第一章（3）

理论缺陷

韦内齐亚诺是从本世纪90年代初开始对大爆炸之前的历史时期进行探索的，当时他和他都灵大学的同事毛里齐奥·加斯佩里尼正在设法修补标准的大爆炸模型中存在的一些重要缺陷。这样的缺陷非常多。例如，如果像倒放电影一样倒过来想象宇宙的扩张，它的密度和温度就会永无休止地增加直到它们迅速上升到无穷大。

这个被称为奇点的无穷大的点对于物理学家来说是一个非常重要的问题。韦内齐亚诺指出： “奇点告诉我们，我们对于宇宙的描述——爱因斯坦的引力理论，或者说广义相对论——并不适用于宇宙形成的最初时刻。”这是因为在大爆炸开始后10—43秒内有一个被称为普朗克时间的点，在这个时间点上引力的强度是完全可以与其他的自然力相提并论的。因此，在处理与奇点有关的物理学问题时，科学家必须提出从量子角度对引力进行描述的理论——目前这样的理论并不存在。

但是物理学家对于他们可以怎样应用量子理论对引力进行描述确实已经产生了一些想法。其中研究前景最为光明的可能是弦论。根据这一理论，自然界的基本粒子是一些在9维空间里振动的小得难以置信的“弦”，除了其中的3个维度以外，其余的6维已经“蜷缩”得比原子还小。其中一种基本振动模式是一个看上去与假定存在的引力载体“重子”十分相似的无质量粒子。这就是为什么韦内齐亚诺决定弄清楚弦论到底是不是能够帮助科学家解决奇点问题的原因。

超越障碍

韦内齐亚诺发现弦论可以消除时问起点处的奇点问题。虽然宇宙仍然会随着时光的倒流而收缩，但是因为弦的体积是一定的，所以宇宙的体积永远不会为零，因此奇点也就永远不会出现。在标准的大爆炸模型中，奇点就像是一道难以逾越的障碍。而在弦宇宙论中，这样的障碍却根本就不存在，这使科学家有可能对大爆炸之前的时代进行探索。

大爆炸之前的时代的存在还可以解决标准大爆炸模型中的另一个问题。如果你倒过来想象宇宙的扩张，并且一直追溯到广义相对论能够进行可靠描述的最早的时期，你会发现一些与宇宙有关的非常奇怪的现象。虽然我们今天可以观察到的宇宙已经被压缩到了只有大约1毫米宽，但是光自t=0开始所经过的距离却只有1毫米的1031分之一。

这一点对于早期宇宙来说具有非常深远的意义。一个宇宙区域要想“了解”另一个宇宙区域中的情形，惟一方法要看是否有时间让某种影响力来回作用于两个宇宙区域之间——而任何影响力的最大速度都是光速。因此，早期的宇宙是由1093个宇宙区域组成的，这些区域完全相互独立，或者说是“由于某种原因而互相分离”。

问题是今天的宇宙是“均匀”的。不仅宇宙中各个地方的物质密度基本相同，而且大爆炸残留下来的辐射的温度也大致相当。与所有人的想法正好相反，上面提到的1093个相互分离的宇宙区域一定已经找到了某种相互“了解”的方法。

膨胀理论

标准的大爆炸模型并没有给这些宇宙区域提供足够的时间进行相互“了解”，而是在极短的时间里(从宇宙诞生到普朗克时间)就完成了宇宙区域密度和温度的均一化过程。因此宇宙学家后来除了对标准的大爆炸模型进行修改之外没有其他的选择，他们假定了一个短暂的超高速扩张过程，这个超高速扩张过程使一个由于某种原因而连接在一起的宇宙区域“膨胀”成为我们今天看到的整个宇宙。膨胀理论不仅可以解释为什么今天的宇宙如此均一，它还为微小的量子波动放大成为我们在今天的宇宙中看到的巨大星系团提供了理论依据。但是，“膨胀”理论也有自己的问题。例如，导致空间放大的物理过程(“膨胀”区)完全是理论学家的凭空臆想，为了让这个物理过程合乎逻辑，你必须非常仔细地精心选择“膨胀”区的初始状态。

所有这些都意味着这样一个事实：如果大爆炸并不是宇宙的开始，大爆炸发生之前存在着漫长的“史前历史时期”，那么宇宙学家的日子就要好过得多了。韦内齐亚诺指出：“‘史前历史’的存在显然是解释目前宇宙均一状态的合理方式。”而弦论则正好可以为史前历史的存在提供理论依据。

那么大爆炸发生之前的宇宙又是怎样的情形呢?韦内齐亚诺指出，通过观察宇宙的对称性，你可以找到解答这一问题的线索。宇宙哲学根据爱因斯坦的广义相对论方程式得出的标准解法(被称为弗里德曼大爆炸模型)带有非常简单的对称性。弗里德曼模型在时间反转的情况下可以保持恒定不变：换句话说，如果你首先选择广义相对论方程式的一个解法，然后在代表时间的数值前面加上一个负号，你就可以得到另一个解法。在这种时间反转的情况下，宇宙不再表现为从大爆炸开始扩张而是不断缩小直至发生大崩塌。

宇宙哲学根据弦论提出的解法也带有同样的对称性，除此之外还有另一种对称性：如果你用表示宇宙体积的比例因子的倒数来取代比例因子本身，你就会发现这些解法也是对称的。如果同时运用这两种变化——时间反转和比例因子改变——你就会得出一种不同寻常的宇宙扩张模式，在这种模式中，宇宙扩张的速度正在加快而不是减慢。换句话说，这是一个处于膨胀状态的字宙。韦内齐亚诺指出：“我们发现原来每一个大爆炸模型的解法都有另外一个解法与之相对应，根据后一种解法的描述，空间在从t=一∞到t=0的过程中一直在不断膨胀——也就是说在朝着大爆炸前进的过程中一直在不断膨胀。”

现在我们可以从一个新的角度出发来认识大爆炸了。它是宇宙从加速膨胀向我们今天在自己周围看到的减速扩张过渡的时期。韦内齐亚诺指出：“大爆炸发生时，宇宙的曲度、扩张速度和温度都达到了最大值。大爆炸的出现并不是宇宙的开始而是宇宙历史上一个重要的转折点。”

初始状态

弦论的巨大优势之一是大爆炸之前的历史时期自然而然地变成了宇宙的膨胀期，而且这段时间对于膨胀过程使宇宙各处的密度和温度变得均一来说绝对绰绰有余。但是对空间在大爆炸发生之前的演变情况进行描述只解决了一半的问题。为了解决其余部分的问题我们需要了解宇宙是从什么状态开始发展进化的——也就是宇宙的初始情形。当t=一∞时宇宙是什么样的?

