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第五篇地球未解之谜（第2页）

第一推动力至今还只是一种推断。牛顿在总结发现的三大运动定律和万有引力定律之后，曾尽其后半生精力来研究、探索第三推动力。

他的研究结论是：上帝设计并塑造了这完美的宇宙运动机制，且给予了第一次动力，使它们运动起来。而现代科学的回答是否定的。那么，地球，乃至整个宇宙的运动之谜的谜底究竟是什么呢？

地球会去向何方

天圆地方，太阳绕着地球转的观念统治了几千年的人类文明史，直到500年前，哥白尼将这颠倒了的概念再颠倒过来，至此，我们才有了一幅太阳中心说的图景。过了近三个世纪，1718年，天文学家哈雷把人类的视野和认识又深入了一个层次。他在研究星空时，将天狼星、大角星、毕宿五等星的位置跟托勒密（希腊著名天文学家）星表相对照。使他颇为惊讶的是，原来这些恒星都在运动。这一发现打破了星体是“钉”在宇宙中的古老说法。

到了20世纪10年代，沙普利基本上完善了银河系的模型，这是人类在认识上的又一进步，尽管对银河系的探索始于18世纪的赫歇尔。同时，天文学家曾多次认证了恒星具有一个普遍的运动，并把这种运动与银河系的模型相结合，说明了太阳和其他恒星都围绕着银河中心运转。现在人们认为，银河系的跨度至少有10万光年，现拥有2000亿个太阳质量。到了60年代，天文学家告诉我们，银河系跟近旁的星系，形成了一个大家庭，称本星系群，它积集了20个星系。与此相类似，在本星系群周围的天域，其他的星系也有这样的集聚，一般称星系团。这种星系团在更大的尺度上形成超星系团。我们属于一个名叫室女超星系团的大天域。在这里约团聚了10万个星系。真是天外有天，天上有天，一层套一层。

在这样的宇宙结构中，地球又是怎样运动的呢?地球一方面以约30千米／秒的速度绕太阳而行，另方面它与整个太阳系一起，以每秒约250千米的速度围着银河系中心运转，现在它正朝着天鹅座方向奔去，而银河系与本星系群一起以约600千米／秒的速度向长蛇座方向飞驰，室女超星系团和其临近的三个超星系团。都被某个未见到的巨大天体所牵动。但覆盖在所有各种天体运动之上的，是宇宙膨胀运动。如此繁纷复杂的天体运动图景，不禁使人感到宇宙是如此浩瀚，人类的智慧又是那么高超。

可是十分意外，这幅画面后来却被捅了一个大洞。在1986年，伯尔斯廷等7位科学家发现了一个所谓南向天体流。原来室女超星系团连同它近旁的3个超星系团，却以700千米秒的高速向南飞去，就像有一只看不见的巨手，把它们猛拉过去。

这一发现对科学界来说是个不小的震动，它威胁到目前流行的大爆炸宇宙论。因为“南流”的一个最可能的解释是，在长蛇半人马超星系团之外，可能隐藏着一个巨大的物质积聚，这对宇宙学家来说，颇为意外，并很难解释。长期以来他们认为，宇宙在大尺度上是平滑的，物质分布是均匀的。后来又认识到，宇宙的结构要比原先想象的复杂得多，不仅星系结成星系团、超星系团，而在星系团之间镶以巨大的空穴，形成一种纤维状结构。而今又观测到，能把几个超星系团拉着跑的巨大物质积聚，这使得宇宙物质成团性的尺度，超出了现行理论的范围。

按大爆炸论，宇宙起源于150亿年之前的一个高温、高密度火球的爆发，然后一直膨胀至今。美国天文学家哈勒在20年代观察到所有的星系都在退行，为膨胀宇宙找到了第一观测证据。人们以Ho值表示宇宙膨胀速度。目前对Ho值有两种估算。一种是Ho=50千米／秒·百万秒差距，它的意思是，当观察者向深空望去，每深入百万秒差距（约330万光年），星系的退行速度就会因宇宙膨胀而加快50千米；另一种则为是100千米／秒·百万秒差距。Ho值之所以难以确定，实在是星系运动太复杂了。

如果宇宙物质分布是完全均匀的，星系严格地遵守哈勃定律退行，那么Ho值的测定也不难了。可是真实宇宙并非十分均匀，故星系也不能够严格地服从哈勃定律。绝大部分星系都属于星系团，而后者又属于超星系团，且形成纤维状结构或“哈勃泡”，延展着10亿光年左右。物质分布的这种非均匀性，使得宇宙动力学复杂化了。对于宇宙膨胀来说，星系间的引力作用，起到了一种刹车的效果。故观测局部天域，看不出纯“哈勃流”，只是得到一个减速的膨胀率。若我们在更大范围上来看，譬如越出本星系群，立刻可见到宇宙膨胀的效应，但这还是打了折扣的，因为近旁还有无数星系，免不了受到自身引力网的纠缠，一旦跨出室女超星系团的范围，即在超星系团际的水平上，就能看到哈勃流，也即纯宇宙膨胀速度。而南向天体流也就是在这里露面的。

十几年前，一批专家分析了室女超星系团之外的96个星系的数据，似乎有一个南向天体流，其速度在500千米秒左右。这令人吃惊的，倒不是其速度，而是其方向。这表明，这些超星系团受到其他力的影响，从而形成了叠加在宇宙膨胀之上的一种运动。不过当时科学界对这些发现反应冷淡，把它看作是一种取样偏差所造成的后果。

