世界当代科技史-第8节
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探测技术的一个重大进步。1983年，美国、英国、荷兰合作研制发射了世界
上第一颗红外天文卫星。卫星进入高度为900公里的太阳同步极地轨道。它
在10个月的工作中，共发现245839个红外源。这些红外源属于银河系恒星
和河外星系，或与星系介质有关。1990年，美国“发现号”航天飞机将目前
世界上最复杂的哈勃空间望远镜送上太空轨道。它长13。1米，重11600公斤，
耗资15亿美元。它上面安装了直径2。4米的主体镜和直径0。3米的次级镜，
还有行星摄影机、暗淡天体摄像机、暗淡天体摄谱仪等先进仪器。哈勃望远
镜具有超敏感的探测力，其能力相当于从华盛顿观察到1。6万公里外的悉尼
的一只萤火虫。它能够探测出比地面望远镜可看到的天体暗淡25—50倍的天
体，就像是在地球上看清月球上2节手电筒的闪光。它的观测距离可达150
亿光年，清晰度比目前地面望远镜高10多倍。哈勃望远镜的发射运行，将有
助于人类揭开宇宙的许多奥秘。
（2）当代重大天文发现
本世纪60年代以来，由于宇宙探测技术的不断发展，天文学取得了辉煌
的成果，人们相继发现了脉冲星、类星体、3K微波背景辐射和星际有机分子
谱线、γ射线爆发、X射线爆发、超新星SN1987A爆发等。
早在30年代，科学家从理论上预言：存在一种致密的中子星。1967年，
英国天文学家休伊什 （1924—）和他的学生贝尔小姐用一架灵敏的射电望远
镜观测星际闪烁。经过1个月的观测记录，贝尔发现在3。7米波长上有一组
起伏极为强烈、似乎呈周期性出现的信号。开始休伊什以为是摩托车电火花
干扰所致。但其后3个月之中，这组信号反复重现。休伊什感到有必要深入
探测。他们用另一台性能更好的大型射电望远镜，又探测到了奇妙的规则脉
冲。他们判断信号来自太阳系之外。一年后，科学家们普遍认为，发现的规
则脉冲射电源 （脉冲星）就是自转的中子星。休伊什因这一发现荣获1974
年诺贝尔物理学奖。至今，人们已经发现了400多颗脉冲星。
1960年，美国天文学家桑德奇（1926— ）等人发现，射电源3C—48的
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位置上是一个亮度为16等的蓝星。它的光谱线很不寻常。不久在另一个射电
源3C—273的位置上，天文学家又发现了一颗13等的蓝星。它的光谱类似于
3C—48。天文学家把这种类似恒星的奇特天体命名为类星体。类星体的红移
很大。按照哈勃定律，它们应当是距我们百亿光年的遥远天体。它们是极强
的射电源，辐射能量相当于1000个银河系的能量。但奇怪的是其直径很小，
不超过几光年。如此小的体积发射出如此巨大的能量，这是现有的物理知识
无法解释的。到80年代初，人们记录到的类星体已超过2000个。天文学家
提出许多不同模型来说明类星体的物理机制，但尚未取得公认的结果。对类
星体的研究，可能引起天文学以及物理学的重大突破。
3K微波背景辐射是40年代末大爆炸宇宙说的一个预言。1964年，美国
贝尔实验室为了改进与通信卫星的联系，建立了一套新型天线接收系统。它
的定向灵敏度超过了当时所有的同类型射电望远镜。在将近一年的时间里，
彭齐亚斯 （1933—）和威尔逊 （1936—）在波长 7。35厘米上发现了各向同
性的、不随季节变化的背景辐射；它是相当于3。5K的黑体辐射。他们与普林
斯顿大学的迪克（1916— ）深入讨论后，认为所发现的背景辐射是早期宇宙
赤热火球的暗淡余光。后来，在0。5毫米到70厘米波段内许多波长上探到的
背景辐射的强度随波长的分布，完全符合理论推算出来的温度为2。7K时的黑
体谱曲线。一般称之为3K微波背景辐射。它的发现，是支持大爆炸宇宙说的
一个重要事实。由于这一发现，彭齐亚斯和威尔逊荣获1978年的诺贝尔物理
