国际天文学联合会(简称MAC)第十八届大会于1982年8月17-26日在希腊的帕特雷城(PATRAS)召开(这是恢复我国在该会的合法席位以后举行的第一次会议、我国派出了中国天文学代表团参加这次会议——译者注)。

十八届大会很大的精力集中在研究太阳的问题上。8月19日进行大会报告“太阳发光度的波动”,并且仔细地看了观测资料。报告了太阳发光度无论是慢的(十年内)还是比较快的(从一天到几天或从一周到几周)可能性变化。显然,变星专家早已把太阳看作是“自己的”天体。在《变星总表》中,第一篇文章就引出了太阳变化的观测结果,而美国的SMM(“太阳峰年使者”)得到了最有价值的资料。报告报道了发现太阳亮度不大的然而是真实的减弱(大约为0.25),每减弱一次大约相隔一星期。类似的亮度减弱是与大的黑子群通过太阳圆面有关,而且在太阳可见的半球上,黑子遮盖的面积愈大,亮度减弱得愈厉害。这意味着黑子吸收的能量没有立刻从太阳圆面的其他地方得到补充;在黑子消失以后,能量重新积聚和辐射。

大会报告“河外星系距离的尺度和哈勃常数”,人们颇感兴趣。但自相矛盾。一方面商讨采用修改的哈勃常数值,等于85公里 · 秒-1· 百万秒差距-1;另一方面,确定宇宙年龄的方法又与哈勃常数无关,只是给出大约150亿年的年龄。这两个结果与弗里特曼扩张宇宙的模型是不相符的。这样的宇宙年龄所相应的哈勃常数不应超过70公里 · 秒-1· 百万秒差距-1

在“星系核活动性”的报告中,苏联天文学家报告了在6米望远镜上得到的马卡良星系核和塞佛特星系核的研究结果。加拿大天文学家报告了在超新星G109.1-1.0的残骸中心发现了密近双星系统。装在“爱因斯坦”轨道天文台上的X线望远镜,得到了这个超新星残骸的像。该双星系统由中子星(X线脉动)和小质量的红矮星组成;红矮星沿着伸长的轨道绕中子星旋转,周期6900秒。为了知道到超新星爆发为止和一下子爆发以后发生在密近双星中的情况,并检验现有的演化理论,因而对这个双星系统进行了许多研究。此外,G109.1-1.0系统的参数应该引出拱点线(即双星系统椭圆轨道的长轴)的没有通常高的相对自转速度(类似于水星近日点相对运动的现象)。

其他小组及《天文宇宙》报上报道了关于修订著名的在50年代出版的“帕洛玛天区图”的消息。出版的是天区照片。它们是用美国帕洛玛山上的48英寸(口径5.08米)施密特望远镜,借助于蓝光和红光拍到的。利用该天区图,可成功地发现亮度最低限度的大量的新变星,而把一系列宇宙的X辐射源视为弱的光学天体。该图,可为以后的科学研究使用30年。第一版的天区图和第二版的天区图,差别在于第一版为照相纸张的副本,第二版为照相薄片的副本。

行星和卫星

主要集中在讨论由宇宙飞行器“金星13号和14号”、“金星 - 先锋号”、“旅行者1号和2号”所得到的关于金星和土星的最新资料。

对金星方面的研究是集中在直接与这个行星的水的历史有关的演化中心问题上。在特 · 多纳尤的报告中,包含了由质量 - 分光计测定的氘与氢的比率及其精细的分析。金星大气中,氘和氢的比率比地球大气中的比率高两个数量级(3.2×10-2与3.2×10-4)。这就导出了重要结论:与地球的地水层质量比较,在很久很久以前,在金星上面存在着水的贮藏所。计算表明,水的消失开始不应该是由热引起的,而是早期大气的主要成分——氢的超声波流体动力学的散逸,而且在这过程中,氘也参加了。来自大气的氢原子流能够达到1012厘米-2· 秒-1。超声波流体动力学的散逸是当氢的相对含量不小于2%时起作用。以后热的散逸机制开始起作用。因此建立的概念、用一系列互相独立的地球化学的见解来验证,证实在金星上,水基本消耗掉是在这个行星形成的几亿年后;在以后的年代中,消失的水显然不超过地球海洋质量的0.3%。

