【10】好奇的玉兒                             作者:陳瓊芬

★上一集,其亞來到玉兒家中,陪著玉兒一起探索關於天文的知識。他們在用餐之後,便又開始討論著。
玉兒:我來為你準備一杯熱茶,你再多告訴我一些關於天文方面的趣事好嗎?
其亞:當然好,不過我希望妳越了解關於天文方面的事情之後,能夠更加愛護地球。其實不只是妳,每一個人都要有這個共識,特別是那些有能力的科學家,因為只要他們的每一項發明,都是以愛護地球與人類為出發點,我相信地球的未來才有永恆的希望。

★在玉兒替其亞倒上一杯熱騰騰的茶後,玉兒開始向其亞發問問題。
玉兒:對了你剛剛說,星雲是一層薄霧狀的東西,那為什麼薄霧會發光。
其亞:ㄛ,薄霧並不會發光,而是在它中間的那顆恆星,將四周的薄霧照射成像是光亮的樣子。這樣說吧!妳先想像有一顆發亮的恆星,這顆星星的外面,圍著一堆塵埃狀的物質和氣體。這些塵埃和氣體呈現不規則的形狀,或扁或圓,當最中心點的恆星發出光芒,這個光芒照射在薄霧時,薄霧反映出它的光亮,好像自己有著光亮一樣。這就像在陽光底下打掃,灰塵的微粒揚起來飛散在空中,我們好像看到了一顆顆很小而發著光的微粒在空氣中飛動。實際上灰塵哪裡會發光,它只是反射了太陽光。同樣的道理,恆星在一團薄霧與塵埃中,我們從地球看上去,這顆星星的光度似乎很小,實際上是因為星雲遮住了它本來的光芒。至於圍繞在四周的不規則星雲,因為中心點的恆星光,所以看起來也好像自己發著光。

玉兒:我懂了,星雲應該可以說是一團圍繞在恆星四周的塵埃與氣體嘍。
其亞:這就對了。剛剛我說過,宇宙是由很多不同型態的天體所形成,這裡面不只包括上面所說的這些行星、恆星、星雲與變星,還有一些像是流星物質的大型不規則物,與混亂的星際塵埃與氣團。除此之外,宇宙間還有一些像是輻射線之類的宇宙射線,以及尚未被人類科技所了解的磁場。不過你不要忘記我前面所說的,我在這裡重複一遍,星雲是一種由極薄的氣體與塵埃所組成的,他們的樣式很不規則。從地球觀察,這些星雲好像是一顆星星,但是實際上並不是如此。不過,有一些恆星家族因為距離地球很遠,看起來像一堆雲霧,那可不是真的星雲,那只是因為距離太遠,看起來模模糊糊,實際上他們可是真正的另一個太陽系。簡單來說,真正的星雲肉眼很難看到,必須經由儀器探測,至於肉眼看起來很像星雲的薄霧團,很可能是距離很遠的一團星星家庭。它不是星雲,只是因為遠遠的,所以看起來很模糊。我今天要跟你介紹的是指真的星雲,而不是看起來像星雲的星星群喔!

