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类星体与新眼界

时间:2023-02-09 归属:大环境地理学
  目前所知类星体是距地球星最远的天体 最初先接收到太空内射电,发 现类星体射电源(quasi-stellar radiosources),后来改称其为“类星体” (quastar)。它们所具有的特征有:(A)经常是射电源,且发出有极大的 射电波直径;(B)在望远镜里只是一个小光点,没有直径,没有面积。似乎 它是一颗小星,然而射电特强;(C)有很大的红移;(D)距地球星极远, 据说最接近的有 10 亿光年,较远的在 100 亿光年以上。目前所知最远的一颗 类星体距地球星约 360 亿光年,也就是说,今天所看到的这个类星体的光还 是 360 亿年以前射出来的;(E)虽然是一个小光点,但光度极强,约相当于 太阳恒星发光的 1 万亿倍。 所谓类星体,就是类似恒星的天体。1960 年发现,1961 年被证实,至 1986 年已发现许多颗。其中有些类星体可能早已消失,只留下光波,经过遥 远的空间到达我们的眼里。 1950 年以前,使用光学望远镜只能望见一些有光的星体。后来发明了射 电望远镜,就可以探测宇宙空间射电的来源。上述两种望远镜同时观察并探 测同一个天球视面,所得到的结果不完全相同,引起观测者的好奇。1960 年 前,天文学家只知太阳恒星有射电波向地面发射,其他恒星因为距离太远, 当时技术又落后,收不到它们的射电波。光从太阳表面到达地面历时只需 8.5 分钟,其他恒星的光到达地面则需要许多光年或许多万光年。那时候,收不 到其他天体发出来的射电波,但并不能说明远方恒星没有射电。 类星体无“角径”,只是一个小光点,出现于黑暗而又深远的太空内。 类星体爆炸时,光度强烈,据说有万亿颗太阳恒星同时发光那么强烈。类星 体光谱里的谱线正朝着长波进行位移,这种现象叫做“红移”(red shift), 简单说来,即谱线射出后移向长波而离开短波。 红移现象只有在远距离内才会出现,短距离内是不会发生的。这就是地 球星上实验室内所不能实验的事。光速为每秒接近 30 万公里,地面上最远的 距离只有两万公里远,可见,物理实验将来必须移到太空里,才会出现意料 不到的大发现。 红移的现象有两种,一为多普勒红移,属于后退的红移;另一为爱因斯 坦红移,属于强引力场内原子射出谱线朝着长波方向进行位移。后者与大环 境无关,可以不论。多普勒红移也叫做多普勒效应,可以用下列例子来说明。 当一列火车正朝着我们的方向疾驰过来,那么火车离我们愈近时,所听到的 火车鸣声也愈高(频率升高),反过来,当火车驶离我们时,离开愈远,火 车鸣声愈低(频率变低)。同样,当一个射电源正在退行(即远离我们)时, 它发出的谱线即移向红外线光谱区,这就是上文所述的红移。类星体有明显 的红移,证明它正在退行,愈退愈远。红移愈大,后退愈远。这就是多普勒 效应。如果射电源换个方向,一直射着我们前进,愈进愈近,它的谱线就移 向紫外线光谱区,形成紫移。但是,天文学家自有观察以来,从未有人发现 过紫移,全是红移。 有人认为,这退行的现象显示了“宇宙膨胀”。可以做以下实验。先吹 起一个玩具用的氢气球,在球面上绘上许多小点以代表天球视面上许多星 系,然后继续吹起这个气球,使它更膨胀。这样,各小点彼此距离增大,显 示了各星系彼此远离,而且远离我们居住的银河星系。观察者在望远镜里望 见这类星体飞也似的向后退,显示这宇宙正在扩大之中。这假说是否可信呢? 依据多普勒效应及哈勃定律,远距离星系正在迅速后退,远离我们。哈 勃定律的主要概念也是红移,指远距离星系光谱内,谱线显示位移,移向长 波光谱区,也叫做哈勃效应。他的定律是说,远距离星系距离我们愈远,后 退愈快;就是说,每离开我们百万秒差距,星系每秒退行速度增加 50 公里。 这个速度并非每个人都能接受,有人另创新说。
  总之,天文学只能观察,不 能实验,20 世纪内作的假说,到 21 世纪时必会有更新的假说来代替。 类星体与射电望远镜 类星体的发现是由于开始使用射电望远镜(radio telescope)。 射电望远镜体积庞大,但运转灵活,昼夜可用,雨天也可使用,不象光 学望远镜只限于晴朗之夜。据说中国柴达木盆地中也有一架全新的射电望远 镜。射电望远镜所收集的波长必须长于 1 毫米,因为大气内的水汽、二氧化 碳及臭氧可以吸收短于 1 毫米的波长;大气层内电离层又能够反射 30 米以上 的长波。射电望远镜不怕大气干扰,不怕阳光辐射,只怕都市内电视台及广 播电台。因为双方都使用长波,很难分辨。只有把射电望远镜放到离都市十 分遥远的荒野区内,那里既无居民又无电视和广播台,可以避免上述麻烦。 从宇宙空间收集无线电波,波长限于 1 毫米到 30 米。射电望远镜可以收 到强烈射电波,但不能确指由天球视面上哪一个点射出来的。改用光学望远 镜向那个点望去,可看见星空里那个点光度微弱暗淡,似星非星,视星等低 于 13 等。再改用射电望远镜观察,可以看到一股强大的射电波,千真万确地 来自那个微弱的小光点。
  因此,这个小光点被叫做“类星体”。1961 年发现 的第一颗类星体编号为 3C48,谱线上有红移。 1963 年发现第二颗类星体, 编号为 3C273,谱线上也有红移。1984 年澳大利亚天文台又找到一颗类星体, 红移值极大,估计距地球星有 360 亿光年。据观测,类星体多至数万个。虽 然光度微弱,全是蓝光星。估计一个类星体的直径约有 1 光年的长度,这比 银河星系十万光年的直径小得多,然而射出的能量却比银河星系大数十倍。 它的能量怎样得来?有人说,类星体可能是宇宙中心,才有这般宏大的能量。 但现今已发现的类星体很多,此说也已不攻自破。类星体的光全是由氢原子 射出的强电波。现今所看见的蓝光该是此类星体数十亿年前或一百亿年以前 所射出的,直到现在才到达天文学家的眼里,可以推测,那颗星现今已非青 年时期,可能早已衰老而死亡并已消失了。 类星体的发现的确扩大了人类的视野,使人们眼界大开,为一可喜之事。
  对于这 360 亿光年,人们一般未能感觉到有什么稀奇。《西游记》中孙悟空 曾夸口:我老孙一个觔斗,可去十万八千里。这是中国小说家的夸张手法。 但是,试作一比较,一秒钟时间内光可前进 30 万公里,孙猴子一觔斗只有 108 000 公里(现且把“里”字解为“公里”),一连三个觔斗,也不敌一 个“光秒”。如果让孙猴子连续打觔斗,直到他死,也不能到达任何一颗类 星体。这说明了中国古代虚构故事中所夸大的距离比不上现今科学家的实 测。
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  • 关键词:类星体 新眼界
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