高中物理课外阅读素材8:奇妙的宇宙世界

资源下载
  1. 二一教育资源

高中物理课外阅读素材8:奇妙的宇宙世界

资源简介

被吞噬的行星
在我们这个银河系的港湾里,大约有100万颗之多的类日恒星周围环绕着像木星那样的巨大气体行星,或像棕矮星那样的已熄灭的恒星残骸,它们的轨道与恒星非常接近,似乎命中注定要被它吞噬。
美国太空科学研究所的学者MarioLivio和他的同伴、博士后LionelSiess并没有直接观测到行星,因为它们已经被恒星吞噬掉了。
但Livio找到了恒星吞噬行星后的一些重要的证据。恒星在吞掉行星后会增加额外的热能和转速,并且锂元素的成份上升。
按照Livio和Siess的说法,在银河系中大约有4-8%的恒星会有这样的行为。这和原先估计的恒星周围的巨行星的数目大致相当。
一颗和太阳同类型的恒星在其老化过程中将发展成为一颗红巨星,并将在此进程中吞没任何运行轨道和它接近的行星。如果行星的质量等于或大于木星,它们就会对红巨星的演化过程产生重要的影响。
首先,按照Livio的计算,这样的一颗恒星在吸收了被吞噬掉的同伴的重力能后,其本身将增大增亮。这会使恒星温度升高,并抛出一个辐射额外热能的蓬松的尘埃外壳。
恒星也会从吞噬行星中获取额外的角动量,因之转速较通常更快。巨行星在恒星系中携带有大部分的角动量。如太阳系98%的角动量就包含在木星和土星中。
通常在恒星内部锂元素会被分解,而一颗刚被吞噬的巨行星会给恒星带来新的锂元素成份,使其在光谱上显得反常。
当50亿年后太阳成为一颗红巨星时,我们太阳系里的木星由于距离太阳太远而无法被其吞噬。但是,通过对太阳系外行星的观测显示,像木星那样大小的行星也会出人意料地处在离恒星非常近的轨道上。其中一些甚至比地球距太阳的距离还要近。那里的世界也许注定要被太阳吞噬并化为灰烬。
测量宇宙的尺——光年
你知道吗?我们看见的太阳光,其实是8分20秒以前发射出来的,换句话说太阳和地球的平均距离是1亿5000万千米。由此可见太空距离之大,所以科学家就以人类测量到最快的速度—光速来测量宇宙。光速每秒钟是30万千米,以光的速度每年可跑94605亿千米,而距离太阳最近的一颗恒星,以光速得跑4.2年,您说宇宙大不大呢?
从混沌到有序
大约在150亿年前,宇宙脱胎于一个极端高温、高密的状态。随着宇宙的膨胀和冷却,逐渐出现了星系、恒星、行星和生命。地球从一大团炙热的气体开始其一生,于46亿年前形成并开始冷却和收缩,于是有了高山、河流。沧海桑田,它的表面藏匿着地球演化的全部历史。
大爆炸理论
宇宙起始于发生于100-200亿年前的一个极小,却包含了宇宙中全部物质的奇点的瞬间爆发。大爆炸理论的基础是广义相对论及大尺度上宇宙中物质分布的均一性。宇宙的年龄是通过寻找最早的天体或测量宇宙膨胀的速度来测定的。
大爆炸理论的结论与一些重要的观测事实相一致。这些事实包括:
宇宙在膨胀。
宇宙中氦、氘、锂的丰度。这三种元素被认为在宇宙的最初三分钟内首先形成。
宇宙微波背景辐射。
在遥远的星云中,宇宙微波背景辐射的温度更高些。这是由于光速有限,我们看到的遥远星云处于更早的时期,那时宇宙的密度比现在大,也比现在更热。尽管大爆炸理论本身的范围内还存在着某些未解决的争论,如天文学家们还未肯定星系是如何形成的,这一理论还未遇到根本性的挑战。该理论的各项预言迄今为止经受住了所有的挑战。但该理论还留下了许多基本之谜。在宇宙膨胀之前,宇宙是什么样子?在遥远的未来,当最后一颗恒星耗尽了了它的燃料的时候,又会发什什么呢……
地球的起源
科学家们过去常认为包括地球、水星、金星、火星在内的石质行星是一块尘埃云快速引力坍缩而形成的。这种坍缩产生了致密的球体,但在20世纪60年代,阿波罗太空计划的有关研究成果改变了这种观点。对月坑的研究揭示出这些坑是由于在距今约45亿年时大量天体的撞击而形成的。此后,撞击的次数看来很快减少。这一研究结果使斯米特(OttoShmidt)提出的吸积理论恢复了活力。这位苏联地球物理学家于1944年提出:行星是一步一步地逐渐增大其体积的。根据斯米特的见解,宇宙尘团聚在一起成为颗粒,颗粒变成砾石。砾石变成小球,然后变成大球,再变成微行星(即星子),最后,尘埃终于变成了月球那样的大小。随着星体越来越大,它们的数目就减少。结果,星体(即陨石)之间碰撞的机会就减少,能够用于吸积的东西越来越少,这意味着为了集结成大行星这一作用要进行很长的时问。由华盛顿卡内基研究所的韦瑟里尔(George.W.Wetherill)进行的计算表明,一个直径10千米大小的天体变成地球这样的天体需要经过大约一亿年的时间。
地球在整个宇宙的地位
首先要请您了解地球只是太阳系九大行星里其中的一颗小行星,而太阳也只不过是银河系千亿颗恒星中的其中一颗,而银河系也只不过是宇宙中千千万万个星系中的其中一个,而宇宙中到底有多少个星系,到今天天文学家还无法说出个准确的数字出来。所以,请您想想这宇宙有多大,地球有多小呢?