在标准的大爆炸模型中，宇宙始于一种极其特殊的状态，在这种状态下，1093个相互独立的宇宙区域的温度和密度都经过精确的“调整”，因而达到了高度一致。在面对一种特殊状态的时候，物理学家总是会本能地寻找这种特殊状态的前身——个并不非常特殊的状态。韦内齐亚诺指出：“同样的道理，宇宙也一定是从我们可以想象的最简单、最普通的状态演变过来的。”韦内齐亚诺认为，空间无限广阔、空虚、寒冷而且“平坦” (意指空间的曲度非常小)的宇宙是可能出现的最简单的宇宙形态。韦内齐亚诺和他的同事——就职于加州理工学院的亚历山德拉‘博南诺和在巴黎附近的高级科学研究所工作的蒂博‘达穆尔称之为“渐近的过去平凡性，，原则。

事实上绝对的平坦并不能满足弦论的要求。韦内齐亚诺指出：“如果空间是绝对平坦的，那么从一个特殊的角度来看，它就会变得毫无变化可言。”

韦内齐亚诺和加斯佩里尼在过去的几年中已经证实在宇宙朝着t=0的方向扩张的过程中，时空的曲度变得越来越大，结果导致了温度和能量密度的显著增加。

预测未来

当然，根据任何一种理论设想出来的情形为了证明自己是正确的，都必须能够演绎出今天我们在自己周围看到的各种粒子。韦内齐亚诺指出，电子、正电子和光子等粒子是科学家根据宇宙几何结构中存在的波动推想出来的。在这种情况下量子力学理论就可以派上用场了。就像强电场可以产生正、负电子对一样，变化非常剧烈的引力场也会导致各种各样的粒子按照量子理论描述的方式产生。而且，这些粒子诞生时携带着巨大的动能，结果导致了宇宙的温度逐渐上升。韦内齐亚诺指出：“这与认为粒子的产生和温度的升高发生在膨胀结束之后的标准大爆炸理论正好相反。”

为了让大爆炸发生之前的情景不只停留在科学幻想的阶段，它必须能够对宇宙的未来作出预测。幸运的是，它确实作出了几个有办法加以检验的预测，而这些预测又与标准的膨胀模型所作的预测大相径庭。如果韦内齐亚诺是正确的，那么宇宙就应该是其“平凡”的过去遗留下来的引力波形成的“波涛汹涌”的海洋。这些引力波将会非常弱，利用目前的探测设备——或者在不久的将来将要问世新一代探测设备一来发现它们的可能性并不大。但是韦内齐亚诺坚持认为第三代探测设备应该有能力捕捉到这种引力波本底。

大爆炸之前的历史时期造成的影响应该也可以在宇宙微波本底，即大爆炸的余辉中看到。韦内齐亚诺预测说，与标准的大爆炸理论相比，宇宙本底能谱上的顶点应该有不同的角位置。美国预定于2001年11月发射的MAP人造卫星或者将于2007年发射升空的欧洲普朗克探测器也许可以对此进行检验。

如何拼接

另一个问题是时间开始的时候到底发生了什么?在大爆炸发生之前处于加速扩张状态的宇宙必须通过某种方式“天衣无缝”地变成我们现在在自己周围看到的以更为“悠闲”的方式扩张的宇宙。这个如何“拼接到一起”的问题正是“痛恨”奇特现象的弦论应该解决的问题。但是目前科学家并不十分清楚应该如何着手进行“拼接”工作。

虽然韦内齐亚诺目前还不能回答所有的问题，但是许多宇宙学家认为韦内齐亚诺已经给他们帮了一个大忙。加利福尼亚大学的安德烈亚斯·阿尔布雷克特指出：“目前存在着一种趋势，就是大多数对这一理论进行过思考的人都对它表现出非常怀疑的态度。但是其他人则很高兴听到有人正在设法进行一些与弦论有关的宇宙学研究。”

宇宙开发新发现

发现了“宇宙之壁”?

“字宙果然是无边无际的吗?”

直到今天，天文学家还坚持了一个看法，那就是有能够望多远的望远镜，就有能够望多远的天体。但这个看法却被美国的一位天文学博士打破了。

1974年，美国加利福尼亚州的海尔天文台阿朗·R．圣岱基博士发表“我们也许很快就能发现宇宙的边缘”的学说。

到今天为止，我们所能看到的最远的天体是距离地球120亿光年的准星，那是一种类似星球的新天体，被称为“OH471”。除此之外，再也没有发现比它距离地球更远的星体了。

我们现在使用的射电和光学望远镜，具有可以观察到比120亿光年的“01—1471”更远的地方的能力，可是，我们一无所获。正是根据这一点，圣岱基博士提出一种大胆的假设：“是否哪儿有一道‘壁’呢?那儿就是宇宙的尽头呢?”博士开始提出自己的疑问。

“比如在森林中，一棵一棵地观察树木，突然发现最远地方原来看见的树，其实并不存在。那么，到了那地方，那就是森林；的尽头。”博士作了这样的说明。

既然是一道“壁”，那一定有两面。那么让我们来想象一下，在“宇宙之壁”的另一端又是一个什么景象呢?