М. Я. 马罗夫的报告讨论了金星大气的热平衡问题。在离金星表面20公里的范围内,二氧化碳实际上完全起了辐射的屏蔽作用,而在更高度,氢分子开始明显地起作用。同时,混合物H2O/CO2的比率应该几乎是线性增长的,在云的边界附近(高度40 ~ 50公里)达到10-2%。“金星13 ~ 14号”上的分光光度计测定表明,氢分子浓度随高度的变化大致是相同的,在坡利的报告中,提出了使水分子分解的机制。参加反应的化合物,在温度高达300 ~ 350℃的情况下,这样的反应的基本顺序是:

S*+ H2O→SH+OH;S*+CO2→SO+CO;

OH+CO→CO2+H;H+SH→H2+S。

最后,中间的产物可写成H2O+CO→H2+CO2。这个反应进行的时间应该小于扩散的特征时间,在高度为15 ~ 20公里的条件下,引出的扩散湍流系数相当地高(大约为107厘米2· 秒-1)。

土星和木星一样,具有射电辐射增加的区域,其机制至今不清楚。土星环中的质点大小,差异很大,认几米到1/10和1/100微米。最小的质点形成“辐射条”。证实F环的结构有明显的变化:“旅行者1号”在飞行时间内,确定是“捆扎的辫子”的形状;到过了几个月后,“旅行者2号”得到的照片,发现它是简单的结构形状,没有任何明显的反常结构。显然,F环的不规则结构带有短暂的特性。土星的不大的卫星,其轨道经过环,或者在宽度为1000公里左右的这个环的边界上。说明了引力摄动对整个环系统的影响(在行星大气之上7000到74000公里的范围内)以及所发生的比较大和比较小的螺旋密度波是沿径向分布,并且是在巨大的薄片上相似于细条状的分布。这里的主要作用是土卫一的位置变化对它与环的轨道面的倾斜的影响。

土星卫星的性质。已经发现的土星卫星达17个,所有巨大的卫星,除土卫六外,大致都有类同的性质,60 ~ 80%由水的冰块组成,没有大气,表面有明显的撞击变形的痕迹,某些卫星同样保留了内部活动清楚(时间是不太久的)的痕迹。土卫二(直径约500公里)的表面至少有五种不同的地形。一般带有熔岩余迹的没有火山口的区域在表面移动,因而证明卫星的表面在近百万年内改变了(可能不止一次)自己的外貌。它们的熔岩余迹初期形状的许多照片,证明了表面在某熔岩时期,内部的热量强烈地冲撞形成了火山口。另一个卫星——土卫八有独特的性质,根据反射能力推测,它的表面鲜明地划分出两个半球,这情况同样地是由它内部的活动造成的,在发光的半球上暗物质仅仅集中在火山底,显然不是偶然的,这个暗物质的发生与表面甲烷的逸出有关,并与这颗卫星形成的冰块有关。但是,很大可能,土卫八的不对称的反照率说明存在着某种外部源,例如,沿着它的轨道的尘埃圆环。土卫六继续引起大家的兴趣,这是因为唯有它有氮气,而且几乎比地球的氮气高十倍。完全可能,这个天体的表面有许多各种各样的有机化合物,并且它们具有在地球上产生早期生命形式的某些共同点。

天王星有第六颗卫星,现在还只是假定,这是用计算方法确定对距行星中心68,000公里的稳定轨道得到的(海王星有两个卫星和环也是同样的计算和假定)。要得到正确的答案,只有在“旅行者2号”于1986年1月成功地在天王星附近飞行的时候才知道。

专业小组会上讨论了行星的名称,并且对行星和卫星上的部分地形起了名,对月亮上的六个火山起了名。火星表面的部分地形得到了新的名称,其中有的是用天文学家的名字命名的。对火卫一上的火山和金星上的某些地形也将这样命名。对木星和土星卫星上的地形大约定了200个名称。土星环中的卡西尼缝和恩凯缝离土星中心的最大间距为119000公里和133500公里。对1980年新发现的土星卫星定了5个卫星的名字。它们是:阿特拉斯(Атлас),扬乌斯(Янус),埃皮麦季乌斯(Эпимотиус),捷列斯托(Тeлесeто),卡利普索(Калинсо)。至此,17个土星卫星已经有14个定了名。1979年发现的木星的第14个卫星起名为席叶(Тнеье),它位于木卫五和木卫一的轨道之间。

