宇宙是如何诞生的

    人们常常会问：宇宙是永远不变的吗？宇宙有多大？宇宙是什么时候诞生的？宇宙中的物质是怎么来的？等等。

    当人类第一次把目光投向天空时，就想知道这浩瀚无垠的天空以及那闪闪发光的星星是怎样产生的。所以，各个民族、各个时代都有种种关于宇宙形成的传说，不过那都是建立在想象和幻想基础上的。今天，虽然科学技术已经有了重大进步，但关于宇宙的成因仍处在假说阶段。归纳起来，大致有以下几种假说。

    到目前为止，许多科学家向于“宇宙大爆炸”的假说。这一观点是由美国着名天体物理学家加莫夫和弗里德曼提出来的。这一假说认为，大约在200亿年以前，构成我们今天所看到的天体的物质都集中在一起，密度极高，温度高达100亿。被称为原始火球。这个时期的天空中，没有恒星和星系，只是充满了辐射。后来不知什么原因，原始火球发生了大爆炸，组成火球的物质飞散到四面八方，高温的物质冷却下来，密度也开始降低。在爆炸两秒钟之后，在100亿C高温下产生了质子和中子，在随后的自由中子衰变的11分钟之内，形成了重元素的原子核。大约又过了1万年，产生了氢原子和氦原子。在这1万年的时间里，散落在空间的物质便开始了局部的联合，星云、星系的恒星，就是由这些物质凝聚而成的。在星云的发展中，大部分气体变成了星体，其中一部分物质因受到星体引力的作用，变成了星际介质。

    1929年，哈勃对24个星系进行了全面的观测和深人的研究。他发现这些星系的谱线都存在明显的红移。根据物理学中的多普勒效应，这些星系在朝远离我们的方向奔去，即所谓的退行。而且，哈勃发现这些星系退行的速度与它们的距离成正比。也就是说，离我们越远的星系，其退行速度越大。这种观测事实表明宇宙在膨胀着。目卩么，宇宙从什么时候开始膨胀？已膨胀多久了？根据哈勃常数H=150千米/(秒/千万光年），这意味着：距离我们1000万光年的天体，其退行的速度为每秒1.50千米，从而计算出宇宙的年龄为200亿年。也就是说，这个膨胀着的宇宙已存在200亿年了。

    经20世纪60年代天文学中的四大发现之一的微波背景辐射证实，星空背景普遍存在着3K微波背景辐射，这种辐射在天空中是各向同性的。这似乎是当年大爆炸的余热，从某种意义上这也支持了宇宙大爆炸学的观点。但是，宇宙大爆炸学也有些根本性问题没有解决，如大爆炸前的宇宙是什么样？大爆炸是怎么引起的？宇宙的膨胀在未来是什么格局？

    第二种是“宇宙永恒”假说。这种假说认为，宇宙并不像人们所说的那样动荡不定，自开天辟地以来，宇宙中的星体星体密度以及它们的空间运动都处在一种稳定状态，这就是“宇宙永恒”假说。这种假说是英国天文学家霍伊尔、邦迪和戈尔特等人提出来的。霍伊尔把宇宙中的物质分成以下几大类：恒星、小行星、陨石、宇宙尘埃、星云、射电源、脉冲星、类星体、星际介质等，认为这些物质在大尺度范围内处于一种力和物质的平衡状态。就是说，一些星体在某处湮灭了，在另一处一定会有新的星体产生。宇宙只是在局部发生变化，在整体范围内则是稳定的。

    第三种是“宇宙层次”假说。这种假说是法国天文学家沃库勒等人提出来的。他们认为宇宙的结构是分层次的，如恒星是一个层次，恒星集合组成星系是一个层次，许多星系结合在一起组成星系团是一个层次，一些星系团组成超星系团又是一个层次。

    综合起来看，以上种种假说虽然说明了各个模式的部分道理，但还都缺乏概括性，还有继续探讨的必要。

    宇宙的中心在哪儿

    太阳是太阳系的中心，太阳系中所有的行星都绕着太阳旋转。银河也有中心，它周围所有的恒星也都绕着银河系的中心旋转。那么宇宙有中心吗？有一个让所有的星系包围在中间的中心吗？

    看起来应该存在这样的中心，但是实际上它并不存在。因为宇宙的膨胀一般不发生在三维空间内，而是发生在四维空间内。它不仅包括普通三维空间（长度、宽度和高度），还包括第四维空间一时间。描述四维空间的膨胀是的，是也可以通过推断气球的膨胀来解释它。

    我们可以假设宇宙是一个正在膨胀的气球，而星系是气球表面上的点，我们就住在这些点上。我们还可以假设星系不会离开气球的表面，只能沿着表面移动而不能进人气球内部或向外运动。在某种意义上可以说我们把自己描述为一个二维空间的人。

    如果宇宙不断膨胀，也就是说气球的表面不断地向外膨胀，则表面上的每个点彼此离得越来越远。其中，某一点上的某个人将会看到其他所有的点都在退行，而且离得越远的点退行速度越快。

    现在，假设我们要寻找气球表面上的点开始退行的地方，那么我们就会发现它已经不在气球表面上的二维空间内了。气球的膨胀实际上是从内部的中心开始的，是在三空间的，是在二空间上，所以我们不可能探测到三维空间内的事物。

    的，宇宙的膨胀不是在空间的，能在宇宙的空间内运动。宇宙开始膨胀的地方是在过去的某个时间，即亿万年以前。虽然我们可以看到，可以获得有关的信息，而我们却无法回到那个时候。

    宇宙的年龄有多大

    所谓“宇宙的年龄”，就是宇宙诞生至今的时间。美国天文学家哈勃发现：宇宙诞生以来一直在急剧地膨胀着，这就使天体间都在相互退行，并且其退行的速度还与距离成正比。这个比例常数就叫“哈勃常数”，而它的倒数就是宇宙年龄。只要我们测出了天体的退行速度和距离，就测出了哈勃常数，也就能够知道宇宙的年龄了。

    可是，不同的天文学家得出的宇宙年龄的结果却相去甚远，在100亿~200亿年的范围内众说不一。这是为什么呢？这是因为天体退行速度的测定通常由红移取得，这个数据比较一致，而天体距离的测定误差却比较大。

    有人认为早期的宇宙膨胀比现在快，这样推得的宇宙年龄只有60亿~70亿年。但低值宇宙年龄的正确性值得怀疑，因为作为宇宙组成部分的球状星团的年龄至少也有130亿年了。然而，有关宇宙年龄的最高推测值更是令人咋舌，竟有340亿年。究竟哪一个结果准确，现在还没有定论。

    宇宙会死亡吗

    宇宙有没有终结的一天？宇宙将会如何终结？是“砰”的一声大爆炸，还是逐渐消亡？当人们在无数个夜晚，悄悄地仰望灿烂夜空，对生命(宇宙浮想联翩的时候，总会从内心深处发出这样的疑问。

    根据科学家利用天文望远镜获得的最新观测结果，宇宙最终不会变成一团熊熊燃烧的烈火，而是会逐渐衰变成永恒的、冰冷的黑暗。这听起来似乎太骇人听闻了。然而人们或许没有必要杞人忧天，我们暂时还不会被宇宙“驱逐出境”。根据科学家的推测，宇宙很可能至少将目前这种适于生命存在的状态再维持1000亿年。这个庞大的数字相当于地球历史的20倍，或者，相当于智人(现代人的学名）历史的500万倍。既然它将发生在如此遥远的未来，对我们今天的生活就不会有丝毫影响。

    与此同时，科学家又指出：没有什么东西是可以永远存在的。宇宙也许不会突然消失，但是，随着时间的推移，它可能会让人觉得越来越不舒服，并且不于生存在。

    这种情况将会在什么时候出现呢？又会以怎样的方式出现呢？这的确是一个令人沮丧的问题。但是，我们又不得不承认，对于我们这些生活在地球上的凡夫俗子来说，这些问题确实另有一种冷酷的魅力。

    自从20世纪20年代天文学家哈勃发现宇宙正在膨胀以来，“大爆炸”理论一直没有摆脱被修改的命运。根据这一理论，科学家指出，宇宙的最终命运取决于两种相反力量长时间“拔河比赛”的结果：一种力量是宇宙的膨胀，在过去的100多亿年里，宇宙的扩张一直在使星系之间的距离拉大；另一种力量则是这些星系和宇宙中所有其他物质之间的万有引力，它会使宇宙扩张的速度逐渐放慢。如果万有引力足以使扩张最终停止，宇宙注定将会坍塌，最终变成一个大火球一“大崩坠”，如果万有引力不足以阻止宇宙的持续膨胀，它将最终变成一个漆黑的寒冷的世界。

    显而易见，任何一种结局都预示着生命的消亡。不过，人类的最终命运还无法确定，因为目前，人们尚不能对扩张和万有引力作出精确的估测，更不知道谁将是最后的胜利者，天文学家的观测结果仍然存在着许多不确定的因素。

    这种不确定因素又是什么呢？科学家指出，这一不确定因素涉及膨胀理论。根据这一理论宇宙始于一个像气泡一样的虚无空间，在这个空间里，最初的膨胀速度要比光速快得多。然而，在膨胀结束之后，最终推动宇宙高速膨胀的力量也许并没有完全消退。它可能仍然存在于宇宙之中，潜伏在虚无的空间里，并在冥冥中不断推动宇宙的持续扩张。为了证实这种推测，科学家又对遥远的星系中正在爆发的恒星进行了多次观察。

