但是，宇宙為什么會膨脹呢？宇宙大爆炸理論認為，我們的宇宙起源于一個溫度極高、體積極小的原始火球，在距今大約200億年前，不知什么緣故，這個火球發生了大爆炸，在大爆炸中誕生了我們的宇宙。隨著空間膨脹，溫度降低，物質的密度也逐漸減小，原先的質子、中子等等結合成氘、氦、鋰等元素。后來又逐漸形成星系、星系團等天體。宇宙形成的早期，星系碰撞、合并是很普遍的現象，那時宇宙剛剛開始膨脹，還比較小、比較擁擠，星系繁多。當時大量小星系下雨般落到其他星系中，漸漸形成像銀河系這樣較大的星系。宇宙的狀態是逐漸膨脹，就像一個在不斷充氣的氣球，它里面的星系也逐漸彼此分離。經過200億年的“分離”才變成今天這個模樣。根據天文學家的推測，我們的宇宙將來有一天會停止膨脹，然后轉為收縮，直至收縮到大爆炸前的原始火球狀態；接下來會出現新的大爆炸，急劇膨脹，然后收縮。這種循環可能會不斷地重復進行，宇宙處于這種來回震蕩式的變化之中。

原來黑夜之所以黑是因為我們只有太陽的照耀，那些本該照耀地球的恒星在遠離我們，那些本來能照到地球的光在逐漸消失。

美妙絕倫的極光

極光被視為自然界中最漂亮的奇觀之一，極光一般出現在地球南北兩極高空的夜晚，瞭望夜空中五光十色、千姿百態的光輝，那輕盈飄蕩、忽暗忽明的景象，不禁讓人嘆服大自然的鬼斧神工。在自然界中還沒有哪種現象能與之媲美。任何畫筆和語言都很難繪出和形容那嚴寒的北極上空飄忽躍動、變幻莫測的炫目之光。

在我國能看到北極的極光，那么在人們眼里極光是什么樣子的呢？極光多種多樣，五彩繽紛，形狀不一，綺麗無比。極光有時出現時間極短，猶如煙花綻放般轉瞬即逝；有時卻可以在蒼穹之中輝映幾個小時。極光形狀有時像一條彩帶，有時像一團火焰，有時像一張五光十色的巨大銀幕。極光色彩萬千，變幻無窮，有的特別明亮，掩去星月的光輝；有的又十分清淡，恍若一束青絲。有的極光似飄動的彩帶，飛天的水袖；有的極光則淡定閑適，靜靜綻放。其實很多看過極光的人都會用“無法形容”來描繪它，也許極光真的美到超越我們的語言能力，人在它面前只能驚嘆、震撼，失之言語，而永駐心里。

科學家則從另一個角度看極光。乘宇宙飛船穿越地球南北極上空時，從遙遠的太空望向地球，會看到一個閃閃發亮的光環，光環處在連續變化中，時而向赤道方向伸展，時而向極點收縮。光環時明時暗，處在午夜部分的最寬最明亮。科學觀測結果表明，極光最常出現在南北緯67度附近，在極光區域內幾乎每天都有極光活動。據統計，極光形態特征大概有五種：底邊整齊微微彎曲的、圓弧狀的極光弧；有彎曲褶皺的、飄帶狀的極光帶；如云朵一般的片朵狀的極光片；面紗一樣均勻的、帳幔狀的極光幔；沿磁力線方向的、射線狀的極光條。

夢幻般的極光許多世紀以來讓人們充滿神秘感，它到底是怎么形成的呢？古代，因紐特人認為極光是鬼神引導死者靈魂上天堂的火炬。我國古代沒有極光這個詞，人們根據極光的不同形狀來稱呼，比如天狗、刀星、開天眼等。13世紀時，人們則認為那是格陵蘭冰原反射的光。到了17世紀，人們才稱它為北極光。隨著科技的進步，極光的奧秘也逐漸被揭開。原來這美麗的景色是太陽與大氣層合作表演出來的作品。極光與地球高空大氣和地磁場的大規模相互作用有關，也與太陽噴發出的高速帶電粒子即太陽風有關。太陽風在地球上空環繞地球流動，以大約每秒400千米的速度撞擊地球磁場。地球磁場形如漏斗，尖端對著地球的南北兩個磁極，因此太陽發出的帶電粒子沿著地磁場這個“漏斗”沉降，進入地球的兩極地區。兩極的高層大氣，受到太陽風的沖擊后會發出光芒，形成極光。

