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无心插柳:天文学史上有哪些意外发现?

2015-04-25 15:58未知评论:

  去年,科学家预计,银河系中心的黑洞将撕裂一团名为G2的星际云。但是,他们调好了望远镜,准备好花生和瓜子,坐下来,等啊等啊等啊……什么也没有发生。他们很生气,也很无奈,毕竟大自然不总像春晚一样准时。

伽马射线暴

  所以,和我们一样,虽然没等到自己想看的节目,但科学家也没闲着。由于他们的仔细观测,科学家发现了许多以前没有注意的细节。比如说,他们目睹了有史以来最耀眼的X光辐射,比平常强烈400倍。他们还发现了一颗新的磁星,这是一种罕见的中子星。中子星的密度很大,原子核大小的中子星物质就相当于一座城市的质量。

  所以,今天我们来盘点一下,有哪些科学发现是无意间发现的。他们当时都在观测别的东西,却不小心打开了另一扇大门。

  一、伽马射线暴

  1963年,美国、英国和前苏联达成了协议(呵呵……),不再进行核武器测试。为了保(jian)证(shi)没有人违反这项协议,美国空军就发射了一系列名为“维拉号”(Vela)的核爆炸探测卫星,时刻盯着地球上每个地方,看有没有异常的X射线和伽马射线爆发。

  然而,维拉卫星并没有探测到来自西伯利亚的异常爆炸,却探测到了来自宇宙深处的伽马射线。这些射线是随机发生的,经常突然增强,随即快速减弱,大约每天发生一到两次,强度可以超过全天伽马射线的总和。

  这种现象,我们现在称之为“伽马射线暴”,有可能是来自于超新星爆炸、中子星碰撞等恒星级天体事件。这个在偷窥别国核试验时,偶然得到的科学发现,已成为人类科学家共同关注的事件,是目前天文学中最活跃研究领域之一,还曾在1997年和1999年两度被Science杂志评为年度十大科技进展之列。

  二、宇宙微波背景

  贝尔实验室修建的霍姆德尔号角天线(Holmdel Horn Antenna),正如它的名字一样,是一个长得像号角的天线。它就像微波的漏斗,从大头吸收进来,再从小头漏出去,供科学家研究。

  1964年,贝尔实验室的射电天文学家阿尔诺·彭齐亚斯(Arno Penzias)和罗伯特·威尔森(Robert Wilson)正在使用号角天线来监控实验室的气球卫星。他们发现了一个奇怪的现象——不管他们把天线对准哪个方向,他们都能收到一种怪异的嗡嗡声。这个讯号的波长为7.35cm,它各向同性,既没有周日的变化,也没有季节的变化,因而可以判定与地球的公转和自转无关。

  他们仔细检查了天线,发现上面有一些鸟屎。Oh Shit!一定是因为这个原因。于是,他们愤怒地赶走了那几只在上面筑巢的鸽子,清除了鸟屎和鸟巢。然而,这噪声却还是在那里,不管他们怎么做,都不增不减。

  这就是人类第一次听见“宇宙微波背景”的声音,这是宇宙大爆炸遗留下来的热辐射,是一种充满整个宇宙的电磁辐射。

  后来,他俩在《天体物理学报》上以《在4080兆赫上额外天线温度的测量》为题发表论文正式宣布了这个发现。不知道他们是否有获得当年的“优秀员工”。

  三、脉冲星

  50年前,英国剑桥大学卡文迪许实验室中,年轻的乔丝琳·贝尔负责对穆拉德射电天文台每天产生的数据进行分析。1967年,在这些数据中,她偶然间发现了一些有规律的脉冲信号,很像心电图中的心跳。它们周期很稳定,每隔1.337302088331秒就出现一次,脉宽0.04秒。这一快速的脉冲当时被半开玩笑地认为是外星高级智能生命传送来的讯息,随后暂时被称为“小绿人1号”(Little Green Man 1,或LGM-1)

  之后的一个月,他们又陆续在不同天区发现了3个类似的脉冲信号,其中一个的周期为1.6秒。这就是脉冲星的发现。

  1968年2月24日,他们在英国《自然》杂志上发表文章。他们将最早发现的那颗脉冲星取名为CP1919,并在文章中指出,这种脉冲星可能就是中子星。

  1968年6月,美国康奈尔大学托马斯·戈尔德明确指出,乔丝琳·贝尔发现的脉冲星即是正在快速自转的中子星。

  脉冲星的大小和一座城市差不多,每秒能旋转几百次。每旋转一次,它们就的电波就像旋转的灯塔一样,扫过宇宙空间。

  四、木卫一的火山爆发

  1979年,旅行者1号拍下了木卫一(Io)的照片。(Io的名字咋来的?它是木星的女盆友之一!点这里,了解太阳系行星名称的由来:一张图看懂太阳系行星名称的由来)

