星体大爆炸和陨石

　　星体的爆炸 爆炸（explosion）是老星的结束，新星的开始。传说宇宙 的开始是由于超热的爆炸，出现物质，用引力把物质结合而成为星体和各式 各样的星系。 1054 年天空里曾突然出现一颗亮星，我国古代将这类星叫做“客星”。 此星视星等约为-5 等，绝对星等估计有-18 等，有太阳亮度的 16 亿倍，其爆 炸的时间约在公元前 5000 年左右，爆炸时放射的光亮直到公元 1054 年才射 到地球星上。这星就是前文所述的金牛座蟹状星云的前身。现今这星云的亮 度尚为太阳亮度的 10 万倍。每年向外膨胀，气体密度渐稀，再过 1000 年， 可能类似太空内通常那么稀薄，而不易被察觉。太空并非真空，星的爆炸可 引起“激波”，以破坏其他星体。此外，天鹅座内有许多超新星爆炸后留下 来的残余气体在太空内浮荡，被称作天鹅飘带（CygnusCoop）。又天琴座内 有环状星云 M57、狐狸座（Vulpecula）内有著名的哑铃星云 M27、天鹰座 （Aquila）内有红色行星状星云（NGC6781），都非常美丽壮观。 大环境里一件可怕的事 大环境中使人可怕的事太多啦！例如太阳风突然 进到地面；一颗小行星突然飞坠；太阳恒星突然被拉入黑洞。这些事似乎永 不可能发生。 如果太空人被拉入黑洞，他将见到什么？黑洞确有洞么？人能进入黑洞 么？据我推想，黑洞不但没有洞，连一条裂缝都没有；人也进不去，如果进 去，也出不来，因为他本人在洞内也无法存在。所谓黑洞全是推想，并非实 测。 黑洞是一部分恒星演化的最后阶段 所谓黑洞（black-hole）只是一种物 质的状态。它不是洞，而是一种看不见的黑天体。宇宙内某一空域内存在一 团由于引力过度塌缩而形成的超级密度物质，这团物质表面上逃逸速度大于 光速，也就是说，这团物质内的密度已大到了极限，光也不能向外射出，这 就形成了黑洞。黑洞也不是暗星，因为暗星能够反光，例如月球或冥王星； 但黑洞引力很强，从四面八方来的光它都能很快吸收，使之依旧漆黑一片， 似一个黑得可怕的黑洞。 据说一颗恒星如果它的质量与太阳的质量相同，而它的半径却只有太阳 半径 1/25 万（半径长 3 公里）时，由于引力向中心强烈压下去，原子与原子 互相挤压，原子核与原子核挤在一起，这时密度大增，光波留在中心引力场 内射不出来，外来光射入后也被吸引，形成漆黑的黑洞。质量在恒星范围内 的黑洞也叫做坍缩星。
　　现今被认为可能有黑洞的地方有两个，一是天鹅座 X-1，一是 M87 （NGC4486）室女座（Virgo）内。此种说法因证据不够充分，均不可靠。人 马座位于银心附近，且在银河星系核子核内，其中也无黑洞。据说有人用射 电望远镜观测人马座 A 星，附近有一黑区，但非黑洞。黑区内有强烈的射电 源。附近有大片银河云，未呈现受外力而有流动的迹象，显然附近无黑洞。 因银河星系内光亮特强，不可能有黑洞。 有人说，黑洞表面是单向膜，只准进入，不许外出。事实上，没有强大 的反引力，休想逃出这座强大的引力场。德国天文学家史瓦西曾研究出只有 少数恒星能出现引力塌缩，恒星的质量与它的半径长度有一定的关系，这半 径被称做“史瓦西半径”或“引力半径”（gravitational radius）。根据 引力半径可以推算出，如果一颗恒星必然化为一个黑洞，它应该具备下列条 件：（1）如质量等于一个太阳，半径必须缩为 3 公里长。（2）如质量等于 两个太阳，半径必须缩为 6 公里长。（3）如质量等于 10 个太阳，半径必须 缩为 30 公里长。我们必须了解，黑洞是一个不可思议的场所，在天球视面上 绝对望不见的。洞外与洞内的景色全是推测的。
