世界当代科技史-第7章
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奖。
星际有机分子的发现也是60年代天文学四大发现之一。1937年，人们
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在星际物质中发现了甲川 （CH）和甲川离子（CH）。1940年，又发现了氰
基。1954年，美国物理学家汤斯 （1915— ）提出用微波谱线寻找星际羟基
（OH）。1957年，汤斯又列出17种可能观测到的星际分子。寻找星际羟基
并非一帆风顺。直到1963年，汤斯等人设计了一个高灵敏度的接收机并使用
更好的望远镜，才获得成功。当天便在仙后座A观测到第一条星际分子的微
波谱线，后来又在其他星云中陆续找到数十个羟基源。1968年，人们又在银
河系中心区的星云中发现了氨 （NH）和水。1969年，发现了星际有机分子
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甲醛（HCHO）。这些发现激发了后继者寻找和研究星际分子的热情，也促进
了毫米波射电天文技术的飞速发展。分子天体物理学开始形成了，并取得了
未曾料想的惊异成果。70年代，人们接二连三地在宇宙中找到形形色色的有
机分子，包括许多地球上从未见过的奇异分子，同时观测到被称为天体微波
激射源的奇特的分子辐射，以及分子云剧烈运动形成的喷流。这些结果对已
有的物理、化学、天文学提出了挑战。近年来，分子天体物理学方兴未艾。
到80年代末，已发现的星际分子近100种。分子天体物理学的发展为研究宇
宙的化学组成和宇宙演化以及宇宙生命起源都有十分重要的意义。
70年代在天文学上又有重大发现。1973年，克莱比塞得和斯特朗等在分
析卫星上γ射线探测器的观测资料时，发现了宇宙γ射线源短暂而猛烈的爆
发。r射线爆发的重要特征之一是辐射变化迅速、剧烈。它的发现当时轰动
了天体物理学界。1975年，布什金娜等人又发现了X射线爆发，并观察到了
它的一些特征。对于γ射线爆发和X射线爆发，科学家们正在深入探讨它的
本质和内在机制。70年代末，美国、意大利发现了一个光谱既有大红移又有
大蓝移的奇异天体SS433。它的异乎寻常的特征引起了天体物理学家的极大
兴趣。
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1987年，在美国从事天体化学研究的中国科技大学学生唐明（1956— ）
和另外两名美国学者一起，从 60年代降落在肯塔基州的一块原始陨石中发
现，石中有两种碳化硅同位素与太阳系中的碳化硅同位素不同，并将它们从
陨石中分离出来。此后科学家研究认为，这些碳化硅是在一些富碳的恒星内
部产生的，比太阳系46亿年的年龄更古老。这一发现对深入了解恒星循环及
太阳系的形成具有极重要的意义。
同在1987年，多伦多大学的希尔顿在河外星系大麦哲伦星云中发现了一
颗新爆发的超新星，后被命名为SN1987A。天文学家用80年代的研究手段对
它变化全过程进行了全波段观测，经过分析认为，它的前身可能是蓝超巨星。
此外，意大利、美国、日本、原苏联的观测站都测到了来自SN1987A的中微
子信号。这对超新星物理、致密天体以及宇宙演化前途的研究都有重大意义。
1989年，科学家观测到一颗脉冲星诞生，认为它是SN1987A爆发后塌陷而成
的。
1916年，爱因斯坦曾预言过引力波的存在。直到1969年，韦伯才声称
探测到了来自银河系中的引力波。但由于未得到其他引力波实验室探测结果
的支持，这一发现未被公认。多年探测的经验表明，用韦伯型天线直接探测
引力波是不成功的。1973年，约瑟夫·泰勒和罗素·胡尔斯另辟蹊径，提出
用脉冲双星的轨道参数来探测引力波。经过几年连续观测，1978年，泰勒等
人发现射电脉冲双星PSR1913—16的公转周期在变快，周期变化率与广义相
对论的理论预言基本相符。这是引力辐射存在的一个重要的间接证据。泰勒
与胡尔斯因这一成就获得1993年诺贝尔物理奖。目前，直接探测引力波的研
究工作还在进行。
2。天体演化理论和宇宙学的发展
天体演化理论主要研究太阳、太阳系、恒星、星系等天体的演化过程。
当代天体演化理论的发展，使人们对各种天体的演化图景作出比较完整的描
述。40年代末期以来，宇宙学也有很大发展，建立了几种不同的宇宙模型。
（1）天体演化理论
对太阳的研究在本世纪上半叶已取得不少成果。1938年，美籍德国人贝
特（1906— ）和德国的冯·魏扎克（1912—）分别指出：太阳的巨大能量是
由其内部的氢核聚变成氦核时产生的。这一理论早已得到了确认。进入当代
以来，对太阳的研究又取得新进展。1960年，人们认识到日冕在连续不断地
