十堂极简宇宙课(精)

作者简介

贝基？斯梅瑟斯特（Dr. Becky Smethurst） 风靡英国的明星科普博主，牛津大学天体物理学家 贝基？斯梅瑟斯特是牛津大学的天体物理学家和研究员，研究方向为星系和黑洞的相互作用与影响。她在YouTube网站上开设了“贝基博士”（Dr. Becky）频道，为观众解释宇宙的未解之谜和太空中的怪诞天体，每周播报综合太空新闻，2019年获得了副校长公众参与传播奖，目前已有超过10万名订阅者。她还为“60个符号”频道提供物理视频素材，并为“深空视频”频道提供天文学视频。 斯梅瑟斯特博士于2020年荣获英国皇家天文学会卡洛琳赫歇尔讲师奖，2015年获得英国物理学会的物理学传播杰出青年奖，在2014年国际科学一叮科学传播比赛英国全国总决赛中成为观众票选冠军和评审团亚军。 同时，她也是世界规模最大的天文学普查项目“星系动物园”（Galaxy Zoo）的研究员，团队在2019年获得了英国皇家天文学会团体成就奖。斯梅瑟斯特博士还参与了迄今世界最大规模的星系图像和光谱巡天项目斯隆数字化巡天项目第四期（SDSS-IV）中的当前世界上最大的积分场光谱巡天项目（MaNGA）。