玉兒:等等,你剛剛說什麼叫做尚未被人類科技所了解的磁場?
其亞:說來話長。宇宙間有一個像是漩渦的磁場空間,但是肉眼看不到。我們知道,漩渦是因為在水裡面所以清晰可見,至於它的形成是因為物理原理,漩渦的力量經常可以將大型物質吸入。在空氣中,就有點像是龍捲風,我們之所以可以看見龍捲風,是因為它捲起風沙或者其他飛動中的物質,所以我們看出來龍捲風在哪裡,否則因為空氣無色無狀,恐怕很難憑觀察探知。在宇宙中也有這樣的東西,它不是漩渦,也不是龍捲風,它像是一個大磁場,可以將附近的物體吸進來,然後經過壓力而產生毀壞。這種情況的發生雖然存在,但目前在地球上的科學家並不能了解,也無從觀察。一來,實在是因為科技還不進步,二來是因為發現的狀況很有限。最早發現這種現象的科學家,他是在天體觀察中,發現有些星際物質會莫名其妙奔向一個固定的地方。而且是越靠近中心點的物質速度越快,反之則較慢。於是,大家在猜想,是不是這個地方存在著一個用眼睛看不到的磁場,可以吸引宇宙物質。猜歸猜,畢竟磁場距離很遠,肉眼又看不到,距離太遠,用儀器也觀察不出來。所以科學家只能推論,無從證實。
玉兒:你說的是黑洞嗎?
其亞:黑洞的道理就是磁場的原理,但是兩者有些不同。簡單來說,黑洞是磁場存在的一種,但是其他類型得磁場也存在。因為既然是磁場,就可能產生排斥或吸引,目前所講的黑洞只有吸引,沒有排斥。
玉兒:這會不會跟壓力有關?你看,兩個物體中間的空氣流動會比四周快而有感覺,這是簡單物理原理。會不會是有一個星球跟另一個星球之間,產生壓力差別,使的東西向中間流動。
其亞:妳的推測很好,但是我可不敢說是不是,因為外太空並沒有空氣,它形成的道理是不是可以這樣解釋,我可就不敢說了。不過可以肯定的是,方才我們所說的各項物質,都在互相演化當中。從變星來說,它可能是一顆小恆星,因為某種程度的爆炸,引起了大燃燒。此時它像是可以發出光熱的太陽。我們假設這個星球徹底爆炸,於是他所炸出來的星際物質很能四散漂流。於是就形成了流星體。
或者這個星球因為爆炸而引起漫天灰塵與氣體,這氣體與塵埃因為在真空中而形成團狀薄霧,於是就有了星雲。其後,不知數千萬年,它的燃料用盡,只剩下輕飄飄的物質,這個物質受到不遠處恆星的吸引,開始遊走,在由於萬有引力與離心力作用,它有了自己行走的軌道,於是行星出現。這樣週而復始,小物質凝聚成星體,星體又繼續演化,宇宙於是存在。
玉兒:你剛剛說,星體凝聚成為行星,那麼地球是不是也是這樣來的?
其亞:地球的來源有兩種說法。一種就是說地球是由恆星燃燒之後而來的。我們知道,恆星的質量都遠遠超過行星,那就好像裝上滿滿燃料的瓦斯筒。當恆星的燃料燃燒完了之後,質量變輕,星球的地表漸漸冷卻,於是開始產生本體的製造,而地心裡面則存在著未燃燒完的能量。另外一種說法,則是說地球來至於星際物質的聚集。有一部分的科學家認為,地球本來是一團星際物質團聚在一起。它可能是一堆堆不規則物質,這些物質存在著很多氣態或固態的成分。經過一段時間,地球因為太空壓力與地心引力,它自己漸漸形成圓形。其實,圓形確實是物質最容易變成的型態,就像在掌心搓揉麵團,到最後一定是圓形的道理。一開始,地球十分鬆散。經過搓揉似的作用力與地心引力的收縮,地球開始慢慢紮實。在這個收縮過程,物質裡面的氣態成分都飛散到空中,成為一團凝聚在地球四周的大氣物質,據科學家研究,這應該就是大氣層的由來。接下來,擠壓時地心會產生巨大能量核心物質產生高溫而溶解,並引起燃燒現象。地殼則漸漸冷卻下來,地球裡面的水氣因為燃燒而散佈出去,但是因為大氣的保護,它不至於完全流失,反而反覆於空中與地殼中,於是地殼上開始有了海洋與湖泊。至於地殼如何調整,我以後利用時間慢慢告訴妳,總之,地球的形成來源就是這兩種。不論哪一種是真的,反正在製造過程與地殼逐漸的變動下,氣態的部分會一直釋放,跑到大氣層裡。這些氣體在空間漸漸混合,成為最常態的情況。這裡要解釋的是,水其實是由兩種氣體組成的,水是二個氫原子和一個氧原子的結合。許多氣體元素,其實都可以經過結合,一直達到常溫下的穩定狀態。以地球目前的情況來說,地球的大氣中,氨的比例最高,相信這是因為地球本身所具有的比例中,氨的比例就高了些。而且,地球漸漸穩定之後,生物就開始產生,生物腐敗之後,又會形成氨氣和銨鹽,這兩種成分再經作用,又可形成氮氣,這對氨的成分也有少許影響。

玉兒:你剛剛說,圓形是宇宙中最容易形成的物質。你能不能說清楚一點。因為太空中既然沒有摩擦力,那就不能用揉搓來解釋阿!