　　下面根据推测，给大家讲一 个故事。 现今有两位太空人，一个是 A，另一个是 B，共同驾驶一艘太空船作太空 探险。A 一切准备妥后，离开太空船，进入太空，开始太空漫步。B 留在太空 船内观望。他们约定，每秒钟内，A 必须用手按一下激光灯，向 B 表示他平 安无事，B 如望见灯光立即可放心。A 与 B 先把两人手表上的时间对好。A 手 持一把激光灯，跳出太空船。这时候恰巧有一个黑洞，距太空船只有 1 个天 文单位（1.5 亿公里），质量等于 10 个太阳质量，直径只有 30 公里长，引 力十分强大。当时 A 并不知道，他只顾向前走，最初数步并不觉得什么，再 行数步就觉得身体忽然下沉，似乎有一股力量正在拖他下去。这时，B 在太 空船上望 A，只觉得他愈走愈快，愈走愈远，但 A 并不自知，依旧每秒按一 次激光灯。后来 A 觉得前方似乎有一股类似波浪的力量向他袭击而来，身体 很不好受。他的双腿好象被拉长，两肩之间的宽度已缩短，身子被拉长如同 一根长棍。这黑洞的引力半径如有 30 公里长，由洞面向外伸约 3000 公里远 的一段距离内，引力很强，这段引力究竟有多强？据估计，可强到把一个人 的身体撕成两段。好在 A 的身体结实，虽然被引力拉长，成为一条木棍形状， 但未受伤。他依旧向前降落，却并不是落向地球星，而是趋向前方的黑洞。 他觉得浑身不舒服，一阵又一阵的引力大波向他袭来，但未受伤。他每秒钟 照样按一次激光灯向 B 致意。这时候，他向下一望，似乎有一片面积不很大 的星空，其中没有半点光。他一下子踩到黑洞的引力半径就进入了单行道， 有进无退。当他刚接触这引力半径，可能不及 1/1000 秒，他已被吸入引力中 心。其地叫做“独”（Singularity）。这是独一无二的独，可能是一个不可 思议的超密度场所。这时 A 已化为乌有，手表与激光灯也不存在，他的太空 漫步也已完全结束，也永远不能向 B 报告他误闯黑洞的故事。 太空船内的 B 望不见 A，也望不见黑洞，因为相距有一个天文单位远， 他只望见激光灯光出现的红移（Red-shift）。这是引力红移，因为光受到引 力干涉而出现红移。当光在黑洞外向 B 方传达时，辐射光谱进行红移，移向 波长较长的光谱。
　　这激光的波长愈走愈长，化为长波。到了最后，波太长，B 已不能望见。原因有二。第一，这激光灯的光要射到 B，必须消耗能量；第 二，这灯光必须抗拒流向黑洞的引力。因此，灯光射出后，能量大减，短波 逐渐拉长，化为长波，出现红移而消失。时间受引力牵制，也有变化。这时 候一秒钟的长度似乎加倍的长。A 的手表所指示的时间本来与 B 相同，现在 趋慢。当 A 踩到引力半径时，时间完全冻结，不再前进，灯光也消失。黑洞 消灭了光，黑洞的景象无人能知。以上所述，是史瓦西半径代表无自转运动 的恒星所产生的现象。1963 年克尔又提出有自转运动的黑洞，也只是假说。 任何恒星经过长时期演化，如果剩下来的质量较小于太阳质量 1.4 倍 时，它可能变为一颗白矮星；如果大于 1.4 倍时而又小于 5 倍太阳质量时， 由于引力塌缩，它可能变为一颗中子星。这一切全是推测，并无实例。引力 虽然可以塌缩，但不可能一下子把一颗恒星完全摧毁。也有人说，恒星质量 如果大于 5 个太阳时可能化为黑洞，也只是假说。 五万年前美国曾受大陨石撞击 美国西南部亚利桑那州弗拉格斯塔夫 （Flagstaff，一译旗杆城）市区以东约 65 公里处，有一个大陨石坑叫做巴 陵吉陨石坑。坑略呈椭圆形，直径 2593 米，深约 356 米。坑的内壁全是斜坡， 沿坡可以直走到坑底。坑底表面微有起伏，高低差 2 米左右。坑的周边是一 低脊，高出附近地面 40～45 米。这坑外就是科罗拉多高原表面，平坦干燥。 以前曾有一位美国工程师丹尼尔·巴陵吉，误认为这坑内有大量的陨铁而投 资开采，因坑底土质坚硬似铁，却并不含有铁矿而告失败。后来，把这陨石 坑改为旅游胜地，取名巴陵吉陨石坑，以纪念这位失败的工程师。 图 6 美国亚利桑那州内撞击坑 这是一座世界上最美丽的陨石坑，由天体撞击地面而成，可说是一座典 型的陨石坑标本。