中国天文学家解读现代天文学前沿热点

    本世纪一项方兴未艾探索：地外智慧生命

    火星被认为是太阳系中最有可能存在地外生命的行星。

    早在19世纪末，“火星运河”的“发现”曾热遍全球。人们推测，火星上既然有人工运河，就一定会有火星人。此后于20世纪初掀起的认识火星人的热潮，便不曾中断。

    火星具有与地球非常相近的特征：公转周期只有1.9回归年，同地球相差不大；自转周期即一天的变化同地球几乎相同：只比地球长140分钟，近2.5小时；火星划分5个带：中间的热带，温度在20摄氏度～80摄氏度左右，南北的温带以及两端的极冠。

    火星上是否真曾存在生命？

    1975年8月20日和同年9月9日，美国航空航天局先后发射两艘无人飞船海盗一号、海盗二号，在火星表面开展3项寻找生命实验即放射性同位素示踪、光合作用和呼吸作用生物学实验。3个实验均未找到生命存在证据。然而，人类仍然怀有两种希望：如果火星现在没有生命，是否在很久以前曾有生命存在；现在火星上或许存在一些低级生命，只是对人类精心设计的实验没有反应。

    太阳系中大行星即木星、土星及天王星、海王星又呈现何种状态？

    从现今探索结果看，这些大行星的大气主要由液态的甲烷、氢和氨构成，其存在生命的可能性非常小。

    太阳系外，银河系其他类似太阳系的恒星-行星系统，又有多大可能有理性生命存在？

    惟有类似太阳大小的恒星-行星系统，才有可能存在生命。大质量恒星演化非常快，从生到死仅约几百万年时间，而生命很难在如此短的时间内产生；小质量恒星的光度太暗，其行星必须距它们很近，才能获取足够能量使生命过程发生。然而，绕恒星运动太近的天体将被引力场俘获，在自转制动下，它们总是以一侧相对恒星，这样便使其一侧太热而另一侧太冷。即使行星尽力保存大气，其强烈的星风亦难使两侧温度达到平衡。

    到目前为止，人类仅寻找到300余颗系外行星候选体，显然尚需在太阳系其他区域、银河系其他区域以及不同星族的恒星周围，继续寻找系外行星。只有拥有更大样本的候选体，才能从统计学视角研究行星形成机制及其在银河系演化中所起作用。

    人类即使探测到类地行星，与寻找到地外生命的目标仍相距甚远。为此，天文学家研究的下一个目标将是某些系外行星候选体大气成分，以寻找系外生命存在的迹象。

    本世纪重大天体物理问题：星系形成与演化

    宇宙从何而来？由大量恒星组成又作为宇宙基本单元的星系是如何形成和演化的？赵刚向记者推荐毕洪、邹振隆、陈学雷撰写的《宇宙大爆炸》一文，回答这一问题。

    300多年前，牛顿认为：宇宙永恒存在，且空间无边无际。20世纪，一些科学家包括爱因斯坦、勒梅特、伽莫夫等，彻底颠覆了这种见解。经研究和观测证实，宇宙起源于一次“大爆炸”。

    “大爆炸”理论认为，大约137亿年前，宇宙从极端高温高密状态起源，此后随其体积膨胀和温度下降，以质子、中子等基本粒子形态存在的物质，最先结合形成氘、氚、氦、锂等较轻元素；随后进一步冷却形成恒星，在恒星内部合成碳、氧、硅、铁等重元素；再抛射到周围形成行星；最终，像地球这样条件适合的行星演化出生命，成为目前的宇宙。

    1905年，爱因斯坦提出狭义相对论；10年之后，他又提出广义相对论。相对论同量子论一起推动了20世纪物理学革命，亦为从整体上研究哈勃发现的星系宇宙，奠定了理论基础。

    20世纪20年代，天文界围绕星系是否为银河系一部分的问题，曾展开一场大讨论。就在这时，天文界新秀埃德温·哈勃来到美国威尔逊天文台。1922年～1924年期间，他分析一批造父变星亮度之后断定，这些造父变星和它们所在的星云距地球远达几十万光年，因而一定位于银河系外。1925年，他根据河外星系形状对其分类，又得出第二个重要结论：星系看起来都在远离地球而去，且距离越远，远离速度越高。哈勃于1929年发表的这个初步结论后来被更多观测所证实，成为人们公认的“哈勃定律”。

    “哈勃定律”的重要意义在于，它表明宇宙并非如天文界以前认为的那样是静止的；它显示出宇宙中的星系就像一个膨胀气球上的斑点，随膨胀而退行已达100亿年～200亿年，从而为此前弗里德曼和勒梅特的膨胀宇宙模型提供了观测依据。

    1946年，一位移居美国的苏联科学家探索宇宙中基本元素如何形成问题。他坚信，高热爆炸产生的辐射，即使是在100多亿年后的今天，亦不会完全消失。

    这一预言被后来的观测研究证实：微波背景辐射即是大爆炸的“余烬”；随着宇宙不断膨胀，其背景辐射温度亦逐渐降低，迄今相当于绝对温度2.7度即零下270.46摄氏度黑体发出的微波辐射。所谓黑体，是指能全部吸收外来电磁辐射而毫无反射和透射的理想物体。黑体发出的辐射在不同波长上的分布，仅与黑体温度有关。

    1989年的一个早晨，美国航空航天局将COBE卫星送上太空。COBE最初9分钟的观测结果就表明，宇宙微波背景辐射具有完美的黑体辐射谱。宇宙大爆炸理论进一步得到证实。

    两名美国学者约翰·马瑟和乔治·斯穆特，根据COBE卫星测量结果进行分析计算后发现，宇宙微波背景辐射与绝对温度2.7度黑体辐射非常吻合，此外微波背景辐射在不同方向上温度有着极其微小的差异，亦即是说存在所谓的各向异性。

    2006年12月3日，瑞典皇家科学院宣布，将该年度诺贝尔物理学奖授予美国科学家约翰·马瑟和乔治·斯穆特，以表彰他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体形式和各向异性。

    诺贝尔奖评审委员会发布的公报说，马瑟和斯穆特的成果有助于研究早期宇宙，并能帮助人们更多地了解星系和恒星的起源。

来源：人民网