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科学知识大全

科学知识大全（审精）

夜晚的天空什么缘故是黑的

夜晚的天空什么缘故是黑的？

这是经典宇宙学中的一个闻名的问题．自古以来，人们就不断地对宇宙进行各类猜想．古代的人们曾经以为星星是镶嵌在一个透明球面上的．中国最古老的宇宙结构学说盖天说的大体观点是天圆地址．托勒政的地心宇宙体系和哥白尼的日心地动宇宙体系中都包括恒星天球的内容．中世纪的思想家尼古拉以为宇宙是无穷的．牛顿把空间和时刻的无穷性作为他的理论的大体原理．他还推断：

星星的数量必然是无穷的，而且相当均匀地散布在空间．观测上，英国闻名的天文学家威廉·赫歇耳和约翰·赫歇耳父子宣布至少某些可观测星云是与银河系具有相同尺度和结构的由分立的恒星组成的系统．这些星系居于整个宇宙当中．19世纪天文学家普遍以为可观测宇宙必需是静态、无穷的和均匀的．而对静态、无穷、均匀的宇宙的一个闻名反对意见即夜黑问题，也称奥伯斯佯谬．那个样谬是说，假设恒星发出的光不变且都相同，而空间又是欧几里得的（平直的），那么在此种宇宙中整个天空的亮度看起来是均匀的，且与太阳一样亮．因为不管从哪个方向观看天空，视线都会碰着一个星星．这一点能够用一个简单的几何论证说明：

现考虑进入人眼的一束细长的锥形光线．尽管恒星表面的视亮度与距离平方成反比，但锥体的截面积（或恒星的数量）随距离平方而增加，那么集中在锥体内的光与它从什么地址发出没有关系，因此整个天空就要亮得像太阳一样，事实上夜空却是黑的．如何才能排除观测与理论之间的矛盾呢？

奥伯斯的推导基于以下的宇宙学观点：

  1．宇宙物质是均匀散布的．  2．宇宙是静态的．  3．宇宙是无穷的．  4．宇宙存在的时刻已经无穷长．为了幸免夜晚的天空像太阳那么亮的结论，咱们必需从头考察上述观点．一个平均密度随观测距离的增大而减小，并以零为极限的品级式宇宙模型能够排除佯谬，但要付出失去均匀性的代价．但迄今为止的观测结果是：

宇宙物质在大尺度空间内的散布是均匀和各向同性的．那个观点称为宇宙学原理，是现代宇宙学理论所必需依据的公理．上述第一点符合宇宙学原理，应予保留．如此品级式宇宙模型应该舍弃．由于奥伯斯假定恒星发光不变，这一点今天看来最成问题．若是假定恒星并非是永久那么亮，而是在有限的过去才开始发光，由于远处恒星的光线尚未抵达咱们这儿，这也能够幸免整个天空像太阳那么亮的结论．这使咱们面临着是什么第一次使恒星发光的问题．如此看来一个具有有限过去的宇宙可幸免奥伯斯样谬．现在宇宙在时刻上有个开端．另外一个有足够大膨胀速度的宇宙也能幸免奥伯斯佯谬，即便它具有无穷的过去．因为依照量子理论的观点，光子的能量正比于其频率．远距离高速追行光源的光线将产生超级大的红移，因此其能量将相应减小，使其总和维持有限，乃至可忽略不计．由于观测上尚无舍弃宇宙学原理的理由，第一条观点应该同意，而第二、第四条应该从头考虑．  

20世纪初，爱因斯坦创建了广义相对论，这就为研究宇宙的整体结构提供了理论基础．宇宙的整体性质由引力场方程决定．荷兰物理学家德西特第一取得了引力场方程的一个宇宙解，但它是动态的而不可能是静态的：

宇宙要么是膨胀的，要么是收缩的．观测上，哈勃发

现河外星系的视向退行速度与距离成正比，即距离越远，视向速度越大．这说明宇宙空间中任意两个星系间的距离都在增大，宇宙在膨胀．若是一个膨胀的宇宙沿时刻反溯归去将会达到一个原始的超密态，也确实是宇宙于过去某一时刻创生于一次原初物质的大爆炸进程．这确实是大爆炸宇宙学的宇宙模型．为了理论预言和实验观测相一致，宇宙在极初期曾经历一个暴胀时期．显然一个具有有限过去而正在膨胀的大爆炸宇宙模型能幸免奥伯斯佯谬．还有一个具有无穷过去的稳恒态宇宙模型，它虽能排除佯谬，但却要破坏能量守恒且不能说明宇宙微波背景辐射等，已经再也不为人们所同意．  综上所述，此刻观测到的宇宙在膨胀，这是科学界公认的．经历一个暴胀时期的大爆炸宇宙学模型是一个成功的模型，其理论预言与实验观测十分吻合．显然这是一个动态的宇宙学模型，且宇宙在时刻上可能有一个开端．如此看来，关于一个均匀、静态、无穷的经典宇宙学模型，其第二、第四条观点不成立．若是舍弃这两条，也就自然可不能得出夜晚的天空像太阳那么亮的荒唐结论.

