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10个让最杰出的科学家头疼的太阳系奥秘

 真友书屋 2015-09-12

虽然我们已经在往期讲述了太阳系中的一些神秘事物, 但今天我们带来的是令最好的科学家都头疼的更加诡秘的视听盛宴。它们中至少一个已经激起了阴谋论, 但这还只是乐趣的一部分。



10. 太空里的神秘“声音”




以上录像(注:无法放youtube视频,所以放了一张图)向我们展示了五种来自太空的“神秘”声音,其中三种被证实来源于太阳系。这些声音实际上都是无线电波或等离子体波,经转化后才能被人类听到。


首先我们听到的怪异声音是美国宇航局卡西尼号探测器于2002年四月探测到的来自土星两极的无线电辐射,其频率与时间的变化与土星极光的活动相契合。 这一点与我们地球上南北极光的无线电辐射相类似。 科学家们认为这些复杂的升降波调是由游走于土星两极附近磁场线间的许多小型辐射源造成的,但阴谋论者则认为这些声音像是外星人在说话。


随后我们听到的是美国宇航局旅行者一号进入星际空间(如果不算奥尔特云的话)时发出的声音。旅行者一号是所有来自地球的航天器之中航行距离最远的一个。稠密的等离子云(离子化气体)与一次太阳爆发产生的冲击波相撞产生振声, 那奇怪的声响直到三十五年后才被人们听见。


我们听到的第三个声音是由罗塞达号于2014年8月记录下的来自彗星67P/Churyumov-Gerasimenko的“木琴声”。根据欧洲太空总署发布的一篇博文,科学家们认为这个声音源于“彗星周围磁场的振荡”。“为了让人能听见这个声音, 它的频率被放大了将近一万倍。” 这些振荡究竟是如何产生声音的呢?这即便在当下仍是一个谜。


随后我们听到的是被旅行者号记录下的木星上闪电发出的口哨声(电磁“哨声”辐射)。当闪电放射出的波与木星上空的等离子体碰撞时, 频率较高的波在木星磁场中的移动要快于频率较低的波。 这就是为什么我们能听到这超自然的口哨声。它们听起来就像是电视剧《星际迷航》“竞技场”一集中戈恩人的武器攻击“企业号”先遣登陆部队时所发出的声响。


最后我们听到的是联星系GRS 1915+105(译者注: 又称天鹰座V1487,它是由一颗正规恒星和黑洞组成的X射线联星系,于1992年8月15日被监视全天的Granat发现。)中的一个进食黑洞发出的“心跳”声。 它于1996年由美国宇航局罗西X射线计时探测器记录下来,并在麻省理工学院中被科学家们转化成了声音。 美国宇航局于2003年又记录下了位于恒星黑洞系统 IGR J17091-3624中的一个黑洞的“心跳声”。



9. 地球周围的隐蔽磁入口




如果你对科幻小说里的虫洞——连接外太空中相距甚远的两处的一条隧道捷径——这一概念熟悉的话,你就能明白什么是磁入口了。 与虫洞不同的是, 磁入口是真真切切地存在的。 它们隐藏在地球四周,每日开开合合数十次。 此外,它们既不稳定也不可见,通常只能存在很短的一段时间。 从我们发现它们至今这段短暂的时间里,它们始终难以捉摸,不过这一局面可能正在改变。


地球被一层磁气圈环绕着。这是一个由地球熔核产生的不可见磁场。在上层大气中, 地球与太阳之间的磁力线时而交汇到一处, 从而形成了X点, 也就是这些隐匿的磁入口的起点。 每个磁入口都能形成一条延绵不断的、长达1.5亿公里(9千万英里)的通道, 从地球的大气层直达太阳的大气层。因此,如果磁入口的存在时间足够长的话,大量的太阳粒子就可以快速涌入地球的磁气场。每当这种情况发生时, 涌入的太阳粒子就会引起地磁风暴, 可能导致极光的产生和地球上输电电网的中断。


