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2003年科學大事回顧(1):宇宙天體探索系列新發現

2004-01-04 18:32 作者:凡科 桌面版 简体 0
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2003年是不平靜的一年,在科學界也有許多發現,這裡我們將一年來主要媒體公布的科學進展回顧如下。

宇宙天體探索系列發現

在太空觀測方面,科學家取得了一系列新的進展。

天文學家們發現銀河系被一個以前沒有見過的、由古老的星體所組成的巨環所環繞。如果存在一完整的環,科學家們將不得不重新思考銀河系如何形成的細節。天文學家一般認為,銀河系大多數星體集中於相對較薄的圓盤和中心較厚的凸起上面,在銀河系中心星體數量更多,朝銀河系邊緣,星體會愈來愈稀少。新發現的圓環上大約有1 億到5億顆星體組成,在銀河系邊緣外發現了這麼多星體,對天文學家是個驚訝。由美國科學家領導的研究小組研究成員,美國費米國家加速器實驗室的布賴恩.晏尼說,圓環上的星體圍繞銀河系中心運轉,速度大約是太陽的一半。圓環比圓盤約厚10倍。儘管對圓環的形成有多種解釋,但是天文學家認為,無論如何該圓環是個謎。

法新社華盛頓1月6日消息,天文學家在西雅圖舉行的美國天文學會會議中報告說,銀河中心的黑洞不斷的在爆炸,偶爾會大爆炸。天文學家使用美國國家航空暨太空總署的仙陀羅X光觀測站,對這個位於人馬座的特大質量黑洞進行了最長久的X光觀測。這項研究進行了兩個多星期。在一百六十四個小時的觀測中,記錄到這個黑洞的多次爆炸和偶爾大爆炸。參與這項研究的麻省理工學院專家巴加諾夫說:「我們見到這個特大質量黑洞前所未見的活動。」

美國弗吉尼亞大學和馬薩諸塞大學的科學家通過觀測表明,數以千計的星體正從鄰近的人馬矮星系剝離,像義大利面似的纏繞著穿過進入我們銀河系;人馬矮星系正被銀河系吞噬,目前它只剩下先前的痕跡。研究人員之一、麻塞諸塞大學的Martin Weinberg說,「人馬矮星系長期被銀河系所吞噬,目前正處於瀕臨解體的最後時刻」 。他說, 「人馬矮星系殘骸痕跡的形狀表明銀河系中看不見的暗物質呈球形分布,這個結果十分令人意外。」

澳大利亞的天文學家在銀河系中發現了一隻新的宇宙臂。它裹在龐大星系的外圍,就像一個厚厚的氣狀邊緣。澳洲科學工業研究院(CSIRO)的天文學家們希望這項發現有助於更好地描繪我們地球所在的銀河系。他們說這個6500光年厚的氣狀邊緣顯示了銀河系有類似於其它星系的結構,即超出中心恆星旋臂的氣狀旋臂。先前,天文學家們認為銀河系中心有四個旋臂,由氫氣、塵埃和恆星組成。新發現的氣狀邊緣大約距銀河系的中心6萬光年。CSIRO 的天文學家McClure-Griffiths 對記者說:「我們知道那兒有氣體,但我們不知道它有結構。我們以為那只是星繫在漸漸消散的痕跡。」McClure-Griffiths 研究小組是在探查銀河系的氫氣團時偶然發現這個新的宇宙臂的。他們認為它與星系中心的某個宇宙臂是連接在一起的。

3 月20日的《自然》雜誌上發表了科學家們對伽馬爆的觀測結果,這次觀測是到目前為止對伽馬爆的最詳細的記錄,科學家們認為這次觀測到伽馬爆是由質量比太陽大15倍的星體核心坍縮成黑洞時產生的。伽馬爆是目前宇宙中已知威力最大的爆炸,一次伽馬爆所釋放的能量是超新星爆發的數百倍,亮度最高時達到太陽亮度的一百億億倍。科學家們對伽馬爆的觀測表明伽馬爆發生非常頻繁,均勻且隨機地分布在宇宙中,所以科學家認為伽馬爆發生在離我們相當遙遠的天體。科學家們現在認為伽馬爆可能由兩個黑洞或中子星相互碰撞,或者是大質量星體在死亡時坍縮成黑洞所引起。