宇宙开发的意外难题

宇宙巴伊金1号、2号计划正在付诸实施，该项计划的中心--便是把人送上火星和金星。当一切就绪以后，宇宙科学家发现了一个意外问题：宇宙飞行员在经过6个月的失重状态下的飞行后，飞行员将会由于缺钙，骨头会一节节地断下来。

根据现在的技术程度，去火星和金星，一个单程就得花6个月。

这个奇怪现象是由美国NASA发现的，在推行“宇宙之爱”(宇宙实验室)计划时，发现飞行员在宇宙中活动的时间最长是84天。保健局局长皮克特·休乃德领导的医学小组进行了历时2年的研究，结果表明：“支撑整个人身体的是骨头，当钙质被汗和小便蒸发了以后，不管你怎样运动或者补充，骨头都会折断。”

“现在对此，人们还没有对策。想不到，宇宙开发还受到人类本身体质的局限。”美国NASA也正在为这个问题发愁。

月亮表面观察所被未知的力量所操纵

1971年，人类在月亮的表面设置了一个无人观察所，但是这个观察所出现了不寻常的奇怪现象。美国的科学家最近公开了这些情况。这个观察所是阿波罗宇宙飞船安置的，阿波罗宇宙飞船曾5次登上月球，在月球上设置了“月球表面科学实验函”(ALSEP)，观察所只是其中的一个点，专门用来收集月亮的震动、热流动、太阳素粒子等等情况。

1971年2月阿波罗14号的飞行员没置了观察所以后，就一直不停地工作。但是在1972年3月地球上接受器突然发生了故障，没法听到休斯顿宇宙中心的指令；到了1973年1月18日，连发送器也停止活动了。

可是，令人不可思议的事情发生了1 1973年2月17日。突然一切恢复正常了，接受器与发送器都能够恢复正常功能了。奇怪的是，那段日子天气非常酷热，NASA的人没有动手去修复那些机器，而根据科学常识来说，机器在发生严重故障的情况下，臼动地恢复正常，于理不通。是不是有一股未知的力量控制了月球的观察所呢?因为当恢复正常使用后，“月球表面实验函”计划开始展开才1个月，月球观察所叉莫名其妙地突然停止了一切功能。

宇宙人的通信工具是电视

在生活中，我们常遇到这样的情况：比如我们正在收看奥运会节目，突然电视线路像受干扰一般，画面的转播中断。于是荧屏上出现了一些几何图形般的白雪花。

美国斯坦福特天文台世界级的天文学者罗那尔多。布莱斯文博士，对上面情况的解释是：“之所以发生这种情况，是因为不知在哪里的宇宙人想同我们人类交流……”根据博士的说法，正如我们地球在探索宇宙文明，宇宙文明也在试图同我们人类联系。为了探寻火星上是否有生命，我们发送了与地球同轨道的无人探测机，向火星发射电波，测试火星上有没有高智慧的生物。如果探测成功，就用电波与他们沟通。同未知之物打交道，当然用图形最好了。因此，此起无线电，还是电视更为适合。～探测机由计算机控制，我们可以同其他行星交换知识，也可以向它们播放我们的信息。只不过问题在于，当我们的信息到达行星，它们发回信息也许要花几十年的时问。不过，我相信，也许宇宙中的其他行星也已经像我们一样，在地球的周围布满了我们那样的探测机，可以自由地发送信息，说不定明天我们就可以受到宇宙人的信息。”布莱斯文如此充满自信地说。

火星表面起了可怕的变化

“火星表面遭受到超级台风的袭击，原来我们熟悉的地形已经完全消失了。”1975年，日本世界火星学者宫本正太郎教授(京都大学花山天文台长)发表了这个令人震惊的消息。

火星上被确定：没有一点水，空气是存在的；赤红色的花岗岩形成的沙漠，青绿色的玄武岩形成了坑坑洼洼的地面。有风吹，也有气候变化。凹下去的地方以前被认为是海，因此，命名了不少“海”、“湖”、“运河”之类的叫法。

表面产生异常变化的是指，从1941年起，火星表面上的四个地方突然消失了。“莫爱利斯湖”，“奈本第斯运河”和“达皮斯湖”一个接一个地消失。甚至连“塞伦海”都在扩大，“撒比乌斯湾”在原地打圈似地移动，造成一片混乱。那种地形变化，直到今天还在继续。

对于火星的观察是一百多年前开始的，这样的异常变化是首次发现。令人吃惊的是，最新发现的地形，同1877年英国发现的地形图居然完全一致。也就是说火星的“大变动”是以百年为周期。地球上的气象变化想必同火星的“异变”也有关系吧!

火星上有刻印人脸的岩石

地球的邻居是火星。火星上有没有生物，这个问题一直在争论不休。1976年的夏天，美国无人驾驶的探察机巴伊金1号、2号都成功在火星上登陆。拍摄了地上和空中的许多照片，并且及时传送到地球上来。原来期待通过这些情报来揭开火星的神秘之面纱，可是没想到问题反而越来越复杂。

最使人吃惊的是其中的一张照片。那是在火星的北半球巴伊金1号奥皮特在寻找巴伊金2号是否安全着陆时，从1873公里的高空所拍摄的一张照片。上面记录了许多令人难解之谜。

首先在中央的巨大岩石，好像是有谁特意雕刻的一张人的脸。15公里高，长度更长。右面甚至有个长方形的人工平台，看上去轮廓分明像个宇宙飞船的发射场。左面地上淡淡地浮出一个巨大的圆形的痕迹，左面一边如高山耸立，把三角形的影子透射在一边，令人看上去完全像金字塔。

NAsA发表这张相片的时候说：“这个特殊的地形是由于强风的作用，长年累月所形成的，并没有什么特殊的意思。”但是火星上空气稀薄，根本不可能形成足以有规则雕刻岩石的强风。而且在一个地方集中这些古怪的现象，也太不可思议了。因此，有的宇宙考古学家认为，“地球文明是宇宙文明所塑造出来的”。

“这个头像就是证明，从规模上来说，不到这个头像十分之一的金字塔和斯芬克司的头像，就是模仿火星上的那个头像。”

同样开始作为新的谜语为人所注目的是，有两个小小的月亮，一个叫“福鲍斯”，另一个叫“底莫斯”。在整个太阳系的范围中，就卫星来说，像那样两个小型的月亮是非常少见的。福鲍斯自转速度比母星快三倍。前苏联的物理学家伊奥吉夫·席克岁夫斯基博士认为，那两个东西是“人造卫星”。

但根据马利那探测机和巴伊金所拍摄的实物，上面有月球上所看到的坑坑洼洼，显然那是小的行星，毕竟是“自然之月”。不过，美国天文学家卡尔·塞甘博士提出了疑问：

“福鲍斯和底莫斯比起其他的小行星明亮度过于暗淡。这表示金属含量之高。使人感到不可思议的是，尽管表面上给陨石冲击得如此不平，坑坑洼洼那么多，可它们却没被冲坏。是不是有可能它们的那些重金属被利用改造为人工的卫星呢?”

