卷）

自然探索 中卷 北 京 出 版 社 学生探索百科全书 T H E N E W E N C Y C L O P E D I A O F S T U D E N T E X P L O R A T I O N 宇宙 第一章 “在我们之上有天空，散布着星星，我们曾躺着观 看，讨论着它们是有人做的，或只是刚刚好碰巧出现。” THE SPACE 宇宙是永恒黑夜里默默滚动的团块，没有生气，缺乏契机。 人类运用想像力赋予宇宙各式各样的面貌。然而依据神话解释事 物的时代已经过去，知识和科技能够真实地反映种种天象，人类 的心智和视野因而扩展起来。如今，我们终于得知：宇宙大世界 里遍布各式各样的天体，它们组成大大小小的星系；雾一般的星 云环绕在星群周边，让遥远的宇宙空间愈显神秘；在那些什么 也看不见的黑暗空间里或许还藏着一类可以吞噬一切的特异天 体—黑洞。尽管这样，宇宙还是太大太神秘了，大得让人无法 判断其是否存在边界，神秘得让人无法获知外星人住在哪里。对 于那些处于遥远星际空间里的未知事物，人们只能用猜想和推断 来获得认识。但在相对属于咫尺空间的太阳系里，人们却能凭借 太空仪器，近距离地接触这些与地球同生共息的伙伴，看清它们 的真实面貌。当然这还仅仅是宇宙探索的初级阶段，随着视野空 间的打开，人们很快就能洞悉宇宙深处的神秘事物了。 ——马克·吐温(美) 1 学生探索百科全书 THE NEW ENCYCLOPEDIA 中卷·自然探索 OF STUDENT EXPLORATION 121120 学 生 探 索 百 科 全 书 自然探索 宇宙 从宇宙深处传来的信息 人 类为了探测宇宙，向太空中发射了很多天文卫星和空间探测器， 希望它们帮助人类解开宇宙的奥秘。然而令人感到神奇的是，不 仅太空仪器能探测到从宇宙深处传来的信息，连任何普通的电视机天线 也都能捕捉到这些信息。不信你打开任何一台普通电视机，将电视机调 到没有电视节目占用的频道上，你将看到屏幕上全是跳动的白点，听到 “咝咝”的噪声。在20世纪60年代，两位研究无线电的工程师彭齐亚斯 和威尔逊一度想消除这些讨厌的噪声干 扰，然而他们却始终无法改变这一现 象，但却发现噪声中大约有1%来自宇 宙深处的微波辐射。别小看 这些微波辐射，它们可是人 类研究茫茫宇宙的重要 依据。下面就让我 们来研究这些 微波信息中隐 藏着的宇宙 秘密吧。 探索宇宙 接受宇宙的信息 地球外围的大气层阻隔了来自太空的大 部分电磁波。但对于那些波长较长的电 磁波，例如波长从4000到8000埃(10-10 米)的可见光，以及紫外线和红外线等， 便可通过大气层到达地球。于是，透过 这些电磁波，人类可以更近一步窥探地 球之外的宇宙。另一方面人类也利用各 种仪器设备在地球之外观测更多的电磁 波，从而发现更多有关宇宙的秘密。 宇宙背景辐射波纹 宇宙微波背景辐射总体是均匀的，到处 都差不多，没有太大的起伏变化；但是 细看又有一定的差异，有的地方温度稍 高(红色斑块)，有的地方温度稍低(蓝色 斑块)。仔细分析宇宙微波背景辐射中热 点和冷点的差异所构成的图样就可以获 得宇宙演化的大量信息。 宇宙背景辐射 那些来自宇宙深处的微波辐射被称 为宇宙背景辐射，它们是宇宙大爆炸的 产物。宇宙在爆炸过程中产生大量的光 波，但膨胀过程会导致光波的波长增长 数毫米，即成为微波。肉眼是无法看见微 波的，因此要通过微波望远镜来观察微 波辐射。微波在宇宙中传播是需要时间 的。在宇宙中，当我们观测越遥远的星 体，微波带来的信息反映的就是它越早 以前的样子。因此通过研究宇宙背景辐 射，我们不仅能够看见140亿光年大小的 宇宙，也可以看到140亿年前的宇宙。宇 宙背景辐射是在宇宙大爆炸后10万年发 出，经过140亿光年才到达地球的。 宇宙形成的大爆炸理论 科学家推断，在大爆炸发生之前宇宙空间一片漆黑，宇宙内的所 有物质和能量都聚集到了一起，并逐渐浓缩成一个体积很小但温度和 密度极大的点。大约在150亿年前，这个点的温度和密度达到了自己 所能承受的极限，于是就发生了大爆炸。大爆炸使凝聚在这个点上的 物质和能量四处迸飞，使得宇宙空间不断膨胀，宇宙的温度也相应下 降。在大爆炸后的1秒钟，宇宙的温度降到约100亿℃，这时的宇宙 是由质子、中子和电子构成的一团混沌。这团混沌逐渐变冷，当温度 降到10亿℃时，混沌的中心开始发生反应，生成各种元素。这些物质 的微粒相互吸引、融合，像滚雪球一样越滚越大，并逐渐演化成星系、 恒星和行星等各种天体。 有待于探明的宇宙形状 浩瀚的宇宙深不见底、宽不见边，那么它究意是什么形状呢？ 关于这个课题的研究，比较普遍的观点是：宇宙的形状是扁平的， 而且自形成以来一直在不断扩展。但是这种说法也不尽完美。有一 些科学家认为，光在宇宙大爆炸后开始向