其亞:其實這個道理很簡單,妳不要想的太複雜。簡單來說,每一個星球都有自轉和公轉,我們先假設一個本來不是圓形的物質,它經過轉動,每一個面受力都均勻,妳來說說,除了圓形它還能成為什麼?以恆星來說,我不只一次說過,恆星因為高熱的燃燒,它的本質在冷卻時或許是固態,但是燃燒時則絕對是氣態。在完全沒有外力之下,同等質量的氣體向外擴散的各方向機會相同,範圍也大致一樣。另外,恆星都在旋轉中,這跟揉搓的道理一樣,所以自然會成為圓形。
玉兒:現在,我可以了解星球為什麼呈現圓形,對了,那到底行星跟恆星上面有沒有氣體啊?


其亞:我看妳還沒搞懂喔?這樣吧!我慢慢將恆星的燃燒狀況解釋清楚。氣體在零界點之下數百度,是呈現固態的。零界點時,在經壓力協助,它呈現出液態情況。這就是我們在工業上常見的液態氫之類的物質。但是在常溫下,氣體就是氣體。恆星,它因為高溫燃燒,固態的物質經過高溫高熱,已經呈現出氣態。它的分子結構已經分離了,游動在高溫情況下。而在高溫情況下,金銀銅鐵等固態成分都可以被熔成氣態。所以恆星的星團簡直可以說是一團劇烈燃燒的大氣團。這樣解釋夠清楚嗎?簡單來說,恆星上一定擁有可以成為固態的物質成分,只是在高溫下全都汽化了。好,這樣的汽化在燃燒後,確實可能形成一些物質往太空中飄散。這時,大氣團因為熱量,會將這些微塵推向極遠的太空。這個道理跟空中爆炸,東西四散紛飛一樣。它將這些燃燒的餘燼推到外方,然後漸漸冷卻,於是便漸漸形成了星塵。星塵與氣體聚集就是星雲。我說過,星雲是一種微塵與氣體。這是恆星的狀況。如果是行星,它所散出的氣體因為比重的關係,在行星外圍的氣團飛到一個高度之後,在一定範圍下冷卻,再加上其他氣體的交互作用,這時候這顆星球就可能有了一層保護的大氣層。如果這顆星球的氣體不夠,不能反副作用於氣層之內,它本身擁有的空氣會慢慢散盡,除卻貼近地表的地方還測的出輕微的氣體之外,其餘的氣體會飄散至空中。說的更仔細一點,每一種星星,不論是恆星與行星,他們的構成物質中,都有氣體,只是差別在能夠保存星球表層與不能夠保存星球表層而已。行星因為沒有燃燒,不會有熱量源源不絕向外推動,所以比較容易讓氣體凝結在附近。恆星則因為有熱能,所以可能造就星雲。

玉兒:我懂了。大氣層是因為自己產生的氣體種類多,比重較重的氣體被地心引力捉住,所以圍在四周,重的氣體形成保護膜,讓輕的氣體沒有機會揮發掉,所以構成大氣層。但是有一些星球產生的氣體成分太輕,量也不足,所以雖然有地心引力捉住,但是無法圍成一個厚重的氣層,以至於自身的氣體一直流失。
其亞:這樣說最簡單,也最容易瞭解,妳算是進步了。事實上,宇宙的知識非常奧妙,它牽涉的層次很廣。要想知道天文,妳一定要具備基礎的物理跟化學的知識,因為宇宙的變動,大都跟化學變化有關。就拿恆星來說,當妳聽到氣體又可以變固體,也可以變液體,一定覺得很奇怪,但是當妳有化學基礎,再來了解常態與高溫高壓下的轉化反應,妳就相當容易接受了。就物理現象來說,動者恆動、靜者恆靜!就可以用來解釋天體的運行,如果妳沒有這方面的知識,要妳來了解為什麼宇宙是一個有秩序的天體,妳一定很難認同。