奖。
星际有机分子的发现也是60年代天文学四大发现之一。1937年，人们
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在星际物质中发现了甲川 （CH）和甲川离子（CH）。1940年，又发现了氰
基。1954年，美国物理学家汤斯 （1915— ）提出用微波谱线寻找星际羟基
（OH）。1957年，汤斯又列出17种可能观测到的星际分子。寻找星际羟基
并非一帆风顺。直到1963年，汤斯等人设计了一个高灵敏度的接收机并使用
更好的望远镜，才获得成功。当天便在仙后座A观测到第一条星际分子的微
波谱线，后来又在其他星云中陆续找到数十个羟基源。1968年，人们又在银
河系中心区的星云中发现了氨 （NH）和水。1969年，发现了星际有机分子
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甲醛（HCHO）。这些发现激发了后继者寻找和研究星际分子的热情，也促进
了毫米波射电天文技术的飞速发展。分子天体物理学开始形成了，并取得了
未曾料想的惊异成果。70年代，人们接二连三地在宇宙中找到形形色色的有
机分子，包括许多地球上从未见过的奇异分子，同时观测到被称为天体微波
激射源的奇特的分子辐射，以及分子云剧烈运动形成的喷流。这些结果对已
有的物理、化学、天文学提出了挑战。近年来，分子天体物理学方兴未艾。
到80年代末，已发现的星际分子近100种。分子天体物理学的发展为研究宇
宙的化学组成和宇宙演化以及宇宙生命起源都有十分重要的意义。
70年代在天文学上又有重大发现。1973年，克莱比塞得和斯特朗等在分
析卫星上γ射线探测器的观测资料时，发现了宇宙γ射线源短暂而猛烈的爆
发。r射线爆发的重要特征之一是辐射变化迅速、剧烈。它的发现当时轰动
了天体物理学界。1975年，布什金娜等人又发现了X射线爆发，并观察到了
它的一些特征。对于γ射线爆发和X射线爆发，科学家们正在深入探讨它的
本质和内在机制。70年代末，美国、意大利发现了一个光谱既有大红移又有
大蓝移的奇异天体SS433。它的异乎寻常的特征引起了天体物理学家的极大
兴趣。
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1987年，在美国从事天体化学研究的中国科技大学学生唐明（1956— ）
和另外两名美国学者一起，从 60年代降落在肯塔基州的一块原始陨石中发
现，石中有两种碳化硅同位素与太阳系中的碳化硅同位素不同，并将它们从
陨石中分离出来。此后科学家研究认为，这些碳化硅是在一些富碳的恒星内
部产生的，比太阳系46亿年的年龄更古老。这一发现对深入了解恒星循环及
太阳系的形成具有极重要的意义。
同在1987年，多伦多大学的希尔顿在河外星系大麦哲伦星云中发现了一
颗新爆发的超新星，后被命名为SN1987A。天文学家用80年代的研究手段对
它变化全过程进行了全波段观测，经过分析认为，它的前身可能是蓝超巨星。
此外，意大利、美国、日本、原苏联的观测站都测到了来自SN1987A的中微
子信号。这对超新星物理、致密天体以及宇宙演化前途的研究都有重大意义。
1989年，科学家观测到一颗脉冲星诞生，认为它是SN1987A爆发后塌陷而成
的。
1916年，爱因斯坦曾预言过引力波的存在。直到1969年，韦伯才声称
探测到了来自银河系中的引力波。但由于未得到其他引力波实验室探测结果
的支持，这一发现未被公认。多年探测的经验表明，用韦伯型天线直接探测
引力波是不成功的。1973年，约瑟夫·泰勒和罗素·胡尔斯另辟蹊径，提出
用脉冲双星的轨道参数来探测引力波。经过几年连续观测，1978年，泰勒等
人发现射电脉冲双星PSR1913—16的公转周期在变快，周期变化率与广义相
对论的理论预言基本相符。这是引力辐射存在的一个重要的间接证据。泰勒
与胡尔斯因这一成就获得1993年诺贝尔物理奖。目前，直接探测引力波的研
究工作还在进行。
2。天体演化理论和宇宙学的发展
天体演化理论主要研究太阳、太阳系、恒星、星系等天体的演化过程。
当代天体演化理论的发展，使人们对各种天体的演化图景作出比较完整的描
述。40年代末期以来，宇宙学也有很大发展，建立了几种不同的宇宙模型。
（1）天体演化理论
对太阳的研究在本世纪上半叶已取得不少成果。1938年，美籍德国人贝
特（1906— ）和德国的冯·魏扎克（1912—）分别指出：太阳的巨大能量是
由其内部的氢核聚变成氦核时产生的。这一理论早已得到了确认。进入当代
以来，对太阳的研究又取得新进展。1960年，人们认识到日冕在连续不断地
向外膨胀，在此过程中产生的“太阳风”（带电粒子流）以每秒300—600
公里的速度扫过地球，引起地球上的极光和地磁扰动。70年代，美国的弗里
德曼（1916— ）等人拍摄到了太阳的X射线照片，证实了关于太阳活动区可
能发出X射线的猜想。中国于1984年研制出太阳磁场望远镜。1987年，用
这架望远镜在世界上首次获得两维实时太阳色球层活动区和耀斑速度场的观
测资料；1988年，又用它观测到位于日面中心附近的大黑子群。这些黑子群
面积有84亿平方公里，约占太阳可见表面的1。6％。
当代恒星演化理论是在认识到热核反应是恒星能源之后逐步建立起来
的。50年代，美国人史瓦西 （1912— ）把恒星能源和恒星结构与演化的进
程结合起来，大致描绘出恒星一生的发展史。现在人们已经知道，恒星的前
身（星胚）是由弥漫稀薄的星际物质通过引力塌缩凝聚成的密度较大的气体
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和尘埃土。恒星的星前阶段只有几百万年，然后就进入几万年到几万亿年的
主星序阶段。太阳现在正处于主星序中期，已有50亿年的历史。恒星演化的
末期将变成三类天体：白矮星、中子星、“黑洞”。在恒星核能耗尽后，其
质量小于1。44个太阳质量的，就成为白矮星；其质量在1。44—2个太阳质量
之间的，成为中子星；超过2个太阳质量的，则可能成为“黑洞”。最早被
观测到的白矮星，是1862年发现的天狼星的伴星。到本世纪80年代初，观
测到的白矮星已有1000多颗。中子星的存在已于60年代得到确认。孤立的
黑洞难以观测到，因此人们着重从双星体系中寻找黑洞。天鹅座X—1被认为
可能是一个黑洞，1978年，美国的天文卫星向地面发回了它的照片，但尚不
能确认它就是黑洞。1984年，天文学家发现质量是为太阳8—12倍的X射线
源LMC—3可能是一个黑洞。此外，人们还发现了几个可能是黑洞的天体。
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但这些发现尚未被最后证实。1974年，霍金 （1942— ）提出，黑洞也会向
外发射粒子，甚至会产生猛烈的爆炸。
（2）当代宇宙学
1917年，爱因斯坦提出了有限无边的宇宙模型。以后，有人提出了另外
一些宇宙模型。1929年，哈勃（1889—1953）确定了星系红移和距离之间的
线性关系 （即哈勃定律）。这一定律成为当代宇宙学发展的基础。
当代宇宙学的形成以宇宙大爆炸理论的提出为标志。1948年，美国物理
学家伽莫夫（1904—1968）等人把核物理学的知识与宇宙膨胀理论结合起来，
提出了大爆炸理论，并用它说明化学元素的起源。大爆炸理论认为，宇宙开
始于高温、高密度的“原始火球”，球内充满辐射和基本粒子，基本粒子发
生核反应是爆炸的起因。火球爆炸后向外膨胀，辐射温度和物质密度急剧下
降，核反应停止。这期间所产生的各种元素就形成了今天宇宙中的各种物质。
在膨胀过程中，辐射物质逐渐凝聚成星云，进而形成各种恒星体系，成为今
天的宇宙。伽莫夫还预言，由于大爆炸后宇宙有残余的辐射遗留下来，因而
其背景