  科学家们让旅行者1号拍下这张照片,是为了在飞掠过程中,判断它的具体位置。

  NASA的工程师Linda Morabito尝试着调整这张照片的对比度,好让背景的星星能表现出来(就像我们用美图秀秀一样)。这时,她发现,在木卫一的轮廓上,一朵巨大的云雾腾空而起。

  一开始,她以为这是后面的另一颗卫星,正从木卫二的边缘移出来。但是,经过仔细观察和验证,她和同事们终于确定,这不是什么卫星,这是一座活火山喷发!

  于是,人类第一次目睹了地球之外的火山爆发。

  当然,木卫一的火山实在太多了,数得过来的就有400多个。小编没有住在上面真是万幸!不然睡不了一个好觉。

  五、射电天文学

  

  别看现在打电话那么方便,这在100年前几乎是不可实现的梦想。1928年,贝尔实验室的梦想就是:让越洋电话成为可能。他们请了一位叫卡尔·央斯基(Karl Jansky)的无线电工程师来解决噪声干扰的问题。

  央斯基建了一个天线,用来接收频率为20.5兆赫兹(波长约14.6米)的无线电波。它被安装在转盘上,可以朝向任何方向旋转,因此被称为“央斯基的旋转木马”(Jansky’s merry-go-round)。

  在收集了几个月的信号之后,他把背景噪声分为三种:附近的雷雨、远处的雷雨,以及一种来历不明的淡淡的嘶嘶声。他花了一年多的时间来调查第三种类型的背景噪声,发现它来自银河系中心。

  这是来自宇宙的声音!他把这个结论发表在1933年5月5日的《纽约时报》上,还出版了经典论文《明显的外太空电子干扰源头》(Electrical disturbances apparently of extraterrestrial origin)。他很想做进一步的研究,但是贝尔实验室拒绝了他的请求,因为这种辐射不会对越洋通信产生明显的影响。

  那么,央斯基发现的噪声到底是什么?他发现的就是射电天文学本身!

  然而,由于贝尔实验室给他安排了别的工作,他从此再也没有继续研究射电天文学。但他的发现却启发了无数天文学家。为了纪念他,国际天文学联合会决定使用“央斯基”作为天体射电流量密度的单位,简写作“央(Jy)”。

  六、天王星

  

  1781年,英国天文学家威廉·赫歇尔正在为恒星分类。听起来很无聊吧?确实。也许正是因为如此无聊,所以,当他发现天空中游弋过一颗奇怪的亮点时,他顿时感到兴奋异常。这颗星星的速度比夜空中其他星星都快,这说明它距离我们很近。它就是天王星,从而在太阳系的现代史上首度扩展了已知的界限。这也是第一颗使用望远镜发现的行星。

  赫歇尔本来想以乔治三世的名字给这颗新星命名为“乔治之星”(Georgium Sidus),但站在天文学尺度上来看,这也太短视、太民族主义了有没有?最后,它被命名为天王星。

  七、类星体

  1963年,当马丁·施密特认为自己发现了一颗恒星时,它却发射出巨量的无线电波——这在恒星家族里是不可能的。他把这颗星命名为“类星体”。他发现,它在一个奇怪的位置上有一些又宽又亮的发射光谱线。光谱是天体的化学“指纹”,能告诉我们它的组成元素。

  后来,他突然意识到,这些光谱线,实际上都是由我们熟悉的氢元素发出的——只不过经历了极大的红移,这说明它距离银河系极其远,有几十亿光年之远。据他判断,这颗类星体发出的无线电波,比整个银河系发出的电波强烈100倍。

  今天,科学家已有共识,类星体可能是超大质量黑洞及其周围致密的区域组成的。

  八、木星的哭泣

  1955年,伯纳德·伯克和肯尼斯·富兰克林想试验一下他们的无线天线是否管用,于是把它对准了蟹状星云。然而,他们听到的却是一些破碎、嘈杂、跳跃的噪声。

  他们同时发现,这种声音,每天都会比前一天早出现4分钟。这两位科学家,发现了人类历史上第一段来自另一颗行星的无线电波——木星的“哭泣”。

  当电子和质子在木星的磁场中运动时,它们旋转、迂回、俯冲,轨迹就像过山车,于是发出了尖啸的叫声,就像木星在哭泣。

  (作者:Sarah Scoles;via discovermagazine;编译:汪汪)

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