玉兒:不對啊!妳不是說宇宙中有一些東西有軌道,有一些東西不一定有軌道。有時候,還有像磁場一樣的物質,那麼說來,宇宙應該不算是有秩序才對,你怎麼又說宇宙有秩序,我還真被妳弄糊塗了。
其亞:這樣說吧!在太空中,宇宙的一切都是屬於運動中的。我一層一層來解釋。首先,是行星和恆星。這已經說過很多次了,因為萬有引力的關係,使的雖然沒有作用力的行星在彼此間的牽動中,產生運動。運動後,太空中沒有摩擦力,使的靜者恆靜,動者恆動。這就是為什麼宇宙中的物質皆在運動中,當然,這也包括那些不規則的流星體和軌道不明的慧星體。第二點,為什麼大多數的軌道都有確定週期與方向。這可以從兩方面來解釋。第一部份是恆星與行星。他們的軌道因為萬有引力與離心力作用,使的星球與星球恆星與行星又相互作用。大致上來說,大行星會受同一太陽系中的恆星影響,所以產生繞著恆星的軌道。小行星又會受到最接近它的大行星影響,產生繞著大行星跑的軌道。例如地球繞著太陽,月亮又繞著地球的道理一樣。這些力量會在空中交會,並且形成一種固定恆久的穩定作用力。

於是有些軌道有週期性。有一些小的流星體,他們雖然有軌道,也有週期,但是卻在緩慢變動中。我們知道,流星體是一種星際物質,他們在軌道中所以不會亂跑,是因為整個星系對它的作用力。但是當它靠近某一行星或恆星時,會產生燃燒,或是被吸引進入,產生流星。同一群的流星物質如果漸漸減少,它的作用力情況就不同,會有些許變化。這就像是一千公斤與九百九十九公斤的東西,作用力會有差異,跑動的情況也會有差異。只是這個差異從肉眼難以辨識。但是改變卻存在,對人類的有限時空而言,它的變動並不明顯,但是就實際狀況來說,這些軌道的軌道與週期就在改變中。簡易來說,越微小不規則的物質,其運動雖然存在,但週期卻不是真的全然固定。越龐大的行星因為作用力明顯,變動也小,週期跟軌道也就幾乎成為一種規律的運動。也就是說,物質的引力與他們的質量乘積成正比,與他們的距離平方成反比。這解釋了大行星的規律,也說明小物質飛行所產生的不規律,因為它很容易在飛行中受到影響。但是這些不規律與規律都在一定的範圍之下,對人類而言,它是秩序的、間進的。不是突兀的發生變化。秩序,是指大範圍的空間,妳不能說天天都可以看見流星,就解釋天空時時有改變,這根本是兩碼事。

玉兒:我懂了。不過我對星球存在氣體這件事還有一點問題。如果我們距離星球很遠,我們怎麼知道星球上有沒有氣體,因為你說星球的氣體只是貼近星球上,你要怎麼測出它是哪一類型的氣體呢?
其亞:這可以利用光譜儀。妳千萬不要誤會,我雖然說貼近地面才可以測出氣體,但是星球都很大,就比例而言,幾千公尺只能算是貼近,遠看,甚至只像是一個小薄膜。但是用人類肉眼來觀察,可算是厚厚一層。所以我們先假設太陽光照到該星球,有七種光束。但是當它穿入時,已經因為週邊的氣體隔離掉一些光線,當光線照到地面又反射回來,此時反射光又穿過一次週邊氣體才能返回太空中。所以出來的光線已經跟原來的太陽光不同。我們利用儀器偵測,可以確知光線被阻擋住哪些部分。我先說明,每種氣體都會導致遮光現象,哪一種氣體比較容易遮住哪一部分的光線是一定的。以地球來說,地球看起來藍藍的,是因為大氣遮住其他光線。同等道理,我們可以從光譜來觀察,該星球或許存在哪一類型的氣體,導致外觀呈現另一種顏色,這時就可以知道了。
玉兒:哇!還真累人。原來要了解星球的真實面目是這麼困難,我可真是孤陋寡聞了。

★玉兒喘口氣,然後停止發問了,因為她也累了。漸漸入夜,天空一片寧靜,玉兒與其亞在客廳裡喝著茶,並且聽著輕快的音樂呢。

 

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