你能看到世界末日吗？

当一个外部观测者看见我慢慢地掉入（黑洞）时，他可能会以为能够合理地作出以下推断：

我会看到宇宙慢慢地加速－－我在通过视界壮观的一刹时看到了宇宙的末日。

但是情形并非如此。

外部观测者所见到的我的行为依托于我所发出的光线，而我所见到的依托于到进入我视野的光线。

遥远以后事物所发出的光线全然无法抵达我的视野。

任意遥远以后的事件从未停滞在我“历史光线的光锥”上（其面由能在肯按时刻内抵达我的光线组成）。

　　上述情形关于一个不带电、无自旋的黑洞而言可能是正确的，但关于一个带电或自旋的黑洞情形就不同了。

在理想解中，此类黑洞可能包括一个“时刻的虫洞”。

该洞能够作为一个与其他隔离区域（这些区域可能是另一个宇宙）相连的门户。

我可不能撞到奇点上，而是通过了虫洞。

但在作为某种视界内部的虫洞的入口，一种无穷加速的现象发生了。

若是我掉进虫洞，我将看到宇宙的整个历史在我眼前从头至尾播放一遍。

更糟的是，随着“影片”播放的加速，光线开始蓝移，而且能量开始增加，在我通过虫洞的一刹时，一种“无穷蓝移”发生了，它的强烈辐射会把我煎熟。

显然有理由相信这种无穷蓝移会给虫洞自身带来灭顶之灾，它将被一个对我来讲好不了多少的奇点所取代。

但不管如何，它都将虫洞之旅蒙上一层浓重疑问的色彩。

行星引发的话题

行星的概念日前受到了挑战，缘故可能是因为咱们过去关于它的命名太过随意了。

随着科学新发觉的日渐增多，科学家开始从头试探：

什么样的天体才能称为行星？

自从1995年发觉首颗围绕另一颗恒星旋转的行星以来，科学家又发觉了50多颗太阳系之外的行星。

它们与咱们熟悉的行星不同，体积庞大——往往超过木星的许多倍——一些更像另一类星体，棕色矮星。

棕色矮星在1995年被证明存在，它们体积庞大，但不足以促成热核反映形成恒星。

这些棕色矮星像行星一样不发光，也可绕恒星运转，但没有多少行星的特点，它们比木星大5－15倍，大小范围很类似行星。

由于这一系列以前从未探测到的星体，咱们对行星组成和星体质量的观点正在改变。

目前，在阿兰·博斯领导下，一个由13人组成的国际天文协会专家小组正在致力于“行星”的概念工作。

天文学家以为，在行星与棕色矮星之间尚有3个疑问需要解决，即它们的起源、轨道及其体积。

若是依据教科书来给行星下概念的话，一样的表述是：

在恒星形成后，由其发散出的气体和固体尘埃所组成的涡旋慢慢形成了行星。

咱们确实是如此说明太阳系的9大行星的形成进程的。

可是，曾经于1975年提出“棕色矮星”这一概念的塔尔特以为，不能单纯从形成进程来概念行星。

她建议，在概念行星时还应当考虑行星围绕某个恒星轨道运行这一因素。

问题是，棕色矮星即符合上述的两个“行星”标准。

它们常常围绕恒星的轨道运行，这意味着棕色矮星是由气体和固体尘埃形成的。

目前人们所争辩的核心在于星体的体积方面。

若是棕色矮星的体积比木星的体积大13倍，它内部的压力就足以引发氘的燃烧。

可是行星却无法燃烧氘。

由此，人们通常会以是不是有氘的燃烧来划分恒星与行星的界限。

可是，关于那些体积小于行星的棕色矮星又该如何说明呢？

恒星之因此成为恒星，是因为它能够通过热核反映将氢转化为氦这一进程发光。

而棕色矮星，尽管它们能够通过燃烧氘来进行一种“内核熔融”反映，可是并非能达到恒星所具有的热核反映所需要的熔融进程。

可是棕色矮星能够像恒星一样，是另一种无序的气体或尘埃云雾由于重力缘故致使该云雾的坍塌而形成。

许多科学家以为，冥王星本不该被称为行星。

它的体积比其他行星小许多，而且它距离其他行星绕太阳旋转的轨道平面有一个很明显的角度。

冥王星也远离海王星的轨道，研究人员以为它极可能是Kuiper带的一部份，Kuiper带是一个遥远的冰冻岩石区，在1992年被证明存在。

1999年初，国际天文协会试图给予冥王星双重身份－既是行星又是通过海王星轨道的物体，但由于人们的反对而搁置下来。

