宇宙噴流產生之謎

噴泉，五光十色的噴泉，無論春夏秋冬，晴晦晨昏，總是那樣美麗誘人，給建築、庭院增添無限魅力!但你可知道，宇宙中也有著許多千姿百態的“噴泉”，也同樣把天文學家“勾引”得夢寐不寧嗎?

1917年，美國加州大學利克天文台的柯蒂斯觀測到：從室女座方向的橢圓星係M87向西北方向伸出一條細而直的亮束，長達19角秒，很像是它噴出的一束發光流體，噴流由此而得名。囿於當時的儀器水平，無法對此進行更細致的研究，一時也沒發現類似的天體，這方麵的工作就此沉寂了幾十年。直到1971年，天文觀測早己擴展到射電波段，人們發現許多河外星係，特別是橢圓星係都有著射電雙瓣型的外部結構，為了解釋它的形成，英國劍橋天文研究所的裏斯才又想起了噴流。他認為：正是由星係中心射出的噴流——多半是雙極型的，即朝著兩個相反方向同時噴出一把物質和能量帶出，形成了發出強烈射電輻射的雙瓣。由於有了高精度的射電幹涉儀，他的假說不久便得到了觀測證實，從此形成了有關噴流的理論研究的熱潮，至今不衰。

現在我們知道：噴流是宇宙中相當普遍的一種現象：大的如星係噴流，是一種狹長的電離氣體(等離子體)束流，從包含著10億個太陽質量的星係中心噴出，速度可高達每秒20萬公裏，即光速的2／3以上，延伸長度達百萬光年量級，相當於太陽和地球間距離的100億倍：由它帶出而聚集在一個射電瓣中的能量相當於1000萬顆恒星質量全部轉化得到的能量，用諸如“宏偉”、“壯觀”這些詞又何足以表達其規模和氣魄的萬分之一！小的如銀河係內氣體、塵埃之中的分子氣體雙極流，發自質量與太陽同量級的新生原恒星和年輕星，速度為每秒幾十到數百公裏，長度與太陽、地球間距離相當。至於形態，更是百彩紛呈：直的、彎的、單側的、雙極的，對稱的、反對稱的，更有大噴流的始端又套著一個小得多的“袖珍”噴流的。造物主莫非也如此醉心於噴泉嗎?

關於噴流，我們實在知道得還太少。最核心的問題是：它是怎樣產生的?迄今已經提出了不下10種假說，各執一見，各有所長，卻沒有一種得到天文界的公認。盡管如此，我們還是可以根據它們之間大同小異的程度，把它們分為幾大類別。

70年代末形成雛形，至今仍有一大批天文學家不斷從不同角度加以修補、調整的是吸積一噴口假說。設想有一個黑洞在自轉，根據廣義相對論的原理，這會造成周圍空間的扭曲，引起包圍該黑洞的氣體繞同一轉軸旋轉。離中心不同距離處的氣體轉速不同，於是氣體間的摩擦造成兩方麵的效果：首先，它使氣體逐漸沉降到黑洞赤道麵上形成盤，其次，在消耗機械能的過程中使氣體逐漸向中心“吸積”。粘滯力起作用的過程同時也是機械能轉化為熱的過程，由於黑洞的“熱阱”特別深，所以靠近吸積盤的中心部位，溫度特別高，形成強輻射場。很高的輻射壓首先沿轉軸方向把氣體盤“吹透”，形成兩個“噴口”，隨後不斷把氣體從噴口噴出，這就是噴流。

這個假說很生動，但也有不少困難。例如，這種輻射場的可見光和紫外輻射應該遠大於我們所實際觀測到的結果；噴流中源源不斷的物質和能量來源似乎略感不足，星係中心還應有著某種我們沒有掌握的劇烈活動；噴流能在上萬光年的距離上不斷加速這一點好像也還缺乏滿意的解釋

另一大類的支持者人數較少，他們認為要到電磁作用中去找噴流的成因，一般都求助於磁力線的扭轉。例如，東京大學的內田豐提出一種假說，認為宇宙中稀薄的氣體在引力的作用下凝聚時，由於磁場對荷電粒子的力作用，總是傾向於形成一個與原始宇宙磁場相垂直的盤：而且由於角動量守恒的緣故，盤總是在自轉的。同時，在凝聚的過程中，引力能轉化為熱，溫度升高，根據磁流體力學的理論，磁力線將“凍結”在盤上。於是，旋轉的盤就會帶著磁力線扭起來，越靠近盤的地方扭得越厲害，或者換句話說，磁場強度的垂直分量越大。我們知道，場是同能量相聯係的，靠近盤的地方磁場能量聚集得高，就會產生一種“磁壓”，把物質推向外，這就產生了噴流。

還有一些別的假說。有的純粹是流體力學的；有的設想存在著湍流加速；甚至還有的認為是一個星係在“吞食”伴星係的過程中產生了噴流，同時也得到巨大的物質和能量補充由於噴流涉及的過程是在非常極端的、地麵無法企及的物理條件下(超高密、超高壓、超高溫等)進行的，無論是星係核還是銀河係中剛形成的年輕星都被裹在厚厚的氣體或塵埃雲中難以觀測到，所以，作為它們的外部表現的噴流一旦被人們發現，就引起強烈的好奇和興趣，不是很容易理解嗎?宇宙噴流到底是怎樣形成的?目前還是眾說紛紜，莫衷一是，但隨著觀測、理論兩方麵工作的不斷深入，人們終將一步步地接近噴流之謎的最後解答。