1.1

太阳系的小天体

美国的维帕尔首先报告,题目是《彗星:本质、演化和瓦解》。引人注意的是彗核能够有卫星。彗核由气体尘埃组成,卫星在彗核形成过程中形成或者由核的分裂形成。如果两子星的质量相等,那么这样一对星能长久的生存。如果卫星的质量比核的总质量小得多,那么在引力的作用下,它能够稳稳地落到核上。拉伊指出,地面上和高空火箭得到的彗星光谱,显示出在恒星际空间找到的相同的原子和分子线。有人提出流星的光谱观测增加了有关彗核的情报,在恒星际分子云中凝结成彗核,彗核不是太阳系的天体的假设。由于接近太阳时,遇到太阳的摄动作用,由奥尔特云组成的彗星闯入太阳系内部。所有著名的彗星,几乎30%在早先没有发现。

70年代末,对小行星的兴趣大大地提高了。全球许多天文台研究它们的成分和物理性质。绍尔建议,在小行星接近时观测它们,并且按照轨道摄动计算它们的质量和密度。他用这个方法,计算了谷神星(小行星1号)的密度为2.3+1.1克 · 厘米-3,智神星(小行星2号)的密度为2.5±0.9克 · 厘米-3。灶神星(小行星4号)的密度为3.3±1.5克/厘米-3观测它们的亮度曲线,可确定小行星的旋转周期。而旋转速度可作为小行星稳定性的指示器。有人证明了,在小行星旁有大量的弥漫物质,在无数的微小天体碰撞的情况下,能破坏矽酸盐的云和露出铁的核。由于相互间的无弹性碰撞及在不坚固的被分裂的天体内,相互的引力作用,因此各种小行星能集合在一起甚至能粘在一起。

至今未解决的问题是阿莫尔(小行星1221号)小行星群和阿波罗小行星群的起源问题。它们的近日点位于地球轨道附近。有人认为,这些行星是最近的大的流星体,另一些人认为,这些小行星是“瘦小”的彗星。有人则通过论证,为了保持动力学平衡,需要每百万年有15个天体加入阿莫尔小行星群和阿波罗小行星群。在地球轨道附近,小行星的主要供应者不仅是大的天体(千米大小),而且有不大的天体和质点;但是彗星核仅仅是由最小的(分米大小)流星物质提供。

太阳系小天体问题的讨论同时在15组(彗星、小行星和流星的物理研究),20组(小行星、彗星和卫星的位置和运动),22组(流星和行星际尘埃)进行。他们都注意到了快要接近太阳的哈雷彗星和组织全球对这个奇怪的彗星研究,并且把它与五月的宝瓶座流星群η和十月的猎户座流星群联系起来。研究哈雷彗星的宇宙飞行计划有特别强烈的兴趣。

天体测量问题

—共提出了约100篇报告和通报。会上讨论了建立高精度基本参考坐标系的国际方案和计划;测定自行和恒星视差以及地球自转参数的问题;从地球上或从宇宙飞船上进行天体测量研究的新方法和新仪器的探讨;建立内部符合的天文常数系统和计算太阳系天体的星历表。

目前作为国际标准采用的是第四基本星表 – F-K4,该星表是为建立天球准惯性坐标系统而用的。在天体测量上,这样的系统称为基本参考系。星表中的恒星位置精度(平均为±0.15”)不能满足现代的科学和实践的需要,因此在W. 弗里克领导下,正在建立新的基本星表 - FK5。大约从200个星表中选取将达3500颗星加入FK5,该表工作将在1984年完成,1985年出版。该表的恒星位置平均误差为±0.05”。

除了经典的研究方法和研究工具外,在天体测量中开始采用宇宙方法,计划在宇宙飞船上进行天体测量,为的是得到高精度的恒星位置、它们的自行和视差。80年代中期,美国拟定把2.4米望远镜,附上精确的瞄准系统和测量系统,送入轨道。它能测到17m的星,定位精度约±0.002”,望远镜的运载,利用另外的不大的计划。天体测量的研究将主要是寻找太阳系以外的行星系统、研究密近双星和天体物理感兴趣的其他问题。

欧洲宇宙通讯社计划在1986年发射天体测量的专门卫星,在卫星上安装望远镜。这颗卫星工作了2年半以后,能够测定约100,000颗恒星的位置、自行及视差,精度达±0.002”。该计划称为“HIP-PARCOS”。会上的一系列报告和通报可知道这个计划的准备情况,其中有恒星的初步星表的编制(位置精度±1”)。会上讨论了从天体测量卫星上,测定精度差一些的400,000颗恒星的位置和星等(TYCHO计划)。在这些宇宙计划顺利完成以后,将建立高精度的天体坐标系统,确定宇宙中距离的标尺,更进一步的研究银河系的结构和天体物理的兴趣提出的其他研究问题。

