空间的本质是什么?
从地球人的角度来看,外层空间是一个位于地球上方约100公里的区域,那里没有可呼吸的空气或散射光。在那个区域,蓝色让位于黑色,因为氧气分子不足以使天空变成蓝色。
此外,空间是一个真空,这意味着声音无法传播,因为分子间的距离不够近,无法传递声音。然而,这并不是说空间是空的。气体、尘埃和其他物质漂浮在宇宙“更空旷”的区域,而更拥挤的区域可以容纳行星、恒星和星系。
没有人知道空间到底有多大。困难的出现是因为我们在探测器上看到的东西。我们用“光年”来衡量太空中的长距离,代表光在一年中行进的距离(大约9.3万亿公里)。
根据我们望远镜中可见的光线,我们绘制出了几乎可以追溯到137亿年前宇宙大爆炸的星系图。这意味着我们可以在近137亿光年的距离“看到”太空。然而,天文学家不确定我们的宇宙是否是唯一存在的宇宙。这意味着空间可能比我们想象的要大得多。
人眼看不见的辐射
大部分空间相对来说是空的,这意味着里面只有零星的灰尘和气体。这意味着,当人类将卫星发送到一个遥远的星球时,物体不会像飞机在太空中飞行时那样遇到“阻力”。
例如,太空和月球上的真空环境是阿波罗计划的月球着陆器看起来如此奇怪的原因之一像蜘蛛一样一名船员说。因为宇宙飞船被设计成在没有大气的区域工作,所以不需要光滑的边缘或者空气动力学形状。
虽然在人类看来,太空可能是空的,但研究表明,宇宙中存在各种形式的辐射。在我们自己的太阳系里太阳风—由等离子体和其他来自太阳的粒子组成—透过行星,偶尔会在地球两极附近产生极光。宇宙射线也可以从太阳系外的超新星上飞过。
事实上,宇宙充满了宇宙微波背景,这可以被理解为形成我们宇宙的巨大爆炸的残留物(通常被称为大爆炸)。在微波中最容易看到的日冕物质抛射显示了我们的仪器能探测到的最早的辐射。
空间的一个很大的特征是人们很少看到或理解的,那就是假定存在暗物质和暗能量,本质上是物质和能量的形式,只能通过它们对其他物体的影响来检测。由于宇宙在膨胀并加速膨胀,这被视为暗物质的一个关键证据。另一个是引力透镜效应,当光线从远处的背景物体绕着恒星“弯曲”时,就会发生这种现象。
黑洞
更小的黑洞可以从一颗巨大恒星的引力坍缩中形成,这形成了一个奇异点,任何东西都无法逃脱——甚至光也无法逃脱,因此这个物体得名。没有人确切知道黑洞里有什么,或者掉进黑洞的人或物体会发生什么——但研究仍在进行中。
一个例子是引力波,或者时空中的波纹,它们来自黑洞之间的相互作用。这是阿尔伯特·爱因斯坦在上世纪初首次预言的,当时他证明了时间和空间是联系在一起的;当空间扭曲时,时间加速或减速。
截至2017年年中,激光干涉仪引力波天文台(LIGO)科学合作已经宣布了三个黑洞相互作用和合并通过引力波探测,仅仅两年。
科学家们在2017年5月表示,该团队在大约两年内发现了这三个事件,这表明当LIGO以全灵敏度实施时,天文台可能能够频繁发现这类事件。如果这些黑洞事件被探测到,这将有助于科学家了解特定大小的黑洞(几十个太阳质量)是如何诞生的,以及后来如何融合成新的黑洞。
恒星、行星、小行星和彗星
明星(就像我们自己的太阳)是巨大的气体球,会产生自己的辐射。它们的范围从红色的超级巨星到冷却的白矮星,它们是超新星的残留物,或者是当一个大的恒星耗尽气体燃烧时发生的恒星爆炸。这些爆炸将元素扩散到整个宇宙,这也是铁等元素存在的原因。恒星爆炸也能产生密度惊人的物体,称为中子星。如果这些中子星发出辐射脉冲,它们就被称为脉冲星。
行星是2006年天文学家们争论不休时被仔细研究过定义的物体冥王星是否可以被认为是一颗行星。当时,国际天文联合会(负责这些决策的地球管理机构)裁定,行星是一个围绕太阳运行的天体,其质量足以形成一个近乎圆形的形状,并清除了其轨道上的碎片。在这个名称下,冥王星和类似的小天体被认为是“矮行星”,尽管不是每个人都同意这个名称。在2015年“新视野”号宇宙飞船飞越冥王星之后,首席研究员艾伦·斯特恩和其他人再次开启了这场辩论,称冥王星的地形多样性让它更像一颗行星。
太阳系外行星或太阳系外行星的定义仍未被IAU确定,但基本上天文学家将其理解为在我们附近表现类似行星的物体。第一颗这样的行星是在1992年发现的(在20世纪60年代)飞马座)从那时起,数以千计的外星行星已经被证实——更多的被怀疑。在有行星形成的太阳系中,这些物体通常被称为“原行星”,因为它们不像我们太阳系中的那些行星那样成熟。
小行星这些岩石不够大,不足以成为矮行星。我们甚至发现了周围有环的小行星,比如10199号查理尔科。它们的小尺寸经常导致这样的结论,即它们是太阳系形成时的残留物。大多数小行星集中在火星和木星之间的地带,但也有许多小行星跟随在行星后面或前面,甚至可以在行星的路径上穿过。美国国家航空航天局和其他几个实体已经实施了小行星搜索计划,以扫描天空中潜在的危险物体,并密切监控它们的轨道。
在我们的太阳系里,彗星(有时被称为脏雪球)被认为是来自大量被称为奥尔特云的冰体的物体。当彗星接近太阳时,我们恒星的热量导致冰融化,并从彗星中流走。古人经常把彗星与地球上的毁灭或某种巨大的变化联系在一起,但是哈雷彗星相关的“周期性”或返回彗星表明它们是普通的太阳系现象。
星系和类星体
我们能看到的最大的宇宙结构是星系,本质上是恒星的巨大集合。我们自己的星系叫做银河,并被认为是“条形螺旋”形状。有几种类型的星系,从旋涡星系到椭圆星系到不规则星系,当它们靠近其他物体时,或者当它们内部的恒星老化时,它们会发生变化。
星系通常有超大质量黑洞嵌入他们星系的中心,只有通过每个黑洞发出的辐射以及它与其他物体的引力相互作用才能看到。如果黑洞特别活跃,有很多物质落入其中,它会产生大量的辐射。这种银河物体被称为类星体(只是几种相似物体中的一种。)
一大群星系可以成群形成有成百上千个星系那么大的群体在引力作用下结合在一起。科学家认为这些是宇宙中最大的结构。
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