天河的来历

夏夜的晴空，银河高悬，像一条天上的河流，故此有“天河”、“河汉”之称。西方人称它为“牛奶路”。在中国境内，可以看到银河白天蝎座起，经人马座特别明亮的部分，达盾牌座而止。

银河那烟霭茫茫的景象引发诗人无穷的遐想，但是天文学家却一直难见其庐山真面目。17世纪，伽利略首先用望远镜观察银河。他发现，这是一个恒星密集的区域。后来英国人赖特提出了银河系的猜想，并具体描绘出了银河系的形状。他假定，银河系像个“透镜”，连同太阳系在内的众星位于其中。

18世纪，英国天文学家赫歇尔父子对赖特的猜想进行了验证。他们发现银河系中心处恒星很多，而离中心越远恒星越少。他们的观测表明，银河系确是一个恒星体系，并且其范围是有限的，太阳靠近银河系中心。他们估计，银河系中有3亿颗恒星．其直径为8000光年，厚1500光年。

荷兰天文学家卡普亭的观测进一步证实了赫歇尔父子关于银河系形状的观测结果。1906年，他估计银河系直径23000光年、厚6000光年；1920年，他测算的银河系直径为55000y匕年，厚110000光年。这一结果比赫歇尔父子的测算结果大了400倍。

1915年，美国天文学家卡普利研究了许多球状星团的变星，发现太阳并不在银河系中心，而距那里约5万光年，并朝向人马座，银河系直径有30万光年。

20世纪80年代，人们测得的银河系数据是，质量相当于2000亿个太阳的质量，直径10万光年，厚2000光年，太阳距银河系中心2．5万光年。

银河系到底有多大呢?

宇宙物质的秘密

要想弄明白宇宙中有没有反物质，首先要弄明白什么是反物质。

反物质是和物质相对立的一个概念。众所周知，原子是构成化学元素的最小粒子，它由原子核和电子缉成。原子的中心是原子核，原子核由质子和中子组成，电子围绕原子核旋转。原子核里的质子带正电荷，电子带负电荷。从它们的质量看，质子是电子的1840倍，形成了强烈的不对称性。因此，20世纪初有一些科学家就提出疑问，二者相差这么悬殊，会，不会存在另外一种粒子，它们的电量相等而极性相反，比如，一个同质子质量相等的粒子，可带的是负电荷，另一个同电子质量相等的粒子，可带的正电荷。

1928年，英国青年物理学家狄拉克从理论上提出了带正电荷“电子”的可能性。这种粒子，除电荷同电子相反外，其他都一样。1932年，美国物理学家安德逊经过实验，把狄拉克的预言变成了现实。他把一束Y射线变成了一对粒子，其中一个是电子，而另一个同电子质量相同的粒子，带的就是正电荷。1955年：美国物理学家西格雷等人在高能质子同步加速器中，用人工方法获得了反质子，它的质量同质子相等，却带负电荷：1978年8月，欧洲一些物理学家又成功地分离并储存了300个反质子。1979年，美国新墨西哥州立大学的科学家把一个有60层楼高的巨大氦气球，放到离地面35千米的高空，飞行了8个小时，捕获了28个质子。从此，人们知道了每种粒子都有相应的反粒子。

人们根据反粒子，自然联想到反原子的存在。一个质子和一个带负电荷的电子结构，便形成了原子。那么，一个反质子和一个带正电荷的“电子”结合，不就形成了二个反原子了吗?类推下去，岂不会形成一个反物质世界吗?于是认为，宇宙是自等量的物质和反物质构成的。

从理论上看，宇宙中应该存在二个反物质世界。可事实并不这么简单。经研究发现，粒子和反粒子一旦相遇，他们就会“同归于尽”，从而转化成高能量的V光子辐射。可这种光子辐射人们至今还没有发现。在我们地球上很难找到反物质，因为它一但遇到无处不在的普通物质就会湮灭。

那么，宇宙中存在着反物质吗?存在着一个反物质世界吗?按照对称宇宙学的观点，它们是存在的。这一学派认为，我们所看到的全部河外星系(包括银河系在内)，原本不过是个庞大而又稀薄的气体云，由等离子体构成。等离子体既包含粒子，又包含反粒子。当气体云在万有引力作用下开始收缩时，粒子和反粒子接触的机会就多了起来，便产生了湮灭效应，同时释放出巨大能量，收缩的气体云开始膨胀。这就是说，等离子体云的膨胀，是由正、反粒子的湮灭引起的。

按照这种说法推论，在宇宙中的某个地方，一定存在着反物质世界。如果反物质世界真的存在的话，那么，它只有不与物质会合才能存在。可物质和反物质怎样才能不会合呢?为什么宇宙中的反物质会这么少呢?这些都是待解之谜。

“太阳系”是如何发现的

茫茫无际的宇宙，深藏着无数奥秘。

有人曾设想，除我们的太阳系以外，还应有第二个、第三个太阳系。可是另外的“太阳系”具体在哪里?这个长期以来争论不休的问题，随着织女星周围发现行星系，NARN已经找到了宇宙中的第二个“太阳系”，为寻找宇宙中其他许多“太阳系”提供了例证。

宇宙中的第一个“太阳系”是怎样发现的呢?

