摘要：太空常被称作“最后的边疆”，人类数千年来观测夜空，试图揭开它的奥秘，却仍有许多难题让天文学家和宇宙学家束手无策。从宇宙大爆炸、宇宙终结，到地外生命是否存在，甚至太阳系内行星的历史，都藏着未解之谜。2024年NASA虽取得不少突破，但困惑科学家的问题依然不少。
太空常被称作“最后的边疆”，人类数千年来观测夜空，试图揭开它的奥秘，却仍有许多难题让天文学家和宇宙学家束手无策。从宇宙大爆炸、宇宙终结，到地外生命是否存在，甚至太阳系内行星的历史，都藏着未解之谜。2024年NASA虽取得不少突破，但困惑科学家的问题依然不少。
太空是最后的边疆，这是科幻作品常有的说法，背后蕴含着无限遐想。其实不用遥望遥远宇宙，在我们的太阳系附近就能发现奇妙事物，比如“好奇号”火星车就在火星上有不少有趣发现。
但宇宙中还在发生无数未知事件。尽管人类数千年来观测夜空，试图弄清宇宙的运作方式，可不得不承认，我们仍有太多不了解的地方，还有许多谜团连天文学家和宇宙学家都无法解释。当然，这些谜团既有关乎宇宙大爆炸、宇宙终结的宏观问题，也有涉及地外生命理论、可能引发存在焦虑的话题。即便在太阳系内，我们视为近邻的行星，其历史中也藏着不少未解之谜。
长期的宇宙研究带来了诸多突破（仅2024年，NASA就打破了多项纪录），但也留下了同样多让科学家困惑的问题。
1991年，犹他大学的“飞眼”探测器在监测夜空时，寻找宇宙射线——这类高能带电粒子通常由超新星等高能事件抛向太空。天文学家偶然观测到一道明亮的宇宙射线，但计算其能量时却大吃一惊。它的速度接近光速，能量高达320艾电子伏特（EeV），是粒子加速器所能产生能量的4000万倍。换个说法，它的能量相当于一颗不错的快球（棒球术语，指高速投球），却压缩在一个质子的微小空间里。科学家从未见过这样的粒子，因此给它取名“哦我的天粒子”（Oh-My-God Particle）。
多年来，全球已探测到约100个这类超高能宇宙射线。但即便有这么多观测数据，科学家仍不知道它们来自何处，也不清楚是什么赋予了它们如此巨大的能量。目前已知超新星无法产生这么高能量的粒子；活动星系核（物质落入黑洞时产生的粒子）可能是来源之一，但粒子长途传播会损失速度。更奇怪的是，通过轨迹计算发现，这些粒子似乎来自宇宙中完全不存在高能源的区域。
正如约翰·贝尔茨教授所说：“可能是时空结构的缺陷，或是宇宙弦碰撞。我只是在随口说一些人们提出的疯狂想法，因为目前没有常规解释。”（引自《今日宇宙》）
你可能也曾好奇过外星人是否存在，科学家也不例外，恩里科·费米就是其中之一。尽管费米以研究核反应堆闻名，但传说在1950年，他和同事讨论地外生命时，提出了一个问题：“外星人都在哪儿呢？”毕竟，适合生命存在的条件并不罕见，也没有理由认为地球是特殊的，照理说宇宙中应该存在智慧生命。可目前看来，我们却没有发现任何踪迹。
这个问题后来被称为“费米悖论”。尽管研究人员四处搜寻生命迹象，却始终无法回答费米的疑问。其实他们并未懈怠：科学家一直在寻找可能适合生命发展的系外行星，也确实发现了不少候选者，比如系外行星K2-18b，就被检测出含有地球上海洋微生物产生的气体。此外，火星是否存在生命也备受关注——一块普通岩石证明火星曾有液态水（可能存在生命的迹象），甚至有理论认为，NASA的某项实验可能销毁了火星生命的痕迹。
从数学角度看，还有“德雷克方程”，用于估算银河系内拥有先进技术的文明数量。原始方程中有很多未知参数，难以计算，但后来的简化版本显示，地球不太可能是唯一孕育出先进文明的行星。既然如此，外星人到底在哪里？或许我们永远无法知道答案。