等离子体物理学家杰克·斯卡德发现,我们或许有能力预测X点出现的时间和方位。 “我们已经找到了五组磁场与高能电子测算方法的简单组合, 它们将向我们揭示何时会遇上一个X点或一个电子扩散区域,”斯卡德说。“如果操作得当, 单是一架携带合适装备的航天器便能完成这些勘测。”


美国宇航局于2015年初开始实施磁层多尺度测量计划,去搜寻这些磁入口并收集更多它们的相关信息。



8. 暗闪电




虽然几率不大, 但你可能已经被暗闪电——以及它的反物质束——击中过,却对此全然不知。


暗闪电也被称作“陆地伽马射线闪光”。 雷暴雨不仅能以肉眼可见的闪电这一形式产生电流——它们还能通过无声的、几乎不可见的暗闪电形式产生强大的辐射闪烁。 伽马射线的放射通常与核爆炸、超大质量黑洞以及超新星有关, 因此从雷暴雨中发现这些辐射着实出乎人们的意料。


当可见闪电在云与云之间或云与地面之间以“道”的形式移动时(译者注: bolt在物理上的含义是道。 可见闪电的能量释放形式往往是线型的,所以人们常说“一道闪电”。),暗闪电却会朝着空中各个方向迅速消散, 包括进入商用飞机的飞行领空。 如果你经常搭乘飞机, 那么你遭受的辐射可能超乎你的想象。此外,我们还知道暗闪电会让整个空间充满正电子--与电子相对应的反物质


科学家们认为,人的身体被暗闪电击中一次所承受的辐射量大致相当于做一次CT扫描, 但他们对此并不确定。 如果你一次或累计受到的辐射量足够大, 你的身体可能会因暗闪电而受到损伤,但暗闪电造成的伤害还不至于像被肉眼可见的闪电击中时受到的伤害那样显而易见。


被暗闪电攻击的几率是很小的,因为航空公司的飞行员们会试图避免飞机在雷暴中穿行。 “辐射量似乎从未达到真正危险的程度,” 物理学家约瑟夫·德威尔说,“人们无需对暗闪电带来的辐射感到害怕。 它也不是避免乘坐飞行工具的理由。 我对和孩子们一起搭乘飞机完全不会感到担心。 ”


有关暗闪电,还有很多事是我们所不了解的。 虽然我们相信雷暴天里,高能电子与空气分子的撞击会产生暗闪电, 但对暗闪电与可见闪电之间有怎样的联系却又一知半解。 另外,我们无法确定暗闪电出现的频率, 又或者到底有没有人曾被它击中过。



7. 谷神星上的神秘亮点




先前我们曾提及,位于矮行星谷神星表面的一个亮点“特征点五号”, 可能是一座低温火山——一座标志着可能存在的地下海洋的喷水火山。 而现在, 从美国宇航局黎明号飞船传回的最新照片为这一疑云更添了一丝神秘色彩。


首先,我们看到位于谷神星表面的另外一个亮点,被称为“特征点一号”。 这两个亮点在热成像图中看起来是不同的。 特征点一号在红外图像中是一块黑斑, 这意味着它的温度比周围地区的温度要低。 特征点五号却并没有在热成像图中有所显示, 因而它的温度与周遭的温度持平。 我们还不知道这意味着什么。 这也许是因为构成两处亮点的材质不同, 又或者它们周围地表存在差异。


新一轮图像资料的出现让整个问题显得愈发迷雾重重。我们发现这两处亮点事实上是由几个大小各异的独立亮点向中央聚集而成的亮点群, 而不单单只是两个亮点,其中最亮的亮点位于一个大约90公里(55英里)宽的环形山中。


“这样的亮点布局使谷神星成为我们至今为止见到过的太阳系天体中最为独特的一个,” 负责黎明计划的克里斯托弗·拉塞尔这样说道,“我们的科学团队正在努力研究这些亮点的来源。水冰反射是我心目中最有可能的答案, 但团队还在考虑其他可能性, 例如盐。


除此之外, 谷神星上并没有我们期望看到的那种大型表面环形山。 “ 当我们将(谷神星上的)环形山与我们在(原行星)灶神星上看到的环形山放在一起比较大小时, 就会发现谷神星上少了些理应存在的更大的环形山,”拉塞尔说。 “我们需要更为深入地了解这件事。”