    通过观察，他们认为这种正在发挥作用的膨胀推动力有可能确实存在。倘若真是这样的话，决定宇宙未来命运的就不仅仅是宇宙的扩张和万有引力，还与在宇宙中久久徘徊的膨胀推动力所产生的涡轮增压作用有关，而它可以使宇宙无限扩张下去。

    但是，人们最关心的或许是智慧生命本身。人类将在宇宙中扮演什么角色呢？难道人类注定要灭亡吗？人类已经在越来越快地改变着地球了，操纵着自己的生存环境，也许到那时，人类将会以高度发达的智慧在宇宙中立于不败之地。谁知道呢？且让未来的人类和地球外一切生命拭目以待吧。人类对宇宙的认识永远没有终极，认识穷尽的那天也许就是人类或宇宙毁灭的那一天。正如爱因斯坦在写给一个对世界的命运感到担忧的孩子的信中所说：“至于谈到世界末日的问题，我的意见是：等着瞧吧！”

    宇宙的面貌

    1917年，爱因斯坦发表了着名的“广义相对论”，为我们研究大尺度、大质量的宇宙提供了比牛顿“万有引力定律”更先进的武器。应用“相对论”，科学家解决了恒星一生的演化问题。而宇宙是否是静止的呢？对这一问题，连爱因斯坦也犯了一个大错误。他认为宇宙是静止的，然而1929年美国天文学家哈勒以不可辩驳的实验证明了宇宙不是静止的，而是向夕卜膨胀的。正像我们吹一只大气球一样，恒星都在离我们远去。离我们越远的恒星，远离我们的速度也就越快。可以推想：如果存在这样的恒星，它离我们足够远以至于它离开我们的速度达到光速的时候，它发出的光就永远也不可能到达我们的地球了。从这个意义上讲，我们可以认为它是不存在的。因此，我们可以认为宇宙是有限的。

    宇宙到底是什么样子，目前尚无定论。值得一提的是，史蒂芬·霍金的观点比较容易让人接受：宇宙有限而无界，只不过比地球多了几维。比如，我们的地球就是有限而无界的。在地球上，无论从南极走到爿极，还是从北极走到南极，你始终不可能找到地球的边界，但你不能由此认为地球是无限的。实际上，我们都知道地球是有限的。地球如此，宇宙亦是如此。

    怎么理解宇宙比地球多了几维呢？举个例子：一个小球沿地面滚动并掉进了一个小洞中，在我们看来，小球是存在的，它还在洞里面，因为我们人类是“三维”的。而对于一个动物来说，它得出的结论就会是：小球已经不存在了！它消失了。为什么会得出这样的结论呢？因为它生活在“二维”世界里，对“三维”事件是无法清楚理解的。同样的道理，我们人类生活在“三维”世界里，对于比我们多几维的宇宙，也是很难理解清楚的。这也正是对于“宇宙是什么样子”这个问题无法解释清楚的原因。

    均匀的宇宙

    长期以来，人们相信地球是宇宙的中心。哥白尼把这个观点打破了，他认为太阳才是宇宙的中心。地球和其他行星都围绕着太阳转动，恒星则镶嵌在天球的最外层上。布鲁诺进一步认为，宇宙没有中心，恒星都是遥远的太阳。

    无论是托勒密的地心说还是哥白尼的日心说，都认为宇宙是有限的，教会也支持宇宙有限的论点。但是，布鲁诺居然敢说宇宙是无限的，这挑起了宇宙究竟有限还是无限的长期论战。这场论战并没有因为教会烧死布鲁诺而停下来。主张宇宙有限的人说：“宇宙怎么可能是无限的呢？”这个问题确实不容易说清楚。主张宇宙无限的人则反问：“宇宙怎么可能是有限的呢？”这个问题同样也不好回答。

    随着天文观测技术的发展，人们看到，确实像布鲁诺所说的那样，恒星是遥远的太阳。人们还进一步认识到，银河是由无数个太阳系组成的大星系。我们的太阳系处在银河系的边缘，围绕着银河系的中心旋转，转速大约每秒250千米，围绕银心转一圈约需2.5亿年。太阳系的直径充其量约1光年，而银河系的直径则高达10万光年。银河系由100多亿颗恒星组成，太阳系在银河系中的地位，就像一粒沙子处在北京城中。后来人们又发现，我们的银河系还与其他银河系组成更大的星系团，星系团的直径约为1000万光年。目前，望远镜观测距离已达100亿光年以上，在所见的范围内，有无数的星系团存在，这些星系团不再组成更大的团，而是均匀各向同性地分布着。这就是说，在107光年的尺度以下，物质是成团分布的。卫星绕着行星转动，行星、着星则绕着恒星转动，形成一个个太阳系。这些太阳系分别由一个、两个、三个或更多个太阳以及它们的行星组成。有两个太阳的称为双星系；有三个以上太阳的称为聚星系。成千上亿个太阳系聚集在一起，形成银河系，组成银河系的恒星（太阳系）都围绕着共同的重心一银心转动。无数的银河系组成星系团，团中的各银河系同样也围绕它们共同的重心转动。但是，星系团之间，不再有成团结构。各个星系团均匀地分布着，无规则地运动着。从我们地球上往四面八方看，情况都差不多。粗略地说，星系团有点像容器中的气体分子，均匀分布着，做着无规则运动。这就是说，在108光年（一亿光年）的尺度以上，宇宙中物质的分布不再是成团的，而是均匀分布的。

    由于光的传播需要时间，我们的距离年的星系，实际上是那个星系一亿光年以前的样子。所以，我们用望远镜看到的，不仅是空间距离遥远的星系，而且是它们的过去。从望远镜看，不管多远距离的星系团都均匀各向同性地分布着。因而我们可以认为宇观尺度上（105光年以上）物质分布的均匀状态，不是现在才有的，而是早已如此。

    于是，天体物理学家提出一条规律，即所谓宇宙学原理。这条原理说明，在宇观尺度上，三维空间在任何时刻都是均匀各向同性的。现在看来，宇宙学原理是对的。所有的星系都差不多，都有相似的演化历程。因此我们用望远镜看到的遥远星系，既是它们过去的形象，也是我们星系过去的形象。望远镜不仅在看空间，而且在看时间，在看我们的历史。

    有限而无边的宇宙

    爱因斯坦发表广义相对论后，考虑到万有引力比电磁力弱得多，不可能在分子、原子、原子核等研究中产生重要的影响，因而他把注意力放在了天体物理上。他认为，宇宙才是广义相对论大有用武之地的领域。

    爱因斯坦1915年发表广义相对论，1917年就提出了一个建立在广义相对论基础上的宇宙模型。这是一个人们完全意想不到的模型。在这个模型中，宇宙的三维空间是有限无边的，而且不随时间变化。以往人们认为，有限就是有边，无限就是无边。爱因斯坦把有限和有边这两个概念区分开来。

    一个长方形的桌面，有确定的长和宽，也有确定的面积，因而大小是有限的。同时它有明显的四条边，因此是有边的。如果有一个小甲虫在它上面爬，无论朝哪个方向爬，都会很快到达桌面的边缘，所以桌面是有限有边的二维空间。如果桌面向四面八方无限伸展，成为欧氏几何中的平面，3么，这个欧氏平面是无限无边的二维空间。

    我们再看一个篮球的表面，如果篮球的半径为么球面的面积是4-2，大小是有限的。但是，这个二维球面是无边的，假如有一个小甲虫在它上面爬，永远也不会走到尽头。所以，篮球面是一个有限无边的二维空间。

    按照宇宙学原理，在宇观尺度上，三维空间是均匀各向同性的。爱因斯坦认为，这样的三维空间必定是常曲率空间，也就是说空间各点的弯曲程度应该相同，即应该有相同的曲率。由于有物质存在，四维时空应该是弯曲的。三维空间也应是弯的而不应是平的。爱因斯坦觉得，这样的宇宙很可能是三维超球面。三维超球面不是通常的球体，而是二维球面的推广。通常的球体是有限有边的，体积是（4/3)，它的边就是二维球面。三维超球面是有限无边的，生活在其中的三维生物（例如我们人类就是有长、宽、高的三维生物）无论朝哪个方向前进均碰不到边。假如它一直朝北走，最终会从南边走回来。

    宇宙学原理还认为，三维空间的均匀各向同性是在任何时刻都保持的。爱因斯坦觉得其中最简单的情况就是静态宇宙，也就是说，不随时间变化的宇宙。这样的宇宙只要在某一时刻均匀各向同性，就永远保持均匀各向同性。

    爱因斯坦试图在三维空间均匀各向同性且不随时间变化的假定下，求解广义相对论的场方程。场方程非常复杂，而且需要知道初始条件（宇宙最初的情况）和边界条件(宇宙边缘处的情况）才能求解。本来，解这样的方程是十分困难的事情，但是爱因斯坦非常聪明，他设想宇宙是有限无边的，没有边自然就不需要边界条件。他又设想宇宙是静态的，现在和过去都一样，初始条件也就不需要了。再加上对称性的限制（要求三维空间均匀各向同性），场方程就变得好解多了。但即使这样还是得不出结果。反复思考后，爱因斯坦终于明白了求不出解的原因：广义相对论可以看做万有引力定律的推广，只包含“吸引效应”不包含“排斥效应”。而维持一个不随时间变化的宇宙，必须有排斥效应与吸引效应相平衡才行。这就是说，从广义相对论场方程不可能得出“静态”宇宙，要想得出静态宇宙，必须修改场方程。于是他在方程中增加了一个“排斥项”，叫做宇宙项。这样，爱因斯坦终于计算出了一个静态的、均匀各向性的、有限的宇宙。间大，于，宇宙是不随时间变化的，是有限无边的。看来，关于宇宙有限还是无限的争论似乎可以画上一个句号了。

