探索十大神秘宇宙之谜(2)

4、系外行星

　　直到九十年代早期，我们唯一熟知的行星还是太阳系内的这几颗。但目前科学家们已经确认了超过500颗系外行星(截止到2010年11月)。它们的范围遍及庞大的气体星群到微小到难以称为行星的物质，包括暗轨道上的岩石，红矮星等等。但第二地球的搜寻还在进行中。天文学家们依旧相信技术的发展会让我们最终找到类似的世界。

　　所有恒星成分都以最轻的氢和氦为主，但亦有小量较重的原素如铁，天文学家以此描述恒星的金属性。较高金属性的恒星通常拥有较多行星，而且行星亦倾向有较高质量。

　　绝大部分已知的系外行星都是高质量的，当中90%是超过地球的10倍，很多亦明显比太阳系最重的木星为高。然而这只是一种观测上的选择性偏差，因为所有侦测方法都利于寻找高质量行星。这种偏差令统计分析难以进行，但似乎低质量行星实际上比高质量的更为普遍，因为在困难的情况下天文学家仍能发现一些只比地球质量高数倍的行星，显示它们在宇宙中应甚为普遍。

　　已知的系外行星中，相信绝大部分有大量气体，如太阳系中的巨行星一样。但这只有经凌日法方可证实。部分小型的行星被怀疑由岩石构成，类似地球和其它太阳系内行星。

　　很多系外行星的轨道都比太阳系的行星要小，但这同样是因为观测限制带来的选择性偏差，因为视向速度法对小轨道的行星最为敏感。天文学家最初对这种现象很疑惑，但现在已清楚大部分系外行星(或大部分高质量行星)都有很大的轨道。相信在大部分行星系统中，都有一或两个大型行星的轨道半径类似木星和土星的轨道。

　　轨道偏心率是用作形容轨道的椭圆程度，大部分已知的系外行星轨道都有较高的偏心率。这并非选择性偏差，因为侦测的难易程度和轨道偏心率没有太大的关系。这种现象仍是一个谜，因为现时有关行星形成的理论都指轨道应是接近圆形的。这亦显示太阳系可能是不平常的，因为当中所有行星轨道基本上都是接近圆型的。

　　有关系外行星仍有不少未解之谜，例如它们的详细成分和卫星的普遍性。其实最有趣的问题之一是这些系外行星能否支持生命的存在。一些行星的确是处于生命适居的范围内，条件可能和地球类似;这些行星大都是类似木星的巨型行星，若它们拥有大型的卫星便是最有机会孕育生命的地方。然而即使生命在宇宙间普遍存在，若他们并非有高度文明，以星际距离之远实难以在可预见的时间内发现。

5、引力波

　　引力波是爱因斯坦的广义相对论中提及的时空扭曲面。引力波是以光速运行的，但它们非常微弱，不想科学家期望的那样，可以引发一些大型的宇宙事件，比如黑洞的产生。LIGO和LISA是两个发送出去检测引力波的专门探测器。

　　引力波以波动形式和有限速度传播的引力场。按照广义相对论，加速运动的质量会产生引力波。引力波引力波的主要性质是：它是横波，在远源处为平面波;有两个独立的偏振态;携带能量;在真空中以光速传播等。引力波携带能量，应可被探测到。但引力波的强度很弱，而且，物质对引力波的吸收效率极低，直接探测引力波极为困难。曾有人宣称在实验室里探测到了引力波，但未得到公认。天文学家通过观测双星轨道参数的变化来间接验证引力波的存在。

　　例如，双星体系公转、中子星自转、超新星爆发，及理论预言的黑洞的形成、碰撞和捕获物质等过程，都能辐射较强的引力波。我们所预期在地球上可观测到的最强引力波会来自很远且古老的事件，在这事件中大量的能量发生剧烈移动(例子包括两颗中子星的对撞，或两个极重的黑洞对撞)。

　　这样的波动会造成地球上各处相对距离的变动，但这些变动的数量级应该顶多只有10^-21。以LIGO引力波侦测器的双臂而言，这样的变化小于一颗质子直径的千分之一。这样的案例应该可以指引出为什么侦测引力波是十分困难的。

6、行星吞食

　　天文学家认为，大型螺旋星系通过“吞噬”附近的矮星系(只含有几十亿颗恒星)不断生长壮大。矮星系是体积较小的卫星星系，它们被拖向饥饿的螺旋星系并在巨大的引力作用下被撕成碎片。在随后的几十亿年时间内，矮星系降级为束状和卷须状结构，被称之为“潮汐流”。再经过几十亿年时间，这些微弱的恒星流将被螺旋星系吞噬。

　　自1997年以来，天文学家便在我们的银河系和邻近星系周围，发现潮汐流以及其他与星系内狂暴的吞食事件有关的结构。此次最新观测由马克斯·普朗克天文学研究所的大卫·马特奈兹-德尔加多领导，第一次证明更为遥远的星系周围同样存在这些结构，进而有力地支持了“以大吃小”这一星系进化理论。马特奈兹-德尔加多在一封电子邮件中表示：“这一过程对椭圆星系来说同样非常重要。我们只研究本地宇宙内位于银河系附近并且质量与之接近的螺旋星系，因此可以了解银河系的形成。”

　　就像地球上的生物一样，星系们也会随着时间的推移“吞食”对方。银河系的近邻仙女座，现在就正在进食它的一颗卫星。仙女座有十几个分散的星团，它们都是宇宙过去的残羹剩饭。这张图片模拟得是大概三亿年前仙女星座与银河系的一次碰撞。

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