八大天文学之谜

杨孝文

第28届国际天文学联合会大会于8月下旬在北京举行，这是中国首次举办这一被称为天文学界“奥林匹克”的大会。几千名天文学家将交流最新研究成果、前沿热点与发展趋势。下面这些天文谜题无疑将是热点中的热点，它们中的一些可能在将来的某一天会被揭开，另一些则可能永远是一个谜。

1．暗能量是什么？

20世纪20年代，天文学家爱德文?哈勃发现宇宙并非静止不动，而是在不断膨胀。1998年，哈勃太空望远镜对遥远的超新星进行了研究，发现宇宙在很久以前的膨胀速度低于现在。科学家长久以来一直认为，物质的引力会逐渐减缓宇宙的膨胀速度，甚至能够导致宇宙收缩。为了解释宇宙加速膨胀，科学家提出了暗能量理论，认为正是这种能量导致宇宙加速膨胀。科学家推测，暗能量在宇宙中的比重达到近73%。对星系团Abell 1689进行的一项新研究有可能揭示暗能量如何影响宇宙的秘密。

2．暗物质是什么？

20世纪六七十年代，天文学家发现，处于星系中央的恒星速度几乎与外侧的恒星没有任何差异。这一发现似乎有悖于基本的物理学定律。天文学家用暗物质来解释这一现象。虽然看不到，但暗物质也拥有质量，研究人员根据其对正常物质产生的引力影响推断暗物质的存在。据信，暗物质在宇宙中的比重在23%左右，只有4%的宇宙区域由正常物质构成，包括恒星、行星等。图为利用哈勃太空望远镜所绘制的暗物质3D图。

3．消失的重子哪去了？

暗能量和暗物质构成了近96%的宇宙，正常物质构成余下的部分。正常物质中，有超过一半消失踪影，去处成为不解之谜。所谓的重子物质构成了质子和电子等粒子，这两种粒子在宇宙可见物质中占相当大比重。在对从早期宇宙到现在的重子数量进行计算时，天文学家发现重子数量神秘地减少了。据天体物理学家推测，消失的重子物质可能存在于星系之间，被称为“温热星系际介质”（WHIM）。寻找消失的重子仍旧是天文学家首先要揭开的谜团之一，因为对它们进行观测有助于科学家了解宇宙和星系的结构如何随时间推移而变化。

4．恒星如何发生爆炸？

当大质量恒星耗尽燃料并走向死亡时，便会发生大爆炸，形成超新星。超新星爆炸的亮度可在短时间内超过整个星系。最近几年在超级计算机领域取得的进步允许天文学家对恒星的内部状况进行模拟，进一步了解恒星爆炸的机制。不过，很多细节仍是一个未知数，例如爆炸如何发生，又与哪些内部因素有关。

5．宇宙如何“再度电离”？

大爆炸是被普遍接受的宇宙起源和演化理论。根据这一理论，宇宙诞生于大约137亿年前。大爆炸后，宇宙瞬间充满炽热的电子和氢离子、氦离子。直到约40万年后，宇宙才冷却到使电子和离子重新结合形成原子。130亿年前的宇宙初期被称为“再度电离”时期，因为第一批星体发出的辐射又开始电离原子的电子，早期宇宙的氢气雾被清空，宇宙内的绝大多数物质变成可以传输光线的离子化等离子体，一直存在至今。这张艺术概念图展示了大爆炸后不到10亿年出现的星系，当时的宇宙仍部分充满氢气雾。

6．宇宙射线来自何处？

宇宙射线的来源一直困扰着天文学家，他们用了一个世纪时间研究这些高能粒子的来源。宇宙射线是带电亚原子粒子——主要包括质子、电子以及基本元素的带电核——从外太空深处进入我们的太阳系。宇宙射线的移动路线会因为太阳和地球磁场的影响发生弯曲。最强的宇宙射线能量极大。不过，这些奇异粒子的来源仍旧是一个不解之谜。美国科学家最近的研究发现挑战了有关超高能宇宙射线的一个重要理论，即它们来自于伽玛射线爆发。

7．太阳系为何如此怪异？

我们所在的太阳系拥有一系列独特特征。处在最内侧的4颗行星均拥有多岩外壳和金属核心，外侧的4颗行星彼此相差甚多，每一颗都拥有独特的特征。根据电脑模拟结果显示，在太阳系形成过程中，相互撞击的星子可以很轻松地形成3颗或者5颗类地行星，而不是4颗。搜寻系外行星并对其形成过程进行研究能够帮助科学家揭开太阳系形成之谜。

8．日冕为何拥有惊人温度？

太阳的超热外层大气层被称为“日冕”，温度在50万～600万摄氏度之间。科学家一直无法理解太阳如何为日冕补充热量。一般认为日冕的热量与日表下方的能量有关，但对于磁场如何输送能量，科学家正进行激烈讨论。能量在抵达日冕后如何积聚是一个更让人感到困惑的谜团。图为美国宇航局的太阳动力学观测卫星2011年9月拍摄的照片，等离子体羽状云从1283太阳黑子所在位置喷出。此次太阳黑子共产生4次太阳耀斑和3次日冕物质喷射。

【责任编辑】庞 云