1983年1月，美国、荷兰、英国三个国家成功地发射了红外大文卫星。后来，天文学家们利用这颗卫星意外地发现天琴座主星——织女星的周围存在类似行星的固体环。

这次发现在世界上还是头一回。这一发现可以说是不同凡响的划时代的发现。

织女星周围的物质吸收了织女星的辐射热，发射出红外线。红外天文卫星正是接收到了它所放射的红外线。比较四个不同接收波段的强度便可计算出该物体的温度为90K(约—180℃)。一般来说，恒星的温度下限约为500K。温度为90K，这就是说那个物体是颗行星。而且，织女星真的也有行星系的话，它便相当于外行星。这样一个温度的物体只能用波长为几十微米的红外望远镜方可捕获到。

美国、荷兰、英国合作发射的卫星是世界第一颗红外天文卫星，主要用于探测全天的红外源，也就是对红外源进行登记造册。一般红外天文望远镜不能探出宇宙中的低温物体。因为大气中的水分和二氧化碳气体大量吸收了来自宇宙的红外线及地球的热，又会释放互相干扰的红外线。红外天文卫星将装置仪器用极低温的液态氦进行冷却，所以才有了这次的发现。

探测表明，织女星行星系与太阳系行星一般大小。由于织女星发出的总能量是已知的，通过90K的物体的温度便能求出织女星和该物体之间的距离，也就是可以求出该行星系的半径。

织女星距离地球26光年，是全天第四亮星。直径是太阳的2．5倍，质量约是太阳的3倍，表面温度约10000℃，比太阳的表面温度(约6000％)高。织女星诞生于10亿年前，太阳诞生于45亿年前，相比之下织女星要年轻得多。地球大敛是与太阳同时诞生的，若认为织女星的行星也跟织女星同时诞生，那么就可以视它的行星处在演化的初期阶段。

依据行星形成的一般假说，当恒星产生时，在它的周围散发着范围为太阳系100倍的分子气体云环，因长期相互作用而分成若干个物质团块，进而形成行星。

东京天文台曾公布说，他们用射电望远镜在猎户座星云等地方发现“行星系的婴儿”，也可以说是原始行星系星云。

东京天文台和红外天文卫星的发现，看来可以说是行星形成过程中的不同阶段。深入分析和研究这两个不同阶段，以及更正’确地描写织女星的行星像，无疑是当前世界天文学界所面临的一大课题。

宇宙“黑洞”之谜

在浩瀚无垠的广袤宇宙中，除了人类所能发现和看见的有形星体之外，似乎在宇宙中还存在着无形(看不见)的星体，甚至这些无形的天体还要占有更大的比例。其中黑洞(还有白洞)就是人们最先努力去发现和探究的特殊天体对象之一。那么，究竟有没有黑洞呢?

美国航空航天局曾宣布，“哈勃”太空望远镜拍摄到的天体照片为宇宙中存在“黑洞”的假设提供了证据。1994年1月27日，“哈勃”望远镜携带的广视野星际照相机摄取了室女星座中M87星系中心存在旋涡状气体云盘的照片，使美国太空望远镜科学家霍兰·福特博士和马里兰州应用研究公司的理查德。哈姆斯博士感到非常惊奇。哈姆斯博士介绍说，太空望远镜观测的范围相距云盘中心大约60光年，围绕中心的大部分是氢气，温度在1万摄氏度左右，已处于电离状态。通过计算，天文学家认为，促使云盘高速旋转的盘状区域中心，存在着质量相当于30亿个太阳，而体积却并不超过太阳系大小的致密天体。鉴于周围并不存在产生如此巨大引力的其他天体，惟一的解释是致密天体就是人们长久寻找的“黑洞。”“黑洞”是一个新发现的隐形天体，关于它的特性虽然有不少假说，一般认为它吸引力极大，连光线都吸人其内，质量致密，具有边界，界内界外特性不同……但上述还只是一种假说，它的真正内幕还有待发现。相信彻底揭开其真相的日子不会太遥远。

宇宙“白洞”之谜

有些人认为，宇宙是对称的，有此必有彼。当人们热衷于讨论“黑洞”的时候，又有人针锋相对地提出了“白洞”之说。

白洞是广义相对论所预言的一种与黑洞相反的特殊天体。和黑洞类似，它也有一个封闭的边界。聚集在白洞内部的物质，只可以经边界向外运动，而不能反向运动。因此，白洞可以向外部区域提供物质和能量，但不能吸收外部区域的任何物质和辐射。白洞是一个强引力源，其外部引力性质与黑}同相同。白洞可以把它周围的物质吸积到边界上形成物质层。白洞学说主要用来解释一些高能天体现象。有人认为，类星体的核心就可能是一个白洞。当白洞内中心点附近所聚集的超密态物质向外喷射时，就会同它周围的物质发生猛烈碰撞，而释放出巨大的能量。因此，有些x射线、宇宙射线、射电爆发、射电双源等现象，可能与白洞的这种效应有关。白洞目前还只是一种理论模型，尚未被观测所证实。人们猜测图中星系带有白洞的某些特征。

我们知道，黑洞是极端“自私”的，它就像一个贪得无厌的野兽，张开大口，吞食着宇宙中的一切物质。只要进入它的“视界”之内，就休想再出来，其中包括光。那么，它把物质吞进去之后，又消化到哪里去了呢?要知道物质是不灭的。于是“日洞”之说便应运而生。

白洞的“性格”与黑洞截然相反，它允许内部的超高密度物质离开它的边界，进入广阔的太空，却不允许任何物质进入它的边界之内。换句话说，它向外界发出辐射，抛出最终能够构成气体和恒星的物质，却不肯吸收外界的物质来“中饱私囊”。正因为它具有这样的特性，人们就很自然地把它同x射线爆发、γ射线爆发，以及超新星爆发等现象联系起来。

白洞不断向空间喷射物质，那么谁为它提供“后勤供应”呢?有人认为，白洞那源源不断的能源取自黑洞。进入黑洞的物质并不是完全被它消化了，而是以“热辐射”的方式稳定地向外发射粒子，科学家们称之为“自发蒸发”。英国物理学家霍金经研究发现，黑洞具有一定的温度，其数值与黑洞的质量成反比。自发蒸发使黑洞质量减少，温度升高，又反过来促使自发蒸发加剧。由于这样正反促进，使黑洞的蒸发愈演愈烈，最后便以“反坍缩”形式猛烈爆发，形成不断向外喷射物质的白洞。黑洞把宇宙中物质吞食了，白洞又把物质归还给宇宙，这是一个多么和谐的宇宙啊!

