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Hey, 来宇宙让你的思想开个小差吧

2019-08-24 09:45:44

Hey, 来宇宙让你的思想开个小差吧Hey, 来宇宙让你的思想开个小差吧

近来外面略有扰动,台风恣睢,港际毛躁。也许,你正在发愁暑假快结束了作业还没写,最近没有进展对导师无可汇报,早上还陷在交通堵塞中……但是现在,请允许你的大脑和心灵都漫游一会吧,比如,漫游到星际中如何?

我们不只是生活在宇宙中,宇宙就存在于我们的身体之中。我们身体的每一个元素都可以追溯到宇宙大爆炸,以及50多亿年前发生爆炸的大质量恒星里的核聚变。

最新的研究估计,宇宙中可能包含1000亿以上的星系,多到数不过来。这些星系装点着宇宙无尽的虚空。

我们自己的星系——银河系,在地球上抬眼望去,就像泼洒在夜空中的牛奶。其实,银河系(galaxy)这个词便来源于希腊文“奶水状的”(galaxias)

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地球上看银河

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太空中的银河系

我(宇宙)从哪里来?

起初,将近140亿年前,已知所有的空间、物质、能量,都包含在一个极小极小的尺度之内,比一个句号的一万亿分之一还要小。那个时候,随后,发生了轰轰烈烈的大爆炸。

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构想中的大爆炸情景

大爆炸之后,宇宙的主要议程是膨胀,原本聚集的能量被不断稀释。宇宙尺度越来越大,其平均温度越来越低,亮度越来越暗。

当从宇宙诞生开始过去1秒钟后,温度降到1亿开尔文以下,此时,质子与质子还有中子形成了原子核,孵化出一个婴儿宇宙,其中90%的原子核是氢,10%是氦,还有一点氘、氚和锂。

当温度低于3000开尔文时,电子与原子核发生了结合 ,它们的联姻留下了可见光,宣告原初宇宙粒子和原子的形成过程已经完成。

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宇宙的成长,从大爆炸开始

在宇宙形成后的第一个10亿年里,宇宙继续膨胀和冷却,此时物质因为引力聚集成团,形成了我们所说的星系。每个星系含有几千亿颗恒星,恒星内核发生着热核聚变。那些质量超过太阳数十倍的恒星,其核心具有足够高的压力和温度,从而制造除了比氢重的几十种元素,正是基于这些元素,才有了行星与后续勃发的生命。这些元素被大质量恒星发生的大爆炸抛洒到整个星系,这个过程持续90亿年之后,在宇宙的一个平凡角落(室女超星系团的外围),一个平凡的星系(银河系)中,一块平凡的区域(猎户旋臂)上,一颗平凡的主序星(太阳)诞生了。

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太阳在银河系中的位置(图片来自百度)

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太阳在银河系中的位置(黄色圆圈即为太阳的轨道)

形成太阳的气体云,凝聚生成了一系列相互绕转的天体,其中包括几颗岩石行星和气态行星,数以万计的小行星和数十亿颗彗星。那些轨道上残留的横冲直撞的碎片被吸积到更大的天体上。随着太阳系中可吸积的物质越来越少,行星表面开始冷却。我们的地球形成于太阳周围恰到好处的区域,也就是“宜居带”,使得水得以液态的形式存在。在富含各类盐和有机物的海洋里,生命的奇迹,悄悄诞生。

关于宇宙的过去,你怎么知道那么多的?