其實極光不僅是一個光學現象，而且是一個無線電現象。用雷達進行觀測研究，發現它會輻射出某些無線電波。甚至有人說極光能發出各種聲音。也許針對極光有許多值得研究的課題，期待瑰麗的極光帶給我們更多神奇的體驗和更多驚奇的真相。

美麗的流星雨

大多數人都看到過星空中的流星雨，那么什么是流星雨呢？它是怎么形成的呢？

流星雨的產生是流星體與地球大氣層相摩擦的結果，流星體就是小行星群體。流星群往往是由彗星分裂的碎片產生，因此，流星群的軌道常常與彗星的軌道有關。成群的流星就形成了流星雨。美麗的流星雨看起來像是流星從夜空中的一點迸發并墜落下來，這一點是流星雨的輻射點。人們通常以流星雨輻射點所在天區的星座給流星雨命名，用這個來區別來自不同方向的流星雨。例如每年11月17日前后出現的流星雨輻射點在獅子座的天空區域內，就被命名為獅子座流星雨。此外我們熟知的還有獵戶座流星雨、寶瓶座流星雨、英仙座流星雨。

也就是說流星雨是由于彗星等天體破碎而形成的。那么，流星雨的發生都與彗星有關嗎？我們知道，每年流星雨規律地發生是因為地球精確地在每年某個時間攔截某一特定的彗星軌道。歷史上很多場流星雨都十分壯觀。比如，1899年的一次大流星雨1小時內出現10多萬顆流星。追溯歷史還有很多次流星雨記載。總之，每年共有約24個規則的流星雨發生，它們幾乎都與彗星有關。

流星雨因其壯觀的景象和好聽的名字一直被視為美好的天外之物。按成分流星雨可分為三種。一種是石質的隕星，含有硅酸鹽。這種流星雨含有球粒結構，石質隕星是最常見的，占總數的65%；第二種是鐵質隕星，它是一種金屬隕星，由鐵和鎳構成。這種流星雨占總數的31%；第三種隕星含有一半金屬，一半硅酸鹽，占總數的4%。

在太陽系中，除了八大行星、矮行星和它們的衛星之外，還有彗星、小行星以及一些更小的天體。小天體的體積雖小，但它們和八大行星、矮行星一樣，在圍繞太陽公轉。如果它們有機會經過地球附近，就有可能以每秒幾十千米的速度闖入地球大氣層，其上面的物質由于與地球大氣發生劇烈摩擦，巨大的動能轉化為熱能，引起物質電離發出耀眼的光芒。這就是我們經常看到的流星。

有的流星是單個出現的，在方向和時間上都很隨機，也無任何輻射點可言，這種流星稱為偶發流星，偶發流星每天都會產生。流星雨與偶發流星有著本質的不同，流星雨的重要特征之一是所有流星的反向延長線都相交于輻射點。流星雨的規模也大不相同。有時在一小時中只出現幾顆流星，但它們看起來都是從同一個輻射點發出的，因此也屬于流星雨的范疇；有時在短短的時間里，在同一輻射點中能迸發出成千上萬顆流星，就像節日中人們燃放的禮花那樣壯觀。流星雨之所以美麗，是因為它有多種顏色。一個流星的顏色是流星體的化學成分及反應溫度的體現，鈉原子能發出橘黃色的光，鐵為黃色，鎂是藍綠色，鈣為紫色，硅是紅色。

