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第四章 神秘的太阳系（第2页）

至于日圈层顶距离太阳有多远?它的形状如何?航海家1号和2号已分别飞到距离太阳66AU和51Au的地方，希望日后能够揭开太阳系最远的面貌。

太阳上到底有多少种元素

1868年8月18日，印度发生了一次日全食。法国经度局研究员、米顿天体物理天文台台长詹森为了抓住这千载难逢的观测机会，特意带着他的考察队专程赶往印度观测，希望弄清日珥现象产生的原因。他在观测日全食时发现太阳的谱线中有一条黄线，并且是单线。而钠元素的谱线是双线，所以詹森肯定它不是早就发现的那种钠元素，第二天的观测也证实了这一点。

詹森把太阳中存在又一新元素的重大发现写信通知了巴黎科学院，1868年10月26日这一天，詹森收到了另一封内容相同的信，那是英国皇家科学院太**理天文台台长洛克耶寄来的。两个著名科学家不约而同地发现，使人们确认了这是一个新元素。这就是在地球上发现的第一个太阳元素——氦。后来，人们在地球上也发现了氦元素。

在1869年和1870年，科学家们又进行了两次日全食观测，人们又发现了一条绿色的谱线，天文学家们证实这也是一种新元素，并给它命名为“氪”，．但这个元素后来没有被列入化学元素周期表。瑞士光谱学家艾德伦经过七十多年的研究，发现“氪”不过是一种残缺的铁原子——铁离子。它是失去9至14个电子的铁，是一种极其特殊的环境下的铁。

经过长期的观测，科学家们发现，太阳上元素最多的是氢和氦，比较多的元素有氧、碳、氮、氖、镁、镍、硫、硅、铁、钙等10种，还有六十多种含量极其稀少的元素。到20世纪80年代，科学家们认定的太阳上有73种元素。此外还可能有从氢到氦19种元素存在，其中包括9种放射性元素。

太阳上到底有多少种元素，相信随着探测技术的进步，这个谜很快就能解开。

太阳系年龄之谜

基督教的经典《圣经》中记载了上帝创造出世界的过程：上帝说“要有光”，于是宇宙中就充满了光明；之后上帝认为“要有日月星辰”，天空中就出现了太阳、月亮和群星；此后上帝又创造出人类的鼻祖——亚当和夏娃，以及形态各异的动植物。宗教中的创世纪从科学的观点看是有正确之处的，比如说先出现了日月星辰，然后生物才开始出现并繁衍、演化。无神论者对上帝创造宇宙最有名的批驳是：为什么在日月星辰这些发光体诞生前光就存在了?光是谁发出的?科学与宗教的论战是相当有趣的，从根本上讲谁都无法完全驳倒对方，因为科学讲究论点要有充足的论据支持，而宗教首先要求人们相信它的论点。我们现在要谈论的“创世纪”——太阳系的形成，是从科学的角度来看问题的。

任何想对太阳系起源的解释都回避不了一个问题：太阳系的年龄究竟有多大?我们知道，树的年龄可以从年轮的条纹数来确定，马的年龄可以从它们的牙齿来数出，如果太阳系中也存在与上述类似的有助于确定其年龄的某些标志或迹象，我们就能够得到太阳系的年龄。显然，太阳系的年龄要比最老的树还要老许多，我们需要新的方案。

怎样飞越太阳系

2006年8月，具有40年历史的SETI决定建造自己的射电望远镜。与传统的无线电望远镜不同的是，它由500到1000个小型的碟形组件构成，能将收集到的信号汇总为星球的一张图像。这种望远镜将电子技术与计算机处理技术融为一体，能同时对12个星球进行观测。目前科学家们正在精心拟定“目标”星球清单。望远镜同时还能协助天文学家开展传统研究。SE歹I希望望远镜最终能在2005年投入使用。

1982年，美国导演斯皮尔伯格执导的《ET》（《外星人》）创造了这样的外星人形象，外星人（如果有的话）真是这样的吗?

2000年3月29日，人类在寻找太阳系外行星方面取得重大进展。美国加利福尼亚大学的科学家宣布，他们发现了两颗迄今为止围绕着其他恒星运行的最小行星。这两颗太阳系外的行星质量与土星相近。这标志着科学家在寻找地球大小的太阳系外的行星的过程中迈出了重要的一步，因为迄今为止观测行星的技术只能发现比木星大的太阳系外行星，所以寻找外星生命，只能到地球大小的行星上去找。想要飞向太阳系外的恒星，解决动力问题则是关键。

恒星周围存在行星是一个普遍现象。在太阳系附近的恒星周围肯定存在着行星系统，了解那里的行星无疑是一件激动人心的事。可现有的天文手段在这方面显得过于苍白无力。它既不能告诉我们这些行星的大气组成，也无法揭示其地质构造，甚至天文学家连它们的几何尺寸也无从知晓。