就像地质学家可以把沉积的地层作为地球历史事件的时间一样,天体物理学家在天空中看到的距离越远,他们看到的过去的时间就越长。近一步洞察前,让我们先来说说光谱。

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透过棱镜的阳光分解为谱

棱镜将阳光分解成多彩的光谱。这光谱美丽多姿,同时隐含了发光体和传播介质的物理信息。不同的物质拥有独特的光谱,通过分析光谱,可以分析天体的物质组成。我们看到,无论是在地球上,还是在太阳上,抑或是在距离我们百亿光年之外的遥远恒星上,都具有着类似的氢、氦、碳、氧、钙、铁等。

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光谱中不同色光代表的元素

光从宇宙难以想象的遥远地方,以光速传到我们的眼睛,而这需要很长很长时间。所以当我们眺望太空深处时,实际上是从时间上往回看。换句话说,我们所看到的天体已经是他们很久以前的模样了。。

望远镜是增强人类贫弱感官的工具,一般来说,我们使用的望远镜规模越大,我们就能看见越暗淡的天体。然而,除了可见光之外,还有一个不可见光的世界。不可见光同样包含有助于探索未知宇宙的丰富信息射电天文望远镜,就是其中一类观测不可见光的望远镜。如今,世界上最大的射电望远镜(FAST)就位于我国贵州,由南仁东先生主持建造,口径500米,面积比30个足球场还要大。如果有外星人给地球人打电话,那么我们中国人一定是第一个知道的。

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500米口径球面射电望远镜FAST

(Five-hundred-meter ApertureSpherical Telescope)

我们探索宇宙,逐渐揭开宇宙神秘的面纱。得益于多光波段望远镜,恒星中潜藏的海量气体、星云深处的“恒星育婴房”、40倍于太阳质量的恒星的炫丽爆发……这种种美景和奇景,展现在我们的眼前。对不可见光的观测,让我们获得了更为真实,更为梦幻,跨越了时间和空间的,无比绚烂多姿的宇宙图景。

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漫游宇宙空间

当我谈宇宙的时候,我在谈什么

如果你前往48亿千米之外的海王星——跨越宇宙尺度上的一条窄窄的沟渠。在那里,太阳的亮度减小为现在的千分之一,地球这个小斑点几乎消失在浩渺的宇宙中。1990年,“旅行者1号”在海王星轨道外拍摄了一张着名的照片——“Pale Blue Dot“暗淡的蓝点。这是美国天体物理学家卡尔·萨根给它的称呼,从宇宙深空看去,地球只是一个像素大小的,平凡的,难以分辨的点。如果不是特加指明,我想我们甚至不知道它在那里。就在这个点上,承载了我们所有的爱与恨、欢乐与痛苦、文明与战争、兴盛与衰败。

人类栖息于这无比伟大广阔的宇宙之中,显得极端渺小。仰望星空,放下那些人世间的琐事与烦恼,静下心来,任思绪与宇宙一起膨胀。

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地球,就是那个暗淡蓝点

1990年,“旅行者1号”于海王星轨道外拍摄)

在这种膨胀的,求知的,不凡的思绪中,人也变得不凡了。。

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1968年12月24日,NASA的阿波罗8号飞船在月球上看到的地球升起

有时候是一小步,有时候则是一大步——人类一步一步地探索着整个宇宙,如今,我们又观测到了引力波,证实了爱因斯坦广义相对论中的预言。

人类的思想,从大胆的假设中诞生,又在小心的求证中实现。

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引力波——时空泛起的涟漪

那是来自13亿光年之外的,两个黑洞的碰撞发出的绝唱。这空间的波动跨越了漫长的时间,跨过了地球的单细胞生物时代,跨过了奇虾、三叶虫,跨过了恐龙,跨过了剑齿虎、猛犸象,最终变成人类这种灵长动物耳边难以察觉的低语,变成人类尖端科技摘得的伟大成果。

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我们是获得了生命的星尘,人脑只有1400克重,但它产生的思维活动却让我们找到了我们在宇宙中的位置。

从极大到极小,从亘古到将来,从虚空到璀璨,本次思想的漫游就先到这。希望大家感受到了……一点放松?

无特别说明,图片均来自必应搜索

参考:

尼尔·德格拉斯·泰森,给忙碌者的天体物理学[M],北京联合出版公司,2018

美编:张亚男

校对:李玉钤

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