    宇宙的“宇宙模型”之说

    几年之后，一个名不见经传的前苏联数学家弗利德曼，应用不加宇宙项的场方程，得到一个膨胀的或脉动的宇宙模型。弗利德曼宇宙在三维空间上也是均匀、各向同性的，但是，它不是静态的。这个宇宙模型随时间变化，分三种情况。第一种情况，三维空间的曲率是负的；第二种情况，三维空间的曲率为零，也就是说，三维空间是平直的；第三种情况，三维空间的曲率是正的。前两种情况，宇宙不停地膨胀；第三种情况，宇宙先膨胀，达到一个极大值后开始收缩，然后再膨胀，再收缩……因此第三种宇宙是脉动的。弗利德曼的宇宙模型最初发表在一个不太着名的杂志上。后来，西欧一些数学家、物理学家得到类似的宇宙模型。爱因斯坦得知这类膨胀或脉动的宇宙模型后，十分兴奋，他认为自己的模型不好，应该放弃，弗利德曼模型才是正确的宇宙模型。

    同时，爱因斯坦宣称，自己在广义相对论的场方程上加宇宙项是错误的，场方程不应该含有宇宙项，而应该是原来的老样子。但是，宇宙项就像“天方夜谭”中从瓶子里放出的魔鬼再也收不回去了。后人没有理睬爱因斯坦的意见，继续讨论宇宙项的意义。今天，广义相对论的场方程有两种，一种不含宇宙项，另一种含宇宙项，都在专家们的应用和研究中。

    早在1910年前后，天文学家就发现大多数星系的光谱有红移现象，个别星系的光谱还有紫移现象。这些现象可以用多普勒效应来解释。远离我们而去的光源发出的光，我们收到时会感到其频率降低，波长变长，并出现光谱线红移的现象，即光谱线向长波方向移动的现象。反之，向着我们迎面而来的光源，光谱线会向短波方向移动，出现紫移现象。这种现象与声音的多普勒效应相似。许多人都有过这样的感受：迎面而来的火车其鸣笛声特别尖锐刺耳，远离我们而去的火车其鸣笛声则明显迟钝。这就是声波的多普勒效应，迎面而来的声源发出的声波，我们感到其频率升高，远离我们而去的声源发出的声波，我们则感至U其频率降低。

    如果认为星系的红移、紫移是多普勒效应，那么大多数星系都在远离我们，只有个别星系向我们靠近。随之进行的研究表明，那些个别向我们靠近的紫移星系，都在我们的本星系团中我们银河系所在的星系团被称为本星系团。本星系团中的星系，多数红移，少数紫移；而其他星系团中的星系就全是红移。

    1929年，美国天文学家哈勃总结了当时的一些观测数据，提出一条经验规律，河外星系（即我们银河系之外的其他银河系）的红移大小正比于它们离开我们银河系中心的距离。由于多普勒效应的红移量与光源的速度成正比，所以，上述定律又表述为河外星系的退行速度与它们离我们的距离成正比：式中V是河外星系的退行速度，D是它们到我们银河系中心的距离。这个定律被称为哈勃定律，比例常数被称为哈勃常数。按照哈勃定律，所有的河外星系都在远离我们，而且，离我们越远的河外星系，逃离得越快。

    哈勃定律反映的规律与宇宙膨胀理论正好相符。个别星系的紫移可以这样解释：本星系团内部各星系要围绕它们的共同重心转动，因此总会有少数星系在一定时间内向我们的银河系靠近。这种紫移现象与整体的宇宙膨胀无关。

    哈勃定律大大支持了弗利德曼的宇宙模型。不过，如果查看一下当年哈勃得出定律时所用的数据图，人们会感到惊讶。在距离与红移量的关系图中，哈勃标出的点并不集中在一条直线附近，而是比较分散的。哈勃怎么敢于断定这些点应该描绘成一条直线呢？一个可能的答案是，哈勃抓住了规律的本质，抛开了细节；另一个可能是，哈勃已经知道当时的宇宙膨胀理论，所以大胆认为自己的观测与该理论一致。以后的观测数据越来越精，数据图中的点也越来越集中在直线附近，哈勃定律终于被大量实验观测证实。

    宇宙到底有限还是无限

    现在，我们又回到前面的话题，宇宙到底有限还是无限？有边还是无边？对此，我们从广义相对论、宇宙大爆炸模型和天文观测的角度来探讨这一问题。

    满足宇宙学原理（三维空间均匀各向同性）的宇宙肯定是无边的。但是否有限，却要分三种情况来讨论。如果三维空间的曲率是正的，目卩么宇宙将是有限无边的。不过，它不同于爱因斯坦的有限无边的静态宇宙，这个宇宙是动态的，随时间变化不断地脉动，不可能静止。这个宇宙从空间体积无限小的奇点开始爆炸、膨胀。此奇点的物质密度无限大、温度无限高、空间曲率无限大、四维时空曲率也无限大。在膨胀过程中宇宙的温度逐渐降低，物质密度、空间曲率和时空曲率都逐渐减小。体积膨胀到一个最大值后，将转为收缩。在收缩过程中，温度重新升高，物质密度、空间曲率和时空曲率逐渐增大，最后到达一个新奇点。许多人认为，这个宇宙在到达新奇点之后将重新开始膨胀。显然，这个宇宙的体积是有限的，这是一个脉动的、有限无边的宇宙。

    如果三维空间的曲率为零，也就是说，三维空间是平直的（宇宙中有物质存在，四维时空是弯曲的），那么这个宇宙一开始就具有无限大的三维体积，这个初始的无限大三维体积是奇异的（即“无穷大”的奇点）。大爆炸就从这个“无穷大”奇点开始，爆炸不是发生在初始三维空间中的某一点，而是发生在初始三维空间的每一点，即大爆炸发生在整个“无穷大”奇点上。这个“无穷大”奇点，温度无限高、密度无限大、时空曲率也无限大（三维空间曲率为零）。爆炸发生后，整个“奇点”开始膨胀，成为正常的非奇异时空，温度、密度和时空曲率都逐渐降低，这个过程将永远地进行下去。这是一幅不大容易理解的景象：一个无穷大的体积在不断地膨胀。显然，这种宇宙是无限的，它是一个无限无边的宇宙。

    三维空间曲率为负的情况与三维空间曲率为零的情况比较相似。宇宙一开始就有无穷大的三维体积，这个初始体积也是奇异的，即三维“无穷大”奇点。它的温度、密度无限高，三维、四维曲率都无限大。大爆炸发生在整个，爆炸，限大的远膨胀去，度、度曲都将逐渐降下来。这也是一个无限的宇宙，确切地说是无限无边的宇宙。

    那么，我们的宇宙到底属于上述三种情况的哪一种呢？我们宇宙的空间曲率到底为正、为负还是为零呢？这个问题要由观测来决定。

    广义相对论的研究表明，宇宙中的物质存在一个临界密度pc，大约是每立方米三个核子（质子或中子）。如果我们宇宙中物质的密度，则三维空间曲率为正，宇宙是有限无边的；如果，则三维空间曲率为负，宇宙是无限无边的。因此，观测宇宙中物质的平均密度，可以判定我们的宇宙究竟属于哪究有限是限。

    此外，还有另一个判据，目卩就是减速因子。河外星系的红移反映的膨胀是减速膨胀，也就是说，河外星系远离我们的速度在不断减小。从减速的快慢，也可以判定宇宙的类型。如果减速因子？三维空间曲率将是正的，宇宙膨胀到一定程度将收缩；如果，三维空间曲率为零，宇宙将永远膨胀下去；如果，三维空间曲率将是负的，宇宙也将永远膨胀下去。

    下表列出了有关的情况：

    我们有了两个判据，可以决定我们的宇宙究竟属于哪一种了。观测结果表明，我们宇宙的空间曲率为负，是无限无边的宇宙，将永远膨胀下去！

    不幸的是，减速因子观测给出了相反的结果1/2这表明我们宇宙空间曲率为正，宇宙是有限无边的，脉动的。膨胀到一定程度会收缩回来。哪一种结论正确呢？有些人倾向于认为减速因子的观测更可靠，推测宇宙中可能有某些暗物质被忽略了，如果找到这些暗物质，就会发现P实际上是的；另一些人则持相反的看法；还有一些人认为，两种观测方式虽然结论相反，但得到的空间曲率都与零相差不大，可能宇宙的空间曲率就是零。然而，要统一大家的认识，还需要进一步的实验观测和理论推敲。今天，我们仍然不能肯定宇宙究竟是有限还是无限，只能肯定宇宙无边，而且现在正在膨胀！此外，还知道膨胀开始于100亿~200亿年以前，这就是说，我们的宇宙起源于100亿~200亿年以前。

    宇宙巨壁和宇宙巨洞

    20世纪70年代以前，人们普遍认为大尺度宇宙物质分布是均匀的，星系团均匀地散布在宇宙空间。然而，近年来天文研究的进步改变了人们的认识。人们发现，宇宙在大尺度范围内也是有结构的。

