棉花糖

宇宙中充滿著各種神奇的現(xiàn)象，而人類所能觸及的只是冰山一角，還有許許多多的謎題等著天文學(xué)家來解答。

千年來，天文學(xué)的發(fā)展一直是個回答問題、解開謎團的過程，盡管很多時候一個問題解決了，新的問題又立刻涌現(xiàn)。不少人認為，經(jīng)過千百年的探索，人類已經(jīng)充分了解了宇宙的運行方式，從恒星生命周期到星系演化過程，一切盡在掌握。確實，天文學(xué)在近百年來取得了飛躍式進步，但仍有很多問題尚未解決，同時新的挑戰(zhàn)也在不斷出現(xiàn)。

最令人激動的還是要數(shù)那些完全出乎意料的謎題，比如令宇宙加速膨脹的暗能量。30多年前，天文學(xué)家甚至還不知道它的存在，而現(xiàn)在，暗能量已然成為天文學(xué)最熱門的領(lǐng)域之一。未來，這樣的發(fā)現(xiàn)將推動我們進一步認識宇宙，以及地球在宇宙中所處的位置。一起來了解一下這些謎題吧！

1.暗能量

過去，天文學(xué)家認為宇宙由兩種物質(zhì)主導(dǎo)：能與光和其他形式的輻射相互作用的普通重子（中子、質(zhì)子和它們構(gòu)成的原子）物質(zhì)，以及看不見的、對光透明、只通過引力現(xiàn)身的暗物質(zhì)。

但是在20世紀90年代末期，天文學(xué)家遇到了一個意想不到的挫折：他們本以為受物質(zhì)的引力作用，宇宙膨脹速度會放緩，但事實上宇宙反倒在加速膨脹。證據(jù)來自數(shù)十億光年外遙遠星系中的超新星爆發(fā)，它們比之前的宇宙膨脹模型預(yù)測的暗弱不少。

天文學(xué)家把導(dǎo)致宇宙加速膨脹的因素稱為暗能量，它約占整個宇宙質(zhì)量能量密度的70%。目前沒人知道暗能量究竟是什么東西，更令人緊張和激動的是，暗能量的密度似乎還在不斷增加。有理論預(yù)測，如果暗能量的密度持續(xù)增加下去，整個宇宙最終會在數(shù)十億年后以“大撕裂”的方式毀滅，到那時，暗能量會撕裂包括星系恒星，乃至物質(zhì)粒子在內(nèi)的一切。

2.宇宙線起源

宇宙線是來自宇宙的高速、高能亞原子粒子，一般通過觀測它們穿過大氣時產(chǎn)生的次級低能粒子對其進行探測。天文學(xué)家根據(jù)宇宙線粒子的能量大小為其分類，其中有一大類可能來自遙遠的超新星爆發(fā)。而最令天文學(xué)家困擾的還要數(shù)極高能宇宙線，單單一個粒子攜帶的動能就與一個以100千米/小時速度飛行的棒球相當。

天文學(xué)家過去認為，這種極高能宇宙線最可能的起源是伽馬射線暴，這是大質(zhì)量恒星死亡或中子星并合形成黑洞時釋放出的巨大能量噴流。如果是這樣的話，應(yīng)該還有中微子伴隨著這些宇宙線，但位于南極洲冰層之下的冰立方中微子探測器至今仍未探測到這樣的中微子。如果伽馬射線暴并非極高能宇宙線的起源，那么它們真正的起源是什么？天文學(xué)家正重新審視此前的另一種觀點：遙遠的活動星系核充當了天然的粒子加速器，制造出了這些高能射線。

3.不可能恒星

2011年，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一顆奇怪的恒星——SDSS J102915+172927，又名卡福星。卡福星質(zhì)量約為太陽質(zhì)量的4/5，幾乎全部由氫和氦構(gòu)成，這兩種宇宙中最輕的元素占了整顆恒星質(zhì)量的99.99993%。更重的元素，也就是天文學(xué)家所說的金屬，這顆恒星幾乎一點也沒有。

這樣一顆幾乎只含輕元素的恒星，只能從130多億年前宇宙大爆炸后的早期宇宙物質(zhì)中形成，但問題是，按照目前的恒星形成模型它根本就無法誕生。天文學(xué)家認為，如果原恒星云缺乏較重的金屬元素，就只能形成質(zhì)量非常大的恒星。像這樣質(zhì)量小、且?guī)缀醪缓卦氐暮阈窃诂F(xiàn)有的理論中根本無法存在。

4.神秘的天衛(wèi)五

1986年，旅行者2號飛越天王星時近距離拍攝到的天衛(wèi)五圖像讓天文學(xué)家大吃一驚。這顆小衛(wèi)星呈現(xiàn)出異常豐富的地貌特征，似乎打破了小行星沒有地質(zhì)活動的鐵律。天衛(wèi)五看上去就像是打碎后重新拼接起來的一樣，因此天文學(xué)家親切地將它稱作“弗蘭肯斯坦衛(wèi)星”。不過，這種分解后重組的理論也存在一些問題——天衛(wèi)五離天王星非常近，如果它曾完全解體，那碎片在天王星的引力作用下就無法再重新聚合起來。因此也有天文學(xué)家認為，它是在極端潮汐作用的拉扯和重塑下變成了今天的樣子。

