八大天文學之謎

楊孝文

第28屆國際天文學聯合會大會于8月下旬在北京舉行，這是中國首次舉辦這一被稱為天文學界“奧林匹克”的大會。幾千名天文學家將交流最新研究成果、前沿熱點與發展趨勢。下面這些天文謎題無疑將是熱點中的熱點，它們中的一些可能在將來的某一天會被揭開，另一些則可能永遠是一個謎。

1．暗能量是什么？

20世紀20年代，天文學家愛德文?哈勃發現宇宙并非靜止不動，而是在不斷膨脹。1998年，哈勃太空望遠鏡對遙遠的超新星進行了研究，發現宇宙在很久以前的膨脹速度低于現在。科學家長久以來一直認為，物質的引力會逐漸減緩宇宙的膨脹速度，甚至能夠導致宇宙收縮。為了解釋宇宙加速膨脹，科學家提出了暗能量理論，認為正是這種能量導致宇宙加速膨脹。科學家推測，暗能量在宇宙中的比重達到近73%。對星系團Abell 1689進行的一項新研究有可能揭示暗能量如何影響宇宙的秘密。

2．暗物質是什么？

20世紀六七十年代，天文學家發現，處于星系中央的恒星速度幾乎與外側的恒星沒有任何差異。這一發現似乎有悖于基本的物理學定律。天文學家用暗物質來解釋這一現象。雖然看不到，但暗物質也擁有質量，研究人員根據其對正常物質產生的引力影響推斷暗物質的存在。據信，暗物質在宇宙中的比重在23%左右，只有4%的宇宙區域由正常物質構成，包括恒星、行星等。圖為利用哈勃太空望遠鏡所繪制的暗物質3D圖。

3．消失的重子哪去了？

暗能量和暗物質構成了近96%的宇宙，正常物質構成余下的部分。正常物質中，有超過一半消失蹤影，去處成為不解之謎。所謂的重子物質構成了質子和電子等粒子，這兩種粒子在宇宙可見物質中占相當大比重。在對從早期宇宙到現在的重子數量進行計算時，天文學家發現重子數量神秘地減少了。據天體物理學家推測，消失的重子物質可能存在于星系之間，被稱為“溫熱星系際介質”（WHIM）。尋找消失的重子仍舊是天文學家首先要揭開的謎團之一，因為對它們進行觀測有助于科學家了解宇宙和星系的結構如何隨時間推移而變化。

4．恒星如何發生爆炸？

當大質量恒星耗盡燃料并走向死亡時，便會發生大爆炸，形成超新星。超新星爆炸的亮度可在短時間內超過整個星系。最近幾年在超級計算機領域取得的進步允許天文學家對恒星的內部狀況進行模擬，進一步了解恒星爆炸的機制。不過，很多細節仍是一個未知數，例如爆炸如何發生，又與哪些內部因素有關。

5．宇宙如何“再度電離”？

大爆炸是被普遍接受的宇宙起源和演化理論。根據這一理論，宇宙誕生于大約137億年前。大爆炸后，宇宙瞬間充滿熾熱的電子和氫離子、氦離子。直到約40萬年后，宇宙才冷卻到使電子和離子重新結合形成原子。130億年前的宇宙初期被稱為“再度電離”時期，因為第一批星體發出的輻射又開始電離原子的電子，早期宇宙的氫氣霧被清空，宇宙內的絕大多數物質變成可以傳輸光線的離子化等離子體，一直存在至今。這張藝術概念圖展示了大爆炸后不到10億年出現的星系，當時的宇宙仍部分充滿氫氣霧。

6．宇宙射線來自何處？

宇宙射線的來源一直困擾著天文學家，他們用了一個世紀時間研究這些高能粒子的來源。宇宙射線是帶電亞原子粒子——主要包括質子、電子以及基本元素的帶電核——從外太空深處進入我們的太陽系。宇宙射線的移動路線會因為太陽和地球磁場的影響發生彎曲。最強的宇宙射線能量極大。不過，這些奇異粒子的來源仍舊是一個不解之謎。美國科學家最近的研究發現挑戰了有關超高能宇宙射線的一個重要理論，即它們來自于伽瑪射線爆發。

7．太陽系為何如此怪異？

我們所在的太陽系擁有一系列獨特特征。處在最內側的4顆行星均擁有多巖外殼和金屬核心，外側的4顆行星彼此相差甚多，每一顆都擁有獨特的特征。根據電腦模擬結果顯示，在太陽系形成過程中，相互撞擊的星子可以很輕松地形成3顆或者5顆類地行星，而不是4顆。搜尋系外行星并對其形成過程進行研究能夠幫助科學家揭開太陽系形成之謎。

8．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50萬～600萬攝氏度之間。科學家一直無法理解太陽如何為日冕補充熱量。一般認為日冕的熱量與日表下方的能量有關，但對于磁場如何輸送能量，科學家正進行激烈討論。能量在抵達日冕后如何積聚是一個更讓人感到困惑的謎團。圖為美國宇航局的太陽動力學觀測衛星2011年9月拍攝的照片，等離子體羽狀云從1283太陽黑子所在位置噴出。此次太陽黑子共產生4次太陽耀斑和3次日冕物質噴射。

【責任編輯】龐 云