暗物質是什么

宇宙中有許許多多發光的星體，它們構成了各種各樣的星系家族。但宇宙中除了發光星體外，還存在一些觀察不到的暗物質。1915年，愛因斯坦根據他的相對論得出一個推論，即宇宙的形狀取決于宇宙中物質的多少。他認為宇宙是有限封閉的。按這個推論來算，宇宙中物質的平均密度必須達到很高，但目前可觀測到的宇宙密度，卻比需要值小100倍。這就是說宇宙中有大量物質“失蹤”了，我們無法觀測到，科學家把這些“失蹤”的物質叫暗物質。

在浩瀚的宇宙中，人類能觀測到的只有10%左右，有90%下落不明。仿佛幽靈一樣的暗物質無法捕捉到，用望遠鏡也看不到。那么暗物質究竟是什么東西呢？

最初人們猜測暗物質是彌漫在宇宙空間的氣體，但實際測量結果證明，宇宙空間的氣體太少了，不足以說明暗物質的存在。接著人們猜測可能是宇宙塵埃，彌散的宇宙塵埃會引起星光昏暗，但測量后發現宇宙塵埃只占星系團中恒星質量的1%。也有人提出暗物質可能是黑洞，這種體積極小而質量極大的天體由于引力極強，能夠吸附附近的一切物質，包括光輻射。但實際上黑洞的數量過少，不足以解釋暗物質的存在。

這些猜想都逐漸被否定，隨著研究的深入，宇宙中一種神秘粒子——中微子進入人們的視線。中微子目前已經被證實是存在的，而且數量極為龐大，雖然質量尚不明確，但只要它有很小的質量就足以支撐暗物質的存在。1930年，奧地利物理學家經過大量推算，根據能量守恒定律大膽提出，物質世界里有一種極其微小的粒子，正是這種粒子帶走了宇宙中失蹤的那部分能量。1933年美國物理學家命名這種粒子為中微子，1956年科學證實了中微子的存在。

如今，科學家已證明某些中微子具有某種質量，這就是說，大量中微子可能就是缺失的宇宙物質，或者至少是其中一部分。但是，中微子的質量真的能對宇宙的物質組成產生如此大的影響嗎？這仍然是宇宙留給我們的未知領域。

宇宙中的黑洞與白洞

仰望夜空時，我們能看到很多美麗的星星，這些發光的天體讓人感覺親切。其實，在一望無際的宇宙中，還有很多不發光的天體。美國宇航局曾經發射了高能的天文觀測系統，通過這個系統，科學家們發現了一個奇怪的現象，那些被認為消失了的星體仍然能放出宇宙射線，而且還很強烈。科學家認為這就是廣義相對論預言的黑洞。黑洞讓人陌生而害怕，因為它吸引著宇宙中的一切。

隨著研究的成熟，黑洞已經為世人所認識。而太空中還有一種與黑洞相反的物質，叫做白洞。它也是一種特殊的天體，有一個封閉的邊界，可以向外部提供物質和能量，但不能吸收外部的任何物質和輻射。白洞是一個很強的引力源，它還會和它周圍的物質發生激烈的碰撞，釋放出巨大的能量。白洞和黑洞一樣，充滿著神奇的色彩。

最讓人們感興趣的問題是，黑洞和白洞是如何產生的？它們之間有什么關系？科學家們對此有很多見解。

有人認為黑洞是巨大星體演變而成的，并且極有可能是由恒星轉變而來的。宇宙早期的星云物質由于自身的引力作用而收縮成恒星，在收縮過程中，氣體溫度上升并使恒星發光，當溫度升高到一個極點時，就會發生“熱核聚變”。聚變釋放出的巨大能量使恒星氣體的壓力進一步升高，并達到足以平衡恒星內部引力的程度，于是恒星的收縮停止下來，并在相當長的時間里穩定地燃燒；當恒星耗盡了這些能量之后，又重新開始收縮，最后逐漸凝結而形成了黑洞。還有一些人認為黑洞是由小型黑洞集合而成的，每一個早期氣體云團的中心后來都發生了坍縮，最終形成了超級黑洞。