地外文明
宇宙间除了地球上有人类存在之外,别的星球上会不会出现类似人的高级生物,能够作这样的思考,就是探索地外文明的启蒙。
地外文明是指地球以外的其他天体上可能存在的高级理智生物的文明。探索地外文明首先要根据地球上生命存在的状况,弄清生命存在的条件和环境。
生命是美妙的,正是生命的繁衍才使地球上生机勃勃,气象万千。生命不是神造的,生命是天体演化的必然结果。生命存在的条件又是非常苛刻的,所在的天体要有坚硬的外壳,要有适宜的大气和适合的温度,要有一定数量的水。同时,行星围绕的天体必须是一颗稳定的恒星。就太阳系来说,符合上述条件的只有金星、地球和火星。其中地球位于金星和火星之间,处于生命繁衍的最有利的空间。现在还没有发现金星和火星上有生命。太阳系中其他行星上就更不适合生命存在了。
寻找太阳系以外的行星系,这是探索地外文明的又一个方向。科学家们早已开始了潜心的观测和研究。到目前还没有发现一个被确认的行星系。如果真的发现一个行星系,那里也不一定就有生命。如果真的发现一个有比较适合生命存在的行星系。
目前,探索地外文明的方法主要有3大类:①接收并分析来自太空的各种可能的电波。这方面的工作从1960年就开始了。②人类主动向外太空发出表明人类在太阳系内存在的信号。1974年11月16日,美国利用设在波多黎各的阿雷西博305米直径的射电望远镜,发出人类第一组信号,对准武仙座球状星团,发射3分钟。③发射探测器去登门拜访外星人。美国发射的“先驱者”10号和11号,“旅行者”1号和2号,都在完成对太阳系内的探测任务后,带着许多人类的信息,作为人类使者,漫游在恒星际空间。如果巧遇人类的知音,他们将从探测器中了解人类的活动,确定进一步交往的可能。由此可见,探索地外文明是一项综合性的科学使命,过于乐观是不现实的,过于悲观也是没有根据的。
对太阳系九大行星的探测
20世纪60年代以来,人类发射了多种多样的行星探测器。其中苏联发射的“金星”号、美国发射的“先锋”号和“麦哲伦”号对金星进行了探测;美国发射的“水手”10号对水星进行了探测;美国发射的“海盗”1号和2号对火星进行了探测;美国发射的“先驱者”10号和11号,“旅行者”1号和“旅行者”2号,对木星、土星、天王星、海王星进行了探测;美国发射的“伽利略”号对木星进行了探测。这些直接探测获得了行星世界大量的新信息。30多年来获得的信息,远远超过了人类历史上对行星知识的总和。
河外星系
如果把地球所在的银河系比作一个巨大的恒星城,那么,宇宙间并不是仅此一个“孤城”。在浩瀚的宇宙空间,有许多类似银河系的恒星城,人们称它们为河外星系,一般称星系。
每个河外星系都是由数十亿至数千亿颗恒星、星云和星际物质组成的。其直径一般从几千光年至几十万光年不等。河外星系的外观和结构是多种多样的,根据河外星系的外形等特征,可以把河外星系分为3大类:椭圆星系、旋涡星系和不规则星系。每个河外星系也都在运动之中。同时,如此巨大的河外星系的空间分布也是不均匀的,星系也是成团存在的。银河系就与它周围30多个星系组成一个集团,叫本星系群。
目前,已发现约10亿个河外星系。最著名的河外星系有:仙女座河外星系、猎犬座河外星系、大麦哲伦星系、小麦哲伦星系和室女座河外星系等。
黑洞是什么?
从理论上推算,中子星也有质量上限,最大不能超过三倍太阳质量。如果在超新星爆发后核心剩余物质还超过三倍太阳质量,种子简并态也抗不住所受的压力,只能继续坍缩下去。最后这团物质收缩到很小的时候,在它附近的引力就大到足以使运动最快的光子也无法摆脱它的束缚。因为光速是现知任何物质运动、速度的极限,连光子都无法摆脱的天体能束缚住任何物质,所以这个天体不可能向外界发出任何信息,而且外界对它探测所用的任何媒介包括光子在内,一贴近它就不可避免地被它吸进去。它本身不发光并吞下包括辐射在内的一切物质,就象一个漆黑的无底洞,所以这种特殊的天体被称为黑洞。黑洞有很多奇特的性质,对黑洞的研究在当代天文学及物理学中有重大的意义。
早在1806年法国天文学家拉普拉斯就曾根据牛顿万有引力理论,预言有类似黑洞的天体存在。他计算结果是一个直径比太阳大250倍而密度与地球相当的恒星,它的引力场强大到足以捕捉住自己所发出的光线,而成为看不见的黑暗天体。
到了1939年,物理学家奥本海默根据爱因斯坦的广义相对论,引导出一颗步入死亡途径的恒星,可能会因自身引力压缩下,消失而变成“黑洞”。
接着在1974年英国天文物理学家霍金,更研究出黑洞甚至也会“爆发”,鼓舞了天文学家在太空中搜索它的精神。终于在1995年哈伯太空望远镜在M87星系中,“确实”找到黑洞正以强大的吸引力,将邻近的星际尘埃吸收掉。
图一半人马座A星系里疑似有黑洞(AAO摄)
图二M87星系核心发现有黑洞!(HST摄)
001半人马座星系
00287星系

展开更多......

收起↑

资源预览