向外膨胀，在此过程中产生的“太阳风”（带电粒子流）以每秒300—600
公里的速度扫过地球，引起地球上的极光和地磁扰动。70年代，美国的弗里
德曼（1916— ）等人拍摄到了太阳的X射线照片，证实了关于太阳活动区可
能发出X射线的猜想。中国于1984年研制出太阳磁场望远镜。1987年，用
这架望远镜在世界上首次获得两维实时太阳色球层活动区和耀斑速度场的观
测资料；1988年，又用它观测到位于日面中心附近的大黑子群。这些黑子群
面积有84亿平方公里，约占太阳可见表面的1。6％。
当代恒星演化理论是在认识到热核反应是恒星能源之后逐步建立起来
的。50年代，美国人史瓦西 （1912— ）把恒星能源和恒星结构与演化的进
程结合起来，大致描绘出恒星一生的发展史。现在人们已经知道，恒星的前
身（星胚）是由弥漫稀薄的星际物质通过引力塌缩凝聚成的密度较大的气体
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和尘埃土。恒星的星前阶段只有几百万年，然后就进入几万年到几万亿年的
主星序阶段。太阳现在正处于主星序中期，已有50亿年的历史。恒星演化的
末期将变成三类天体：白矮星、中子星、“黑洞”。在恒星核能耗尽后，其
质量小于1。44个太阳质量的，就成为白矮星；其质量在1。44—2个太阳质量
之间的，成为中子星；超过2个太阳质量的，则可能成为“黑洞”。最早被
观测到的白矮星，是1862年发现的天狼星的伴星。到本世纪80年代初，观
测到的白矮星已有1000多颗。中子星的存在已于60年代得到确认。孤立的
黑洞难以观测到，因此人们着重从双星体系中寻找黑洞。天鹅座X—1被认为
可能是一个黑洞，1978年，美国的天文卫星向地面发回了它的照片，但尚不
能确认它就是黑洞。1984年，天文学家发现质量是为太阳8—12倍的X射线
源LMC—3可能是一个黑洞。此外，人们还发现了几个可能是黑洞的天体。
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但这些发现尚未被最后证实。1974年，霍金 （1942— ）提出，黑洞也会向
外发射粒子，甚至会产生猛烈的爆炸。
（2）当代宇宙学
1917年，爱因斯坦提出了有限无边的宇宙模型。以后，有人提出了另外
一些宇宙模型。1929年，哈勃（1889—1953）确定了星系红移和距离之间的
线性关系 （即哈勃定律）。这一定律成为当代宇宙学发展的基础。
当代宇宙学的形成以宇宙大爆炸理论的提出为标志。1948年，美国物理
学家伽莫夫（1904—1968）等人把核物理学的知识与宇宙膨胀理论结合起来，
提出了大爆炸理论，并用它说明化学元素的起源。大爆炸理论认为，宇宙开
始于高温、高密度的“原始火球”，球内充满辐射和基本粒子，基本粒子发
生核反应是爆炸的起因。火球爆炸后向外膨胀，辐射温度和物质密度急剧下
降，核反应停止。这期间所产生的各种元素就形成了今天宇宙中的各种物质。
在膨胀过程中，辐射物质逐渐凝聚成星云，进而形成各种恒星体系，成为今
天的宇宙。伽莫夫还预言，由于大爆炸后宇宙有残余的辐射遗留下来，因而
其背景辐射应为绝对温度几度。大爆炸理论在元素形成和星系演化上遇到一
些困难，因此很长时间沉寂无闻。1965年，3K微波背景辐射的发现，使大爆
炸理论东山再起。由于探测到的背景辐与伽莫夫的预言基本一致，所以这一
发现为大爆炸宇宙理论提供了有力的证据。
大爆炸理论能够较好地解释许多重要的观测事实：①星系的退行，即遥
远的星系均以很高的速度在彼此退行，并符合哈勃定律；②宇宙时标，即用
各种独立的方法对各种不同天体测定的时标均在200亿年以内，这与大爆炸
理论推断的宇宙演化年龄相一致；③宇宙中30％的氦丰度，如此多的氦是在
宇宙演化早期高温条件下产生的；④宇宙背景辐射。现在大爆炸理论被多数
科学家接受，称之为“标准宇宙模型”。必须指出，大爆炸理论的立论基础
是星系的光谱红移代表星系离我们而去的退行。但也有人提出“非速度红移”
的观点。所以宇宙大爆炸理论实际上只是诸多宇宙演化假说中的一种。而且
它还有视界困难、磁单极困难等许多问题尚不能回答。
80年代以来，宇宙学又有新的发展。标准宇宙模型对于0秒到1/100秒
宇宙演化的极早期无法说明。新理论则着重探讨宇宙极早期的演化。1981
年，美国的古思提出了“暴涨宇宙论”。后来原苏联物理学家林德等人对它
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加以修正改进。根据暴涨宇宙理论，宇宙在10秒时刻处于暴涨期。这时没
有粒子，没有辐射，只有暴涨（以指数形式快速膨胀）着的高度对称的真空。
