令天文学家困惑的十大谜题

棉花糖

宇宙中充满着各种神奇的现象，而人类所能触及的只是冰山一角，还有许许多多的谜题等着天文学家来解答。

千年来，天文学的发展一直是个回答问题、解开谜团的过程，尽管很多时候一个问题解决了，新的问题又立刻涌现。不少人认为，经过千百年的探索，人类已经充分了解了宇宙的运行方式，从恒星生命周期到星系演化过程，一切尽在掌握。确实，天文学在近百年来取得了飞跃式进步，但仍有很多问题尚未解决，同时新的挑战也在不断出现。

最令人激动的还是要数那些完全出乎意料的谜题，比如令宇宙加速膨胀的暗能量。30多年前，天文学家甚至还不知道它的存在，而现在，暗能量已然成为天文学最热门的领域之一。未来，这样的发现将推动我们进一步认识宇宙，以及地球在宇宙中所处的位置。一起来了解一下这些谜题吧！

1.暗能量

过去，天文学家认为宇宙由两种物质主导：能与光和其他形式的辐射相互作用的普通重子（中子、质子和它们构成的原子）物质，以及看不见的、对光透明、只通过引力现身的暗物质。

但是在20世纪90年代末期，天文学家遇到了一个意想不到的挫折：他们本以为受物质的引力作用，宇宙膨胀速度会放缓，但事实上宇宙反倒在加速膨胀。证据来自数十亿光年外遥远星系中的超新星爆发，它们比之前的宇宙膨胀模型预测的暗弱不少。

天文学家把导致宇宙加速膨胀的因素称为暗能量，它约占整个宇宙质量能量密度的70%。目前没人知道暗能量究竟是什么东西，更令人紧张和激动的是，暗能量的密度似乎还在不断增加。有理论预测，如果暗能量的密度持续增加下去，整个宇宙最终会在数十亿年后以“大撕裂”的方式毁灭，到那时，暗能量会撕裂包括星系恒星，乃至物质粒子在内的一切。

2.宇宙线起源

宇宙线是来自宇宙的高速、高能亚原子粒子，一般通过观测它们穿过大气时产生的次级低能粒子对其进行探测。天文学家根据宇宙线粒子的能量大小为其分类，其中有一大类可能来自遥远的超新星爆发。而最令天文学家困扰的还要数极高能宇宙线，单单一个粒子携带的动能就与一个以100千米/小时速度飞行的棒球相当。

天文学家过去认为，这种极高能宇宙线最可能的起源是伽马射线暴，这是大质量恒星死亡或中子星并合形成黑洞时释放出的巨大能量喷流。如果是这样的话，应该还有中微子伴随着这些宇宙线，但位于南极洲冰层之下的冰立方中微子探测器至今仍未探测到这样的中微子。如果伽马射线暴并非极高能宇宙线的起源，那么它们真正的起源是什么？天文学家正重新审视此前的另一种观点：遥远的活动星系核充当了天然的粒子加速器，制造出了这些高能射线。

3.不可能恒星

2011年，天文学家发现了一颗奇怪的恒星——SDSS J102915+172927，又名卡福星。卡福星质量约为太阳质量的4/5，几乎全部由氢和氦构成，这两种宇宙中最轻的元素占了整颗恒星质量的99.99993%。更重的元素，也就是天文学家所说的金属，这颗恒星几乎一点也没有。

这样一颗几乎只含轻元素的恒星，只能从130多亿年前宇宙大爆炸后的早期宇宙物质中形成，但问题是，按照目前的恒星形成模型它根本就无法诞生。天文学家认为，如果原恒星云缺乏较重的金属元素，就只能形成质量非常大的恒星。像这样质量小、且几乎不含重元素的恒星在现有的理论中根本无法存在。

4.神秘的天卫五

1986年，旅行者2号飞越天王星时近距离拍摄到的天卫五图像让天文学家大吃一惊。这颗小卫星呈现出异常丰富的地貌特征，似乎打破了小行星没有地质活动的铁律。天卫五看上去就像是打碎后重新拼接起来的一样，因此天文学家亲切地将它称作“弗兰肯斯坦卫星”。不过，这种分解后重组的理论也存在一些问题——天卫五离天王星非常近，如果它曾完全解体，那碎片在天王星的引力作用下就无法再重新聚合起来。因此也有天文学家认为，它是在极端潮汐作用的拉扯和重塑下变成了今天的样子。

