《一位老工程师的前沿物理科普贴》
第15节作者:
浅论物理 等到10万年时,温度已降至3000K,自由电子与原子核结合成氢原子及氦原子。这时整个太空全部呈现出中性,宇宙全部透明了,这是光子自由漫游的功劳;这也就是物质主控时代。星系是直到10亿年左右时形成的。等到30亿年时,第一代恒星才开始形成,由于恒星内部的激烈的热核反应,重元素这时才生成;整个这一过程需要进行100亿年。太阳系星云的收缩是在50亿年前开始的,这也就是我们地球诞生的年令,太阳系的所有行星均诞生于此阶段。
如今宇宙还正在以每10亿年5%至10%的膨胀速度继续不断地膨胀着。总之,在这个大爆炸学说中,我们宇宙是诞生于150亿年前,它起源于一个非常非常小的奇点,大爆炸也就成了宇宙诞生的代名词。
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日期:2009-10-31 10:13:02
推断宇宙年令的依据,那就是因为我们目前所能看到的最远的天体是150亿光年远。至于宇宙在膨胀的推断是根据波的多普勒效应而来的。该效应讲:如果波源离开接收者远去,那么被接收到的波频率就会降低。哈勃定 律说:光源越远,它离地球而去的速度也越快。哈勃在具体推测某个恒星的距离时所用的哈勃红移定律依据,就是根据对被测星系进行光谱分析。红移就是指光谱向红色一端移动了,这里出现波长增大,表明光源频率减小,所以它正在远去;反之,如果测得的光谱向兰色一端移动(称作兰移),表示波长减小,光源正在向我们接近。对星系的观测发现绝大部分星系都在远离我们而去;并且越是离我们远的星系的红移是与其距离成正比例地增大。距离加倍给出的红移也加倍,这就正是哈勃红移定律的主要观点。距我们1亿光年远的星系正在以每秒1500千米的速度逃离而去;就此哈勃发现了宇宙在膨胀的理论。
而各个星系距地球的距离,是用“量天尺”逐个“量”出来的。其实每个星系都带有自己的“量天尺”。我们先来讲一下星等,星等就是恒星的亮度,恒星越亮星等越小;我们人为设定了距地球10光秒远处几档标准星等的亮度,叫做绝对星等,其中分为几个标准等级;它可以用来对所有恒星的亮度作比较度量的统一标准。而“视星等”则是我们在地球上任意观察到的某个恒星的自然的亮度。同一等级亮度恒星,近亮远暗是人之常识。一个标准绝对星等的恒星,如果观察到它的视星等亮度暗于它的绝对星等,则说明它与地球的距离大于10光秒;反之它与地球的距离要比10光秒近;那么根据该恒星的视星等相对于绝对星等亮、暗程度不同的差异,我们就可以估算出它与地球之间的距离。剩下的关键问题是究竟我们怎么可能知道某一个恒星的绝对星等呢?宇宙各个星系中均普遍存在着一大类恒星叫做“造父变星”,它们一直在作有规律的周期性亮弱变化;似乎它们的亮度不固定,其实它们恰恰有着一个极宝贵的特征那就是在它们当中变化周期越长的绝对星等也就越亮;这样脉动周期就成了“造父变星”绝对星等的标签。如今人们已经总结出了“造父变星”的绝对星等和它自己的脉动周期的关系;这样只要观测到它的脉动周期就知道了它的绝对星等,再和我们实际观察到的视星等比较一下,就知道它与地球的距离了。所以“造父变星”又有“量天尺”之美称。当人们想要知道哪个星系距离地球的距离时,只需测一下该星系中造父变星的视星等及观察它的脉冲周期,据此就可以知道距离了。这都是“量天尺”功不可没之处。
顺便提一下,多国科学家利用美国哈勃望远镜拍摄到一个距离地球260亿光年的天体,比以前已知最远的天体还要远将近一倍。如果一旦证实了,将对以前有关宇宙理论会提出挑战。
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日期:2009-11-01 11:56:44