前苏联学者诺维柯夫把白洞的形成同宇宙大爆炸理论联系起来，提出了“延迟核”理论。他认为，宇宙在大爆炸的最初时刻，由于爆发的不均匀，有些超高密度物质并没有立刻膨胀，而是过了一段时间才发生爆炸，成为新的局部膨胀的核心，这就是白洞。

不过，白洞目前仍像黑洞一样，还没有实际证据证实它的存在。

宇宙电波之谜

1924年8月20曰下午1点50分到23日晚上lI点50分，进行研究的特德博士在火星最接近地球处(火星与地球问的距离为5600万公里)，捕捉到了一种奇怪的电波。“这是怎么回事儿?会不会是太空人发来的信号?”特德博士自语道。可是他始终未弄清这种奇怪的电波来自何方，表示什么意思。

1958年10月，人造卫星进入太空。在卫星上装置的大型电波跟踪装置也接收到来路不明、意思不清的奇怪电波。它使得美苏宇航基地的工作人员手足无措，大惑不解。

1974年3月12日，前苏联“火星6号”密封仓在火星上着陆，向地球发回了照片。从照片上可以清楚地看到干裂的河床。这次调查否定了火星上存在高级生物、运河等推断，这也就否定了上述奇怪的电波来自火星的可能。

但是，科学家们认为几次出现的奇怪电波肯定不是来自人类居住的地球本身。那么它会不会是处星人发来的电波呢?它们又是什么意思呢?

“银河气弧”之谜

宇宙中的现象确实奥秘无穷。有些天体现象用我们今天的眼光和科学矢口识一时还无法理解和想象。比如“银河气弧”现象就十分神奇和玄妙。

美国天文学家莫里斯等人利用国家天文台的巨大天线阵，观察到银河系中心有一道由星际圆盘伸延而出的巨型气弧，它“颇为壮观”，“与银河系圆盘几乎垂直”。我们就称之为“银河气弧”吧。

这个特大尺寸的气弧的长度估计在150光年以上，它射出强烈的无线电波。观察表明，气弧是由长条丝状体组成，它们就像绳索一样，能随意扭转。这道气弧的存在，似乎暗示着一个磁场正从圆盘伸展出来。虽然该磁场也具有南北磁极，但并非对称分布。好多国家的天文台在介绍天体奥秘时都谈到银河气弧，并且有形象的录相播放。那么银河中心的这种‘‘偶极磁场”对于星系的形成究竟会产生什么作用呢?天文学界对“银河气弧”正进行着探讨和研究。

来自太空的“特技演员”之谜

美国好莱坞著名导演史蒂芬宁格为了拍摄反映太空战争的影片，公开招聘特技演员，其中有一位应聘者引起了他极大的兴趣。这是一个默不作声、也没有在登记表格上留下姓名的“怪人”。

在试镜头时，他遵照导演的要求，不断地按动自备的一部“微型传真机”上的键盘。霎时，摄影棚里便“冒”出奇特景象：在漆黑的布景上，繁星点点，一艘前所未见的巨型太空船与一群太空人(都有着紫绿色的面孔、数不清牙齿的口腔，甚至面部不停蠕动的皱褶和体内流动的**也依稀可见)迎面飞来，越飞越近……导演大喜过望，当即与这位来历不明的“怪人”签订了合同。

不久，“怪人”的超人才能引起了美国中央情报局的注意。有人推断，他可能来自太空。后来，“怪人”在参加拍摄一部有关火山爆发的影片时被警方拘捕。他被关押在特殊的监狱里。但几乎与此同时，好莱坞所有制片区却忽然像地震一般晃动起来。史蒂芬宁格怀疑是“怪人”制造的幻觉。然而，当他赶到拘留所时，“怪人”早已失踪。

美国中央情报局特工人员在拘留所里发现了那部神秘的“传真机”。专家们认为，这是十分危险的工具。因为它能收集任何人的脑思维电波，制出诸如“古罗马城”、“太空战争”的各类幻觉；而它拥有的能量还足以成威力无比的杀人武器。不过，这部“传真机”由于缺少其中的“埘合器”而已成为废物。“对合器”是“怪人”带走了吗?他又到哪里去了呢“

宇宙中会发生交通事故吗

在繁忙的都市中，汽车川流不息，不仅会使道路堵塞，有时还会发生相互碰撞等交通事故。那么，在茫茫字宙中，比汽车还要多的星星，它们在运行时会不会发生相互碰撞的“交通事故”呢?

从我们地球的角度出发，月亮是离我们最近的星球，但它离地球的平均距离仍然有38万多千米。月球有规律地绕着地球运转，不幺同地球相撞。

太阳是离地球最近的恒星，但它离地球有1．5亿千米。地球有规律地沿着一定轨道绕着太阳公转，也不会和太阳碰上。

至于太阳系中的其他成员，太阳的引力迫使它们各就各位，在自己的轨道上有序地运行，相互之间也不会碰撞。

太阳系以外的宇宙空间里，恒星之间的平均距离在10光年以上，相距非常遥远。而且，太阳以及其他银河系里的恒星，都十分有规律地在围绕银河系中心旋转。据科学家测算，恒星碰在一起的概率大约每100亿亿年才会发生一次。

不过，在太阳系中，有时会发生彗星撞击行星和太阳的“交通事故”。比如1979年曾出现一颗掠日慧星，它以每秒560千米的高速撞向太阳。再比如1994年，苏梅克一列维9号彗星撞上了太阳系中最大的行星——木星，在木星表面留下了如地球般大的撞击痕迹。另外，陨星坠落也是因碰撞现象引起的。

宇宙中有没有反物质

我们都知道，目前人类观测到的世界是由物质构成的，而物质又是由原子构成的。原子的中心是原子核，原子核是由质子和中子组成的，另外还有电子在围绕原子核高速旋转。原子核里的质子带正电荷，电子带负电荷，它们携带的电量相等。从它们的质量比较上看，质子是电子的1840倍，形成了强烈的不对称性。因此，本世纪初有一些科学家就提出疑问，两者相差这么悬殊，会不会存在另外一种粒子，这种粒子与基本粒子电量相等而电荷相反?