哈勃太空望遠鏡觀測到宇宙中迄今最劇烈、最有活力的恆星誕生地。據BBC新聞網10 月30日報導,天文學家通過運用X射線、光學及紅外望遠鏡,包括哈勃太空望遠鏡,對一遙遠的星系叢進行系統觀測,發現在這星系叢後面的一種神秘的弧光原來是太空中迄今所遇到的最明亮、最熱的星體形成區域。它比眾所周知的獵戶座星雲要明亮一百萬倍。新觀測到的超星系團位於宇宙的邊緣,正孵育著新星,在氣體雲裡面一百萬個的星體已經形成,而且它們比我們銀河系中所見到的類似星體要熱兩倍。雖然我們宇宙中有一些比獵戶座星雲大且明亮的星體形成區域,但是沒有一個區域比猞猁弧明亮,也沒有一個區域包含如此巨大數量的熱星體。

天文史上最強烈的太陽爆發

2003年10月末,太陽黑子連續爆發產生的太陽風暴襲擊了地球。天文學家和新聞媒體對此都給予高度關注,一方面是由於太陽風暴對地球,特別是無線通訊造成的影響;另一方面則是因為這次罕見的太陽黑子爆發堪稱是一場天文奇觀。

據 BBC10月30日報導,對於28日和30日的兩次磁爆,SOHO望遠鏡項目的科學家Paal Brekke說,抵達地球的磁爆是五級,屬於最強的一類。這顯然超過了先前的分析,一週前科學家稱磁爆屬三級。另外爆發的方向是直衝地球的,據哈佛天文學家John Kohl說,「就像地球直視著(太空中)瞄準我們的巨大槍口……接著那槍口便衝我們開了兩槍。」

根據文獻記載,最嚴重的一次日冕噴發現象發生在2000年4月,不過那次太陽磁爆產生的氣體與落塵,並未直接襲向地球。天文學家稱這次太陽磁爆過程中,有將近100 億噸物質被拋向地球。

受太陽耀斑爆發的影響,日本通訊衛星「KODAMA」一度通訊中斷。30日襲擊地球的太陽風暴引發的地磁爆,導致瑞典南部城市馬爾默停電1小時,影響到了該市約2萬個家庭。據美國大氣海洋管理局(NOAA)說,美國北部和加拿大的電力系統仍出現了起伏現象。中國也受到了磁爆影響,10月30日中國最北的電波觀測點--滿洲里觀測點因受太陽風暴影響,短波信號中斷長達近6小時。中國電波傳播研究所研究人員稱,北京觀測點從30日早晨開始,電波反射頻率也大幅下降,最大降幅有30%,信號明顯減弱。而後的11月3日,太陽耀斑一天內兩次爆發,中國的短波通訊受到全面影響,北京短波信號中斷達一小時,中國電波研究所設在全國的所有十個觀測點都受到了強烈干擾。

在11年的太陽週期中,太陽活動達到頂峰後會回落。本次太陽週期的高峰在2000年左右,目前應該是削弱的時候。NOAA的康波斯說,「這就像在非龍捲風季節刮起一場巨大的龍捲風。」哈佛的Kohl稱這場太陽磁爆「前所未有」:在這樣的時間,兩次大規模爆發,一個緊接著前一個,而且正對著地球。他說,「作為一名太陽物理學家,在我的整個職業生涯中從來沒有見過像這樣的現象。發生這樣的磁爆機率太小了,從統計角度講是反常的。

在 2003年10月太陽產生強大爆發之後,正當天文學家準備歇口氣時,11月4日美國東部時間下午2點29分,太陽再一次發生強烈的爆發。太陽黑子區域 486又一次爆出巨型耀斑。天文學家證實,這次太陽爆發是天文史上最強烈的一次。該區域已正式記載天文史上最活躍的太陽區域。這次的猛烈爆發導致美國國家大氣海洋管理局(NOAA)監測太陽的GOES衛星X射線探測器飽和。當時要進行精確描述很困難。該爆發所伴隨的冠狀物噴射(CME)以大約每秒 2,300公里的速度離開太陽表面,向太空拋射了數十億噸的超熱氣體,其中僅僅一部分衝向地球。