这座陨石坑的外貌很象一座火山口，但坑内无火山颈，全 是普通的被压缩而硬度加强的岩层。因为它的位置恰恰位于一个广大而干燥 的高原区内，坑内外无水，其干燥的情况极似月球表面上的撞击坑，去巴陵 吉坑，就等于离开地面作一次登月旅行，去欣赏哥白尼环形山（或陨星坑） 一样。 陨石坑的成因很有趣。远在 5 万年以前，太空里一块流星体，一块庞大 的杂有石质的陨铁进入地球星强引力范围内，向地面急落。据说当它通过大 气层时，秒速可达 15000 米，它的重量介于 30～50 万吨之间。当它向地面猛 撞来时，由于下层大气密度太大，摩擦力太强而发光；又因大气阻力太大及 地球星自转，陨铁不得不斜行若干公里才撞地。这一段拖长的距离已使陨铁 炽热。当固体的陨铁撞击地面时，立即化为热气一团，附近的空气受到高温 而膨胀，由膨胀而飞腾，由飞腾而上扬。用高温、高压把地面沙土、石块及 地表面以下岩层全部化为气态，使其飞扬四散得无影无踪。这样的成因不易 想象。
　　人们可以在陨石坑周围甚至在坑口外 8 公里远的地方，看到有散碎石片 及天然铁块，因此使人误以为坑底下方深埋巨大的陨铁。陨石坑边缘以外地 面上所寻到的铁片中附有残石，石内竟含有金刚石。这证明陨铁撞力之强， 温度之高，压力之大，可使气态内游离的碳压成金刚石。坑口以外所能找到 的零碎铁块，最重的可达 20 公斤。陨石坑原有的地面化为气体而消失，留下 一座深坑。坑内岩层遭受巨大压力，变为令人难以置信的坚硬，但其中却又 不含有铁质。 巴陵吉陨石坑是地球星上最惊人的陨石撞击坑，经过专家研究分析，称 这种陨铁为“宇宙弹”。此外，地球表面上尚有 112 个这样的撞击坑，例如 南非弗里德堡撞击坑直径有 76 公里长。澳大利亚有多座，称做玻陨石 （Tektites）撞击坑，玻陨石来自太空，并非来自火山喷发。美国第二大陨 石坑位于得克萨斯州奥德萨，其直径长 0.16 公里。欧洲波兰有莫拉斯科陨石 坑，直径 0.1 公里。日本人及美国人在南极洲冰层以内都找到了陨石，多至 7500 颗，颗颗都是宇宙弹。 20 世纪初一颗落地立即爆炸的怪物据《太空怪物》（Monsters In The Sky）一书所载， 1908 年 6 月 30 日，在西伯利亚境内，贝加尔湖北方的瓦 纳瓦拉镇的西北 60 公里处（北纬 60 度 55 分，东经 101 度 57 分），有一颗 大型流星，极似火球，光芒四射，撞地爆炸，立即由地面升起一朵蘑菇云， 类似核子云，但无辐射性。这一次大爆炸竟使周围数百平方公里地面内的树 木受到严重的破坏，大爆炸地点出现一大片泥潭，如以大爆炸地点为中心， 以 30 公里半径作圆，圆内大树全部被强风吹倒，每一根倒下来的大树根都对 着那个大爆炸地点，所有的树冠全向外倒下去。其中有些大树已被烧焦，也 有许多只驯鹿被烧死。远在 1000 公里以外地区也听到爆炸的声响。 1927 年苏联派出一个由库利克教授率领的考察团，去出事地点考察这次 爆炸的详细情形。这时，那里已化为一大片很平坦的淤泥平原，并无突起的 火山口，其中也未生长树木。地面上找不到陨石碎片。访问附近居民时了解 到，发生大爆炸那一天，有多人看见一只大火球，由东南方天空飞来，向下 斜着前进数公里或数十公里后才坠地爆炸，随之轰然一声，天崩地裂，一团 浓云直上苍穹，地面遗留一片浅水。这景象显然不是陨石，而是陨冰。后据 《罕见的自然现象》（Unusual Natural Phenomena，著者是 W.R.Corliss） 一书所写，西伯利亚大爆炸叫做“通古斯大爆炸”，地点在石泉通古斯卡河 （Podkamennaya Tunguska）。 据专家研究，这一次大爆炸绝对不是陨石或陨铁而是大块陨冰。极有可 能是死去彗星的残余冰核，误入地球星强引力范围之内，敌不过地球星的拖 拉而坠落大气层内，一方面下降，一方面蒸发。彗星的核部由肮脏冰块构成， 其中含有大量的宇宙尘。当它通过大气层下坠时，急剧摩擦而燃烧，形成一 颗壮观的大火球；撞地后，立即爆炸使冰化为气，立即上升凝为蘑菇云；急 升高空，又凝结为雨而 图 7 大块陨冰降落爆炸示意图降落，汇潴而成为一大片沼泽；10 多年后， 沼泽干了又成为一片泥质平原。 据苏联专家解释，由于彗星核由固态氢组成，而不能抗拒地球星强大的 引力而撞入大气层，把平流层内臭氧层撞成一个大窟窿，太阳风也跟着进来， 冲击地面。太阳风是带电的粒子流，竟把地面上空气内的氮给弄活了。氮是 惰性极强的气体，不轻易表现化学反应。当带电的粒子流进入地面空气后， 氮的化学反应突然加强，立即产生下列三种结果：（A）氮开始与其他元素化 合而成肥料，可以帮助附近的天然植物加速生长。（B）大爆炸时的爆炸力与 高热，不仅唤醒氮与氧的化学反应，也唤醒氮与氢的化学反应，而且也利用 这一次大爆炸的庞大力量，把产生的氮肥散布到附近各地，供应植物生长的 需要。老土壤年代久了，其中缺氮，植物生长乏力。现今有了新的氮肥，土 壤生长力立即加强，很明显，凡受到大爆炸影响的地区，其中树木枝叶茂盛， 生气蓬勃。（C）这次大爆炸不仅使地面老土壤恢复生长力，底层土壤也跟着 恢复生长力。因为底层受到震荡，沉积时间很久、土质坚硬的底层土壤立刻 松软，好象被耕透的土那样疏松多孔，含有气体；而且土内气体也发生化学 反应，恢复往年生机。因此，区内树木葱翠可爱。可惜好景不长，土壤所得 到的肥力不到 10 年全部丧失，又回到往年生长不良的样子。这说明土地内生 态的变化与太空也有关系。 中国也有一实例。1983 年 4 月 11 日 12 时 50 分，江苏无锡市区内曾落 下一块巨冰。这是一块陨冰，来自近地太空。冰块长、宽、厚都相差不多， 各有半米左右。可以推测当它进入大气时，它应该比落在地面时大若干倍。 它是一块天然冰，并非巨雹。 美国佛罗里达半岛南端，有一个天然大沼泽，现今已改建为国家公园， 叫佛罗里达大沼泽地国家公园（EvergladesNational Park）。沼泽水浅而宽 广，中间有许多小岛，高出水面 0.5～1 米左右。有人认为这大片沼泽也是由 陨冰落地爆炸而成的，但证据不够充分。 流星体和陨石除行星、卫星及彗星外，太阳系内有无数的流星体。所谓 流星体是一个天体，大于一个分子而小于一个小行星。它在行星际空间以内 沿椭圆形轨道环绕太阳运行的。常为固态，其中也含有微细的冰块。 流星体通常有下述三类：（A）流星（Meteor 或 Shootingstar）。当一 颗流星体进入地球星大气层，因受大气的摩擦燃烧而发光，叫做流星。下坠 时出现一道“光流”，比箭快得多。（B）陨石流星通过大气层时，如不化为 灰烬而落到地面之上，就叫做陨石。（C）陨石内如大部分是铁，就叫做陨铁 （Meteoric Iron）或铁陨星（Iron Meteorite）。 太阳系行星际空间内，流星体最少的地方是介于太阳恒星与水星之间的 空域，其中的天体大大小小都被太阳的引力吸去了。流星体较多的空域可能 在土星与木星两轨道之间。因为土星环全是流星体。木星有环，天王星也有 环，显示那一带空域里流星体很多。 陨石按其化学成分和矿物组成，可分为石陨石、铁陨石、石铁陨石。如 按其结构可分为：（A）无球粒陨石（Achondrite）。这种陨石同地面上石块 完全一样，其中不含有球粒组织。当它由空中落下时，立即把它拾起来，可 以看见它表面上尚有玻璃光泽，不久即成为普通石块。这是陨石标本。（B） 球粒陨石（Chondrite）。陨石内部含有一系列类似结核的球粒，破裂面呈灰 色或黑色。球粒矿物是橄榄石。（C）陨石球粒。陨石内含有直径为 0.1～20 毫米之间的球粒，是嵌在陨石里面的球形或半球形粒子，与球粒陨石之含有 的球粒构造有区别，这是原始行星物质的基本状态，十分重要。

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