1978年8月，欧洲一些物理学家成功地分离并储存了300个反质子达85个小时。1979年，美国新墨西哥州州立大学的科学家把一个有60层楼高的巨大氢气球放到离地面35千米的高空，气球飞行了8个小时，他们宣布捕获了28个反质子。从此，人们开始相信，每种粒子都有相应的反粒子。目前，科学家利用高能加速器已制造出了反氘核和反氦核。

既然有反粒子的存在，人们很自然地联想到反氢分子、反元素、反分子，由此便构成了一个反物质世界。有人进一步提出假说：宇宙是由等量的物质和反物质构成的。如果真有反物质世界，那么，它只有不与物质会合才能存在。可物质和反物质怎样才能不会合呢?怎样才能判断出宇宙中哪些天体是物质，哪些又是反物质呢?为什么我们抽知道的世界中反物质会这么少?这些都是留待人们去解开的谜团。

宇宙大小之谜

每当人们翘首仰望茫茫天空、神驰遐想之时，总是有人提出这样的疑问：宇宙究竟有多大?有没有尽头呢。

在太阳的周围，有地球、金星、火星、木星等大小不同的九个行星在不停地运转，这就是太阳系。那么在太阳系以外又是一个怎样的世界呢?那是一个聚集着约2亿颗像太阳一样的恒星的银河系。银河系像一块铁饼，直径为10万光年，中心部分厚度为15000光年。如果飞出银河系，又会到什么地方呢?在那里，有无数像银河系一样的世界，叫做星云。与银河系邻近的是仙女座流星群。这个流星群和银河系大小、形态大致相同，大约聚集着2000亿颗恒星。

1929年，美国的哈佛尔发现：所有星云正离我们远去。比如离我们约2.5亿光年的发座星云以每秒6700公里的速度，5．7亿光年外的狮子座以每秒19500公里的速度，12．4亿光年外的牵牛座星以每秒39400公里的惊人速度，纷纷离我们远去。

照这样持续下去，星云到过100光年处其运行速度将达每秒30万公里，这和光的速度相等。这样，所有星云的光就永远照射不到我们地球上来了。因此，100亿光年的地方将是我们所能见到的宇宙的尽头。再远处还有星云，但是由于光无法到达，我们也就无法观测了。当然这是一家之言，还有其他不同的解释。有人认为，宇宙呈气球型，它像气球一样不断膨胀，其中有些星云随之离我们远去。但到一定的时候，气球又会缩小，星云也会随之接近我们。还有的提出，宇宙是马鞍型，它如同马鞍，不断地朝着鞍的四个边缘方面扩展。按这一解释，在遥远的将来，星云将逐渐远离，夜空会变得单调寂寥。不过有人对此持不同意见，认为宇宙是永恒的。虽然它会无限地扩展，但在扩展了的空间还会产生新的星球，宇宙再怎样膨胀，还会增加新的星家族。因此，宇宙空间不会荒寂。究竟宇宙的尽头在哪里，人类目前还只能进行一些推测。

宇宙岛之谜

在宇宙大爆炸之后的膨胀过程中，分布不均匀的物质因引力的作用而收缩成一个个“岛屿”，这就是星系，人们将其形象地称作“宇宙岛”或“岛宇宙”。

提起宇宙岛，可追溯到意大利布鲁诺关于宇宙中恒星世界的构想。1755年，德国哲学家康德认为宇宙中有无限多的星系。这就是宇宙岛假说的渊源。天文学家通过观测，看到许多雾状的云团，便猜测可能是由很多恒星构成的，只是离得太远，人们无法一一分辨出。

英国天文学家赫歇尔首先发现许多星云可分解成恒星群，后来又发现一些星云无法分解，于是他提出了星系并非宇宙岛的观点。

到了19世纪，人们借助更大的望远镜进行更仔细的观测，特别是分光术的应用，使人们对星云的观测有了极大的进步。只是由于赫歇尔的影响，人们对宇宙岛与星云的关系仍然缺乏正确的认识。

进入20世纪，在美国引起了关于宇宙岛的争论。天文学家柯蒂斯认为字宙岛是河外星系，否则它们就是银河系的成员。另一位天文学家沙普利提出与柯蒂斯不同的观点。在20年代，他们展开激烈的争论。后来，哈勃进行了更精确的测量，证明了河外星系的存在，这样，关于宇宙岛的争论才告结束。

现在人们观测到的河外星系已达上万个，最远者距银河系达70亿光年。估计河外星系数目大得惊人，若画一个半径达20亿光年的圆球，其内含有约30亿个星系，每个星系都包含着数以干亿计的恒星。

关于宇宙中的宇宙岛从何处漂移过来的问题，目前仍有很多的争沦。关于星系起源的理论更有很多，有代表性的是引力不稳定性假说和宇宙湍流假说。前者认为，在30亿年问，星系团物质由于引力的不稳定而形成原星系，并进一步形成星系或恒星；后者认为，宇宙膨胀时形成旋涡，它可以阻止膨胀，并在旋涡处形成原星系。二者都认为星系形成了100亿年。但是两种观点都不成熟，还存在很多的问题。此外，还有一些关于星系起源的理论，也有较大影响。各学派目前都还拿不出一套能完整科学地解释宇宙岛的理论。

银河系核心之谜

古希腊人认为，人类居住的地球是宇宙中心。16世纪，哥白尼把地球降为一颗普通行星，把太阳作为宇宙中心天体。18世纪，赫歇尔认为，太阳是银河系中心。20世纪，沙普利把太阳“流放”到银河系的旋臂上，离银河系中心有几万光年之遥。