地球自转的问题,对天文学和地球物理学来说,是经典的问题。为了求得地球自转参数,现在出现了各种不同方法和工具——时间和纬度的天文经典测定、人造地球卫星的多普勒观测和激光观测、甚长基线射电干涉测量,等等。现在可对各种方法进行比较,在比较的基础上,计划在1985年作出创建新的地球自转国际服务的建议,它将代替极移的国际服务。专门的国际计划“MERIT”用于这个目的,它有22个国家参加(我国也是其中之一——译者)。会上报道了关于MERIT计划的首次联合观测的结果(1980年8月 ~ 10月),并且讨论了主要的联测(1983年9月 ~ 1984年10月)准备。

—系列的报告包含了关于地球自转资料的分析和地球物理的解释,其中最有兴趣的报告是研究了地球自转中非正常的但在大气中进行的有关过程。看来,大气过程几乎完全说明地球自转速度的季节变化和另外的短周期变化,包括不久前发现的55天的周期性变化。

第十八届大会,赞同1980年国际天文学联合会的新的章动理论,它代替了陈旧的章动理论和地球是绝对固体(至今还用它来计算星历表)的依据。由专门工作组提出的章动系数的新系统,它以由美国科学家吉 · 瓦罗姆提出的更完善的地球自转理论为基础,该理论考虑了地幔弹性的影响和地球存在着液态核。新老系统的章动差异达到几百弧秒,而新的章动理论的精确性估计为千分之几弧秒。

第十八届大会很注意到天体测量的其他问题及其对整个天文学科发展的影响。

天体力学的成就

在专业小组的报告中,对天体力学的最重要的方向——大行星的运动理论、月亮的运动理论、小行星环的演化研究和卫星轨道的演化、周期解的研究以及动力学的稳定性问题进行了描述,他们描绘了现代科学研究状况的相当完整和详尽的图案。

自第十七届大会以来的三年中,天体力学领域中的研究取得的成就如同近25年来取得的成就一样。对大行星运动的理论,巴黎经度局将克普勒轨道要素表示成三角学的形式(冥王星除外),他们算得的结果比早先用纽康理论得到的结果,精度提高10 ~ 100倍。内部符合得到下列精度:水星为0.005”;金星和地球为0.003”:火星为0.006”。各国的许多学者积极地从事大行星和卫星的运动中的相对论改正的研究。

各国学者从事创立月亮运动的新理论。大为震惊的现代激光观测的精度是主要的激励因素。地月距离的测定精度已达到几个厘米!月亮的质心在空间中的运动应该是同样的理论精度。采用数值方法也好,或者采用分析方法也好,都是为了达到这个目的。巴黎经度局所创立的理论与数值积分法的结果比较,得到在20年的间隔内,到月亮的地心距离的偏差总共仅为1.5厘米。

激光观测同时鼓舞着建立月亮自转的新理论。不仅月亮成为研究自转运动的注意中心,而且水星、金星、火星及其他行星和它们的卫星都成了研究自转运动的注意中心。快速电子计算机的出现,能够研究天体力学的各种问题的周期解。

天体力学虽然取得了许多成就,但还有许多没有解决的问题,如需要改进大行星和月亮的运动理论,研究卫星轨道的演化和小行星的环等等。

活动星系

星系核的活动性以不同形式出现:一般气体的溢出和星系核周围的辐射晕组织引出相对论质子的抛射:光度与矮星系的光度相仿的蓝色的凝聚体的抛射;大量的气体物质和相对论等离子块的抛射;开始形成多重星系的两个和多个星系的核分裂。对活动星系研究得越深入,它的许多特性越清楚。在许多天体中出现活动现象,如塞佛特星系,类星体,蓝星系Apo,茨维基子星系,超紫外星系,射电星系等。