5.矩形星系

軌道力學(xué)的定律決定了恒星在中心引力的作用下總是沿著橢圓軌道運行，因此匯集了大量恒星的星系很自然地會呈現(xiàn)為球形或扁平的碟形。這樣一來，似乎不可能存在有棱有角的星系，但天文學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了好幾個看上去呈矩形的星系。例如，位于波江座、距離地球大約7000萬光年的LEDA074886就是一個緊湊的矩形星系。如今最大的問題是，這樣的形狀究竟是會長期保持下去還是僅僅曇花一現(xiàn)？日本昴星團望遠鏡的研究結(jié)果顯示，這個問題的答案大概率是后者?；蛟S是兩個星系的碰撞和融合讓外圍恒星呈現(xiàn)出現(xiàn)在的矩形分布，并在“方塊”中心催生新一批恒星的誕生。

6.流浪行星

根據(jù)標準定義，行星指的是圍繞某顆恒星運行的、具有一定大小的天體，通常形成于恒星誕生時遺留下的物質(zhì)盤。那為何會存在某些遠離恒星、獨自在宇宙中流浪的行星？現(xiàn)在，天文學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了好幾顆這樣的行星，其中離我們最近也最令天文學(xué)家感興趣的，是編號為CFBDSIR J214947.2-040308.9的星際行星。

它于2012年首次被發(fā)現(xiàn)，這顆比木星重得多的氣態(tài)巨行星表面溫度約為400℃，這樣的高溫可能源于誕生過程中殘留下的熱量，或是引力收縮釋放出的內(nèi)部能量。由于這顆行星遠離恒星，無法反射足夠的恒星光，我們能夠觀測到它還要多虧其表面輻射的紅外線。天文學(xué)家目前還不確定，星際行星開始流浪前是在某顆恒星附近形成的，還是從星團周圍的星云中獨立形成的。如果答案是后者， CFBDSIR J214947.2-040308.9就不是一顆行星，而是一顆亞褐矮星。

7.冕高溫之謎

我們看見的太陽表面，也就是光球?qū)?，其實是太陽上溫度最低的區(qū)域之一，平均溫度“只有”5500℃。相比之下，太陽核心的溫度可高達15000000℃，當然這沒什么奇怪的，畢竟那里是太陽的核反應(yīng)中心。但是日冕（只在日食時可見的太陽外層稀薄大氣）溫度也遠遠高于太陽表面，達到了2000000℃，這就很令人費解了。溫度的急速躥升就是在兩者之間厚度幾十到數(shù)百千米的過渡區(qū)內(nèi)完成的，不過太陽物理學(xué)家目前仍未弄清這背后的具體原因。主流觀點認為，向日冕傳遞能量的是太陽表面的磁聲波或納耀斑。太陽動力學(xué)天文臺上攜帶的成像裝置正以前所未有的精度記錄著這些現(xiàn)象，兩年前發(fā)射的帕克號太陽探測器也將對日冕進行觀測，日冕高溫之謎也許很快就會解開。

8.暗物質(zhì)

宇宙中存在一種完全不與光發(fā)生作用的物質(zhì)，即暗物質(zhì)。它不僅不發(fā)光，而且對所有種類的輻射都是透明的。我們只能通過暗物質(zhì)施加在可見物質(zhì)上的引力作用來判斷它的存在。有證據(jù)表明，宇宙中暗物質(zhì)的質(zhì)量是可見物質(zhì)的6倍。我們不禁好奇，暗物質(zhì)究竟是什么？天文學(xué)家過去認為，暈族大質(zhì)量致密天體是其主要組分，比如藏在星系暈中的星際行星和黑洞這類暗淡無光的普通物質(zhì)。但隨著觀測技術(shù)的進步，他們發(fā)現(xiàn)這些天體的質(zhì)量遠遠不足以解釋暗物質(zhì)?，F(xiàn)在，普遍認為暗物質(zhì)主要由某種未知粒子，例如弱相互作用大質(zhì)量粒子組成，這種奇異的亞原子粒子不會與電磁波或普通物質(zhì)發(fā)生相互作用，又具有可觀的質(zhì)量。

9.無法預(yù)測的脈沖星

脈沖星是宇宙中最穩(wěn)定的時鐘。大質(zhì)量恒星超新星爆發(fā)后留下的超級致密核心——中子星擁有極強的磁場，在高速自轉(zhuǎn)時會沿磁軸發(fā)射高能輻射波束。由于脈沖星的自轉(zhuǎn)軸和磁軸一般不重合，波束會不斷旋轉(zhuǎn)，形成一個“宇宙燈塔”。波束反復(fù)掃過地球，就會讓地球上接收到每秒閃爍多次的信號。大多數(shù)脈沖星輻射的都是X射線、無線電波或兼而有之，但在2013年初，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一顆獨特的脈沖星——PSR B0943+10，它發(fā)出的波束會以幾秒鐘為周期，在射線和無線電波段間來回切換。

中子星表面的星震很可能是造成這個現(xiàn)象的原因，此外星震還會讓脈沖星的周期發(fā)生突變。如果星震不是這一謎題的答案，那么就表示在PSR B0943+10上還有某些目前未知的奇異過程正在上演。

10.費米氣泡

銀河系上方和下方各延伸出了一個超熱的氣體泡泡（又稱“費米氣泡”）。泡泡邊緣整齊，內(nèi)部中空，這表明它們是在某個事件中由單一源頭膨脹形成的，時間可能要追溯到數(shù)百萬年之前。有種理論認為，這兩個泡泡是銀河系中心在恒星形成爆發(fā)期和緊隨其后的超新星爆發(fā)期產(chǎn)生的沖擊波遺跡。另一種理論則認為，銀河系中心如今正在休眠的超大質(zhì)量黑洞過去活動時噴射出了這兩個泡泡。