不过, 谷神星表面山体崩塌与地表径流等活动的痕迹比灶神星要多。谷神星上还有一座正从相对平坦的表面上拔地而起的峻岭。



6. “莫名其妙”的水星




四年间, 美国宇航局信使号水星探测仪绕着水星航行, 向我们传回水星上如巨型阶梯般的皱脊(也被称作“断层崖”)的图像。 这些断层崖中最大的长度超过1000米(600英里),高度则要达到3000米(1万英尺)以上。


断层崖是行星上的岩石在地壳发生破裂时,受到挤压后形成的。 就水星而言, 在水星的熔岩型内核向固体内核转化的过程中,整个行星的直径缩短了近14公里(9英里),从而形成了水星表面“皱褶”。许多科学家认为断层崖即表面“皱褶”。即便如此, 这些断层崖看起来还是不大对劲。 如果断层崖是由于水星缩小而形成的, 那么它们应该均匀地分布在水星表面。 但事实并非如此。 大部分的断层崖沿着水星两侧南北向的两条宽阔地带分布。另外, 水星北半球上分布的断层崖数量只有南半球上的一半。


但这还不是水星唯一令人称奇的地方。它离太阳也太远了。


科学家们在研究了美国宇航局开普勒太空望远镜传送回来的数据后发现,只有一个太阳系与人类所处的太阳系相类似。 实际上, 许多恒星都被密集排列的内行星系统(STIPs)所环绕。 随着时间的推移, 这些内部行星间相互的碰撞导致只有少量的行星能够幸存下来。 如果科学家们建模正确的话,我们的太阳系在早些时候除水星以外至多还有四个行星在金星轨道的内部绕日运动。 所有碰撞结束以后, 水星是唯一幸存下来的行星。


这或许可以解释为什么水星上含有太多的重元素,而轻元素却略显不足。 与其他天体的碰撞可能剥去了水星较轻的外壳, 从而使得密度较大的地层暴露在外。 这或许还能解释为什么我们的太阳系模型表明,过多的绕日运行物质最终却只形成了一颗如水星般紧靠太阳行星。


“如果每一颗恒星都曾经被STIPs系统环绕, 那么这就意味着建模者长久以来在行星的形成过程上存在误解,”科学家凯文·沃尔什说。 “我们一直以来都在尝试构建容纳四个岩态行星的天体模型。然而,如果上述观点是正确的, 那么我们在很长一段时间里都忽视了在水星轨道内部构造三至五个与地球相当、甚至远大于地球的行星的可能性。 这将会是多么奇妙啊!”



5. 火星上神秘的羽状烟云




2012年初, 天文学爱好者维涅·吉斯奇科发现火星上有一团奇怪的云。 与常常萦绕在行星上空的稀疏的薄云不同, 这些巨大的耀眼火光从火星表面喷发,直达海拔240千米(150英里)的高处, 似乎比过去出现在火星上空的云要高出一倍以上。 烟云轨迹非常宽阔, 延绵500到1000千米(300到600英里)。


第一团羽状烟云出现在2012年3月,持续时间略长于一周。 类似的云团在2012年4月也曾短暂出现过。即便咨询了其他的天文爱好者, 吉斯奇科仍无法弄清楚他看到的究竟是什么。于是他只好带着自己的发现向专业人士请教, 但他们也都被难住了。


在核对完历史数据之后, 专业天文学家发现,在哈勃望远镜于1997年传输回来的影像中, 类似的烟云也出现在了火星的上空。 据专业人士推断,这团怪云不是由冰晶构成的, 因为火星的大气温度太高。 但它也不太可能是与地球的北极光相类似的极光。 能够产生极光现象的太阳活动并没有在火星烟云出现的期间内发生。 此外, 火星云烟比我们在地球上观测到的都要明亮一千倍。


不是所有的行星科学家都认为这些烟云是真实存在的。 但其余的那些对此深信不疑的科学家们争论说,19个不同的观察者都曾记录下了火星上的这一奇异的烟云喷发。


根据由美国宇航局火星轨道飞行器独立搜集的研究线索, 科学家们在火星上的一些环形山里发现了“冲击玻璃”的痕迹。建议:冲击玻璃是在大面积的岩石和泥土被彗星或小行星撞击行星表面时所产生的热量融化、接着又快速固化这一过程中形成的,有着像刚冷却的熔岩般的深暗色彩。