    20世纪50年代，沃库勒首先提出包括我们银河系所属的本星系群在内的本超星系团。近年来，已先后发现十几个超星系团。星系团像一些珠子，被一些孤立的星系串在一起，形成超星系团。最大的超星系团的长度超过10亿光年。1978年，在发现A1367超星系团的同时发现了一个巨洞，其中几乎没有星系。不久，又在牧夫座发现一个直径达2.5亿光年的巨洞，巨洞里有一些暗的矮星系。巨洞和超星系团的存在表明，宇宙的结构好像肥皂泡沫那样由许多巨洞组成。星系、星系团和超星系团位于“泡沫巨洞”的“壁”上，把巨洞隔离开来。1986年，美国天文学家的研究结果表明，这些星系似乎拥挤在一条杂乱相连的不规则的环形周界上，像是附着在巨大的泡沫壁上，周界的跨度约50兆秒差距。后来他们的研究又得到进一步的发展。他们指出：宇宙存在着尺度约达50兆秒差距的低密度的宇宙巨洞及高密度的星系巨壁，在他们所研究的天区存在一个星系巨壁，壁10兆距，60兆距，度5兆距。

    星系巨壁（也称宇宙长城或宇宙巨壁）和宇宙巨洞是怎样产生的呢？人们认为应从宇宙早期找原因，在宇宙诞生后不长时期内，虽然宇宙是均匀的，但各种尺度的密度起伏仍然是存在的，有的起伏被抑制了，有的起伏得以发现，被引力放大成现在所观测到的大尺度结构。

    暗物质之谜

    不少天文学家认为宇宙中有90%以上的物质是以暗物质形式隐蔽着的。有什么事实和现象表明宇宙中存在暗物质？

    早在20世纪30年代，荷兰天文学家奥尔特就注意到，为了说明恒星来回穿越银道面的运动，银河系圆盘中必须有占银河系总质量的的暗物质存在。20世纪70年代，一些天文学家的研究证明星系的主要质量并不集中在星系的核心，而是均匀地分布在整个星系中。这就暗示人们，在星系晕中一定存在着大量看不见的暗物质。这些暗物质是些什么呢？

    科学家们认为，暗物质中有少量是所谓的重子物质，如极暗的褐矮星，质量为木星30~80倍的大行星，恒星残骸、小黑洞、星系际物质等。它们与可见物质一样，虽然也是由质子、中子和电子等组成的物质，但很难用一般光学望远镜观测到它们。相对而言，绝大部分暗物质是非重子物质，它们都是些具有特异性能的、质量很小的基本粒子，如中微子、轴子及探讨中的引力微子、希格斯微子、光微子等。

    怎样才能探测到这些暗物质呢？科学家做了许多努力。对于重子暗物质，他们重点探测存在于星系晕中的暗天体，它们被叫做大质量致密晕天体。1993年，由美澳等国天文学家组成的三个天文研究小组开始了寻找致密晕天体的研究工作。截至1996年，他们报告说已找到7个这样的天体。它们的质量从1/10个太阳质量到1个太阳质量不等。有的天文学家认为这些天体可能是白矮星、红矮星、褐矮星、木星大小的天体、中子星以及小黑洞，也有人认为银河系中50%的暗物质可能是核燃料耗尽的死星。

    关于非重子物质，人们现在尚未观测到这些幽灵般的粒子存在的证据。

    近年来对中微子质量的测量取得了一些新结果。1994年美国物理学家怀特领导的物理学小组测量出中微子质量在0.5~5电子伏（1电子伏等1.7827X10-36千克)，在每一立方米的空间中约有350亿个中微子。如果是这样的话，那么宇宙中全部中微子的总质量要比所有已知星系质量的总和还要大。

    到目前为止，宇宙中暗物质的问题仍是未解之谜。

    宇宙中的“反物质”

    我们都知道，目前人类观测到的世界是由物质构成的，而物质又是由原子构成的。原子的中心是原子核，原子核是由质子和中子组成的，电子在围绕原子转。原子核里的质子带正电荷，电子带负电荷，它们携带的电量相等。从它们的质量比较上看，质子是电子的1840倍，形成了强烈的不对称性。因此，20世纪初有一些科学家就提出疑问，两者相差这么悬殊，会不会存在另外一种粒子，这种粒子与基本粒子电量相等而电荷相反？

    1978年8月，欧洲一些物理学家成功地分离了300个反质子并储存了长达85个小时。1978年，美国新墨西哥州州立大学的科学家把一个有60层楼高的巨大氢气球放到离地面35千米的高空，气球飞行了8个小时后，他们宣布捕获了28个反质子。从此，人们开始相信，每种粒子都有相应的反粒子。目前，科学家利用高能加速器已制造出了反核和反核。

    既然有反粒子的存在，人们很自然地联想到反氢分子、反元素、反，反物质世界。有人进一步提出假说：宇宙是由等量的物质和反物质构成的。

    如果真有反物质世界，目卩么，它只有不与物质会合才能存在。可物质和反物质怎样才能不会合呢？怎样才能判断出宇宙中哪些天体是物质，哪些是反物质呢？为什么我们所知道的世界中反物质会这么少？这些都是留待人们去解开的谜团。

    宇宙的尽头在哪儿

    宇宙是无限的吗？如何理解这种无限呢？宇宙是有限的吗？那么宇宙的尽头又在哪里呢？类似这种问题长久以来一直困扰着人类。随着科学的发展，人类认识宇宙的范围越来越大，那么现在我们是否能够找到宇宙的尽头呢？科学家们都在进行着各自的探索。

    当观测天体的时候，人们发现它的谱线不是在标准波长的位置上。所有谱线的波长都加长了，这表明谱线向红端移动，这种现象叫做谱线红移，它是由多普勒效应引起的。当天体或观测者运动时，天体发出的光和电波的波长就会发生。天向着观测运动，B：不断缩短，波长就会变短；天体背离观测者运动，距离不断加长，就会观测到波长加长的现象。天体谱线红移表明天体背离我们向远方运动。

    如果我们用“Z”表示红移的程度，目卩么在地球上观测时，红移为“Z”的天体发出的光和电波波长就变成原波长的倍。例如在红移为4的天体中，氢原子发出的波长为1216埃的紫外线，而在地球上观测到的波长却是6080埃的红光，变成了眼睛可以观察到的可见光了。

    按照多普勒效应，背离速度越大，红移也就越大。于是就可以根据红移求出天体离开我门的速度。

    如果用光谱分析法分析来自天体的光，就能够检出氢(氧、碳等原子发出的特定的、经过红移之后的波长。由此可以计算出这些特定波长发生红移的程度。按照多普勒效应，天体红移意味着宇宙在膨胀，广义相对论的引力场方程也有“膨胀的宇宙学”的解，于是形成了“宇宙膨胀论”。还有一些人提出了其他形式的宇宙论，如“稳恒态宇宙论”等。这些宇宙论也都主张宇宙膨胀。采用把红移换算成距离的方法，求得天体到地球的距离，随着所采用的宇宙模型不同而各不相同。

    确定了宇宙模型，还应当利用观测求出用哈勃常数表示的现在宇宙膨胀速度和用“减速参量”表示的宇宙膨胀减速率。按照宇宙诞生之后就急速膨胀的宇宙模型，假定哈勃常数为50千米/100万秒差距（1秒差距约为3.26光年），“减速参量”为0.5，可以计算出宇宙的年龄为130亿年，即地球到宇宙的“尽头”的距离从理论上来说应是130亿光年。

    1988年8月美国约翰斯·霍普金斯大学的钱伯斯和宇宙望远镜科学研究所的乔治斯·麦里发现了编号为4G41.17的天体，随后美国基特山顶的国立天文台对它进行了摄影和光谱观测。

    对氢原子和碳原子发射光谱测定的结果表明4G41.17就是红移为3.8的天体，根据前面的模型，这天离地是11年。以0902+34的天离地最近，它到地球的距离是115亿光年。专家们认为4G41.17便是目前所能够的宇宙的难以想象的天文C二“尽头”。

    此外，还要考虑到光和电波以每秒约30万千米的速度传播。离地球117亿光年的4G41.17发出的光和电波经过了117亿年才达到地球。因此我们看到的是117亿年前的4G41.17的雄姿。这样我们不仅观测到了“远方的宇宙”，而且也观测到了“昔日的宇宙”。

    钱伯斯的观测清楚地表明了，在宇宙诞生13亿年后就有星系形成了。

    在宇宙中被称为“黑暗物质”的粒子是很多的，它们占据了宇宙质量的绝大部分。质子和中子等重子统称为基本粒子，在“黑暗物质”密度非常高的地方凝缩起来就形成了星系。这就是星系形成的“背景模型”。根据“背景模型”，宇宙诞生13亿年之后，就有星系形成了。数年前人们观测到了红移为0.5(距地球60亿光年的星系，为了寻找更远的天体，人们又建立了多台直径为4米的大型望远镜，接着又开发了红外线摄像机和CCD(电荷耦合器件）摄像机等新技术。这为发现新的、距地球更远的星系提供了可能性。红移为7，也就是距地球大约125亿光年的星系很可能在不久的将来被观测到。如果发现了那样的星系，就说明宇宙诞生后仅5亿年，星系就形成了。

    然而经过各种努力，仍然不能发现比120亿年更早形成的星系，也是宇宙诞生10年生的大量“宇宙尘”使人们无法看见已经形成的星系。

    无论如何，人们总是想找到宇宙的“尽头”。随着观测技术进一步提高，观测比4G41.17更远的天体，精密地求出其气体的化学组成将成为可能。这为进一步了解这些天体的形成过程创造了条件，从而也就可以更准确地推算出宇宙的年龄和宇宙早期形成的情况。也许终有一天，人们将找到真正的宇宙的“尽头”！