5.矩形星系

轨道力学的定律决定了恒星在中心引力的作用下總是沿着椭圆轨道运行，因此汇集了大量恒星的星系很自然地会呈现为球形或扁平的碟形。这样一来，似乎不可能存在有棱有角的星系，但天文学家已经发现了好几个看上去呈矩形的星系。例如，位于波江座、距离地球大约7000万光年的LEDA074886就是一个紧凑的矩形星系。如今最大的问题是，这样的形状究竟是会长期保持下去还是仅仅昙花一现？日本昴星团望远镜的研究结果显示，这个问题的答案大概率是后者。或许是两个星系的碰撞和融合让外围恒星呈现出现在的矩形分布，并在“方块”中心催生新一批恒星的诞生。

6.流浪行星

根据标准定义，行星指的是围绕某颗恒星运行的、具有一定大小的天体，通常形成于恒星诞生时遗留下的物质盘。那为何会存在某些远离恒星、独自在宇宙中流浪的行星？现在，天文学家已经发现了好几颗这样的行星，其中离我们最近也最令天文学家感兴趣的，是编号为CFBDSIR J214947.2-040308.9的星际行星。

它于2012年首次被发现，这颗比木星重得多的气态巨行星表面温度约为400℃，这样的高温可能源于诞生过程中残留下的热量，或是引力收缩释放出的内部能量。由于这颗行星远离恒星，无法反射足够的恒星光，我们能够观测到它还要多亏其表面辐射的红外线。天文学家目前还不确定，星际行星开始流浪前是在某颗恒星附近形成的，还是从星团周围的星云中独立形成的。如果答案是后者， CFBDSIR J214947.2-040308.9就不是一颗行星，而是一颗亚褐矮星。

7.冕高温之谜

我们看见的太阳表面，也就是光球层，其实是太阳上温度最低的区域之一，平均温度“只有”5500℃。相比之下，太阳核心的温度可高达15000000℃，当然这没什么奇怪的，毕竟那里是太阳的核反应中心。但是日冕（只在日食时可见的太阳外层稀薄大气）温度也远远高于太阳表面，达到了2000000℃，这就很令人费解了。温度的急速蹿升就是在两者之间厚度几十到数百千米的过渡区内完成的，不过太阳物理学家目前仍未弄清这背后的具体原因。主流观点认为，向日冕传递能量的是太阳表面的磁声波或纳耀斑。太阳动力学天文台上携带的成像装置正以前所未有的精度记录着这些现象，两年前发射的帕克号太阳探测器也将对日冕进行观测，日冕高温之谜也许很快就会解开。

8.暗物质

宇宙中存在一种完全不与光发生作用的物质，即暗物质。它不仅不发光，而且对所有种类的辐射都是透明的。我们只能通过暗物质施加在可见物质上的引力作用来判断它的存在。有证据表明，宇宙中暗物质的质量是可见物质的6倍。我们不禁好奇，暗物质究竟是什么？天文学家过去认为，晕族大质量致密天体是其主要组分，比如藏在星系晕中的星际行星和黑洞这类暗淡无光的普通物质。但随着观测技术的进步，他们发现这些天体的质量远远不足以解释暗物质。现在，普遍认为暗物质主要由某种未知粒子，例如弱相互作用大质量粒子组成，这种奇异的亚原子粒子不会与电磁波或普通物质发生相互作用，又具有可观的质量。

9.无法预测的脉冲星

脉冲星是宇宙中最稳定的时钟。大质量恒星超新星爆发后留下的超级致密核心——中子星拥有极强的磁场，在高速自转时会沿磁轴发射高能辐射波束。由于脉冲星的自转轴和磁轴一般不重合，波束会不断旋转，形成一个“宇宙灯塔”。波束反复扫过地球，就会让地球上接收到每秒闪烁多次的信号。大多数脉冲星辐射的都是X射线、无线电波或兼而有之，但在2013年初，天文学家发现了一颗独特的脉冲星——PSR B0943+10，它发出的波束会以几秒钟为周期，在射线和无线电波段间来回切换。

中子星表面的星震很可能是造成这个现象的原因，此外星震还会让脉冲星的周期发生突变。如果星震不是这一谜题的答案，那么就表示在PSR B0943+10上还有某些目前未知的奇异过程正在上演。

10.费米气泡

银河系上方和下方各延伸出了一个超热的气体泡泡（又称“费米气泡”）。泡泡边缘整齐，内部中空，这表明它们是在某个事件中由单一源头膨胀形成的，时间可能要追溯到数百万年之前。有种理论认为，这两个泡泡是银河系中心在恒星形成爆发期和紧随其后的超新星爆发期产生的冲击波遗迹。另一种理论则认为，银河系中心如今正在休眠的超大质量黑洞过去活动时喷射出了这两个泡泡。