天文學(xué)史上的8大未解之謎
來源：光明網(wǎng) 發(fā)布時(shí)間：2013-12-09
1.暗能量是什么？
20世紀(jì)20年代，天文學(xué)家愛德文·哈勃發(fā)現(xiàn)宇宙并非靜止不動(dòng)，而是不斷膨脹的。1998年，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡對(duì)遙遠(yuǎn)超新星進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)宇宙在很久以前的膨脹速度低于現(xiàn)在。
這一具有突破性的發(fā)現(xiàn)讓科學(xué)家陷入困惑之中，他們長久以來一直認(rèn)為物質(zhì)的引力逐漸減緩宇宙的膨脹速度，甚至能夠?qū)е掠钪媸湛s。對(duì)宇宙加速膨脹進(jìn)行解釋促使科學(xué)家提出暗能量理論，正是這種能量導(dǎo)致宇宙加速膨脹。
暗能量
科學(xué)家認(rèn)為暗能量在宇宙中的比重達(dá)到近73%，并且難以捉摸，科學(xué)家一直未能直接觀測(cè)到它的存在。科學(xué)作家阿德里安·喬表示：暗能量可能永遠(yuǎn)不會(huì)暴露其本來面目。不過，科學(xué)家仍比較樂觀，認(rèn)為通過研究能夠揭示暗能量的起源。
2.暗物質(zhì)是什么？
20世紀(jì)六七十年代，天文學(xué)家假設(shè)宇宙的質(zhì)量可能超過可觀測(cè)的質(zhì)量。華盛頓卡內(nèi)基研究所的天文學(xué)家沃拉·魯賓對(duì)星系內(nèi)不同位置的恒星速度進(jìn)行了研究。
發(fā)現(xiàn)處于星系中央的恒星速度幾乎與外側(cè)恒星的速度沒有任何差異。這一發(fā)現(xiàn)似乎有悖于基本的牛頓物理學(xué)定律。按照牛頓的物理學(xué)定律，星系外側(cè)的恒星速度應(yīng)該更慢。
天文學(xué)家用一種看不見的質(zhì)量解釋這一現(xiàn)象，也就是暗物質(zhì)。雖然看不到，暗物質(zhì)也擁有質(zhì)量，研究人員根據(jù)其對(duì)正常物質(zhì)產(chǎn)生的引力推斷暗物質(zhì)的存在。
據(jù)信，暗物質(zhì)在宇宙中的比重為23%左右，只有4%的宇宙區(qū)域由正常物質(zhì)構(gòu)成，包括恒星、行星和人類在內(nèi)。
暗物質(zhì)
阿德里安表示：科學(xué)家仍不知道暗物質(zhì)是什么。幾年內(nèi)，物理學(xué)家有可能探測(cè)到暗物質(zhì)粒子。不過，即使有望在不久后發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)粒子，天文學(xué)家也無法在短期內(nèi)確定這種神秘物質(zhì)的特性。
暗能量和暗物質(zhì)構(gòu)成了大約95%的宇宙，正常物質(zhì)僅構(gòu)成余下的5%。然而在正常物質(zhì)中，也有超過一半消失蹤影，它們的去處成為不解之謎。
所謂的重子物質(zhì)構(gòu)成了質(zhì)子和電子等粒子，這兩種粒子在宇宙可見物質(zhì)中占相當(dāng)大比重。
雜志特約撰稿人尤希吉特·巴塔查爾吉表示：在對(duì)從早期宇宙到現(xiàn)在的重子數(shù)量進(jìn)行計(jì)算時(shí)，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)重子數(shù)量神秘減少，好像重子在宇宙演變史上穩(wěn)定消失一般。
消失的重子
據(jù)天體物理學(xué)家推測(cè)，消失的重子物質(zhì)可能存在于星系之間，被稱為溫?zé)嵝窍惦H介質(zhì)。尋找消失的重子仍舊是天文學(xué)家首先要揭開的謎團(tuán)之一，因?yàn)閷?duì)它們進(jìn)行觀測(cè)有助于科學(xué)家了解宇宙和星系的結(jié)構(gòu)如何隨時(shí)間推移發(fā)生變化。