    宇宙中的不明冷暗物质

    一个由来自中国科学院高能物理研究所、清华大学中国原子能研究院等9家单位近25名专家组成的合作小组已经成立，他们将在我国开展一项目前世界天体与粒子物理及宇宙科学界高度重视的最热门的课题研究：追踪一种可能是宇宙早期爆炸后遗留至今的弱作用重粒子一超对称粒子。

    曾任该项目合作组中方首席科学家、中国科学院高能物理研究所研究员戴长江说：“一旦经过科学的重复证实这种弱作用重粒子确实存在，将极大地支持超对称粒子模型。不管最终结果如何，对这种新粒子的寻找对于粒子物理、天体物理及宇宙学的发展者卩具有重大的科学意义。”

    冷暗物质之谜

    从原子物理到原子核物理，再到今天的粒子物理，物理学的日臻完善已经能够很好地解释许多诸如复杂的天体运动本质的自然现象。宇宙学模型认为，宇宙大爆炸后经历了超高能、高能、低能过程，对应的物理规律也符合大统一、弱电统一和量子色动力学，宇宙大爆炸及其演化所产生的粒子均遵循这些规律。

    然而，在宇宙中还可能存在着一些弱作用冷暗物质粒子，它们的形成及运动规律是现有粒子物理模型所不能解释的，于是科学家们又提出了超对称粒子物。

    现代天文观测和爆炸宇宙论的研究表明，宇宙中的物质绝大多数是暗物质，而暗物质中大多数是由冷暗物质粒子组成的非重子暗物质，现在普遍的看法认为，这种冷暗物质粒子在宇宙中的含量超过20%。

    戴长江研究员介绍说，尽管目前实验室还不能对这种新物理模型假说提供有力的证据，但超对称粒子物理模型能很好地解释某些宇宙现象是毋庸置疑的，例如，宇宙螺旋星系中星云旋转速度几乎不随星云盘径向的距离改变以及在星系空间气体辐射的X射线观测中发现的气体平均速度大于其逃逸速度都能从中得到解释。

    自1985年以来，宇宙中暗物质的研究已成为天体物理、粒子物理和宇宙学的交叉热点，其中对冷暗物质粒子一超对称粒子的观测研究是当今非加速器物理实验最热门的课题之一。

    冷暗物质之争

    美国、法国、日本等科技大国的物理学家正在夜以继日地观测研究宇宙冷暗物质，如西欧核子中心（LSC)正在建造一个大型超高能粒子加速器，以捕捉和观测宇宙中可能存在的超对称粒子。

    与此同时，一个目标相同但采取自然观测以降氏实验成本的科研小组在经过600天的观测后，已经得到了能够证实超对称粒子确实存在的初步证据，这个科研小组由意大利罗马大学牵头，中国科学院高能物理研究所由于在实验方法技巧、数据系统处理、电子插件研制等方面具有优势1992年在法籍华人陶嘉琳女士的促成下成为重要合作单位之。

    该科研小组研制了100千克放射性很低的碘化钠晶体阵列用于在自然界直接寻找相互作用极弱的超对称粒子。为了防止宇宙线的干扰，他们将实验设备安装在意大利格朗萨索国家实验室中，这个实验室位于岩层厚度达1000米的阿尔卑斯山脉下的一个山洞中，可以很好地屏蔽宇宙线。

    在对1996-1999年累计达600天的有效实验数据进行分析后，该实验小组获得了3个周期的年调制效应，显着性近4倍标准偏差，种种迹象表明，宇宙中可能存在超对称粒子。他们甚至还估计出了这种超对称粒子的质量和流强上限。

    正如美国南卡罗来纳大学的物理学家弗兰克·阿维尼奥内所评说的：“如果这一发现属实，目卩么它无疑是具有诺贝尔奖水平的。”当意中科研小组对外公开他们的发现时，在科学界引起了轩然大。

    目前，美国斯坦福大学的物理学家们对外宣称，他们也进行了一项捕获宇宙中弱作用重粒子的实验，“但结果可能与意中科研小组的研究成果相抵触”。在随后举行的第四届宇宙暗物质来源及探测国际研讨会上，意大利罗马大学的科学家代表驳斥了斯坦福大学的结论，认为“两项实验之间存在的实质性区别以及弱作用重粒子的未知属性可能意味着我们也许最终会发现两项实验的结果都是正确的”。

    冷暗物质之梦

    戴长江研究员这样描述这种未知的超对称粒子：质量至少是质子的50倍，由于和其他物质发生相互作用的概率很低，能够几乎不留痕迹地经过其他物质。

    他说：“我们现在要和时间赛跑，和世界上众多的科研机构竞争，一旦证实宇宙中真的存在这种用常规方法观测不到的冷暗物质粒子，对爆炸宇宙学模型和超对称粒子物理模型将是一个强烈的支持，也就把我们对客观规律的认识大大向前推进了一步”。

    由于这种冷暗物质粒子具有弱作用的特性，因此要在实验室里记录和捕捉它极其困难。戴长江研究员介绍说，目前，科学界一般用两种方法来探测它，一是间接法，采用地下大型的中微子探测器或空间磁谱仪等规模大、接收度高的设备，通过探测正反超对称粒子湮灭所产生的次级粒子来确认，但此法由于中间过程多，待定参数也多，较难获得准确的观测结果；二是直接法，即直接探测超对称粒子经过实验晶体阵列时留下的极其微弱的作用，此法由于成功的概率很低，因此需要研制相当规模的高灵敏度的探测系统和开发相应的实验技术方法。

    据了解，目前意中科研小组已将用于记录超对称粒子弱作用的碘化钠晶体阵列由100千克扩大为250千克，仍由两国合作继续日夜不停地观测。

    揭秘宇宙的黑洞

    晴朗的夜晚人们常常遥望星空，那些亮晶晶的小星星看起来没有什么个性，它们存在的唯一证明只是它们的光亮。然而还有不发出亮光的星体，它们存在的意义更为重大。

    美国宇航局曾经发射了高能的天文观测系统，以研究太空中看不见的光线。

    在发回的X射线宇宙照片中，最惊人的一幕是那些从前被认为“消失”了的星体依日放出强烈的宇宙射线，远甚于太阳这样的恒星体。这证明了长久以来一个怪异的设想：宇宙中存在着看不见的“黑洞”。

    黑洞的性质不能用常规的观念思考，但是它的原理中学生都能接受。黑洞形成的必要条件就是：一个巨大的物体，集中在一个极小的范围。晚期的恒星恰巧具备了这个条件。当恒星能量衰竭时，高温的火焰不能抵消自身重力，逐渐向内聚合，原子收缩一牛顿法则起作用了：恒星进人白矮星阶段，体积变小，亮度惊人。白矮星进一步内聚，最后突然变成一个点，整个过程不到一秒钟。在我们看来便是，恒星消失了，一个黑洞诞生了。

    一个像太阳这样大的恒星自身引力如此之大，最终可能收缩成一个高尔夫球，甚至“什么都没有”。由于无限大的密度，崩坍了的星体具有不可思议的引力，附近的物质都可能被吸进去，甚至光线都不能逃脱一这就是我们看不见它的原因。这个深不可测的洞就被称为“黑洞”。科学家相信大多数星系的中心都有黑洞，包括我们身在其中的银河系。根据相对论，90%的宇宙都消失在黑洞里。所以一种更令人吃惊的说法是：“无限的黑洞乃是宇宙本身。”

    黑洞里面有什么只能从理论上推测。假如一位勇敢的人驾驶飞船奔向黑洞，他感觉至的第一件事就是无情的引力。从窗口望出去是周围星光衬托下一个平底锅似的圆盘，走得更近了，远方似乎是宽广的“地平线”发出的X光包围着深不可测的黑洞。光线在附近扭曲，形成一个光环。这时宇航员要返航已来不及了，双脚引着他向黑洞中心飞去，头和脚之间巨大的引力差使他如同坐在刑具台上，远在“地平线”以外3000英里(约4828千米），引力就把他撕碎了。

    那么，怎么才能在无际的太空中发现黑洞呢？天文学家利用光学望远镜和X射线观察装置密切地注视着几十个“双子”星座，它们的特别之处在于两个恒星大小相等，谁都不能俘获谁，因而互轨道运转。如果其中一颗星发生不规则的轨道变化，亮度降低或消失，有可能就是因为附近产生了黑洞。

    人类为探索黑洞付出了不懈努力。最为成功的一次是在肯尼亚发射的被称作“乌胡鲁”的第一颗X射线卫星观测系统，这个装置在发射后运行3个月就感到天鹅星座的异常。天鹅座X-1星发出的“无线电波”使得人们可以准确地测定它的位置。X-1星比太阳大20倍，离地球8000光年。研究表明这颗亮星的轨道发生了改变，原因在于它的看不见的邻居——个有太阳5至10倍大的黑洞，它围绕X-1旋转的周期是5天，它们之间的距离是1300万英里（约20921472千米）。这是人类确定的最早的一颗黑洞。

    自哥白尼和伽利略以来，还没有一个关于宇宙的理论具有如此的革命性。黑洞的普遍性一旦证实，那么“宇宙不仅比我们所想象的神秘，而且比我们所能想象的还要神秘”。我们知道宇宙处于不断地扩张中，这是“宇宙核”初始爆炸的结果，宇宙核仍是一切物质的来源。当那里的物质越来越稀薄时，宇宙是否停止扩张？天体的巨大引力是否最终引起宇宙收缩？相对论回答：是的。黑洞的存在部分地证实了它的预言。即使宇宙不会消失在一个黑洞中，也可能会消失在几百万个黑洞中。另夕卜，彻底揭开黑洞之谜，还意味着给予有关人类终极命运的思索一个明确的答案。