内容简介

我们的太阳只不过是 银河系千亿颗恒星中的一 员。银河系就像一个由气 体、尘埃和恒星组成的“ 宇宙岛”，直径超过10万 光年。在银河系的中央有 一个黑洞，质量比太阳的 质量大400万倍，我们称 之为超大质量黑洞。这个 黑洞和太阳一样，是整个 银河系的引力驱动中心。 几个世纪前，艾萨克· 牛顿（Isaac Newton）发 现了万有引力定律：两个 物体之间的引力与它们各 自的质量成正比，质量较 大的物体会给质量较轻的 物体施加更大的作用力。 这一作用力还取决于两个 物体之间的距离，如果距 离加倍，那么该作用力将 减弱四分之一。根据万有 引力定律，我们可以计算 出宇宙中任意两个物体之 间的引力影响，甚至可以 计算出你和脚下大地之间 的引力是多少。 万有引力定律使混乱 的一切开始井然有序；毕 竟，正因为万有引力的存 在，才有了我们的太阳系 。在太阳形成之前，这片 空间中只有一团由氢气和 氦气组成的巨型气体云， 气体云中有上一代恒星遗 留下来的较重元素，包括 氧、碳和铁等。由于每一 个原子具有一定的质量， 这些粒子在这团混乱的气 体云中其余粒子的引力作 用影响下，开始不断聚集 。一团粒子吸引着另一团 粒子，直到最终，引力克 服了周围旋转的所有粒子 的能量，并将这些粒子聚 集在一起，使它们冷却下 来。接下来，轮到气体云 坍缩，气压骤升、密度升 高，气体云的高温点燃了 核聚变，于是我们的恒星 就此诞生。 核聚变是类太阳恒星 的能量来源，该反应由四 个氢原子参与，形成一个 氦核并释放能量，这就是 夜空中繁星点点的原因。 就这样，曾经只是一团旋 转的、充满了原子的气体 云，由于引力坍缩变成了 一颗燃烧着的原恒星。 现在，那团不停旋转 着的气体云也承载着一些 宇宙历史信息，比如早几 代恒星，甚至是宇宙形成 初期的第一批恒星遗留下 来的角动量。。总的来说 ，气体云在聚集之时就会 朝某个方向旋转，因此当 粒子在引力作用下开始聚 集时，它们的旋转方向会 保持一致，那么原太阳。 的自转方向就基本确定了 。早期太阳附近剩余的气 体云发生的变化，就像我 们在头顶上旋转一块比萨 时发生的情况一样：这些 剩余的气体云将被压扁成 一个碟状结构或圆盘，并 且继续旋转着。在圆盘内 部，粒子之间的引力作用 继续存在。太阳附近形成 原行星’的粒子团将越来越 多，因此我们能够看到一 幅所有行星（包括彗星、 小行星以及其他遗留的陨 石）都绕行在太阳附近的 轨道上，并朝着同一个方 向运行的美丽景象。这就 是我们认同的、包括太阳 在内的所有恒星系统的形 成方式。 同样的过程也出现在 我们的地月系统中。地球 自转的方向与公转方向之 所以相同，也是因为地球 是通过微小粒子聚集在一 起形成的，这些粒子继承 了上一代恒星的角动量。 同样地，月球绕地球公转 方向和地球自转方向也是 一致的。 除此之外，它们没有 别的相似点了，因为月球 的其他属性都很独特。在 月球上，一天和一年是一 样长的，也就是说，月球 绕轴自转的时间（即一天 ）和月球绕地公转的时间 （即一年）是相等的，都 需要28个地球日。如果地 球也遵循这个例子中的物 理规律，那么在整整一年 的时间中，一半地球将永 远是白天，而另一半地球 将永远处于黑夜之中。如 果地球自转和公转的速度 相同，那么地球的一半将 永远朝向太阳。这就是为 什么我们只能看到月球的 一面，而永远看不到月球 的另一面，因为月球的另 一面从未朝向我们。不过 ，这并不代表没有朝向地 球那一面的月球是黑暗的 ，太阳会照亮它。这也能 解释我们看到的月球相位 ：当我们看到满月的时候 ，月球正对着太阳，太阳 将朝向地球的月球面完全 照亮了；而当我们看到的 是新月时，月球正处于地 球和太阳的中间，太阳照 亮的是地球上看不到的另 一面月球。 如果你想了解为什么 我们不能每28天看到一次 全日食，我来告诉你，这 是因为月球的轨道与地球 绕着太阳的轨道不在一个 平面上，月球的轨道倾斜 了5°，因此有时候在新月 阶段，天空中的月球要么 在太阳上面一些，要么在 太阳下面一点。地月系统 的所有特点看起来都是偶 然出现的，但实际上揭示 了月球形成的奥秘。或许 你认为与地球在太阳附近 形成的情况相类似，月球 也是在相同环境下绕着地 球形成的，也就是说，月 球是从行星残留物中演变 而来的。但科学家关于月 球形成的最成熟理论远比 这个说法更加戏剧化，这 个理论叫作“大撞击假说” （Giant Impact Hypothesis），它阐述的 是另一个绕日运行的原行 星与太阳系早期的原地球 发生碰撞，撞击产生的能 量非常大、温度极高，熔 化了原行星和近一半的地 球物质。大量物质被抛掷 到太空中，随着地球恢复 原状并且保持旋转，那些 被熔化、冷却的物质没能 逃脱来自地球引力的拖拽 。就这样，它们被引力拽 人一个旋转的圆盘中，聚 集在一起并最终形成了月 球。 P3-7 油管10万﹢粉丝追更的“话痨科学家”，为你解惑明天就想畅谈的宇宙10大热门话题！ ★BBC Sky at Night《仰望夜空》杂志2019年评选出的20本好书之一 ★牛津大学天体物理学家、油管明星科普博主“贝基博士”（Dr. Becky）带你畅游宇宙！ 我们为什么要被引力支配？看不见摸不到的东西就是暗物质吗？外星人真的存在吗？为什么夜晚的天空是黑暗的？……如果你曾经仰望夜空，想知道你头顶的这一切到底是如何运作的，这本口袋大小的宇宙探秘小书一定会给你答案！ ★写给大众的深奥宇宙极简说明书，对人类探索宇宙极为精彩的记录！ ★涵盖当下天文学大热的10个话题，向外凝视空间，向后追溯时间，从140亿年前讲到今天的天文通识 ★用简洁的百页篇幅，讲解深刻的宇宙原理，突破认知边界，换个角度看世界！