暗能量研究進展

據新科學家網站10月28日報導,天文學家已經編製出迄今為止最大、最詳細的宇宙圖,並確認遍佈整個宇宙的暗能的存在是毫無質疑的。這張宇宙圖包含20萬個星系,覆蓋天空的百分之六。圖中最遙遠的星系位於20億光年之外。天文學家認為這樣的地圖的價值是無法衡量的,因為宇宙的大比例結構顯示了過去130億年中宇宙力之間的相互作用。大多數宇宙學家直到20世紀90年代才相信宇宙是由普通物質和看不見的暗物質所組成,宇宙深處的星體爆炸提示一種宇宙力在導致宇宙分離,天文學家把這種力稱為暗能。2003年2月,通過2dF星系光譜紅移測量所得的大比例星系圖及NASA的WMA P太空探測器觀測到的宇宙大爆炸後的余輝數據這兩種數據的結合,給暗能的存在提供了強有力的證據。新的研究工作是使用不同的星系、不同的觀測手段和不同的研究人員及分析,均使同樣的結果更精確、使暗能的存在毫無質疑。這些結果證實了宇宙中70%是暗能,15%是傳統的暗物質,僅僅5%是像構成地球和星體這樣的普通物質。新的宇宙圖來自SDSS(Sloan Digital Sky Survey),這是一個由世界上13個機構的200多名天文學家組成的合作隊伍。既然暗能從觀測上得到證實,那麼準確地說暗能到底是什麼?這是理論學家目前正面臨要解釋的問題。

2003年12月19日出版的美國《科學》期刊說,研究人員證實宇宙大體上是由「暗物質 」和「暗能量」構成。有關宇宙本質的研究「結束了幾十年來的爭論」,證實我們的宇宙「比我們所想像的要奇怪得多。」 一種叫做「宇宙協和」的模型提出,根據這個模型,暗物質不斷地被暗能「拉扯」擴張。衛星數據和對宇宙多達一百萬個河外星系的測繪進一步證明了在整個宇宙存在一種神秘的反重力的力量。今年2月, 「威爾金森各向異動探測器」衛星攝下了到目前為止最詳細的宇宙微波背景圖,這是幼小的太空僅40萬年時的圖像。斯隆數碼天空調查(SDSS)計畫試圖找出一百萬個星河,該項目的天文學家7月發表一份研究論文,把他們自己取得的星河群數據重疊在微波數據之上。他們聲稱,其結果顯示暗能一定存在。但是《科學》期刊說,專家們至今仍然不清楚是什麼產生了這種能量。

6萬年最近,火星探索升溫

2003年,世界各國航天部門目光都集中在火星。年初,美、歐、日共推出四項火星探險計畫,美國佔兩個、歐洲一個、日本一個,主要目標是揭開大謎題:火星上是否有生物存在,或者讓生物存在的可能性。

歐洲太空總署(ESA)六月間由俄羅斯火箭發射「火星特快」(MarsExpress)太空船載運英國製造的探測器到火星。利用地球與火星最接近的機會,歐洲太空總署於六月一日發射「火星特快」太空船升空。目前太空船已於12月19日順利地將「小獵犬2」 登陸車(Beagle 2 lander)投放至火星表面。

火星探測器在抵達火星後將分析火星的地質,研究是否有生命的存在。而「火星特快」太空船將在火星上空軌道運轉,研究火星的大氣環境。這是歐洲第一次參與征服火星競賽。

美國航空暨太空總署(NASA)2003年發射了二部火星探測車「精神號」與「機會號」,均已順利發射升空。日本也曾計畫發射飛船探測火星,但是12月10日宣布取消探測計畫。

今年8月是火星六萬年一次最接近地球的時間,這為登陸火星提供了絕好的機會。在火星與地球之間達到6萬年來的最近距離,相距大約34,648,840英里(55,760,220公里)。

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