    揭秘宇宙中的星云

    当我们提到宇宙空间时，我们往往会想到那里是一无所有的、黑暗寂静的真空。其实，这不完全对。恒星之间广阔无垠的空间也许是寂静的，但远不是真正的“真空”，而是存在着各种各样的物质。这些物质包括星际气体、尘埃和粒子流等，人们把它们叫做“星际物质”。

    星际物质与天体的演化有着密切的联系。观测证实，星际气体主要由氢和氦两种元素构成，这跟恒星的成分是一样的。人们甚至猜想，恒星是由星际气体“凝结”而成的。星际尘埃是一些很小的固态物质，成分包括碳合物、氧物。

    星际物质在宇宙空间的分布并不均匀。在引力作用下，某些地方的气体和尘埃可能因相互吸引而密集起来形成云雾状。人们形象地把它们叫做“星云”。按照形态，银河系中的星云可以分为弥漫星云、行星状星云等几种。

    弥漫星云正如它的名称一样，没有明显的边界，常常呈不规则形状。它们的直径在几十光年左右，平均密度为每立方厘米10-100个原子（事实上这比实验室里得到的真空密度要低得多）。它们主要分布在银道面附近。比较着名的弥漫星云有猎户座大星云、马头星云等。

    行星状星云的样子有点像喷吐的烟圈，中心是空的，而且往往伴有一颗很亮的恒星。恒星不断向外抛射物质，形成星云。可见，行星状星云是恒星晚年演化的结果。比较着名的有宝瓶座螺旋星云和天琴座环状星云。

    这些星云是宇宙中的重要组成部分，我们研究天体的时候，可千万不要忽略了它们的存在啊。

    关于宇宙大爆炸

    随着人类飞天梦的实现和航天事业的发展，人们对宇宙的认识越来越深刻，太空中那些神秘的星球也一天天露出它们的真实面目。然而，浩瀚的宇宙实在是太神秘了，

    它仍然深藏着无数目前人类科学还无法破解的奥秘和神奇。在这些宇宙的未解之谜中，首先，人类要面对的就是宇宙是怎么来的，后来又是如何演化的问题。

    人们对此有种种说法。

    在20世纪20年代，比利时天文学家勒梅特曾经提出了一个十分有趣的理论，他认为宇宙的物质和能量最初是被包裹在“宇宙蛋”内的，后来这个“宇宙蛋”爆炸破碎并急剧膨胀，便形成了今天这样的结果。

    在20世纪40年代，美籍俄罗斯人天体物理学家伽莫夫对勒梅特的理论非常赞赏，他十分同意这个理论，并把它称作“宇宙大爆炸”理论。

    伽莫夫对这一理论进行了深人的研究，给我们描绘了混沌之初的情景，也就是大爆炸后的景象。他说大爆炸发生后，宇宙间混沌迷蒙一片，无数的物质在飘动着，有大有小，大的物质块把数不清的小块物质吸附到自己身上，慢慢地成为一体，这便成了后来的星球……

    伽莫夫还预言对大爆炸遗迹的观测应该对应一个温度为-268°C的宇宙背景辐射。由于当时伽莫夫的说法并没得到科学的论证，所以很少有人相信他的理论。

    1964年，美国研究者鲍勃·迪克试图用科学方法论证宇宙大爆炸的存在。他认为，宇宙大爆炸即将发生前，宇宙中所有的物质和能量被压缩在一个很小的空间，所以温度很高，高达几万亿摄氏度。随着宇宙的爆炸膨胀，温度不断降低。尽管宇宙不断冷却，大爆炸的强大闪光所发出的光波却连绵不断，永久存在。今天，它们是以很长的射电波的形式而存在着的。迪克和他的研究组设计了一种喇叭形的天线，以此来测试宇宙大爆炸后残留在天空的辐射。后来，美国贝尔实验室的两名科学家也参与了这一行动。

    经过艰苦的测试和细致的数据分析，1965年，科学家们宣称他们接收到了来自天空的宇宙大爆炸的残留辐射。十几年后，这个发现获得了诺贝尔奖，被科学界认定为“人类在宇宙学研究上的巨大突破”。

    在这次行动中，科学家们还意外地发现了宇宙背景辐射的温度，这个温度接近于伽莫夫预言的温度，这为“宇宙大爆炸”理论又提供了一个证据。

    1989年，科学家用宇宙背景探测器再次探测到宇宙中的射电波，它更加证明了“宇宙大爆炸”理论的可靠性。

    尽管“宇宙大爆炸”理论被证明具有很大的合理性，但是，能不能在实验室内演示一下宇宙大爆炸的演变过程，这可是一个大胆的、有趣的设想。

    20世纪80年代末，欧洲的一些科学家在巨大的正负电子对撞机上进行了尝试。实验的初步结果表明，

    200亿年前发生的大爆炸过程中，许多自然界不存在的且寿命极短的粒子曾经诞生，并在极短时间内形成恒星和星云物质。

    尽管目前科学界普遍认可“宇宙大爆炸”理论，但还有许多问题用这个理论无法解释清楚，例如，宇宙之初的大爆炸到底是由什么引起的，而后，宇宙又用怎样神奇的方式形成了今天的宇宙，作为宇宙大爆炸产生的后果，我们现在这个宇宙最后的归宿在哪里……这一切仍然在探索之中。

    美国国家科学院天文学调研委员会对“宇宙大爆炸”理论曾这样评价：“现在所掌握的资料尚不精确，对它们的解释或许还有许多问题，这个理论还有待于人们对它的进一步验证。”

    来自太空的石头

    陨石是坠落地面的流星体残余。一般认为，它的重要来源是着星和小行星。它可分为三大类：

    (1)陨石，这是各类陨石的统称。有时为区别起见，称为石陨石。多数石陨石中到处可见到很小的球状颗粒，直径一般从零点几毫米到几毫米，由于它们是在特殊条件下形成的，其结构也是前所未见的。这种球状颗粒结构在地球上的岩石内还没有见到过。含球状颗粒结构的石陨石中，球粒陨石约占84%。世界最大的石陨石于1976年3月8日降落在中国吉林省，在已收集到的100多块陨石碎片中，最重的一块约1770千克。

    (2)陨铁，或称铁陨石，几乎全部都是由铁和镍等金属元素组成，譬如铁占90%左右，镍占5%~8%，或更多些。世界上已知的最大的陨铁仍在降落原地，即非洲纳米比亚南部，质量约60吨。名列世界第三的中国“新疆大陨铁”，质量约30吨。

    (3)陨铁石，或称石铁陨石，是介于陨石和陨铁之间的一种陨石，大体上由铁、镍等金属和硅酸盐各半组成。这类陨石比较少见。

    据估计，每年大约有千万颗陨石降落到地球上来，其中大部分落到了荒无人烟的地方或江河湖海里去了，只有很少一部分被人们找到。人们在接待这些“宇宙来客”之时，不禁发问：这些神秘的天外来客的故乡究竟在哪里？

    大多数人认为，陨石的故乡是在太阳系的小行星带上。小行星沿着椭圆形的轨道围绕太阳运行，当它们接近地球时，有些便告别了家乡，前来拜访地球。1947年2月12日上午10时左右，一块巨大的陨石落在了符拉迪沃斯托克北面的锡霍特斯·阿林山脉上。考察队员根据陨石坠落的方向和角度，推测出了这颗陨石进人地球大气层时的轨道是细长的椭圆形，近日点在火星和木星的轨道之间，远日点在地球内侧。所有这一切说明这颗陨石的轨道与小行星的轨道是一致的。因此可以说，这颗陨石的前身是小行星。1959年4月7日晚，落在捷克斯洛伐克布拉格市附近菲拉布拉姆镇的那颗陨石，科学家们根据它下落的方向和速度，也推测出了它来自于小行星。1970年，降落在美国俄克拉荷马州北部的罗斯特西底的一颗陨石，根据它的运行轨道，也证明它是一颗小行星。

    与此同时，也有人认为，陨石是由着星转变而来的。因为有些着星只有着核，没有着发和着尾，这就很难与小行星分辨了。日本东京大学的古在山秀博士就认为，最早发现的小行星伊卡鲁斯很可能就是由着星转变来的。有人还就小行星和陨石的结构进行分析，发现它们的物质构成是相同的。

    就在人们对陨石的故乡进行寻找的同时，人们在陨石当中发现了金刚石。我们知道，金刚石是一种比较坚硬的矿物，没有高气压是难以形成的。那么，陨石里为什么会有金刚石呢？

    前苏联地质学家尤里斯·波尔卡诺夫认为，要想形成金刚石，陨石的母体应该有月亮目卩么大才行。因为碳元素是构成金刚石的重要物质，要使碳元素变成金刚石，至少也需要两三万个大气压。月亮的半径是1700千米，它的中心部位的压力可达四五万个大气压。由此看来，陨石母体如果小于月亮是很难形成金刚石的。

    关于陨石中金刚石的成因，还有另一种说法，认为是在陨石与地球相撞时形成的。在美国西部亚利U卩州科科尼诺县，有个举世瞩目的巴林杰陨石坑，人们在这个陨石坑的边缘找到了含金刚石的陨石。

    有，这金刚石的陨石能是在陨石与地球相撞时所产生的冲击力的压力下形成的。只要这种冲击力足够大，就可能形成金刚石。在这种情况下，陨石母体没有月亮目卩么大也就无关紧要了。