在太阳离开“银心’’之后，谁坐镇“银心”便成为天文学家关注的大问题。而且“银心’’离我们的距离并不算远，理应把它的“主人”搞清楚。然而，对“银心”观测并不容易，原因是“银心”到处充满了尘埃。这层厚厚的“面纱”，让人难以窥视其中的奥秘。

随着观测手段的不断改进，人们对“银心”的了解也在不断增加。这主要是靠接收尘埃无法遮挡的红外线和射电波。美国贝尔实验室的工程师央斯基是最先接收到“银心”射电波的。

由于“银心”核球的红外线和射电波信号很强，人们推测它可能是质量极大的矮星群。1971年，英国天文学家认为，核球中心部有一个大质量的致密核，或许还是一个黑洞，其质量约为太阳质量的100万倍。如果真是一个黑洞，“银心”应有一个强大的射电源。

20世纪80年代，美国天文学家探测到以每秒200千米的速度围绕“银心”运动的气体流，它离“银心”越远，速度越慢。他们估计这是“银心”黑洞影响的结果。另一些美国天文学家也宣布探测到“银心”的射电源，这一结果说明“银心”可能是一个黑洞。

前苏联的一些天文学家则认为，证明“银心”是黑洞的证据不足。他们认为，“银心”可能是恒星的诞生地，因为其中心有大量的分子云，总质量为太阳质量的10万倍，温度为200～300K。

天文学家很关心“银心”是否为一黑洞，为此，美国天文学家海尔斯提出了一个判据，即～对质量与太阳相当盼双星从黑洞旁掠过时，其中一颗被黑}同吸进后，另一颗则以极高速度被抛射出去。经过计算，这样的机会并不大。海尔斯的判据虽不能最终解决问题，但不失为一条新思路。然而，要最终搞清楚“银心”的构成，有有许多工作要做。

宇宙“泡沫”之谜

前些年，美国哈佛一斯密森天体物理研究中心的科学家玛格特·盖勒和约翰·赫奇勒曾经宣布，他们首创的三度空间图像表明，宇宙建立在许多巨大空间的四周。这些空间看起来就像洗脸盆上的肥皂泡，而大大小小的星系就依附在“泡沫”上。有的“肥皂泡”相当大，直径达到15亿光年。

但是，这些“肥皂泡”是怎样产生的?构成星系的物质是如何空出这么巨大的区域来的?诸如此类的问题，在科学界引起激烈争论。有人认为，是大爆炸将物质从空间中心推向四周，从而形成“泡状”。这种说法存在着很大问题，因为它无法解释物质怎么能跑完这么长的路程，形成这么巨大的空问。

最近，有人又发现了横跨天穹的一个狭长星系。这个星系长约5亿光年，宽约2亿光年，厚约1500光年。这是天文学家迄今为止发现的最庞大的宇宙结构。美国《科学》杂志详细报道了这一发现，并将其命名为“长城”。

这道肉眼看不见的呈曲线形的“长城”，离地球大约2亿～3亿光年。由于距离遥远，它在一般的天文摄影照片上显示不出来。

在这一新发现之前，宇宙中最大的发光结构被认为是银河系超星系团。“长城”的发现，又增加了问题的神秘性，在太空中很可能还有更巨大的结构体在等待人们去发现。

星系有多大

如果知道星系的距离r，再实际测量出河外星系的角半径α，那么利用三角学算式d=rsinα，就可计算出星系的真半径d。这种方法的原理虽然简单，但实际测定星系的角半径并不容易。由于星系的亮度从中心向外逐渐减小，其边缘很难和星空背景分开，因此确定星系边界并不容易。尽管这样，天文学家还是想出一些办法测定出了河外星系的大小。结果发现，星系之间大小相差很悬殊，最大的椭圆星系的直径达100千秒差距，即超过30万光年。在量度星系级天体的距离和大小时，天文学家经常使用千秒差距作单位。秒差距是天文学中量度恒星距离的一种单位，1秒差距等于3．26光年，1千秒差距等于3260光年。最小星系的直径在0．1～1千秒差距之间，较小的星系一般都是椭圆星系。旋涡星系一般在5—50千秒差距的范围内。不规则星系的直径较小，在5～20千秒差距范围内。应该说明，在星系外围还存在由中注氢原子组成的物质，叫做星系晕，星系晕的直径通常为星系直径的1．5～2倍大。

现在已知最大的星系是射电星系3C236，它的两个射电瓣两端相距可达6兆秒差距以上。

星系的光度和质量有多大

星系的光度指星系每秒钟辐射的总能量，质量则表示星系包含的特质总和。

星系的大小相差悬殊，星系的质量和光度也彼此各异。旋涡星系的质量为109～10“太阳质量，即太阳质量的10亿～1000亿倍。不规则星系的质量比旋涡星系的质量普遍要小一些，至于椭圆星系，有的很大，比旋涡星系的质量要大lOO～10000倍，称为巨椭圆星系；有的椭圆星系质量较小，只有太阳质量的百万倍，称为矮椭圆星系。

星系的质量是怎样测定的呢?测定星系质量的方法有两种，一种是根据星系自转速度，另一种是利用双重星系。由观测得出距离星系中心为R处的自转速度，可计算出各个R处单位质量所受的向心力，它与半径为R的轨道内的质量产生的引力相等，分析不同R处的向心力的大小即可求出星系的质量。对于双重星系，可用类似于测定双星质量的方法，根据星系的视向速度和分开的距离求出质量。

已知星系的距离和星系的视星等(视亮度)，利用光度、视亮度和距离的关系式可以求出星系的光度(绝对星等)。不同类型的星系，其光度的差别非常大。旋涡星系的光度在108～10{10}太阳光度之间，用绝对星等表示为-15等至-21等；椭圆星系的光度彼此相差很大，矮椭圆星系的光度为10{11}太阳光度，绝对星等为一9等，巨椭圆星系的光度为107太阳光度，绝对星等为～23等；不规则星系的光度介于107太阳光度和2×109太阳光度之间，绝对星等为-13等至-18等。