第十八届大会上,大会报告了“星系核的活动性”。

姆 · 塔列恩吉完成了M87(室女座A)和3C273星系核在一个方向抛出的亮的凝聚体的光学研究,他认为这些亮的凝聚体是最小的核,是由星系的活动核喷出的最小的核。阿 · 维奥廖松(英)作了内容丰富的有关各种星系活动性的共同点的报告。他用甚大天线阵(VLA)射电望远镜观测得到了星系的详细的射电图像。在一系列星系(马卡良34,马卡良270,NGC1068,NGC4151,3C293,3C305)中,射电等明度线的分布明显地表明在它们的中心区域(半径100秒差距),存在着凝聚块。在塞佛特星系NGC 4151中的视向速度分布是相同的,并预测,在这个星系中所观测到的复杂的速度场的图像能阐明两个事实:星系的自转和核的对称辐射。著名的美国射电天文学家克 · 克勒列尔马恩出了分辨率为0.005”的星系MS7,3C111,3C390.3,NGC315,天鹅座A的星系核区域的射电图像。这些区域的直径为0.05”。核本身的射电等明度线的延伸方向与整个星系的延伸方向相同,说明相对论质子从星系核落入中心区域和边缘区域的“无线电窄区”。英国的阿 · 法比恩研究了活动星系核的伦琴辐射(即X线辐射)。辐射是变化的,而且出现昼夜周期。而星系(NGC6814)出现1000秒周期,这种快速的变化被解释为在观测者视线方向的不同角度下,由核抛出的不大的云的辐射引起的。在许多活动星系中,发现有核的对称抛射和平方向的抛射。详细的极化研究表明,磁场方向与抛射方向平行并且随抛射方向一起弯曲。荷兰的格 · 马伊利比较了几个射电源的射电等明度线和光学等明度线,发现它们在线中是同样的,并且彼此很好的相关。并确定了可见光谱线越宽,射电光度越高的关系式。强射电源3C303有着很复杂的结构:有亮的N星系,弱的类星体,两个紫外天体,在其中一个紫外天体与N星系之间,有互相联系的发光的“桥”,还有弱的延伸源,奇怪的是还发现有直线的抛射。

活动星系现在成为全世界天文学家注意的中心,对它们的研究,将加速我们解决星系核的问题。

宇宙论问题

在MAC第十八届大会上,同时进行了工作讨论“宇宙的早期演化和它的现代结构”。会议讨论了处理的方法和观测的解释,紧急地研究了许多人经常遇到的科学情报的矛盾。最吸引人的讨论是残余辐射、哈勃膨胀、宇宙早期的空间结构和物理特性。

宇宙深处的背景辐射具有2.75°K的温度,它在全天球的分布是极好的常数(各向同性),在最大限度的区域内,波长约1 mm的残余辐射的光谱与背景辐射的光谱相差不大。残余辐射在天球上是非各向同性的,它说明了太阳系的运动。太阳相对于残余辐射的移动速度为372±25公里/秒。因此,本星系群的移动,包括我们的太阳系在内,相对于残余辐射的速度,等于610±50公里/秒。本星系群朝向室女座星系团移动。

在精确测量残余辐射的非各向同性的时候,重要的合理的是要考虑我们银河系的射电辐射的贡献。如果过低估计这个贡献,会导致早期观测所得的结论,即残余辐射的各向异性。如果进行正确的修改,就没有显示任何种各向异性。发现在残余辐射的背景上,地球绕太阳的半年运动。两个测量结果(1980年12月和1981年6月)与计算结果极好地一致。

对于星系起源的假设,最重要的检验是测量小范围的残余辐射的起伏,它应当不可避免地引起密度的初期摄动,由此形成了星系。这样的起伏至今还未找到。

至今,对于哈勃常数的值,天文学家没有统一的意见。有人估计为50±7公里 · 秒―1· 百万秒差距―1,也有人得到的值比此值大一倍。用不同的方法测定到遥远的星系和星系团的距离也引出了同样的分歧。著名的星系天文学家,荷兰的耶奥尔特,他研究年龄老的球状星团证实,与大于60公里 · 秒―1· 百万秒差距―1的哈勃常数不相吻合。

许多报告的特点是把精力花在大范围的宇宙结构上,几乎所有的发光物质包含在超星团内,它们占宇宙体积的10%。具有伸长形状的超星团统一在网状内(有时说,是蜘蛛网或海绵状的结构)。由于原始气体残存大量质量(以后已经形成星系团、星系、恒星)或者通过原始恒星的聚集,在更大的体积内沿着链条状的范围形成恒星团、星系、星系团,这样的结构能产生吗?最后的回答将在仔细观察全天空以后才能得出。

在会上,研究了发生在距今很遥远的,时间大约在10-35年的宇宙开始膨胀的过程,基本粒子物理特性的宇宙论,其中“大统一的理论”就提供了这个可能性,它能说明宇宙的某些基本性质,如整个空间的同一性,高度的各向同性的扩张,小的原始扰动密度的存在,它使我们懂得星系和恒星几乎都由物质组成,而不是由反物质组成。这些基本性质,是任何宇宙论假设的基础。

[ЗЕМЛЯ И ВСЕЛEНHАЯ,2И3,1983年]