这种材料可以保存撞击前后的生命痕迹, 几乎就像是个时间胶囊。 冲击玻璃同样可以储存碰撞发生时大气中的气体。 因此,如果我们可以找到一个勘测它的方法, 冲击玻璃或许可以为我们揭开火星这颗红色星球古老的神秘面纱。



4. 来源不明的俄罗斯流星




2013年2月, 一颗未被探测到的陨石在俄罗斯乌拉尔山东面的车里雅宾斯克州上空爆炸。 这颗陨石宽20米(65英尺), 爆炸威力相当于三十颗广岛原子弹。 幸运的是,这场爆炸并未导致任何人死亡,但爆炸产生的冲击波在约一分钟后波及到了城市, 四处散落的窗玻璃碎片共造成1200多人受伤。


两年多过去了, 我们还是不知道这颗陨石的来历。 最初我们认为它属于小行星1999 NC43——一颗直径约两千米的近地小行星, 但两者间唯一的共同点看起来就只有它们绕地球运行的轨道。 “从车里雅宾斯克州回收的陨石的组成成分与一种名为LL球粒陨石的常见陨石的组成成分相类似,” 科学家毗瑟挐·雷迪说道。 “近地小行星的成分与这颗陨石明显不同。” 最终, 科学家们只能承认他们无法轻易将这粒陨石与某一具体的小行星建立联系, 因为大部分的小行星体积都非常小,飞行轨道也都诡秘莫测。


我们都是幸运儿, 车里雅宾斯克州陨石没有在更接近地面的地方爆炸, 否则将造成更多的伤亡和破坏。 它是一记警钟, 告诫人们应该尽早探测对地球有潜在威胁的小行星。 欧洲太空总署因此成立了一个小行星预警中心。 2018年, B612非盈利性基金会—— 一个致力于保护地球免受小行星威胁的组织—— 同样希冀发射定点空间望远镜来探测小行星。 如果我们能尽快勘测到这些不友好的宇宙来客, 我们就具备了经济合算预防未来小行星灾难发生的技术。



3. 冥王星的微缩版太阳系




与我们所见过的其他天体不同, 冥王星它的五个卫星就像是一个微缩版的太阳系。 科学家们认为, 冥王星最大的卫星卡戎诞生于冥王星与一颗未知的大型天体之间的碰撞。 其余的卫星——许德拉、尼克斯、科波若斯和斯提克斯——由来自那场碰撞的残骸组成。 如果该理论正确, 那么冥王星的所有卫星看上去应该都非常相似,但事实却并非如此。


借助于哈勃望远镜搜集到的照片, 科学家们发现,科波若斯比许德拉、尼克斯和斯提克斯都要来得暗一些。 如果它们都是从同一次碰撞中诞生的话, 这一区别显然不合常理。 那么,科波若斯星究竟是从何处而来的呢?


科波若斯星或许是在冥王星与另一天体碰撞的过程中被冥王星夺过来的。然而, 如果科波若斯星是从形成其他卫星的同一次碰撞中诞生的话, 它可能只是对撞的天体内核中颜色较暗的一块。 但这无法真正地解释颜色上的差别。 科学家们认为,卫星在它们存在的数十亿年间会相互交换各自的成分, 而颜色也会因此变得相似。


而根据另一种推测,即便科波若斯星从外观上看有些不同, 所有的卫星究其内在都是一样的。 但因我们距离它们太远而无法证实这一推测。 一个终极理论是, 科波若斯星看上去不同是因为它的形状与其他卫星不同, 可能像是一个甜甜圈或是一枚土豆。


另一件让科学家们感到震惊的事是, 许德拉、尼克斯和斯提克斯三星之间存在拉氏共振。这意味着它们相互之间具有引力作用。 这种引力作用使它们的运行轨道固定下来,形成一条围绕着冥王星的类似宇宙之舞的轨迹。 在我们的太阳系里,只有环绕木星的木卫一、木卫二和木卫三具有这种轨道共振。