在对宇宙年令的测定上,人们用放射性年代学的办法,测得月岩和最老的陨石年令均为46亿年;由恒星演化模型导出的银河系中最老的恒星年令为150亿年,迄今为止用各种独立的方法对不同天体测定的时标均在200亿年之内。那么宇宙到底有多大,目前还难以确切定论。但是目前已能窥视到的宇宙深度约达到150亿光年之遥。我们知道离地球最近的天体——月亮离地球38.5万千米。地球距离太阳有8光分远。太阳系的直径约有120亿公里,而银河系的直径有8.15万光年,在它当中象太阳系这样的恒星系约有2000亿个。银河系从侧面看象一个铁饼,厚度有0.6万光年。太阳系位于这个铁饼的外侧,离银核有3万光年远。
银河系以银核为中心在作旋转,规律为里慢外快,在太阳处的旋速为每秒250千米;而整个银河系又围绕一个不明中心在作公转,估计公转周期约为1.76亿年。银河系是一个漩涡星系,它有4条旋臂。旋臂之间相距5000光年,它聚有几千亿颗恒星,离银心最近的一条旋臂约有1.3万光年远。银河系是一个普通星系,它包含有各个生命阶段的恒星。许许多多新的恒星正在旋臂中孕育形成;同时旋臂内还存在有一些已经死亡了的恒星。
银河系自身属于本星系团座。这个星系团又包括了类似的30多个星系。其中与银河系最近的三个星系的距离分别为17万光年、19万光年、1百万光年。
距离我们最近的星系团是室女座星系团,平均距离大约几千万光年。天文学家估计,在可观测到的宇宙部分,就有数百亿个星系。
目前已观察到的河外星系就有10亿个。仙女座银河就含有2000亿个星球。发现的最老的恒星年令达150亿光年。在星系团中除了汇聚有众多星系外,还有大尺度的无星系空区,我们称之为“巨洞”。1978年人们首先发现巨洞是在室女座超星系团中一个无星系空区。1981年在牧夫座发现体积达1025立方光年的最大的巨洞,直径达到3亿光年。需要说明的是巨洞中虽然缺乏发光星系,但仍存在大量不可见物质。
从爱因斯坦广义相对论可以推出,宇宙必须有个开端,并且可能还有个终结。在宇宙的终结理论中,有一种理论是将大爆炸在时间顺序上颠倒过来称作大挤压的理论。说的是类似大爆炸的逆过程,一旦宇宙停止膨胀后就会向自身塌缩回原点。这样同样类似于大爆炸理论一样,大挤压也就成了宇宙灭亡的代名词。霍金指出,彭罗斯定理讲的任何塌缩必须终结于一个奇点的理论是对的。其实早在1939年,正当爱因斯坦为他的广义相对论方程预示的宇宙终将会塌缩的含义深深困扰时,奥本海默指出,一颗具有多于太阳两倍质量的晚年恒星在耗尽其所有燃料的时候会不可避免地塌缩。当恒星中心密度和温度增高到一定程度,就使得氢原子相撞产生核反应。在1000万摄氏度的高温下,氢核发生聚变生成氦,我们所看见的阳光就是这核反应中来的。太阳的输出功率大于10^26瓦,每秒钟都要消耗100万吨氢。太阳目前的质量是2000亿亿亿吨,照这个速度下去还能够燃烧50 亿年。太阳耗尽它的核燃料后,会肿胀成一颗红巨星。直到它把地球和其它行星吞没。它最后会稳定成一颗只有几千英哩尺度的白矮星。而本来恒星自身的向内的引力是由其核心巨大的向外的热涨力所平衡。而质量大于太阳2倍的大恒星一旦燃料耗尽,则平衡消失,由于引力的作用恒星向内塌缩。幸好在塌缩的过程中恒星核变热,以致终于又达到启动氦核聚变的程度。
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日期:2009-11-02 09:06:03
新的核反应逆转了恒星的塌缩。氦聚变比氢聚变产生的能量更大,恒星重新达到了一个比最初的体积还要大的巨星,表面积的增大势必增加了能量的散发,使得尽管核反应增强,表面温度却下降的现象,恒星表面呈现红色,这就是红巨星。就这样氦聚变会稳定地进行10亿年之久。氦聚变的原子产物有碳、氮和氧。红巨星就是老年的垂暮的恒星。
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