    除了以上两种着名观点之外，还有一种观点认为，陨石在空间飘荡的时候，与其他陨石相撞，在足够的冲击力下产生了金刚石。

    美丽的流星

    人们把沿椭圆轨道绕太阳运行的行星际空间尘埃和固体块称为流星体，而把它们闯人地球大气层与大气摩擦燃烧产生的光迹称为流星。流星通常被分为偶现流星和流星群。人们把肉眼观察到的流星在天球上的发光点的位置称为流星的出现点，其发光的最终点的位置称为流星的消失点，从出现点到消失点所经过的路径称为流星路径。亮度大于金星的流星称为火流星，有的火流星甚至白昼可见。

    那些充满了神秘色彩的诡奇壮丽的流星，常常被认为是“天外来客”。然而，深人分析可以发现，许多流星也可能是电离层或辐射带中的尘埃等离子体发生辐射复合的一种现象。

    观测表明，大部分流星在离地面130~1010千米时开始发光，而这恰恰是电离层中存在较高密度的金属离子的高度。另外，很多流星陨落时伴随“有声如雷”的现象。如清穆宗同治十二年六月十三（1873年7月7日）夜，有流星光芒照地，坠于西南，其声如雷。清德宗光绪三十年（1904年）有大星如斗，自东而西，有声如雷随之。类似记载极为丰富。“有声如雷”正是等离子体复合放能使空气振动而形成的。

    值得注意的是，不仅古籍中记载了许多流星出现时“有声如雷”的现象，现代人也听到过流星发出的种种不同的声音。1973年8月10日苏联鄂木斯克省漆黑的夜空中突然闪出一道白色的电光，照得四周亮如白昼，在流星飞行的15~18秒钟期间，一直可以听见嘈杂的响声，好像一只巨大的鹫鹰从高空中猛扑下来。

    目击者们对于流星之声的描述是形形色色、千奇百怪，诸如嗡嗡声、沙沙声、啾啾声、辘辘声、剌剌声、淙淙声，子弹、炮弹、火箭飞过时的啸声，惊鸟飞起时的扑棱声，群鸟起飞时的拍翅声，火药燃烧时的嘛嘛声……。研究者给这种流星起了一个确切的名字：电声流星。

    雷声和其他各种各样的“电声”正是等离子体复合放能使空气振动导致的。不同的声音显示了不同的离子成分和不同的电场状况。

    流星中有一种被称为“火流星”，如1962年7月3日晚9时15分左右，在我国北京地区上空出现了一个大火球，由东向西飞驰。火球头部如一个白炽的圆球，不断向四周喷溅出金色的光芒，一条橙黄色的长尾拖在其后……这样的火流星能也正是离+中的等离子体形成一个复合单元并达到复合条件后的复合过程。这个过程也是一种辐射复合，所以会“喷溅出金色的”。

    在一年当中，主要的流星群大都集中在7月份以后出现。据资料统计，在北半球每年4月偶现流星最少，9月最多。每天后半夜看到的流星数目比前半夜多，后半年的流星数比前半年多。

    为什么主要流星群都集中在7月份以后出现，且北半球每年4月偶现流星最少，9月最多呢？因为7月份以后是北半球受太阳辐射最强烈的时期，电离层中的等离子体密度升高，发生复合的概率也增加。4月份是太阳向北回归线运动、北半球电离层电场强度持续上升的时期，此时电离层等离子体发生复合的概率较低，故偶现流星最少。而9月份则是太阳向南回归线运动的时期，北半球电离层电场逐渐减弱，等离子体复合概率上升，故9月份偶现流星最多。下半夜比上半夜流星多，同样是由于下半夜电离层电场由于辐射而减弱后，有更多的等离子体团块发生了复合而形成流星。

    当电离层或辐射带中的等离子体含有较多的碳离子、氮离子、氢离子、氧离子时，就会复合为某种有机物或类似有机物的物体，这种复合过程通常也会以“流星”的形式表现出来。流星产生的这类物体通常被称为“凝胶体”“天雨肉”“雨血”等。有大量资料记载了这类现象。

    自历史上有文字记载以来，其描述的基本现象一直是相同的。人们看到一颗流星落在附近，经调查研究，发现在相近的地方有一团像胶体一样的东西。

    1844年10月8日，在德国科布伦茨附近，天黑后，有两个德国人在犁过的一片干旱田地里漫步，突然他们看到一个发光物体径直地降落在离他们不到20米处并清楚地听到它撞击地面的声音。他们把现场做了记号，第二天一大早，发现一团非常粘黏的灰色凝胶物，用柴棍拨弄它时就整个颤动。

    当电离层或辐射带中由于某种原因而聚集了大量硫离子（如火山爆发喷出硫离子等）并发生复合时，就会形成“硫黄雨”“火硫星”、酸雨等。1873年6月17日，匈牙利和奥地利报道了一个奇特的自然现象。据完全可靠的消息说，在席坦及其邻近地区上空，一颗流星爆破之后不久，一颗像拳头大小燃烧着的硫熔体坠落在莱金堡以南约6千米的一个名叫普劳斯奇伟兹村庄的道路上，那颗流星几乎就在该村的天空爆炸。燃烧的硫熔体被一群村民扑灭了。

    1867年10月18日，休莱地区的居民在夜里目睹了一次非常稀奇的现象-“火阵雨”。这场火雨下了大约10分钟就停止了，火雨不断地降落时发出一种亮光。第二天早上，村里的一些水坑和水桶里覆盖着一层厚厚的硫的沉积物。

    同样，当电离层和辐射带中由于诸如海水蒸发而使钠离子进人大气层等原因而聚集了大量钠离子时，还可能会下“盐暴”，如1815年袭击马萨诸塞州海岸的那次“盐暴雨”。据当地老百姓描述，那天刮起大风，大雨滂沱，在周围1千多米范围之内，房屋和所有东西都蒙上了一层盐。

    由此可知，史书上大量记载的“流星”“陨石”“陨石雨”，基本上都属于这种“电离层或辐射带等离子体复合”事件。

    能够发出声音的流星

    流星竟然会发声，似乎闻所未闻。然而，事实的确就是这样！

    人们对于流星不会感到陌生，然而有一点却使人感到困惑不解：伊西利库尔人是先听到了奇怪的声音，然后才看到流星的。

    伊西利库尔是一座小城，位于俄罗斯辽阔的西伯利亚平原。那是许多年前的一个寒冷的冬夜，城里的大街小巷堆满了积雪。在这片雪原的上空是繁星闪烁的天宇，四周一片寂静。

    突然，从天宇的某个地方，传来了一声尖锐刺耳的裂帛声。人们翘首远眺，只见一颗璀璨的流星，散射着金黄色的光芒，像箭一般掠过长空。流星留下了一条长而发亮的轨迹。与此同时，那种裂帛似的声音也随之消失了，小城的雪夜又重归寂静。

    这至U底是怎么回事呢？

    众所周知，流星以飞快的速度进人大气层后，和空气发生剧烈的摩擦，很快便烧成一团火球。绝大多数流星在60-130千米处的高空就已燃烧殆尽，只有极少数到20-40千米的高空处才烧完。而声音在大气中的传播速度是330米/秒，因此从那么高的地方传送到我们耳边的时间至少需要1分钟，更准确地说要在3~4分钟之后。当流星飞过天空的同时，人们听到了它所发出的刺耳的声响，就好像在看见闪电的同时就听到雷声，表明这个雷就落在我们的身旁。难道这颗流星竟是在离人们的头顶不过几十米的空中飞过去的吗？这显然是不可能的！

    尽管许多人认为同时看到流星和听到声音是完全不可能的，然而世界各地的研究者们积累下来的材料却越来越多，许多史册中也有类似的记载。为了研究这一奇特现象，俄罗斯着名科学家德拉韦尔特教授收集了大量伴有反常声音的流星资料，并给这种奇怪的流星起了一个确切的名字：电声流星。

    在德拉韦尔特教授所整理的电声流星纪录表中，有这样几段有趣的记载：1706年12月1日，托波尔斯克城的一位居民在流星飞过时，听到了一阵刺耳的“沙沙”声。

    1973年8月10日，鄂木斯克省的格卢沙科夫看到漆黑的夜空中突然闪出一道白色的电光，照得四周亮如白昼。在流星飞行的15~18秒钟期间，一直可以听到嘈杂的响声，好像一只巨大的鹫鹰从高空中猛扑下来一样。

    1938年8月6日，飞行员卡谢耶夫在鄂木斯克省上空看到一颗明亮的橙黄色流星，它飞到半途中时，传来了刺耳的“吱吱嘎嘎”的响声，好像一个缺油的车轴在旋转。有趣的是，着名的通古斯陨星和锡霍特阿林陨星陨落时，许多目击者都听到了类似群鸟飞行的嘈杂声音和蜂群鼓翅的嗡嗡声。

    这些不寻常的声音在被人们听到之前都走过了50~200千米的距离，最多的可达到420千米，“正常的”声音大约要经过21分钟才能传送到人耳。实际上，等不到它们到达我们的耳边，就会在路途衰减乃至消失了。可奇怪的是，在许多情形下，电声流星的“信号”甚至还要早于流星本身而率先出现。目击者们往往都是听到声音之后，循声望去，才看见空中出现了流星。目击者们对流星之声的描述也是形形色色，甚至是千奇百怪：嗡嗡声、沙沙声、啾啾声、辘辘声、剌剌声、淙淙声、沸水声，子弹、炮弹、火箭飞过时的啸声，惊鸟飞起的扑棱声，群鸟飞起的拍翅声，电焊时的噗噗声，火药燃烧时的嘛嘛声，嘛嘛啪啪的响声，气流的冲击声，钢板淬火和枯枝折断时的声响……