在讨论地外生命时，“哇！”信号（Wow! Signal）是个著名话题。1977年，俄亥俄州立大学的“大耳朵”射电望远镜接收到了来自深空的奇特信号。这个信号持续了72秒，强度极高，频率也非常特殊。第二天早上，天文学家杰里·埃曼查看数据时，对这个信号感到震惊，他在代表信号的一串字母和数字旁画了圈，还在空白处写下“Wow!”（哇！）。但当埃曼和同事再次搜寻这个信号时，却一无所获。
这个信号的特殊性让很多人认为它并非自然现象，换句话说，人们觉得这是外星人发来的信息。但科学家也在寻找非地外生命的解释。2016年有理论提出，信号可能来自当时未知的一颗彗星。埃曼本人也认为，望远镜可能捕捉到了“快速射电暴”（一种起源不明的天文现象）的尾端。
近期研究发现，多年来探测到过类似但更弱的信号，且这些信号的来源与冷氢云的位置吻合。理论上，如果冷氢云受到强能量波冲击，就可能发出类似“哇！”信号的辐射。科学家认为，磁星（一种旋转的中子星）可能释放出强烈的微波能量，放大了氢云的自然辐射。这种说法有一定可能性，但并非所有人都认同，有人质疑这类现象是否真的存在。因此，“哇！”信号的起源至今仍是个谜。
金星常被称作地球的“孪生兄弟”，因为它的质量和体积与地球相近，轨道也和地球较为相似。但抛开这些表面相似性，金星其实是一个环境极端恶劣的星球。虽然它是太阳系中离太阳第二近的行星，却是太阳系中最热的行星，表面温度高到能熔化铅，还包裹着一层厚厚的腐蚀性酸云大气层。
但科学家认为，金星曾经可能适合生命存在。在其形成后的最初20到30亿年里，金星表面或许有液态水，全球温度也比较适宜，介于20到50摄氏度之间。如果这种环境一直维持，如今金星上可能存在生命。但在7亿年前，某种变化发生了，最终导致了现在的“失控温室效应”。
到底是什么变化呢？这才是关键问题。有理论认为，金星接收的太阳辐射是地球的两倍，过多的热量蒸发了大量水分；而大气中增加的水蒸气又进一步锁住热量，导致更多水分蒸发，最终液态水完全消失。但另有模拟实验显示，即便辐射更强，金星本应仍能维持稳定气候，保留液态水。反而可能是某种“地表重塑事件”，让岩石中的大量二氧化碳释放到大气中，且无法被重新吸收，最终引发了如今的温室效应。不过，这种地表重塑事件的具体性质仍有争议，有人认为火山活动可能是诱因，但还需要更多研究来证实。
20世纪30年代，天文学家弗里茨·兹威基发现了一个奇怪的现象。他在观测后发星系团时注意到，星系的运动速度快得异常。简单来说，星系团中星系的运动速度，理论上应取决于星系团的规模和质量。但在这个星系团中，实际观测到的速度与计算结果不匹配——要让星系保持这样的运动速度，星系团中必须存在比观测到的更多质量。40年后，另一位天文学家薇拉·鲁宾在观测单个星系的自转时，也发现了类似的质量差异，这似乎证实了某种“不可见物质”的存在。这种物质能产生引力影响，但不与光相互作用，后来被命名为“暗物质”。
从比例上看，暗物质约占已知宇宙的27%（相比之下，我们熟悉的可见物质仅占5%）。而且暗物质很可能不是已知物质的变体，而是以一种“宇宙网”的形式遍布宇宙。这种“网”为可见物质提供了聚集的结构，像光环一样围绕在恒星和星系周围，帮助它们形成。
但关于暗物质的更多细节，目前还停留在推测阶段。有些科学家认为，并不存在新类型物质，而是我们对引力定律的理解有误；也有人提出，暗物质是某种奇特的物质，因为质量太轻、速度太快，无法与可见物质相互作用；还有理论认为，暗物质其实是微小的黑洞——黑洞本身难以观测，但质量极大。这种解释在理论上可行，却难以验证。
我们都熟悉引力——它让我们能站在地面上，更广泛地说，引力会让所有物体相互吸引。但如果所有物质都在相互吸引，宇宙为何还在膨胀？更奇怪的是，膨胀速度为何还在加快？
从阿尔伯特·爱因斯坦时代起，科学家就一直在思考这个问题，也推测可能存在某种“反引力”，但始终没有找到合理答案。不过他们给这种未知力量起了个名字：“暗能量”。简单来说，暗能量约占宇宙构成的70%，是宇宙加速膨胀的原因，而且在宇宙中分布相对均匀。但这种力量的作用机制仍是个谜。目前流行的“宇宙学常数理论”（也称真空能量理论）认为，太空真空本身能产生暗能量；还有“ Quintessence理论”（精质理论）提出，暗能量类似磁场，能影响整个宇宙，且随时间变化。
此外，还有一种较新的“时空景观理论”（Timescape）认为，暗能量可能根本不存在。该理论的核心是，引力会影响时间流逝——引力越强，时间过得越慢。因此，在宇宙中的巨大空洞区域（物质稀少，引力弱），时间流逝速度比在恒星密集的银河系中更快，这意味着空洞区域有更多时间膨胀。从我们的观测角度看，就像是宇宙膨胀在加速，但实际上只是观测视角造成的错觉。
2010年，科学家分析NASA费米伽马射线太空望远镜的数据时，偶然发现了一个奇特现象：两个巨大的“气泡”包裹着银河系。这两个被称为“费米气泡”的结构，从银河系中心向两侧延伸，每个都有2.5万光年（1光年约等于9.46万亿千米）长，边界清晰，还会释放出独特的高能伽马射线。它们覆盖了天空的很大一部分，但它们的形成原因和运作机制至今仍是谜。
最有可能的解释是，这些气泡与银河系中心的超大质量黑洞——人马座A*有关。它们可能类似其他黑洞喷射出的粒子流，但目前没有证据表明人马座A*现在仍在喷射粒子流。反而可能是过去有物质被吸入黑洞附近，获得极高能量后扩散，最终形成了如今的气泡形状。另一种说法是，气泡可能来自银河系中心附近恒星的大规模爆发——恒星形成过程或超新星爆炸，都可能释放出高能粒子。
但费米气泡的谜团不止于起源，它们的运作机制也无人知晓。科学家知道它们会产生伽马射线，还发现它们会释放中微子——这种微小、几乎无质量的奇特粒子，很少与普通物质相互作用。理论上，可能存在某种过程同时产生这两种粒子，但目前尚无证据支持。而且科学家也只能猜测这种过程的具体内容：是涉及其他奇特粒子？还是磁场？或是宇宙微波背景辐射？目前没有任何理论能完全解释所有观测数据。
关于太空和宇宙的很多问题，都需要回顾过去，弄清事物为何会是现在的样子。但如果我们展望未来呢？宇宙最终会如何终结？
宇宙学家对此仍在争论，也提出了多种理论。较早的“大收缩理论”认为，宇宙中的物质足够多，引力最终会战胜膨胀力，让宇宙收缩塌陷，所有物质都坍缩到一个无限小的点，即“大收缩”。有些科学家还推测，之后可能会发生新的宇宙大爆炸，形成新的宇宙——这一循环过程被称为“大反弹”。但后来发现宇宙膨胀速度在加快，一种新的理论“大冻结”（或“慢冻结”）逐渐成为主流。该理论认为，宇宙最终会走向“热寂”：物质和能量会扩散到极致，宇宙整体温度接近绝对零度（约-273.15摄氏度），不再有新恒星形成，旧恒星也会逐渐瓦解，最终只剩下黑洞——而黑洞也会慢慢蒸发消失。还有一种可能性最小但最具破坏性的理论“大撕裂”，认为暗能量的膨胀力会不断增强，最终撕裂一切，从星系到原子都会被分解。
这些理论听起来都不乐观，而我们也无法确定哪一种（如果有的话）会成为现实。不过好在，我们还有足够长的时间，不必过早担心这个问题。
来源：悠悠趣闻