關于白洞的形成，多數天文學家認為，當宇宙誕生的那一刻，即當宇宙開始大爆炸時，由于爆炸的不完全和不均勻，可能會遺留下一些超高密度的物質暫時沒有爆炸，這些遺留下來的致密物質就成為新的局部膨脹的核心，也就是白洞。目前，關于白洞的研究只是停留在理論階段，還沒有被觀測結果所證實。

以往的研究中，大多數科學家都把黑洞和白洞當做兩種不同的物質來研究，不過，有一項研究得出的結論認為白洞很可能就是黑洞。這等于說黑洞在這一端吸收物質，而在另一端則放射物質，就像一個巨大的時空隧道。最初提出這個理論的正是著名的英國天體物理學家霍金。1974年，他在研究黑洞的過程中發現，黑洞的蒸發使黑洞的質量減小，從而使黑洞內部的溫度升高，這樣又促使蒸發進一步加劇，這一過程持續下去，黑洞的蒸發就會不斷加強，最后以一種猛烈爆發的形式結束。這個過程正好就是白洞不斷向外噴射物質的過程了。霍金致力于這方面的研究已經很多年，他的理論給天文學家提供了新的研究視角。

目前，關于黑洞和白洞的奧秘仍然需要繼續研究，相信人類堅持不懈的努力一定會揭開神秘的宇宙蘊涵的無數秘密。

尋找彗星的家

彗星是星際間物質，也被人們稱為“掃帚星”，古代人們普遍認為彗星是災星，把彗星的出現和人間的戰爭、饑荒、洪水、瘟疫等災難聯系在一起。我國2 000多年前就有關于彗星的記錄，《春秋》記載，公元前613年，“有星孛入于北斗”，這是世界上公認的關于哈雷彗星最早的確切記錄，比歐洲早600多年。《天文略論》里寫道：“彗星為怪異之星，有首有尾，俗象其形而名之曰‘掃把星’。”現在，利用望遠鏡我們平均每年可發現10多顆彗星，但肉眼可見的大彗星卻不多見。彗星的樣子很特別，它的主體部分是個球形，即彗核，核外的霧狀包裹層叫做彗發，兩者合稱彗頭。

彗星是個很奇特的天體。歷史上第一個被觀測到的周期性出現的彗星是哈雷彗星。1704年哈雷認識到它是周期性的，周期是76年。歷史記錄表明自從公元前240年開始，它每次通過太陽時都被觀測到了。最近一次是在1986年通過的，哈雷彗星現在已經廣為人知。離太陽很遠時彗星的亮度很低，而且它的光譜單純是反射太陽光的光譜。當彗星進入離太陽8個天文單位內時，它的亮度開始迅速增長并且光譜急劇地變化。發生這種變化是因為組成彗星的固體物質突然變熱。

從古至今，彗星的故事和傳說很多，人們對這種天體充滿了好奇，但最讓人們不解的是，彗星是如何形成的。這同樣是宇宙留給人類的難題，研究至今，科學家們形成了以下幾種看法：

由奧爾特云形成。1950年，荷蘭天文學家奧爾特對41顆長周期彗星的原始軌道進行統計后認為，在冥王星軌道外面存在著一個碩大無比的“冰庫”，或者說是一個巨大的“云團”。這個云團一直延伸到離太陽約22億千米遠的地方。奧爾特認為太陽系里所有的彗星都來自這個云團，因而人們把它稱為彗星云或奧爾特云。奧爾特云離太陽系很遠，那里大約有1 000億顆彗星。

碰撞后的產物。這個假說認為，太陽系內某兩個天體碰撞或太陽系內天體爆炸后，形成了許多碎片及更多的彗尾物質塵埃，而許多同一軌道的碎片結合到一起就形成了彗核，伴隨的塵粒在接近太陽時就形成了彗頭和彗尾，這種說法比較可信，因此被很多人接受。