科普:你对宇宙有多少了解?

1.太阳系从何而来

太阳系源于大约46亿年前一次超新星爆发残留的星际残骸,中心天体太阳占据太阳系总质量的99.86%,最大的行星木星的质量,大于除太阳之外所有太阳系物质的总和。

下图就是恒星死亡之后留下的星云,其中的闪光点,就是在母星留下的残骸中形成的新恒星。

2.太阳系的组成

太阳系中只有一颗恒星,太阳,是一个宇宙中不算常见的单星系统。其中有8颗行星,其中靠近太阳的是四颗类地行星,火星之外,是四颗气态行星。在海王星之外还有一些矮行星,比如着名的冥王星。在矮行星之外,是一些冰冻的小行星带,叫柯伊伯带。在距离太阳最远为1光年的地方,有一片区域叫:奥尔特星云。其物质大概是太阳系诞生初期残留的一些原始物质,很多彗星就来自这个地方。

如果把太阳缩小为一个教室的大小,放在学校操场的中间,那么最近的水星,将在距离操场三百米的马路上,地球将距离1000米,而最远的海王星,将距离28.2千米。但这只是太阳系很小的一部分,奥尔特星云将在距离操场10万千米的地方。

人类发射的冲出地球最远的飞行器,旅行者1号,目前,已穿过太阳风影响范围的近段,即飞出日光层进入星际空间,但以目前速度,到达奥尔特星云至少还需要200-300年的时间,但穿过奥尔特星云则需要将近3万年的时间,也就是说真正冲出太阳系即脱离太阳的引力范围所需要的时间。

3.太阳的未来

太阳属于宇宙中的恒星中质量相对较小的一类。是出于主序星阶段的一颗红矮星。恒星质量越大,寿命越短,质量越小,寿命越长,很幸运,太阳属于后者。太阳正处于壮年,已经燃烧了将近50亿年,还有50亿年的寿命。而寿命最短的红超巨星,寿命大概最短只有1000万年。

未来50亿年,太阳将走入它生命的后半部分,当期内部氢逐渐消耗殆尽,最终将膨胀为一颗红巨星,它的光度会达到现在的3000-5000倍,大小是现在的150-300倍,将吞没地球轨道。最终太阳将外层的物质抛散到宇宙中后,中心会留下一个很小的残骸,叫白矮星。

4 恒星的机制

恒星是一种依靠氢氦聚变产生的辐射力,抵抗自身引力的收缩达到一种平衡状态,并在聚变中向外辐射光和热能的一种天体。

恒星有一种有效的平衡,当引力占据上风,恒星就会收缩,中心压力和温度增强加剧聚变,所产生向外的辐射压就会和引力达成新的平衡。而当聚变激烈,恒星就会往外扩张,中心压力和温度就会降低,进而使聚变降低,这样降低的聚变又会和引力达成一种新的平衡。

恒星主要依靠氢氦聚变维持抵抗自身的引力,当中心的氦会聚集地越来越多,直到氢氦聚变发生在中心氦球的表层。但越接近表面,温度和压力越低,当氦球越来越大,会导致氢氦聚变无法进行,这时恒星就会在引力之下向内塌缩,使中心的温度和压力急剧升高,直到可以使中心的氦球发生聚变,即氦碳聚变,此时恒星进入了垂死的阶段。在氦聚变发生的同时,聚变产物碳也会向恒星中心沉积。

同样。当氦聚变结束后,恒星会进入碳聚变,这就形成了钠、镁、硅等更重的元素,这个阶段会更短。当聚变产生了第一个铁元素的时候,则意味着恒星的死亡,因为铁的原子核是最稳定的,恒星的能量不足以使它再产生聚变,这样恒星就无法通过辐射压抵抗自身引力的撕扯。于是恒星的“心脏”停止了跳动,塌缩开始了。

其速度非常快,当核外的物质到达铁核表面并与铁核碰撞时,其速度接近于光速,这种巨大的能量,是铁核产生聚变,在这一瞬间,产生了金、银、铂、铀等超重的元素,你手上带的金戒指,就是在这极短的一瞬间产生的。

而这些碰撞中心铁核的物质会以几乎相同速度产生反弹,这时候剧烈的内爆产生了,短时间内亮度大增,甚至比一颗恒星一生中放出的能量还要多。这就是超新星爆发。在其两端,释放出伽马射线爆。

在恒星核中,碰撞的巨大能量不但形成了超铁元素,还会把各种元素的原子核外的电子都压到原子核内部,形成中子。当碰撞的能量都被释放后,恒星核就成了由中子组成的天体,叫中子星。中子星非常小,直径不会超过30公里,但密度极高,可以达到每立方厘米1亿吨,就是原子核的密度了。

如果这颗恒星的质量足够大,坍缩后的恒星核质量也足够大,大约是太阳质量的3倍多时,那恒星核还会继续收缩,直到表面引力强大到连光线都被吸引住了,这个天体就瞬间看不到了,“消失”了,就是黑洞了。

黑洞中的物质是如何组成的?以什么状态存在的?这些还都是未知数。因为所有的物理定律在黑洞内完全失效。

5. 黑洞

黑洞,宇宙中的一种天体。说的是“时空曲率大到光都无法从其事件视界逃脱的天体”,也就是说黑洞本身是无法观察的,因为他不发光,但黑洞巨大的引力会使经过其边界的光线发生扭曲。

什么叫时空扭曲,摊开一张布,当在布的中间放置一个球体,布面就会弯曲,时空扭曲是引力的本质。如果这块布上的天体密度无限大比如黑洞,会导致时空无限扭曲,在其中心形成的就是一个奇点。其中空间和时间趋向于零,也就是不存在,类似于宇宙大爆炸之时的那个奇点。

6.宇宙大爆炸

说的是大约150亿年前,在一个极端的瞬间内,突然产生了一个奇点,这个奇点迅速膨胀,形成现在的宇宙,具体的过程可以百度。

这里特别要说的是两点:第一 宇宙产生于一次大爆炸,不仅包括宇宙中的物质,还包括时间和空间。这就是说,在大爆炸之前,时间和空间都不存在。第二 在大爆炸之前,什么都不存在,也就意味着宇宙大爆炸是一次无中生有。

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