    最令人感到难以理解的是，有些人能够听到流星的声音，而另外一些人则什么都没听到。例如，1934年2月1日一颗流星飞临德国，25击中有10在流星出现的同时听到了啾啾声，其余的则流星是“声”的。有则报道说，1950年10月4日，在美国密苏里州出现流星时，只有孩子们听到了流星飞过时发出的啸叫声。简直令人不可思议！尽管科学家们都承认电声流星现象是客观存在的不可否认的事实，但其秘密至今没有解。

    有些专家认为，所有这一切谜底就在于流星飞行时所发出的电磁波。这些电磁波以光速传播，有些人的耳朵能够以某种我们目前还不知道的方式把这种电磁振荡转换成声音，转换的方式因人而异，各人听到的声音自然也不相同。可是对另外许多人来说，就完全没有这种“耳福”了。

    科学家曾做过一个试验，使用大功率的高频发射机从300米外向受试者发射高频电波，结果他们都听到了嗡嗡声、弹指声和敲打声。

    但受试者强调说，这些声音仿佛是从“头里面”发出来的，然而电声流星的声音却是有着明确的“夕卜来性”，差不多正常的耳朵都能够感受到。

    这表明电磁波假说也有难以自圆其说之处，可见要揭示此奥秘的成因并非易事。

    流星之声究竟如何形成的，至今仍是一个谜。

    太空中美丽的风景——星云

    星云是一种由星际空间的气体和尘埃组成的云雾状天体。它有着多变的形状和庞大的体积，在银河系中，其体积往往可达方圆几十光年，所以，星云虽然看起来轻飘飘的，就像云彩一样，实际上它比太阳还要重得多。

    星云的形状

    星云的形状千奇百怪：有的星云形状很不规则，呈弥漫状，没有明确的边界，叫弥漫星云；有的星云像一个圆盘或环状，淡淡发光，很像一个大行星，称为行星状星云。

    星云的形成

    星云实质上是由各种不同性质的天体组成的大杂烩，它主要是由气体和尘埃物质形成。据估计，星云是由恒星爆炸后释放的物质形成的，随着时间的推移，它们也有可能形成新的恒星或恒星团。

    低密度

    星云中的物质密度非常氏，在一块星云区域里甚至找不到一颗看得见的尘埃，如果拿地球上的标准来衡量，有些地方可以认为就是真空。

    星云和恒星的亲缘关系

    星云和恒星有着“血缘”关系。恒星抛射出的气体会成为星云的一部分，而星云物质在引力作用下可能收缩成为恒星。在一定条件下，它们是可以互相转化的。

    暗星云与亮星云

    暗星云属于弥漫星云中的一种，它不发光，但是由于遮蔽了天空背景射来的星光，所以能被人看见。亮星云会发光，它中央有一颗温度很高的恒星，星云吸收恒星光，然后再转换成可见光发射。

    绚丽灿烂——猫眼星云

    在北斗七星的旁边有一个庞大的星座，它就是天龙座，在这个星座里有许多天体，猫眼星云是这些天体中最出名的一个。

    猫眼星云

    当人们看到这个星云的时候，觉得它像猫的眼睛，于是就给它取名为猫眼星云。猫眼星云是一个行星状星云，它的编号是NGC6543。

    复杂的猫眼星云

    在猫眼星云里你可以看到由各种物质构成的环、螺旋和像绳结一样扭曲的结构，这些都是星云中心的恒星在抛出物质的时候形成的。

    星云中心的恒星

    在猫眼星云中心有一个发出白色光芒的恒星，这颗恒星和太阳的质量差不多，不过它已经快要死了，每一秒钟都要损失大约两千万吨的物质。

    猫眼星云的物质

    和大多数行星状星云一样，猫眼星云内的物质大多是氢和氦，另外还有碳、氮、氧和其他微量元素。不过猫眼星云内含有的重元素数量要比太阳多一些。

    猫眼星云的发现

    在1786年2月15日的夜晚，着名的天文学家威廉斯·赫歇尔在观测星空的时候，无意间发现了这个星云，不过直到大约一个世纪以后，科学家才开始仔细研究这个星云。

    宇宙彩蝶——蝴蝶星云

    在蛇夫座区域内，与地球距离2100光年的地方，有一个美丽的星云，因为形状像是一只飞舞的蝴蝶而被称为蝴蝶星云。

    蝴蝶星云的大翅膀

    蝴蝶星云最引人注意的就是它那一对大翅膀，这对翅膀的长度有0.16光年，也就是说，它比我们的太阳系还要大。

    蝴蝶星云中的物质

    虽然蝴蝶星云的形状很古怪，但是组成它的物质却是非常常见的氢、氦、氧和碳等元素，这些元素分布在不同区域，因此星云的不同区域也发出不同颜色的光。

    喷发的物质

    在蝴蝶星云中心有一个正在死亡的恒星，它的温度很高，不断地向外抛出物质。但是同样是抛出物质，为什么蝴蝶星云的外形会这么特殊呢？

    另外一颗伴星

    一些科学家猜测蝴蝶星云中心恒星有一颗伴星，这颗伴星围绕蝴蝶星云转动，把中心恒星的物质吸引出来，又抛撒出去，于是就形成了像翅膀一样的物质云。

    绚丽的色彩

    通过特殊天文观测仪器，我们看到蝴蝶星云具有绚丽的色彩，这些颜色的光是从星云物质中来的，比如氢元素会发出绿色的光，氧元素会发出蓝色的光……

    容易辨识——猎户座大星云

    猎户座是星空中最容易辨认的星座，因为它含有许多明亮的星星，在猎户座腰带三星最左边一颗星的左下有一个比较暗的星星，它非常特别。

    新的发现

    在古代，人们一直认为猎户座大星云是一颗星星，直到望远镜出现以后，才发现它是一个星云，其中最亮的一个星云编号是M42，现在它就是猎户座大星云的一部分。

    庞大的猎户座大星云

    猎户座星云看起来十分庞大，在星云的附近有许多恒星组成一个星团，从M42-直延伸到猎户座腰带处，不过我们用肉眼看不到它们之间相连的部分。猎户座大星云是仅有的几个能被肉眼看见的星云。

    壮观的猎户座星云

    猎户座星云距离我们很近，只有大约1500光年的距离，所以现在我们可以把这个星云看得十分清楚。在许多照片上，猎户座星云看起来都十分壮观。

    马头星云

    在猎户座大星云里有一块暗淡的区域，这个区域就像是马的头部，因此被叫做马头星云，这里其实是一团寒冷的尘埃云。

    猎户座大星云内的恒星

    在猎户座大星云里也有许多新生恒星，大部分恒星都形成于200万~300万年前，这些恒星的质量都和太阳差不多。因为离我们近，所以这些恒星成为人类最好的研究目标。

    壮观的陨石雨

    在晴朗的夏天晚上，经常可以看见美丽的流星划过天空，有时候，一大片流星会连续不断地划空坠落，就形成了流星雨。流星或流星雨都是些天体小块从地球外部闯进了地球大气，因与大气摩擦燃烧而发光。有没烧完的流星就落到了地面上，这便是陨石。如果有许多块落到地上，就称为陨石雨。

    据《竹书纪年》记载：“帝禹后氏八年雨金于夏邑。”这是公元前2133年降落在今河南省的一场铁陨石雨，是人类历史上最早的一次陨石雨记录。以后记录不断，总数有二三百条之多，对于流星雨描述得非常生动而形象，常用“星陨如雨”“众星交流如织”“流星如织”等力卩以形容。有些记录很全面，很完整，包括时间、流向、个数、在天空中的位置，有时还记录了颜色和响声。这些记录对于研究我国古代陨石雨的情况都很可贵，它们描写得非常形象、准确。例如沈括曾在他的名着《梦溪笔谈》中记载了陨石陨落的全部过程，从摩擦生热发光、光球的大小、爆炸声、陨石飞行的方向、余热、陨石的形状、大小、陨石坑，直到陨石的性质和收藏经过等都讲到了。中国古人在记录流星雨和陨石的同时，还对它们的来源进行了探索，提出了基本上正确的看法。早在春秋时代我国人民就认为，陨石是天上的星陨落而来的。明末着名科学家宋应星也说“星坠为石”。

    流星雨和陨石的记录在探索宇宙秘密方面很重要。陨石是从地球外面飞来的实物标本。对流星雨和陨石的研究，对认识天体的起源和演化、彗星的轨道、天体的化学成分等都有重要价值。我国古代人民对此作出了杰出的贡献。

    流星雨是被称为流星群的、沿同一轨道绕太阳运行的大群流星体，在地球公转轨道上与地球相遇时出现的天相。流星雨出现之际，流星出现的频率为每小时几千颗到几万颗。这种天象虽然有周期性，但是规模巨大的流星雨却少见。规模巨大的流星雨极为壮观。流星雨犹如自然界为人们施放的焰火。由于流星雨出现的天区的不确定性以及流星出现的瞬时性，所以某些天文台不安排流星的常规巡天观察。

    大量的观测表明，每年从天球上的某一点及所谓流星群的辐射点发出的流星雨可出现许多次。当围绕太阳运行的流星群经过地球附近之际，由于受地球引力的振动，大量的流星体改变其轨道向地球靠近并且进人地球高层大气，就会出现流星雨现象。流星的光主要集中在其本体的周围。亮的流星尤其是火流星，在其本体之后，沿着流星经过的路径，可以看到比其头部暗弱的光，这种光被称为流星的余迹。火流星余迹的持续时间为几秒钟，有的可达几分钟。

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