4.恒星如何發(fā)生爆炸？
當(dāng)大質(zhì)量恒星耗盡燃料并走向死亡時(shí)便會(huì)發(fā)生大爆炸，也就是形成超新星。超新星爆炸的亮度可在短時(shí)間內(nèi)超過整個(gè)星系。
科學(xué)家對(duì)超新星進(jìn)行了多年研究并用電腦模型模擬，然而這種爆炸如何發(fā)生仍困擾著天文學(xué)家。
恒星
巴塔查爾吉表示：最近幾年在超級(jí)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域取得的進(jìn)步允許天文學(xué)家對(duì)恒星的內(nèi)部狀況進(jìn)行模擬，以便進(jìn)一步了解恒星爆炸的機(jī)制。不過，很多細(xì)節(jié)仍是一個(gè)未知數(shù)，例如爆炸如何發(fā)生，又與哪些內(nèi)部因素有關(guān)。
宇宙射線的來源一直困擾著天文學(xué)家，他們用了一個(gè)世紀(jì)時(shí)間研究這些高能粒子的來源。宇宙射線是帶電亞原子粒子，主要包括質(zhì)子、電子以及基本元素的帶電核。
在從銀河系其他地區(qū)進(jìn)入太陽系后，宇宙射線的移動(dòng)路線會(huì)因太陽和地球磁場(chǎng)的影響發(fā)生彎曲。
宇宙射線
不過，這些奇異粒子的來源仍舊是一個(gè)不解之謎。雜志的丹尼爾·克萊里表示：在對(duì)宇宙射線進(jìn)行了長達(dá)一個(gè)世紀(jì)的研究之后，來自宇宙的絕大多數(shù)能量仍非常神秘莫測(cè)，科學(xué)家仍需進(jìn)行多年的研究，才有可能揭開它們的神秘面紗。
6.宇宙如何再離子化？
大爆炸理論是被普遍接受的宇宙起源和演化理論。根據(jù)這一理論，宇宙誕生于大約137億年前，最初是一個(gè)溫度和密度極高的點(diǎn)。
130億年前的早期宇宙階段被稱為;再離子化時(shí)代，在這一時(shí)期，早期宇宙的氫氣霧被清空，第一次對(duì)紫外線呈透明狀態(tài)。
科學(xué)作家埃德溫·卡特里德奇表示：在大爆炸后大約40萬年，質(zhì)子和電子平靜下來，相互吸引，最后進(jìn)入中性氫原子。突然間，此前散射電子的質(zhì)子在宇宙中自由穿行。
宇宙
幾億年后，電子被原子剝離。卡特里德奇說：宇宙的膨脹讓質(zhì)子和電子處于分散狀態(tài)，新的能量源讓它們?cè)俅谓Y(jié)合在一起。
粒子湯同樣被沖淡，絕大多數(shù)質(zhì)子能夠在不受到阻礙的情況下移動(dòng)。因此，宇宙內(nèi)的絕大多數(shù)物質(zhì)變成可以傳輸光線的離子化等離子體，一直存在至今。
7.日冕為何擁有驚人溫度？
太陽的超熱外層大氣層被稱為日冕，溫度在50萬℃-600萬℃之間。克爾表示：;研究太陽的物理學(xué)家一直無法理解太陽如何為日冕補(bǔ)充熱量。
在發(fā)生日全食時(shí)，黑暗的太陽外圍是銀白色的光芒，像帽子一樣扣在太陽上，這個(gè)帽子就是日冕。
天文學(xué)家認(rèn)為，日冕的熱量與可見日表下方的能量有關(guān)，能量在太陽磁場(chǎng)內(nèi)處理。不過，加熱日冕的詳細(xì)機(jī)制仍舊是一個(gè)未知數(shù)。
日冕
克爾說：對(duì)于磁場(chǎng)如何輸送能量，科學(xué)家正在進(jìn)行激烈討論，能量在抵達(dá)日冕后如何積聚更是一個(gè)更讓人感到困惑的謎團(tuán)。
8.太陽系為何如此怪異？
我們所在的太陽系擁有一系列特征：處在最內(nèi)側(cè)的四顆行星均擁有多巖外殼和金屬核心，外側(cè)的四顆行星卻彼此相差甚多，每一顆都擁有獨(dú)有的特征。科學(xué)家一直對(duì)行星形成過程進(jìn)行研究，希望了解太陽系如何形成。
太陽系
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