这一切都是地球与目标行星之间的距离所致——动辄几十万天文单位的旅程会令最狂热的宇航迷变得垂头丧气，用化学火箭推进的探测器要用成千上万年才能飞到那里。

如何在一个科学家的有生之年完成太阳系外的探险呢?这时飞船应该达到每秒几百千米的速度，而目前最快的飞船只能达到这速度的1／10。现行的飞船之所以行动迟缓，根本原因在于它们仅靠化学火箭在其飞行的头几分钟里加速，冲出大气层后的航程完全依赖惯性滑行，充其量在路过大行星时靠其引力加速。因此要想飞向太阳系外的恒星，解决动力问题是关键。

目前“旅行者”号和“先驱者”号探测船已经飞越了冥王星轨道，成为离地球最远的探测器。为了达到这一目标，科学家花费了十几年的时间，其间还不断利用大行星的引力加速（称为“引力跳板”技术）。而且从一开始，它们就是用最强大的化学火箭（“土星”号）发射的。

下面的方法是科学家想到的飞越太阳系到达其他恒星的方法。其中有一些现在就可以实现，而另一些也许永远只能停留在设想阶段。

核动力火箭

20世纪50年代，随着和平利用原子能的呼声日益高涨，原子火箭发动机应运而生。法国人设计了以水为工作物质的原子能火箭，它靠核反应堆产生的热量将水汽化，高速喷射出的水蒸气能使星际飞船逐渐加速。火箭要喷出5000吨的水才能在50年内把飞船送往最近的恒星——比邻星（距地球4．22光年）。

一般化学火箭的结构质量占总质量的6％～10％，有效载荷仅占1％；而原子能火箭的结构质量占总质量的12％～15％，但有效载荷可占总质量的5％～8％。以氘为燃料的核聚变火箭，排气速度可达1．5000千米／秒，足以在几十年内把宇宙飞船送到别的恒星。

聚变比裂变放出更大的能量。在一个核聚变推进系统中理论上每千克燃料能够产生100万亿焦耳能量——比普通化学火箭的能量密度高1000万倍。核聚变反应将产生大量高能粒子。用电磁场约束这些粒子，使之向指定方向喷射，飞船就可以高速前进了。为安全起见．核飞船至少应在近地轨道组装。为利用月球上丰富的氦资源，月球也是理想的组装发射地。此外也可以在拉格朗日点（此点处的物体在绕地球运转的同时保持与月球相对距离不变）处进行组装，原材料从月球上用电磁推进系统发送。

光帆

中国古代的纸鸢无法和现在的超音速飞机同日而语，今人设想的喷射式推进系统也不能和未来实际的星际飞船相提并论。但相对于核动力火箭来说，以下几种进入太空的方法更有可能在未来的星际飞行中使用。

15世纪地理大发现时期，西欧的水手们扬帆远航，驶向传说中的大陆。未来的星际航行恐怕还要借助“帆”这种古老的工具，只不过驱动“太空帆”的不是气流而是光。早在12世纪20年代，物理学家就已证明电磁波对实物具有压力效应。1984年，科学家提出，实现长期太空飞行的最佳方法是向一个大型薄帆发射大功率激光。这种帆被称为“光帆”。它采用圆盘状布局，直径达3．6千米，帆面材料为纯铝，无任何支撑结构，其最大飞行速度可达到光速的1／10。在搭载1吨的有效载荷时，飞抵半人马座的a星仅需40年或更少的时间。以这个速度，太空船可以在两天内从太阳飞到冥王星，但要是飞越另一个太阳系并对其进行考察，这速度显然太低了。

为了进行详细的考察，可以采用“加速——减速”的飞行方案。这时光帆直径取100千米，使用功率为7．2×10＼＋{12}瓦的激光器向它发射激光。在减速阶段，将有一个类似减速伞的小型光帆被释放出来，它把大部分激光向飞船的前进方向反射，以达到制动的目的。

虽然对技术和经济要求较高，但较其他形式的星际飞船而言，光帆是在技术和经济上最容易实现的方案。根据估算，在使用金属铍作为帆面材料时，飞到半人马座a星的总费用为66．3亿美元，这只相当于阿波罗计划投资的1／4。

人工时空隧道

不少科幻影片（如《星球大战》）中都有这样的镜头：随着船长一声令下，结构复杂的引擎开始工作，接着宇宙飞船便消失于群星中，几乎就在同时，它完好地出现在遥远的目的地……现代物理学证明，这看似荒诞的场景是可以发生的。

现代物理学（时空场共振理论）认为，时间是能量在时空中高频振**的结果，宇宙间各时空点的性质取决于该点电磁场的结构特性。

该理论认为宇宙中各时空点有其确定的能量流动特性，它可以用一组谐波来描述。若用人工方法产生一定的谐波结构，使它与远距离某时空点的谐波结构特性相同，则两者就会产生共振，形成一个时空隧道，飞行器可以循着这个时空隧道在瞬间到达宇宙的另一位置。

实施这一方案的关键是飞船必须能产生适当的能量形态，以满足选定时空点的谐波结构特性。通过“虫洞”的星际航行。

还有一种名为“虫洞”的奇异天体，它是连接空间两点的时空短程线。科学家认为，通过“虫洞”可以实现物质的瞬间转移。用这种方法进行的星际航行可以完全不考虑相对论效应。遗憾的是这种理论上应该存在的“空间桥梁”至今还没有发现。