彼得·阿皮阿努斯、路德维希·比尔曼和彗星
彼得·阿皮阿努斯(Peter Apianus),萨克森人,16 世纪在因戈施塔特教天文,原名叫彼得·比内维茨(PeterBienewitz)。路德维希·比尔曼住在慕尼黑,在马克斯-普朗克学会中担任我的前任职务。这里要讲述关于彗星的一个奇妙的性质,并且会引出有关太阳物质损失的问题。
彗星是比地球质量的 10-6 还要小的物体。它们是在拉伸得很长的椭圆轨道上绕太阳运动。它们之中最有名的是哈雷彗星,大约要 75 年才沿轨道转一周。它将于 1986 年再次回到太阳的附近。当彗星来到太阳附近时,气体物质被蒸发。在通常情况下彗星内的物质被冻结成冰或雪,而且在雪中还混合有一些尘埃粒子。气体和尘埃不是各个方向都均匀地离开彗星,它们会形成一条有方向的尾巴。这条尾巴给彗星以奇妙的外观。严格地说,彗星有两条尾巴。一条是尘埃尾巴,尘埃粒子沿这条尾巴飞走;另一条是气体尾巴。由于受太阳辐射压的作用使尘埃粒子沿一条背离太阳方向的并且常常有点弯曲的轨道运动。我们对彗星的尘埃尾巴不很感兴趣,但气体分子对我们却是一个谜。它们沿着一条直线尾巴以很高的速度离开彗星,有时可以达到每秒 100 公里。
彗星的奇特现象(不要和迅速飞过天空的流星相混同)总是使人激动不安(见图 7-3)。在中世纪它们被看作是战争、饥荒和瘟疫的预兆。但是它们也不断地激发起科学家的思想。还在 16 世纪的前半期,数学家阿皮阿努斯就发现彗星发亮的尾巴总是指向离开太阳的方向。彗星在空中的运动从来不会把它的尾巴也拖在彗星运动的轨道上。它的运动总是要使气体尾巴指向背离太阳的方向(见图 7-4),当它远离太阳的时候,它的气体尾巴会向它运动的前方移动。由于存在背离太阳方向的尾巴以及离开彗星的气体能以很高的速度朝着远离太阳方向飞去的事实,使得上个世纪的人们就产生了一种想法,认为必定存在一种和重力相反的力,是它把物质推向背离太阳的方向。
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具有这种作用的唯一已知的力是太阳辐射压对彗尾中粒子的作用力。然而 1943 年正在汉堡工作的天文学家卡尔·武尔姆(Karl Wurm,1899-1975)指出,用辐射压来解释彗星气体尾巴的巨大速度是不行的,因为它太弱了。
不管怎样,我们已观测到这样飞快的速度,并需要给以解释。由于气体粒子总是朝远离太阳的方向飞去,原因必定来自太阳。这就使路德维
希·比尔曼在 1950 年产生了这样一个想法,即很可能存在一个来源于太阳并穿过我们太阳系的粒子流,它能把由彗核蒸发出来的分子一起带走。过去人们已经知道,太阳上偶然的爆发可以将气体云抛到空间中去,例如北极光就是由于这个原因形成的。比尔曼当时断言,在太阳上存在一个与爆发无关的由带电粒子组成的永恒的风。这些主要由质子组成的带电粒子将彗核释放出的气体中的带电部分一起带走,而不带电的分子则留在彗核内。比尔曼用来解释彗星尾巴的方向而预言的太阳风后来已被人造卫星所证实,并且利用宇宙探测器测定了它的强度和方向。这样由阿皮阿努斯的发现而提出的关于彗星的尾巴为什么总是指向远离太阳方向的问题就得到了回答。
太阳不断地损失物质,这是不是说我们假定恒星保持初始质量不变,所进行的所有演化计算都错了?也许还能由此找到至今还没有解决的太阳中微子佯谬的一个解释?
今天人们知道,太阳每年要将 10 万亿吨的物质作为太阳风吹到宇宙中去。虽然这个数字很大,但在太阳演化的几十亿年中,这只减少了它的质量中不值得一提的一小部分。即使有气体从太阳中流出去,并且流出的气体能够使彗星的尾巴像飘扬在风中的旗帜一样有确定的方向,但是对于处在主序阶段的太阳来说,它的质量好像没有变化。
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