总而言之, 轨道共振意味着至少两个天体之间的引力作用将它们以不同的模式固定在围绕着中心天体的轨道上。比如说, 冥王星与海王星之间就存在着2:3的轨道共振。 冥王星每绕太阳转两周, 海王星就会绕太阳转三周。



2. 太空边缘的X档案




人类对大气中次声的记录已经有五十年的历史了。所谓次声,指的是频率低于20赫兹的声波。这些频率低于人类听觉频率的极限, 因此为了让我们能够听到,以上视频中的声音已经被加快了1000倍。 丹尼尔·鲍曼, 一名记录下这些声音的北卡罗来纳大学研究生, 认为这些怪诞的嘶嘶声、 噼啪声和呼啸声就像是连续剧《X档案》里的一样。 对其他人而言, 这些声音听上去与无线电干扰无异。


科学家们之所以对这些声音着迷,是因为他们无法解释这些声音的来源。 作为2014年高空学生平台项目的一员, 鲍曼乘坐高空科学气球在距地球表面37500多米(125000英尺)的高空飞行了九个小时。那儿的大气区被称为“临近空间”, 其高度要低于人造卫星飞行的外太空高度,但要高于飞机飞行的商用空域的高度。 有着自己制作的设备相伴, 鲍曼成为了第一个在那个高度纪录次声的人。


虽然早在20世纪60年代,科学家们就认为大气次声是一个识别核爆炸的好方法, 但他们对次声的研究兴趣在地面传感器能胜任这一要职后就渐渐沉寂了下来。 正因为如此,鲍曼在墨西哥上空所记录的次声的复杂性让科学家们倍感意外。 他们准备派遣另一只高空学生计划气球去调查那非比寻常的次声。 “我认为这项工作为开展更多的研究开拓了新的空间,”地球物理学家奥玛尔·玛尔西罗说道。 “这对于整个科学界都十分重要。”


到目前为止,严谨的科学家们并不认为这些声音源自于天外来客。 风暴等天气事件可以产生次声声波,地震、 陨石和火山也都可以产生次声波。至于究竟是什么产生了这次记录在案的次声, 科学猜测涵盖了晴空湍流、 风湍流、海浪冲击、重力波、附近风力田传出的信号和气球电缆发出的震动等诸多可能。



1.行星X




就在刚刚过去的2014年里, 科学家们宣称行星X, 一个假设存在于冥王星之外的太阳系行星, 并不真实存在。 但在2015年初, 研究员们的态度又发生了改变。 在分析了十三颗极端外海王星天体—远离太阳系中心且绕日运行轨道位于冥王星之外,如矮行星塞德娜星和2012 VP113—的轨道后, 一些科学家们如今相信在太阳系中可能真实存在至少另外两颗体积大于地球的行星, 行星X和行星Y。


理论上讲, 极端外海王星天体的轨道应平均距离太阳150个天文单位。 1天文单位相当于约1.5亿千米(9千万英里),也就是地球与太阳之间的距离。 根据预测, 这些轨道的倾斜角应为零度,但理论预测与实际情况并不相符。13颗极端外海王星天体的轨道的平均长度位于150天文单位到525天文单位之间,其倾斜角平均下来为20度左右。


“这些天体出人意料的轨道参数让我们相信,宇宙中存在着某种不可见的力量正在改变极端外海王星天体的轨道要素分布。我们认为最有可能的解释是,在海王星与冥王星外还存在有其它未知的行星,”首席研究员卡尔罗司·德·拉·福恩特·玛尔克司说道。 “具体的数量是未知的...但我们的计算显示至少还有两颗行星位于我们的太阳系内, 可能还会有更多。”


当然, 这些出人意料的天体轨道还可能有其他的解释。 但是考虑到人们直到1992年都还无法设想太阳系内存在任何位于冥王星以外的其它星体,加之我们最近才发现的2012 VP113, 无人能断言在太阳系外沿是否存在更多的行星体。 我们的科技尚未成熟到可以洞察一切。



译者/胡植文

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