可是如今据“南流”的数据来看，它丝毫无误。伯尔斯汀等人研究了约400个椭圆星系，并观测到室女超星系团及其附近的超星系团都向南漂流，其速度在700千米／秒左右。

一些理论家认为，这一南流的起源可能来自一个宇宙性的物质结聚的引力，果真如此，则寻找它的庐山真面目，眼下还较困难，因为这一南流矢量处在银河平面之后，可见光被其所阻，当然，用其他的电磁辐射探测手段还是可行的。

还有一种看法是，我们的室女超星系团及其邻居皆从属于某个特超星系团而后者又是一个还要大的特大超星系团的一部分，也就是说，天外还有天，而这个天，我们迄今尚不知悉。曲莱隆打算记录南流矢量附近的1400个星系的红移值，以查明那里是否存在着一个超密的星系结聚，以及它们是否显出速度异常。如果确如此，那将说明确有特超星系团这样的更大宇宙结构。

也有较少的研究者提出相反的看法：南流并不威胁膨胀宇宙的理论，哈勃流仍是宇宙的主宰，因为这种南流的速度不会超过宇宙膨胀率的15％。但他们承认，这的确使得现行的宇宙演化理论复杂化了，很明显，宇宙在大尺度上是均匀的。这个证据主要来自宇宙微波背景辐射，因它具有99．8％的各向同性。按理论，这一辐射是宇宙原始大爆炸的余晖，若宇宙在大尺度上是不均匀的，那么势必在这一辐射的不同角度上显出差异。但同样明显的是，宇宙的不均匀性，要比过去理论家所推测的大得多。这一事态，使科学家处在宇宙的均匀性与成团性的两种观点之间。

也许人们一直考虑的暗物质，能伸出解围之手，它们可能是一些大量的、奇怪的亚原子粒子；也可能是宇宙绳，它早已把原始物质吸积成特超星系的凝乳，或者是以超对称弦构成的影子宇宙，正牵着我们向它奔去。

所有这些都是可能的，有待于进一步的探索，我们可能正处在一个大突破的前夜，有幸能看到科学界找出的答案。

大气层之谜

古希腊的亚里士多德曾推想；地球由四个层次构成，它们是土层、水层、空气（即大气层）和火（这只能在闪电时偶然见到）。

1644年，托里切利和维瓦尼通过实验证明大气是有重量的，因而也必然存在有限的高度。不仅如此，他们甚至推算出了大气层的厚度大约是8千米。

到了1662年，波义耳通过实验得知，气体受到压力时体积会收缩，所以在大气层的垂直方向上。海平面上大气最稠密，越向上越稀薄。这样，人们开始意识到大气层厚度绝对不止8千米。如果再考虑到气温的变化，那么大气层的上界在何处这个问题，就变得更加扑朔迷离了。

很多科学家为了探索这一课题，做了不懈的努力。到了20世纪40年代，火箭技术获得了成功，人们用火箭探测大气上界的限度已超过400—500千米。后随着空间技术的发展，人们发现极光大约出现在800~11200千米上空，因此有的科学家把1200千米作为大气的物理上界。

随着对大气层的不断认识，美国科学家施皮策又把500~1600千米的高度称之为“外大气圈”，并认为大气由这一高度逐渐消融到星际特质之中去了。

目前，天体物理学研究表明，星际物质的中性气体质密度为1个／厘米3。根据这个极限和卫星提供的资料表明，大气层上界大约是2000~3000千米。

还有一些科学家不断提出新的观点。如比利时的尼克莱发现320~1000千米高度范围存在一个“氦层”，在“氦层”以外，还有一层更稀薄的“氢层”，它可能延伸到64000千米左右的高空。

地球上大气上界的高度，常常因科学家们根据和目的不同而结果相差很大，因此要精确划定大气层上界的高度并为众人公认，可能始终是科学研究的一个难题。

地球是太阳系的幸运儿

如果给我们一个原始的地球，那么所有现在的生命都几乎无法生存。可以说，是一代一代的生命支撑起今天的蓝天白云。在地球40亿年的生命进程中，无数存在过的生命的尸体构成了我们立足的基石。

这么说并不过分，因为在我们脚下的土地中，含有大量的碳酸钙，著名的喀斯特地貌就是最典型的碳酸钙地貌，它们能够被雨水侵蚀出诸如桂林山水那样的美丽风景。这当中，碳酸钙就是生命的尸体，否则它们就是二氧化碳。因为在自然界中，二氧化碳是不能被无机物吸收的。假如地球上没有生命，地球就是一颗充满二氧化碳的星球；或者说，地球上曾经有过的二氧化碳是今天的20万倍。

这就意味着，地球早期的气温比现在高100℃多。在太阳系里，最有可能拥有生命的，除了地球就应该是金星了。因为它的大小和地球几乎完全一样，也就是说，它的引力和地球一样。前面我们说到的水的存在条件，金星上也应该都具备。也许，金星就是一个备用的地球，这在宇宙中大概是不多见的。也许就是因为同时有地球和金星这两颗几乎完全相同的星球，最终在太阳系出现了生命。

当然，最终的幸运属于我们。但是，如果生命选择了金星，那也无可厚非，而这只取决于太阳的状态。假如我们的太阳比现在要小一些，那么很有可能幸运的就是金星，而不是地球。