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10秒一过，暴涨期结束，真空发生相变，宇宙出现不对称，相变中放出的
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能量转化为辐射和粒子。在10秒后，暴涨宇宙理论与大爆炸理论对宇宙的
描述完全一致。暴涨理论还初步解释了诸如宇宙为何是平直的等大爆炸理论
所不能回答的几个问题。1983年，英国的霍金等人提出了量子宇宙学。它认
为宇宙起源于一个没有时空的物态。所以它讨论的是宇宙在0秒时刻发生的
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事情 （精确地说是0—10秒中发生的事情）。量子宇宙学对宇宙大爆炸发
生的时刻及大爆炸前的状态等问题作了尝试性的回答。暴涨宇宙理论和量子
宇宙学填补了宇宙在0秒到0。01秒间如何演化的理论空白，弥补了标准宇宙
模型的不足。但它们毕竟还远不如标宇宙模型成熟，得到的观测证据还不充
分，许多问题有待于进一步探讨。
3。地球考察的进展
当代开始以来，人们利用各种先进的调查手段，对地球的大陆和大洋进
行了广泛而深入的考察，取得了超过以往任何时代的丰富资料及一些重大发
现，对地球的历史及构造有了更为深刻的认识。
（1）对地球历史的考察
大约6亿年前的地球地质时期称为前寒武纪时期。它是研究地球起源、
元素起源和生命起源问题的重要时期。同位素地质年代学的发展，航天考察
的出现，极大地促进了对前寒武纪地质历史的研究。
1902年，卢瑟福提出了不稳定元素衰变原理，为同位素地质年代学的产
生奠定了基础。1907年，美国的波特伍特（1870—1927）取得了第一个矿物
放射性铅的年龄数据。英国地质学家霍姆斯 （1890—1965）写出了《地球的
年龄》等专著和论文，并于1947年首次提出了地质时间表。他对地球年龄的
估计为45。5亿年。这一估计后来被普遍认可。50年代以来，由于质谱仪和
同位素稀释技术的广泛应用，使地质年代学的研究取得很大成就。1978年，
原苏联在乌克兰发现了地球上距今40亿年前形成的岩石。1990年和 1991
年，美国在加拿大西部和拉布拉多北部发现了39。6亿年前和38亿年前的岩
石。此外，在格陵兰、南极、澳大利亚、中国的辽宁鞍山和河北迁安都发现
了35亿—43亿年前的岩石。这些发现都表明，地球的球壳早在40多亿年前
就形成了。
1969年，美国“阿波罗”登月的成功，为人类认识地球的早期历史又打
开了一扇大门。“阿波罗”6次登月，采集月岩和月壤标本270公斤，并将
月震仪、磁强针、太阳风能谱仪送上月球。通过对月球的综合考察，人们对
月球的构造、矿物和元素都有了深入的认识。60年代以来同位素年龄测定表
明，地球、月球、陨石大约是在46亿年前同时产生的。月球质量小，能量不
足，生成到30岁亿年前左右，演化基本停止，保持了30多亿年前的构造特
征。地球能量大，继续演化，后期的地壳运动破坏了前期的地形、地貌和构
造。因此，月球成为认识地球30亿年前演化历史的重要参照物。
70年代以来，美国、原苏联利用深钻和超深钻技术直接研究古老地盾深
部的构造特征，使对前寒武纪构造分析和分区由地表、近地表的研究进入到
地壳深层和上地幔阶段。
有关前寒武纪古生物地层学的研究也有重大进展。60年代后，人们应用
电子显微镜，发现了许多化石如苦泉群体、贡佛林特微植物群等。采用化学
方法，人们于60年代在澳洲陨石中发现了十几种氨基酸，还有人分析了5
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亿年前的三叶虫甲壳里的游离蛋白质。这些研究对探明地球上生命的起源和
生物发展都具有重要意义。同时，分子古生物学也逐步形成。
由于前寒武纪地层中蕴藏着丰富的铁矿等矿产，所以对前寒武纪地质史
的研究不仅有理论价值，而且也有重要的经济意义。
（2）海洋地质学与海洋调查
海洋地质学是研究海岸和海底的地质、地貌的一门科学。第二次世界大
战以后，随着军事、海洋渔业及石油等海底资源开发的日益增长的需要，海
洋地质学发展异常迅猛。
海洋调查始于19世纪70年代。英国的“挑战者”号在环球航行期间，
进行过较大规模的深海调查。此后，不少国家都开展了海洋调查。1947—1948
年，瑞典的“信天翁”号进行了海洋综合性调查，获取了相当丰富的海洋资
料。
第二次世界大战中潜艇的频繁活动、声纳的发明、50年代海上石油勘探
的广泛进行，使人们对海洋有了进一步的认识。海洋地质学逐步成为一门独
立学科。60年代以来，人们应用海底探测新技术，开展大规模的国际性联合
大洋综合调查和勘探，获得了许多新资料�
