北京时间9月19日消息,据美国国家地理网站报道,美国加州大学洛杉矶分校科学家近日首次成功绘制出精子的3d轨迹图,轨迹显示精子像拔塞钻一样螺旋前进,还像是一个个超级活跃的游泳高手。据研究人员介绍,此项研究采用的是一种传感器芯片成像技术,而不是像以往那种采用智能电话和数码相机成像的传统方法。新技术将有助于更好地研究男性生殖能力以及其他微生物的行为规律。
由于个体微小而且速度很快,人类的精子很难研究,这是科学家们的共识。然而,美国加州大学洛杉矶分校奥兹坎研究团队却迎难而上。研究负责人安多甘-奥兹坎表示,“精子是生命中最重要的微生物之一。”奥兹坎和他的研究团队从精子库中提取精子标本,然后将研究对象放置于一个硅传感器芯片上。研究人员从不同方向发出红色和蓝色led光线,照射到移动的精子细胞上。每一个精子投射出不同颜色的阴影,硅传感器芯片记录下这些阴影。然后,研究人员再利用计算机程序将两组数据进行结合,重建细胞前进的轨迹。
奥兹坎介绍说,“在任意给定时间内,传统光学显微镜在三维角度只能观测到数量有限的精子。但是,采用新的传感器技术,在仅仅一次很短时间的实验中,我们就能够很容易看到1500多个三维精子。”
超级活跃的精子
所有的数据都显示,精子游泳的方式完全不同。大多数精子采用的是一种典型的轨迹,大致是一种直线。然而,还有一些精子游泳的方式却是螺旋式前进,就像一个开红酒瓶的拔塞钻一样螺旋前进。在此前的研究中,显微镜只能模糊地观测到这种奇特的现象。有些精子之所以被称为“非常活跃”,是因为它们前进时方向总是紧急转变的,就好像有某种力量在猛力拉着它们向相反方向改变。
奥兹坎表示,目前他们尚未搞清楚精子的健康度与其游泳方式之间是否存在某种联系,但是这种新的成像技术将开启精子研究领域的新大门。事实上,科学家们还利用新的传感器系统将红蓝两色光线照射到其他微生物上研究它们的运动情况以及它们对药物和化学试剂的反应。“这种新技术或其改进技术将可能用于观测和量化精子的能力。”
最新3d精子成像技术研究成果发表于本周出版的美国国家科学院院刊上。
动物有性生殖过程中的雄性细胞,异配生殖中的雄配子;由精子器产生的单倍体生殖细胞。在藻菌植物、苔藓植物、蕨类植物以及裸子植物中的苏铁目和银杏目,都具有鞭毛而能游动的精子;但裸子植物中的松杉目和买麻藤目以及全部被子植物,精子都不具鞭毛。
外部形态 精子形态因植物种类而异,有双鞭毛精子、多鞭毛精子和无鞭毛精子等。原始陆生植物苔藓和低等维管植物石松与卷柏一般为双鞭毛游动精子;水韭、木贼、真蕨和裸子植物中的苏铁和银杏则为多鞭毛游动精子。每个精子有 100根以上的鞭毛,而苏铁目泽米属的一个游动精子约有1~1.2万根鞭毛。苏铁和银杏的精子形似陀螺,远极端呈螺旋带状,大量鞭毛丛生于螺旋带上。螺旋带的轮数有所不同:泽米属6轮,苏铁属5轮,银杏属3轮。裸子植物的松柏目及买麻藤目和被子植物的精子不具鞭毛。在维管植物中,体积最大的精子是苏铁类(泽米属)植物的一种(Zamia chigua),其直径约400微米。
内部结构 各种植物类群的精子内部结构差异很大。低等植物的游动精子,在结构和发育上类似于动物精子。如丽藻精子具两条鞭毛,鞭毛长在细胞的前端,并向后部延伸。整个游动精子可以分为3个区:①细胞的前端约占 1/4,包括一团线粒体;②在中部有一较长的核,约占细胞的1/2;③末端也占1/4,包含一团质体。在精子超微结构的研究中,多鞭毛的泽米精子是比较详细研究过的一个例子。它的整个细胞体积大部为核所占据,薄层细胞质在细胞的周缘为质膜束缚。从纵切面看,精子螺旋带呈梯状。精子前部顶端有一电子致密的帽状物质。细胞质中有线粒体和内质网等细胞器。中国科学家朱澄等从小麦的成熟花粉粒中,观察到具尾部结构的精细胞。它的一端是钝的头部,主要为长椭圆形的细胞核所占据;另一端是细胞质延伸的尾部,末端渐尖,约占细胞长度的2/3(图3c)。精子细胞质中除含有线粒体、内质网、高尔基器、核糖体、小液泡和退化的质体外,还具有微管以及与细胞纵轴相平行的大量纤丝状结构。线粒体集中在尾部细胞质中。
运动 具鞭毛的精子可以游动,游动精子释放后,在22~25℃下可活动1小时左右。一旦精子到达卵细胞,具鞭毛的带状结构便自行脱落,然后精细胞核直接与卵接触。至于不具鞭毛的精子是否能够自主运动,还有不同的看法。
发生过程 各种植物的精子器或雄配子体产生的精子数目有很大差异:水韭的一个精子器可产生 4个精子,卷柏128~256个,瓶尔小草(厚囊蕨类)几千个,里白(薄囊蕨类)几百个;种子植物的雄配子体一般只产生两个精子。
演化趋势 总的趋势是由具鞭毛的游动精子,逐渐简化成不具鞭毛的精细胞。精子的活动方式也由靠鞭毛游动到借花粉管输送精子。如低等维管植物的受精作用,必须在具备一定水分的条件下进行。这在一定程度上反映了藻类植物的水生习性。而苏铁和银杏精子,虽然保持藻类和低等维管植物具鞭毛的特点,但精子已过渡到借助花粉管输送。到了裸子植物的松杉类和被子植物,精子的移动则摆脱了水分条件的限制,完全靠花粉管输送。
雄性动物的生殖细胞。其形状与一般细胞有很大差异。各种动物的精子可以分为典型和非典型两类,典型的一般为蝌蚪状,头部近圆柱形(各种动物不尽相同),尾部细长,如鞭毛。非典型的精子形态多样但均缺乏鞭毛。
一个尚无解释的现象是所谓变异型精子的产生。在哺乳类(包括人类)、鸟类、两栖类、鱼类、昆虫和环节动物,同一个体中,不是由于退化或病理的原因,除典型的精子而外,还产生特小、特大、或者甚至不只一条鞭毛的变异型。海产和淡水前鳃类(软体动物)的变异型精子的形状与正常的完全不同。
典型精子的结构
自列文虎克1677年观察到人和一些高等动物的精子以来,迄今已研究了一千多种动物的精子,其中大部分都是蝌蚪状的。50年代以来对精子的生物学特性的认识取得了迅速的进展。以哺乳类为例,精子的结构可分为头、颈和尾3部分。
头部 主要由细胞核和顶体组成,呈圆球形、长柱形、螺旋形、梨形和斧形等,这些形状都是由核和顶体的形状决定的。
成熟精子的细胞核含有高度致密的染色质,在光学显微镜和电子显微镜下都难以区分其结构。核的前端有顶体,是由双层膜组成的帽状结构覆盖在核的前2/3部分,靠近质膜的一层称为顶体外膜,靠近核的一层称为顶体内膜。顶体内有水解酶性质的颗粒,它与精子通过卵外各种卵膜有关。在顶体和核之间的空腔称为顶体下腔,内含肌动蛋白。有些无脊椎动物的精子受精时产生顶体反应:肌动蛋白聚合形成顶体突起或顶体丝;使精子能附着于卵的质膜上,导致精卵融合——受精。
核膜虽为双层膜结构,但两层的间距很小,而且只有在核后端与颈部相连的转褶处有核膜孔。
颈部 此部最短。位于头部以后,呈圆柱状或漏斗状,又称为连接段。它前接核的后端,后接尾部。在前端有基板,由致密物质组成,刚好陷于核后端称为植入窝的凹陷之中。基板之后有一稍厚的头板,两者之间有透明区,其中的细纤维通过基板接连于核后端的核膜。在头板之后为近端中心粒,它虽然稍有倾斜,但与其后的远端中心粒所形成的轴丝几乎垂直。围着这些结构有九条由纵形纤维组成的显示深浅间隔的分节柱,线粒体分布在分节柱的外围。这九条分节柱与其后的 9条粗纤维的头端紧密相连。
尾部 分为 3部分:中段、主段和末段。主要结构是贯串于中央的轴丝。
中段 从远端中心粒到环之间称为中段,其长度在哺乳类中差异颇大,但结构大体相似。主要结构是轴丝和外围的线粒体鞘。
①轴丝:精子的运动器官,由远端中心粒形成,一直伸向精子的末段。精子轴丝的结构与动物的鞭毛(或纤毛)相似,基本组成上都是 9+2型,即位于中央的两条是单根的微管,四周是9条成双的微管(二联体)。
轴丝外的纤维鞘由9条粗纤维组成。它们与颈部9条分节柱相连。这是哺乳类精子特有的,因此人们把哺乳类精子列为9+9+2型(图3),尽管其大小形状在各种动物有所不同。鸟类和有些无脊椎动物的精子中也有类似的结构。
②线粒体鞘或称线粒体螺线:线粒体相互连接,螺旋地包在粗纤维之外,故称线粒体鞘。它是在精子形成时线粒体汇集到一起彼此相互合并而成的连续结构。各哺乳类螺线的圈数差别很大,少的十来圈,多的达几百圈。
③环:位于中段的后端。在线粒体鞘最后一圈之后,是该处质膜向内转折而成。为哺乳类精子所特有,可能与防止精子运动时线粒体后移有关。
主段 尾部最长的部分,由轴丝和其外的筒状纤维鞘组成。纤维鞘中有两条纤维突起成纵形嵴,由于纵形嵴刚好分别位于背腹二侧,以致使精子尾部截面呈卵圆形。
末段 随主段进入末段,纤维鞘逐渐变细而消失。
非典型精子结构
共同特点是缺乏鞭毛,但是其形状却相差悬殊。这种精子在无脊椎动物中分布很广。有的,如低等甲壳类的精子,是圆球状或带状,比典型精子更象一个细胞。有的则长出许多细而长的突起,可能有助于附着,使其在孵化腔中不至被水流冲掉;高等甲壳类的精子形状较为复杂,除细长的突起外,还有几丁质的囊。线虫纲动物的非典型精子比较简单的象变形虫,马副蛔虫的精子则具有独特的晶状体。由于非典型精子大多形状简单,使人容易认为它们是停留在精子形成的早期阶段。但是经过比较研究,例如在有些精子中仍然可以看到中心粒以及由此生出的鞭毛(虽然未长出体外)。一般认为,这种简单形状是退化而来的次生性状。
精子发生
从精原干细胞发育为精子的过程,这过程在高等动物中大致相似,都是在睾丸的曲精细管(生精小管)内进行的。
哺乳类的精原细胞可以作为干细胞增生繁殖,产生新的干细胞并能产生进行分化的细胞;这不仅保存了干细胞本身的世代,并且能源源不断地产生分化细胞,再由后者产生初级精母细胞。至于它们经过多少次有丝分裂产生出初级精母细胞,各类动物不尽相同。除最早的精原细胞以外,在精子发生过程中每次有丝分裂之后,细胞质都不完全分开,细胞之间有间桥相连,形似合胞体。这可能有利于细胞之间维持严格的同步性,有利于同时产生大量的精子。
精母细胞产生后,进入生长期,体积增大,此时称为初级精母细胞。它们的细胞核合成 DNA,染色质发生一系列的复杂变化,准备第一次成熟分裂(见减数分裂)。发裂后每个初级精母细胞产生两个单倍体的次级精母细胞。后者不复制 DNA,经过较短时间的停留,就进入第二次成熟分裂,形成两个精子细胞。所以一个初级精母细胞经过两次成熟分裂形成四个单倍体精子细胞。在各种动物精子发生中只有这个阶段大体相似。
由精子细胞成为精子的过程叫精子形成,也称为精子变态。这一过程极为复杂,主要是细胞核和细胞器发生急剧变化。细胞核中核蛋白成分发生显著变化,导致染色质致密化,核的体积缩小。在有些动物中鱼精蛋白取代了核中的组蛋白。高尔基器、中心粒和线粒体变化也很大。由一系列小泡所组成的高尔基器,其中有些小泡中产生顶体前颗粒。小泡不断扩大合并成较大液泡,覆盖于核的前端,并进一步演变为帽状顶体。顶体前颗粒也汇集成较大的、显示粘多糖反应的顶体颗粒。中心粒在高尔基器变化的同时一分为二并相互移开,近端中心粒位于核后端的凹陷中,远端中心粒形成鞭毛的轴丝,以后消失。线粒体则重新分布,围绕着轴丝形成螺旋。这种运动与线粒体周围的肌动蛋白纤维有关。在这些变化的同时,大部分细胞质聚集到颈部,仅通过一细柄与精子相连。这时精子的尾部已从后端长出,当此细柄断开时,精子即与细胞质(称为残体)脱离进入到曲精细管的管腔中。
精子发生的全部过程与支持细胞有密切关系。曲精细管上皮由长柱状、底部较宽顶部较窄的支持细胞和生殖细胞组成。精母细胞处于支持细胞与曲精细管的基膜之间,二者之间有桥粒样连接相连(见细胞间连结)。进行成熟分裂的精母细胞逐渐向精细管的管腔移动,这主要是靠支持细胞本身的运动(可能与其中丰富的微丝有关)。各级精母细胞位于支持细胞的凹窝中,或两个相邻支持细胞形成的凹窝中,并且与支持细胞的细胞膜形成间隙连接,借此相连。各级精母细胞按照成熟的程度排列,处于变态中的精子细胞更靠近顶部。在这里,支持细胞通过两种结构与精子细胞发生联系:一是外质中的肌动蛋白纤维形成的连接结构;另一种是球带状复合体,后者是支持细胞的顶部表面和精子细胞的头部表面共同形成的。由于从精原细胞不断产生精母细胞进行置换,因而产生出这样精确的排列(图6)。
精子发生的激素调控 精子发生受垂体分泌的促黄体生成素 (LH)、促滤泡生成素(FSH)以及睾丸间质细胞分泌的睾酮调控。间质细胞又称Leydig细胞,位于各曲精细管之间的间质组织中,它们合成和分泌睾酮进入曲精细管,促进精子发生。睾酮的产生受垂体释放的LH的控制。垂体分泌的 FSH则刺激支持细胞合成和分泌雄激素结合蛋白,它与睾酮有强的亲和能力,以保持睾酮在曲精细管中的浓度,维持它对精子发生的作用。此外FSH还能直接启动精原细胞分裂和激发早期生殖细胞的发育。
精子发生中的基因调控 精子发生期间染色质浓缩,使 DNA不能够转录,这种情况在精子完全形成之前完成。各种动物在精子形成中转录停止的时刻不完全相同。例如在果蝇,RNA合成在初级精母细胞期间停止,而在小鼠,在成熟分裂后不久的精子细胞中还在进行,要在细胞核开始伸长时才完全停止。
精子的形成依赖蛋白质合成,既然 RNA合成已停止,精子变态所需蛋白质合成必然要依赖较早时期产生并储藏起来的到精子变态时才进行转译的稳定RNA,这是发生在转录后水平上的调控,是延迟基因表达的机制。如在精子细胞质中合成并进入细胞核取代组蛋白的鱼精蛋白,其基因在初级精母细胞中就已转录。在核内合成的 RNA转移到细胞质中,与蛋白质结合形成 16~18S的核蛋白颗粒,并以这种形式储藏在细胞质内直到精子细胞时期。在这种转录和转译之间有较长时间间隔的例子中,对控制转录后基因表达的因素尚缺乏了解。类似的现象可能也会在其他类型细胞的终末分化中遇到。
精子是男性成熟的生殖细胞,在精巢中形成。
人类成熟精子形似蝌蚪,长约60微米,由含亲代遗传物质的头和具有运动功能的尾所组成,分头、颈、中、尾四部分。我另收集有精子运动图(69.1k),很美丽的,值得一看。
畸形精子包括头、体、尾的形态变异,或头体混合畸形。头部畸形有巨大头、头部核和胞浆倒转,蘑菇样头、双头;体部畸形有体大而粗、楔形、三角形等;尾部畸形有粗尾、粗短而分叉尾及双尾;头体混合畸形有头体增大、核畸形变长及头体混合变长等。
精子运动
有几种类型的精子运动,但最常见的有两种,一种是直接朝前运动,精子实际上是朝前游动;第二种运动是摆动,精子只摆动尾,却不前进。附睾精子和射精精子的运动类型是不同的。射精液不同组分中的精子,其运动类型也不一样。由于精子的运动速度在射精液的最初一部分中比较高,所以常用射精液富含精子的开始一部分进行人工受精。当精子遇到附睾液、精浆、宫颈粘液、子宫内膜液、输卵管液和腹腔液等的离子微环境变化和生物物理状态变化时,精子运动类型也有着变化。在有输卵管粘液和卵泡液的情况下,精子运动速度加快。前列腺分泌液和精囊腺分泌液之间的最适比例关系对精子的活力和运动也有影响。精囊腺分泌液含有几种对精子运动和活力有损伤作用的成分;而前列腺分泌液则刺激精子运动。把激肽或激肽释放酶与精液样品混在一起,可改善精子的运动能力。有规律地把激肽释放酶连续给精子少的病人服用几个月,可增加精液的精子数,并改善精子的活力。任何一次射入女性生殖道的几亿精子只有不到100个精子能运行到受精部位。
精子鞭毛以一种协调顺序反复传播正弦波。这样,以鞭毛内产生的能量来调节精子的运动。鞭毛有解剖学上纵行排列的收缩蛋白质、粗大纤维和与它相关联的微丝及微管。因此为了克服诸如宫颈粘液这样的粘性腔液的阻力,久需要有这样的推动力。精子细胞为了有效地向前运动,必须使运动波达到协调,并作为发育过程中的一个结果保持下来。
关于精子尾运动的三维空间模型,有许多相互矛盾之处,这可能是因为拍下来的照片基本上都是二维结构。但是,共识认为,在一平面上有一个主要的波状运动从基部传到尖端,该平面相当于精子头的宽面;附加在这个运动波上的一个旋转成分引起一种螺旋形运动。但是还不清楚这一旋动成分是顺时针方向还是反时针方向的。
当从基部向尖端看时,人精子头与头的凝集常向反时针方向转动,也就是与轴丝外周纤维的小臂方向相反。如果轴丝以某种方式传导一个收缩脉冲的话,那么这一冲动将会沿同一方向通过这条轴丝。
精子内有在肌肉收缩中起重要作用的三磷酸腺苷和三磷酸腺苷酶(ATP酶),它们在生能反应和精子运动之间建立了联系。就象ATP在肌纤维收缩时提供大量能量一样,ATP的分解为精子纤维收缩提供大量所需的能量。精子消耗的ATP,可以通过果糖酵解生能反应和呼吸作用得到补充。
代谢过程产生能量(ATP是其最终形式)传给能够把化学位能转变为机械动能的结构。这种能量供应,部分由介质的底物代谢得到补充,部分由原位代谢途径产生,其中包括三磷酸腺苷酶。鞭毛运动的启动,似乎部分是通过第二信使环一磷酸腺苷(cAMP)和环一磷酸鸟苷(cGMP)依靠内分泌控制的。但是,在一连串反应中,主要靠钙离子激活的蛋白质复合体来启动鞭毛运动。
精子质膜的生物电性质,连同神经化学调节作用和特殊的离子转移酶系统,即Na+、K+的激活依赖于镁离子的ATP酶,可能与运动波的协调作用和精子细胞的运动速度有因果关系。精子的运动速度也可能受到鞭毛运动频率变化的影响。
精子发生、成熟与运输 在人胚胎中,约在发育第24天可辨认原始生殖细胞。此时它们在卵黄曩中出现。细胞进行有丝分裂,在第4~5周游走到位于生殖峪的原始性腺。原始生殖细胞在游走时及其后,经过细胞分裂迅速增多。到第42天,可多达1300个原始生殖细胞,以后或变为卵原细胞或变为精原细胞存在于未分化的性腺中。在晕丸分化早期,原始生殖细胞均匀地分布在曲细精管中。它们在整个幼儿期保持静止,但在青春发育早期,精原细胞开始增殖,经有丝分裂成为初级精母细胞,直等到青春发育期才开始减数分裂。
男性青春期在很多方面类似女性,但有一些明显不同。生长高峰以身高测量,男性发生晚2年。没有相似于月经初潮的精确时间点以表明达到肯定的性成熟阶段,如同女性发育,在某一年龄的发育阶段在各个个体之间可有很大变异。睾酮引起体格生长与男性附性器官的成熟以及第二性征例如声音低沉,毛发的特征性分布。
充分发育的宰睾丸横切面,显示在曲细精管内的生殖细胞处于不同的发育阶段。这些细胞来自生精上皮,由曲细精管的基底膜所包裹。产生并分泌男性激素睾酮的 Leydig间质细胞位于曲细精管之间。另一种特异细胞即sertoli细胞,在曲细精管中紧邻生殖细胞。这些细胞不是生殖细胞株的一部分。它们位于曲细精管基底膜上并伸人管腔,分支伸入不同阶段的生殖细胞中间。多年来一直认为sertoli细胞在睾丸内仅仅是提供结构性支持。现已认识它们具有很多重要的功能。成人中,它们对精子向曲细精管腔内释放起重要作用。它们还提供一个重要的屏障,将管腔与其余曲细精管产生精子的区域分隔开来,并且它们产生雄激素结合蛋白。精原细胞和与之邻近的sertoli细胞并列于基底膜上。这样在间质间隙与浸泡生殖上皮的液体之间起功能性屏障作用。曲细精管内的液体与睾丸的血液、血浆或淋巴成分有实质性不同。它含有较少的蛋白质及3倍的钾而无葡萄糖。氨基酸浓度亦有显著差异;谷氨酸与天门冬氨酸在睾丸液中的量高于血液。最重要的是基底膜阻止蛋白质进入曲细精管。这就保护了内容物,不和能与精子起反应的血液抗体起作用。睾酮可自由通过基底膜扩散。已发现睾丸网液的浓度与睾丸静脉血相似。因之对于精子发生重要的激素可以有效地运送,而血循环中能干扰此过程的其它物质则被除外。
精子发生是由带着46条染色体(二倍体,2N)的未分化的精原细胞转变为仅含23条染色体(单倍体,N)的精子的一系列过程。在整个成人生命中,睾丸恒定地提供精子,运输并储存在附性生殖器官中。在男性80多岁与90多岁均见到正常精子发生的证据。这种有效而连续的过程提供难以置信的生殖能力。
在曲细精管中,精原细胞经过有丝分裂,最终形成精母细胞。青春期初级精母细胞进行减数分裂形成较小的次级精母细胞,含有单倍体数目的染色体,次级精母细胞进一步分裂成为精细胞的结构。这次分裂并不伴有染色体数目的进一步减少。从精细胞变为精子是一成熟过程,既无减数分裂,亦无有丝分裂。最后的一个过程称为精子形成。虽然在初级精母细胞与次级精母细胞阶段已完成细胞核分裂,但胞浆的分裂并未结束。精细胞的成分仍通过胞浆峪相连;因之精子发育是彼此相接触的。
在附睾的起始区精子数相对较少,其浓度随液体被附睾上皮吸收而增加。健康青年男性其附皋尾呈卷曲小管充满精子。对允许精子储存并保持生理功能完整性的附晕远端区的环境至今了解很少。在动物中如兔子,附睾中精子可保持生育力长达30天。
精子在附睾中的成熟过程中,发生了一系列变化。在附睾头部的精子既无活动力并显示异常游动,倾向以环状方式前进。当它们通过附睾时,它们的泳动能力变为单一方向性。精子质膜的表面特征发生了重要变化,但在人精子成熟后未见到结构性顶体变化。
阴茎由三个长柱形可勃起组织组成。其周围有弹性鞘包围。每个柱形体含有血管及性唤起时可充满血流的会合空间。两个上部的柱状体称为阴茎海绵体,主要是在勃起时可使阴茎变硬并增加阴茎的长度与宽度阴茎海绵体在阴茎干的根部分为阴茎脚。阴茎脚形成对人体的附着,当它们分散为健样纤维后,解剖上附着于骨盆骨。阴茎的第三个柱状体尿道海绵体位于阴茎的下部。它终止于龟头。尿道从尿道海绵体中通过。勃起时,尿道海绵体比阴茎海绵体为软。在性高潮时龟头本身增大到几乎两倍于其平时体积。赋予它大量感觉神经末梢并具有最强的性欲感觉。在性高潮时,阴茎变硬,尿道开口扩张,睾丸部分上升以及晕丸皮肤与鞘膜增。当性兴奋达乎台期,精液集合在前列腺部尿道,此时有一种射精不可避免的感觉。位于尿道根部的库柏氏腺(尿道球腺)释放其内容物。睾丸增加体积并前旋,阴囊增厚。在性欲高潮时,膀肌内括约肌收缩,精囊收缩,输精管收缩,勃起括约肌收缩,前列腺收缩,这些收缩力量当阴茎本身收缩时迫使精液通过尿道。
射精涉及附睾与输精管以及前列腺与精囊壁平滑肌的协调收缩。在附睾与输精管的远端这些导管壁的肌层增厚尤为明显。性欲高潮时刺激收缩活动的最终结果是在肾上腺素能神经纤维的控制下。相反的,勃起则取决于副交感的刺激。只有附晕尾的远端区及输精管在腹下神经的肾上腺素能纤维刺激下发生明显的收缩。这样的神经分布类型防止在射精时大量未成熟精子通过输精管并进入精浆射出。附性器官的作用在射精时,精液从精囊、前列腺及库柏氏腺(尿道球腺)接受液。精囊为成对性结构位于膀恍三角的背侧。它们分泌富含果糖的产物通过射精管进入尿道。前列腺围绕尿道的基底部,在射精时通过很多小导管将其内容物送人尿道。前列腺分泌一种清亮的液体,微酸性并富含酸性磷酸酶。拘椽酸、锌及一些蛋白溶解酶。尿道球腺或称库柏氏腺的分泌物输入尿道球部。它们提供润滑液体维持尿道内的潮湿。在性兴奋高潮及完全勃起时,它们的内容物能在射精前释放,有时还带有少量精子。已知睾丸雄激素负责维持副性器官的功能。精囊与前列腺分泌物的主要作用是在射精时运送精子,但对精子的代谢可能也起一些作用。
男性正常性生理数据:【本资料由无常冥使供】
每次射精的精液量:1~2茶匙。
男人一生平均射精次数:7200次。
男人一生平均自慰射精次数:2000次。
男人一生平均射精份量:(53公升)。
平均射精速度:时速(45公里)VS公车平均速度:时速(40.2公里)。
每茶匙精液的卡路里含量:7 VS 每罐可乐卡路里含量:150。
未勃起阴茎平均长度:8.9公分(3.5寸)VS勃起后阴茎平均长度:13公分(5.1寸)
人类史上最短阴茎:1.6公分(5/8寸) VS 人类史上最长阴茎:28公分(11寸)。
男人性欲最强的时候/季节:早晨/秋季。
增进性能力最佳方法:戒烟,运动,减肥。
增进性能力最佳食物:全麦,麦芽。
美国坦承有自慰习惯的男性比例:60%
坦承每天自慰至少一次的比例:?54%
坦承自慰后有罪恶感的男性比例:41%
射精后再次射精5从分钟到2周不等。
男人每日平均勃起次数:11次。
男人每日夜间平均勃起次数:9次。
精子游泳到卵子所需时间:2.5秒 VS 一般人跑完马拉松所需时间:约4小时。
精子的寿命:2.5个月(从生成到射精)
美国男性每年保险套花费:100美元。
一般保险套厚度:0.07公厘。
超薄保险套厚度:0.05公厘 VS 保鲜 膜厚度:0.0127公厘。保险套比保鲜膜厚度:约6倍。
男人精液的味道与他的饮食有关碱性食物(鱼类、肉类)会产生乳酪般的酸臭或鱼腥味,乳制品会产生臭味。据说吃过芦笋之后的精液味道最臭,酸性食物与酒精(加工烈酒除外)会产生愉悦的甜味。例如:柳橙,芒果,奇异果,柠檬,葡萄柚,莱姆,喝Corona啤酒加莱姆效果加倍。
刺激血液流向阴茎的气味:熏衣草,甘草,巧克力,甜甜圈,番瓜派(西方感恩节常吃)。 ?
洗澡时阴茎会缩小。
“宇宙到底是什么样子?”目前尚无定论。值得一提的是史蒂芬·霍金的观点比较让人容易接受:宇宙有限而无界,只不过比地球多了几维。比如,我们的地球就是有限而无界的。在地球上,无论从南极走到北极,还是从北极走到南极,你始终不可能找到地球的边界,但你不能由此认为地球是无限的。实际上,我们都知道地球是有限的。地球如此,宇宙亦是如此。
怎么理解宇宙比地球多了几维呢?举个例子:一个小球沿地面滚动并掉进了一个小洞中,在我们看来,小球是存在的,它还在洞里面,因为我们人类是“三维”的;而对于一个动物来说,它得出的结论就会是:小球已经不存在了!它消失了。为什么会得出这样的结论呢?因为它生活在“二维”世界里,对“三维”事件是无法清楚理解的。同样的道理,我们人类生活在“三维”世界里,对于比我们多几维的宇宙,也是很难理解清楚的。这也正是对于“宇宙是什么样子”这个问题无法解释清楚的原因。
1、均匀的宇宙
长期以来,人们相信地球是宇宙的中心。哥白尼把这个观点颠倒了过来,他认为太阳才是宇宙的中心。地球和其他行星都围绕着太阳转动,恒星则镶嵌在天球的最外层上。布鲁诺进一步认为,宇宙没有中心,恒星都是遥远的太阳。
无论是托勒密的地心说还是哥白尼的日心说,都认为宇宙是有限的。教会支持宇宙有限的论点。但是,布鲁诺居然敢说宇宙.是无限的,从而挑起了宇宙究竟有限还是无限的长期论战。这场论战并没有因为教会烧死布鲁诺而停止下来。主张宇宙有限的人说:“宇宙怎么可能是无限的呢?”这个问题确实不容易说清楚。主张宇宙无限的人则反问:“宇宙怎么可能是有限的呢?”这个问题同样也不好回答。
随着天文观测技术的发展,人们看到,确实像布鲁诺所说的那样,恒星是遥远的太阳。人们还进一步认识到,银河是由无数个太阳系组成的大星系,我们的太阳系处在银河系的边缘,围绕着银河系的中心旋转,转速大约每秒250千米,围绕银心转一圈约需2.5亿年。太阳系的直径充其量约1光年,而银河系的直径则高达10万光年。银河系由1000多亿颗恒星组成,太阳系在银河系中的地位,真像一粒砂子处在北京城中。后来又发现,我们的银河系还与其他银河系组成更大的星系团,星系团的直径约为107光年(1000万光年)。目前,望远镜观测距离已达100亿光年以上,在所见的范围内,有无数的星系团存在,这些星系团不再组成更大的团,而是均匀各向同性地分布着。这就是说,在10的7次方光年的尺度以下,物质是成团分布的。卫星绕着行星转动,行星、彗星则绕着恒星转动,形成一个个太阳系。这些太阳系分别由一个、两个、三个或更多个太阳以及它们的行星组成。有两个太阳的称为双星系,有三个以上太阳的称为聚星系。成千亿个太阳系聚集在一起,形成银河系,组成银河系的恒星(太阳系)都围绕着共同的重心——银心转动。无数的银河系组成星系团,团中的各银河系同样也围绕它们共同的重心转动。但是,星系团之间,不再有成团结构。各个星系团均匀地分布着,无规则地运动着。从我们地球上往四面八方看,情况都差不多。粗略地说,星系固有点像容器中的气体分子,均匀分布着,做着无规则运动。这就是说,在10的8次方光年(一亿光年)的尺度以上,宇宙中物质的分布不再是成团的,而是均匀分布的。由于光的传播需要时间,我们看到的距离我们一亿光年的星系,实际上是那个星系一亿年以前的样子。所以,我们用望远镜看到的,不仅是空间距离遥远的星系,而且是它们的过去。从望远镜看来,不管多远距离的星系团,都均匀各向同性地分布着。
因而我们可以认为,宇观尺度上(10的5次方光年以上)物质分布的均匀状态,不是现在才有的,而是早已如此。
于是,天体物理学家提出一条规律,即所谓宇宙学原理。这条原理说,在宇观尺度上,三维空间在任何时刻都是均匀各向同性的。现在看来,宇宙学原理是对的。所有的星系都差不多,都有相似的演化历程。因此我们用望远镜看到的遥远星系,既是它们过去的形象,也是我们星系过去的形象。望远镜不仅在看空间,而且在看时间,在看我们的历史。
2、有限而无边的宇宙
爱因斯坦发表广义相对论后,考虑到万有引力比电磁力弱得多,不可能在分子、原子、原子核等研究中产生重要的影响,因而他把注意力放在了天体物理上。他认为,宇宙才是广义相对论大有用武之地的领域。
爱因斯坦1915年发表广义相对论,1917年就提出一个建立在广义相对论基础上的宇宙模型。这是一个人们完全意想不到的模型。在这个模型中,宇宙的三维空间是有限无边的,而且不随时间变化。以往人们认为,有限就是有边,无限就是无边。爱因斯坦把有限和有边这两个概念区分开来。
一个长方形的桌面,有确定的长和宽,也有确定的面积,因而大小是有限的。同时它有明显的四条边,因此是有边的。如果有一个小甲虫在它上面爬,无论朝哪个方向爬,都会很快到达桌面的边缘。所以桌面是有限有边的二维空间。如果桌面向四面八方无限伸展,成为欧氏几何中的平面,那么,这个欧氏平面是无限无边的二维空间。
我们再看一个篮球的表面,如果篮球的半径为r,那么球面的面积是4πr的2次方,大小是有限的。但是,这个二维球面是无边的。假如有一个小甲虫在它上面爬,永远也不会走到尽头。所以,篮球面是一个有限无边的二维空间。
按照宇宙学原理,在宇观尺度上,三维空间是均匀各向同性的。爱因斯坦认为,这样的三维空间必定是常曲率空间,也就是说空间各点的弯曲程度应该相同,即应该有相同的曲率。由于有物质存在,四维时空应该是弯曲的。三维空间也应是弯的而不应是平的。爱因斯坦觉得,这样的宇宙很可能是三维超球面。三维超球面不是通常的球体,而是二维球面的推广。通常的球体是有限有边的,体积是4/3πr的3次方,它的边就是二维球面。三维超球面是有限无边的,生活在其中的三维生物(例如我们人类就是有长、宽、高的三维生物),无论朝哪个方向前进均碰不到边。假如它一直朝北走,最终会从南边走回来。
宇宙学原理还认为,三维空间的均匀各向同性是在任何时刻都保持的。爱因斯坦觉得其中最简单阶情况就是静态宇宙,也就是说,不随时间变化的宇宙。这样的宇宙只要在某一时刻均匀各向同性,就永远保持均匀各向同性。
爱因斯坦试图在三维空间均匀各向同性、且不随时间变化的假定下,救解广义相对论的场方程。场方程非常复杂,而且需要知道初始条件(宇宙最初的情况)和边界条件(宇宙边缘处的情况)才能求解。本来,解这样的方程是十分困难的事情,但是爱因斯坦非常聪明,他设想宇宙是有限无边的,没有边自然就不需要边界条件。他又设想宇宙是静态的,现在和过去都一样,初始条件也就不需要了。再加上对称性的限制(要求三维空间均匀各向同性),场方程就变得好解多了。但还是得不出结果。反复思考后,爱因斯坦终于明白了求不出解的原因:广义相对论可以看作万有引力定律的推广,只包含“吸引效应”不包含“排斥效应”。而维持一个不随时间变化的宇宙,必须有排斥效应与吸引效应相平衡才行。这就是说,从广义相对论场方程不可能得出“静态”宇宙。要想得出静态宇宙,必须修改场方程。于是他在方程中增加了一个“排斥项”,叫做宇宙项。这样,爱因斯坦终于计算出了一个静态的、均匀各向同性的、有限无边的宇宙模型。一时间大家非常兴奋,科学终于告诉我们,宇宙是不随时间变化的、是有限无边的。看来,关于宇宙有限还是无限的争论似乎可以画上一个句号了。
3、膨胀或脉动的宇宙
几年之后,一个名不见经传的前苏联数学家弗利德曼,应用不加宇宙项的场方程,得到一个膨胀的、或脉动的宇宙模型。弗利德曼宇宙在三维空间上也是均匀、各向同性的,但是,它不是静态的。这个宇宙模型随时间变化,分三种情况。第一种情况,三维空间的曲率是负的;第二种情况,三维空间的曲率为零,也就是说,三维空间是平直的;第三种情况,三维空间的曲率是正的。前两种情况,宇宙不停地膨胀;第三种情况,宇宙先膨胀,达到一个极大值后开始收缩,然后再膨胀,再收缩……因此第三种宇宙是脉动的。弗利德曼的宇宙最初发表在一个不太著名的杂志上。后来,西欧一些数学家物理学家得到类似的宇宙模型。爱因斯坦得知这类膨胀或脉动的宇宙模型后,十分兴奋。他认为自己的模型不好,应该放弃,弗利德曼模型才是正确的宇宙模型。
同时,爱因斯坦宣称,自己在广义相对论的场方程上加宇宙项是错误的,场方程不应该含有宇宙项,而应该是原来的老样子。但是,宇宙项就像“天方夜谭”中从瓶子里放出的魔鬼,再也收不回去了。后人没有理睬爱因斯坦的意见,继续讨论宇宙项的意义。今天,广义相对论的场方程有两种,一种不含宇宙项,另一种含宇宙项,都在专家们的应用和研究中。
早在1910年前后,天文学家就发现大多数星系的光谱有红移现象,个别星系的光谱还有紫移现象。这些现象可以用多谱勒效应来解释。远离我们而去的光源发出的光,我们收到时会感到其频率降低,波长变长,并出现光谱线红移的现象,即光谱线向长波方向移动的现象。反之,向着我们迎面而来的光源,光谱线会向短波方向移动,出现紫移现象。这种现象与声音的多普勒效应相似。许多人都有过这样的感受:迎面而来的火车其鸣叫声特别尖锐刺耳,远离我们而去的火车其鸣叫声则明显迟钝。这就是声波的多普勒效应,迎面而来的声源发出的声波,我们感到其频率升高,远离我们而去的声源发出的声波,我们则感到其频率降低。
如果认为星系的红移、紫移是多普勒效应,那么大多数星系都在远离我们,只有个别星系向我们靠近。随之进行的研究发现,那些个别向我们靠近的紫移星系,都在我们自己的本星系团中(我们银河系所在的星系团称本星系团)。本星系团中的星系,多数红移,少数紫移;而其他星系团中的星系就全是红移了。
1929年,美国天文学家哈勃总结了当时的一些观测数据,提出一条经验规律,河外星系(即我们银河系之外的其他银河系)的红移大小正比于它们离开我们银河系中心的距离。由于多普勒效应的红移量与光源的速度成正比,所以,上述定律又表述为:河外星系的退行速度与它们离我们的距离成正比:
V=HD
式中V是河外星系的退行速度,D是它们到我们银河系中心的距离。这个定律称为哈勃定律,比例常数H称为哈勃常数。按照哈勃定律,所有的河外星系都在远离我们,而且,离我们越远的河外星系,逃离得越快。
哈勃定律反映的规律与宇宙膨胀理论正好相符。个别星系的紫移可以这样解释,本星系团内部各星系要围绕它们的共同重心转动,因此总会有少数星系在一定时间内向我们的银河系靠近。这种紫移现象与整体的宇宙膨胀无关。
哈勃定律大大支持了弗利德曼的宇宙模型。不过,如果查看一下当年哈勃得出定律时所用的数据图,人们会感到惊讶。在距离与红移量的关系图中,哈勃标出的点并不集中在一条直线附近,而是比较分散的。哈勃怎么敢于断定这些点应该描绘成一条直线呢?一个可能的答案是,哈勃抓住了规律的本质,抛开了细节。另一个可能是,哈勃已经知道当时的宇宙膨胀理论,所以大胆认为自己的观测与该理论一致。以后的观测数据越来越精,数据图中的点也越来越集中在直线附近,哈勃定律终于被大量实验观测所确认。
4、宇宙有限还是无限
现在,我们又回到前面的话题,宇宙到底有限还是无限?有边还是无边?对此,我们从广义相对论、大爆炸宇宙模型和天文观测的角度来探讨这一问题。
满足宇宙学原理(三维空间均匀各向同性)的宇宙,肯定是无边的。但是否有限,却要分三种情况来讨论。
如果三维空间的曲率是正的,那么宇宙将是有限无边的。不过,它不同于爱因斯坦的有限无边的静态宇宙,这个宇宙是动态的,将随时间变化,不断地脉动,不可能静止。这个宇宙从空间体积无限小的奇点开始爆炸、膨胀。此奇点的物质密度无限大、温度无限高、空间曲率无限大、四维时空曲率也无限大。在膨胀过程中宇宙的温度逐渐降低,物质密度、空间曲率和时空曲率都逐渐减小。体积膨胀到一个最大值后,将转为收缩。在收缩过程中,温度重新升高、物质密度、空间曲率和时空曲率逐渐增大,最后到达一个新奇点。许多人认为,这个宇宙在到达新奇点之后将重新开始膨胀。显然,这个宇宙的体积是有限的,这是一个脉动的、有限无边的宇宙。
如果三维空间的曲率为零,也就是说,三维空间是平直的(宇宙中有物质存在,四维时空是弯曲的),那么这个宇宙一开始就具有无限大的三维体积,这个初始的无限大三维体积是奇异的(即“无穷大”的奇点)。大爆炸就从这个“无穷大”奇点开始,爆炸不是发生在初始三维空间中的某一点,而是发生在初始三维空间的每一点。即大爆炸发生在整个“无穷大”奇点上。这个“无穷大”奇点。温度无限高、密度无限大、时空曲率也无限大(三维空间曲率为零)。爆炸发生后,整个“奇点”开始膨胀,成为正常的非奇异时空,温度、密度和时空曲率都逐渐降低。这个过程将永远地进行下去。这是一种不大容易理解的图像:一个无穷大的体积在不断地膨胀。显然,这种宇宙是无限的,它是一个无限无边的宇宙。
三维空间曲率为负的情况与三维空间曲率为零的情况比较相似。宇宙一开始就有无穷大的三维体积,这个初始体积也是奇异的,即三维“无穷大”奇点。它的温度、密度无限高,三维、四维曲率都无限大。大爆炸发生在整个“奇点”上,爆炸后,无限大的三维体积将永远膨胀下去,温度、密度和曲率都将逐渐降下来。这也是一个无限的宇宙,确切地说是无限无边的宇宙。
那么,我们的宇宙到底属于上述三种情况的哪一种呢?我们宇宙的空间曲率到底为正,为负,还是为零呢?这个问题要由观测来决定。
广义相对论的研究表明,宇宙中的物质存在一个临界密度ρc,大约是每立方米三个核子(质子或中子)。如果我们宇宙中物质的密度ρ大于ρc,则三维空间曲率为正,宇宙是有限无边的;如果ρ小于ρc,则三维空间曲率为负,宇宙也是无限无边的。因此,观测宇宙中物质的平均密度,可以判定我们的宇宙究竟属于哪一种,究竞有限还是无限。
此外,还有另一个判据,那就是减速因子。河外星系的红移,反映的膨胀是减速膨胀,也就是说,河外星系远离我们的速度在不断减小。从减速的快慢,也可以判定宇宙的类型。如果减速因子q大于1/2,三维空间曲率将是正的,宇宙膨胀到一定程度将收缩;如果q等于1/2,三维空间曲率为零,宇宙将永远膨胀下去;如果q小于1/2,三维空间曲率将是负的,宇宙也将永远膨胀下去。
表3列出了有关的情况:
表3
宇宙中物质密度 红移的减速因子 三维空间曲率 宇宙类型 膨胀特点
ρ>ρc q>1/2 正 有限无边 脉动
ρ=ρc q=1/2 零 无限无边 永远膨胀
ρ<ρc q<1/2 负 无限无边 永远膨胀
我们有了两个判据,可以决定我们的宇宙究竟属于哪一种了。观测结果表明,ρ<ρc,我们宇宙的空间曲率为负,是无限无边的宇宙,将永远膨胀下去!不幸的是,减速因子观测给出了相反的结果,q>1/2,这表明我们宇宙的空间曲率为正,宇宙是有限无边的,脉动的,膨胀到一定程度会收缩回来。哪一种结论正确呢?有些人倾向于认为减速因子的观测更可靠,推测宇宙中可能有某些暗物质被忽略了,如果找到这些暗物质,就会发现ρ实际上是大于ρc的。另一些人则持相反的看法。还有一些人认为,两种观测方式虽然结论相反,但得到的空间曲率都与零相差不大,可能宇宙的空间曲率就是零。然而,要统一大家的认识,还需要进一步的实验观测和理论推敲。今天,我们仍然肯定不了宇宙究竟有限还是无限,只能肯定宇宙无边,而且现在正在膨胀!此外,还知道膨胀大约开始于100亿-200亿年以前,这就是说,我们的宇宙大约起源于100亿-200亿年之前。
5、爱因斯坦宇宙模型
根据物理理论,在一定的假设前提下提出的关于宇宙的设想与推测,称为宇宙模型。
著名科学家爱因斯坦于1915年建立了广义相对论的物理理论。这一理论认为,宇宙中没有绝对空间和绝对时间,无论是空间和时间都不能与物质隔开来,空间和时间均受物质影响;引力是空间弯曲的效应,而空间弯曲是由物质存在决定的。爱因斯坦将他的理论应用于宇宙研究,1917年发表了《根据广义相对论的宇宙学考察》的论文,他将广义相对论的引力场方程用于整个宇宙,建立起一种宇宙模型。
当时科学家普遍认为宇宙是静止的,不随时间变化的。虽然在几年前,美国天文学家斯里弗已发现了河外星系的谱线红移(显然这是对静止宇宙的挑战),但由于当时正值第一次世界大战,这一消息并没有传到欧洲。因此,爱因斯坦也和大多数科学家一样,认为宇宙是静态的。爱因斯坦想从引力场方程着手,得出一个宇宙是静态的、均匀的、各向同性的答案。但他得到的解是不稳定的,表明全间和距离不是恒定不变的,而是随时变化的。为了得到一个空间是稳定的解,爱因斯坦人为地在引力场方程中引入一个叫做“宇宙常数”的项,让它起斥力的作用。爱因斯坦得出一个有限无边的静态宇宙模型,称为爱因斯坦宇宙模型。为了便于理解,可把它比喻为三维空间中的一个二维球面:球面的面积是有限的、但沿着球面没有边界,也无中心,球面保持静态状态。几年以后,爱因斯坦得知河外星系退行,宇宙是膨胀的消息后,非常后悔在自己的模型中加了一个宇宙常数项,称这是他一生中犯的最大错误。
最新发现:银河系奇异恒星的伴星现身
科学家利用NASA的远紫外谱仪探索卫星首次探测到船底座伊塔星(Eta Carinae)的伴星。船底座伊塔星是银河系中最重最奇异的星体,座落在离地球7500光年船底座,在南半球用肉眼就可以清楚的看到。科学家认为船底座伊塔星是一个正迅速走向衰亡的不稳定恒星。
长期以来,科学家们就推断它应该存在着一颗伴星,但是一直得不到直接的证据。间接的证据来自其亮度呈现的规则变化。科学家发现船底座伊塔星在可见光,X-射线,射电波和红外线波段的亮度都呈现规则的重覆模式,因此推测它可能是一个双星系统。最有力的证据是每过5年半,船底座伊塔星系统发出的X-射线就会消失约三个月时间。科学家认为船底座伊塔星温度太低,本身并不能发出X-射线,但是它以每秒300英里的速度向外喷发气体粒子,这些气体粒子和伴星发出的粒子相互碰撞后发出X-射线。科学家认为X-射线消失的原因是船底座伊塔星每隔5年半就挡住了这些X-射线。最近一次X-射线消失开始于2003年6月29日。
科学家推断船底座伊塔星和其伴星的距离是地球到太阳之间的距离的10倍,因为它们距离太近,离地球又太远,无法用望远镜直接将它们区分开。另外一种方法就是直接观测伴星所发出的光。但是船底座伊塔星的伴星比其本身要暗的多,以前科学家曾经试图用地面望远镜和哈勃望远镜观测,但都没有成功。
美国天主教大学的科学家罗辛纳. 而平(Rosina Iping)及其合作者利用远紫外谱仪卫星来观测这颗伴星,因为它比哈勃望远镜能观测到波长更短的紫外线。它们在6月10日,17日观测到了远紫外线,但是在6月27日,也就是在X-射线消失前的两天远紫外线消失了。观测到的远紫外线来自船底座伊塔星的伴星,因为船底座伊塔星温度太低,本身不会发出远紫外线。这意味着船底座伊塔星挡住了X-射线的同时也挡住了伴星。这是科学家首次观测到船底座伊塔星的伴星发出的光,从而证实了这颗伴星的存在。
有三个太阳的恒星
据新华社14日电 据14日出版的《自然》杂志报道,美国天文学家在距离地球149光年的地方发现了一个具有三颗恒星的奇特星系,在这个星系内的行星上,能看到天空中有三个太阳。
美国加州理工学院的天文学家在该杂志上报告说,他们发现天鹅星座中的HD188753星系中有3颗恒星。处于该星系中心的一颗恒星与太阳系中的太阳类似,它旁边的行星体积至少比木星大14%。该行星与中心恒星的距离大约为800万公里,是太阳和地球之间距离的二十分之一。而星系的另外两颗恒星处于外围,它们彼此相距不远,也围绕中心恒星公转。
银河系中的星系多为单星系或双星系,具有三颗以上恒星的星系被称为聚星系,不太多见。
恒星并不是平均分布在宇宙之中,多数的恒星会受彼此的引力影响,形成聚星系统,如双星、三恒星,甚至形成星团,及星系等由数以亿计的恒星组成的恒星集团。
天文学家发现宇宙中生命诞生是普遍的现象
近日美国宇航局寻找地球以外生命物质存在证据的科研小组研究发现,某些在实际生命化学反应中起到至关重要作用的有机化学物质,普遍存在于我们地球以外的浩瀚宇宙中。研究结果表明,在宇宙深处存在生命物质、或者有孕育生命物质的化学反应发生,这在浩瀚的宇宙中是一种普遍现象。
上述研究来自“美国宇航局艾姆斯研究中心(NASA Ames Research Center)”的一个外空生物科研小组。在该小组工作的科学家道格拉斯-希金斯介绍时称:“根据科研小组最新的研究结果显示,一类在生物生命化学中起至关重要作用的化合物,在广袤的宇宙空间中广泛而且大量地存在着。” 作为该外空生物学研究小组的主要成员之一,道格拉斯-希金斯以第一作者的身份将他们的最新研究成果撰文发表在10月10日出版的《天体物理学》杂志上。
希金斯在描述其研究结果时介绍:“利用美国宇航局斯皮策太空望远镜(Spitzer Space Telescope)最近的观测结果,天文学家在我们所居住的银河系内,到处都发现了一种复杂有机物‘多环芳烃’(PAHs)存在的证据。但是这项发现一开始只得到天文学家的重视,并没有引起对外空生物进行研究的天体生物学家们的兴趣。因为对于生物学而言,普通的多环芳烃物质存在并不能说明什么实质问题。但是,我们的研究小组在最近一项分析结果中却惊喜的发现,宇宙中看到的这些多环芳烃物质,其分子结构中含有‘氮’元素(N)的成分,这一意外发现使我们的研究发生了戏剧性改变。”
该研究小组的另一成员,来自美国宇航局艾姆斯研究中心的天体生物学家路易斯-埃兰曼德拉说:“包括DNA分子在内,对于大多数构成生命的化学物质而言,含氮的有机分子参与是必须的条件。举一个含氮有机物质在生命物质意义上最典型的例子,象我们所熟悉的叶绿素,其对于植物的光合作用起着关键作用,而叶绿素分子中富含这种含氮多环芳烃(PANHs)成分。”
据介绍,在科研小组的研究工作中,除了利用来自斯皮策望远镜得到的观测数据外,科研人员还使用了欧洲宇航局太空红外天文观测卫星的观测数据。在美国宇航局艾姆斯研究中心的实验室中,研究人员对这类特殊的多环芳烃,利用红外光谱化学鉴定技术对其分子结构和化学成分进行了全面分析,找到其中氮元素存在的证据。同时科学家利用计算机技术对这些宇宙中普遍存在的含氮多环芳烃,进行了红外射线光谱模拟分析。
路易斯-埃兰曼德拉同时还表示:“除去上述分析结论以外,更加富有戏剧性的发现是,在斯皮策太空望远镜的观测中还显示出,在宇宙中一些即将死亡的恒星天体周围,环绕其外的众多星际物质中,都大量蕴藏着这种特殊的含氮多环芳烃成分。这一发现从某种意义上似乎也告诉我们,在浩瀚的宇宙星空中,即使在死亡来临的时候,同时也孕育着新生命开始的火种。”
本年度最大科学突破:宇宙正膨胀 发现暗能量
通过分析星系团(图中左侧的点),斯隆数字天空观测计划天文学家确定,暗能量正在驱动着宇宙不断地膨胀。
据英国《卫报》报道,证实宇宙正在膨胀是本年度最重大的科学突破。
报道说,近73%的宇宙由神秘的暗能量组成,它是一种反重力。在19日出版的美国《科学》杂志上,暗能量的发现被评为本年度最重大的科学突破。通过望远镜,人类在宇宙中已经发现近2000亿个星系,每一个星系中又有约2000亿颗星球。但所有这些加起来仅占整个宇宙的4%。
现在,在新的太空探索基础上,以及通过对100万个星系进行仔细研究,天文学家们至少已经弄清了部分情况。约23%的宇宙物质是“暗物质”。没有人知道它们究竟是什么,因为它们无法被检测到,但它们的质量大大超过了可见宇宙的总和。而近73%的宇宙是最新发现的暗能量。这种奇特的力量似乎正在使宇宙加速膨胀。英国皇家天文学家马丁·里斯爵士将这一发现称为“最重要的发现”。
这一发现是绕轨道运行的威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)和斯隆数字天文台(SDSS)的成果。它解决了关于宇宙的年龄、膨胀的速度及组成宇宙的成分等一系列问题的长期争论。天文学家现在相信宇宙的年龄是137亿年
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