在太阳系中的更小的物体，包括彗星也被称为小行星。

而且其他比冥王星体积大的物体很有可能也围绕太阳旋转。

即便是恒星的概念也有模糊不清的地址。

有专家以为，恒星与行星一样，也是由涡旋所形成的。

这往往出此刻双星体系当中，当一颗恒星形成后，另一颗恒星又通过其剩余物质而产生。

再看看有关行星的概念。

最近，天文学家为自由漂浮行星的形成进程提出了两种假说。

一种是，这些行星形成于恒星周围的行星系，在其形成后离开了这一星系。

另一种是，这些星体是单独形成的，或在其形成进程初期没有依附于任何恒星。

天文学家以为，不管关于哪一种形成方式，目前已有的说明和概念都是不充分的。

需要提出新的说明并作出新的概念，以帮忙人们加倍清楚、准确地在行星与其他星体之间进行区分。

咱们或许能够为行星下如此一个概念：

“行星是不能进行内核熔融的球状星体，形成并运行于另一个有时发生内核熔融的星体轨道上。

”小行星真的那么危险吗

今年9月，两名天文学家在夏威夷发觉一颗名为2000SG344、直径大约为0．6千米的小行星正在与地球相对的轨道飞行。

11月3日，一些科研人员在未对该行星进行深切分析的情形下向媒体发布了有关小行星有可能于2030年与地球相撞的消息。

但就在一天以后，其他一些科学家表示，上述消息有夸大之嫌，他们通过对这颗小行星的轨道进行进一步研究后以为，其与地球“擦身而过”时的最近距离也多达500万千米，全然不可能与地球相撞。

可是，2000SG344小行星是有史以来第一颗与地球相撞危险品级超过0的小行星。

Torino品级由0至10，用于测定天体与地球相撞的危险程度。

国际天文学联盟发布警告称，该小行星在2030年9月21日与地球相撞的机率为1／500，此前还从未有其他天体被测定与地球相撞的机率达到如此之高。

早在1991年以来，天文学家就宣布，9个天体处于靠近地球的太空，有可能对人类组成要挟。

尔后，发布的危险天体数量又不断增加。

美国麻省理工学院研究人员斯科特·斯图尔特以为，咱们大大低估了近地小行星的数量。

依照此前的猜想，围绕地球飞行而且可能撞向地球的小行星，有750颗到900颗之多。

他测算的结果是，太阳系里能对地球组成要挟的小行星超过了一千一百颗。

已故天文学家欧仁·休梅克通过研究小行星撞击月球后留下的陨石坑数量，已经得出过类似的结论。

凭借射电望远镜的帮忙，天文学家绘制天体图，追踪小行星的运行轨迹。

以位置固定的恒星作为参照物，能够发觉处于运动进程中的天体。

对一颗小行星的运行轨迹观看几个月以后，就能够计算出它的轨道并判定出它可否对地球组成要挟。

通常只有那些直径在1千米以上的小行星，才被列入有能力引发全世界严峻灾害的危险对象。

问题是，谁也不明白未被发觉的小行星到底有多少颗。

斯图尔特从头计算了小行星的倾角，他利用的数据取自LINEAR望远镜。

所谓倾角，是指某颗小行星的轨道与地球环日轨道平面之间的夹角。

以前之因此低估了小行星的数量，是由于低倾角轨道上的天体比较容易观测到。

这两年来，在LINEAR望远镜的火眼金睛下现形的近地小行星超过了400颗。

多亏了它的千里眼，天文学家得以更精准地给运行在高低倾角轨道上的小行星绘制散布图。

英国科学部长赛恩斯伯里表示，不管这种危险何等遥远，咱们都不能轻忽，而应通过国际合作对这种情形进行监视。

英国核武器研究机构的科学家正与其欧洲伙伴研究如何利用核武器改变小行星的运行轨道。

科学家们打算设计一种系统，使一系列核弹头在小行星的一侧爆炸，利用爆炸产生的强中子辐射，打掉小行星表面的一部份，从而改变其运行轨道。

为该小组提供咨询的高级武器专家奈杰尔·霍洛韦说，要使一个直径1—2千米的小行星改变轨道，需要利用相当于10万颗广岛原子弹的核弹头。

只是，我国科学家以为小行星不存在什么危险。

中科院紫金山天文台的天文学家指出：

直径在2000米以上的小行星撞击地球的概率只有50万年一次。

国际近地天体研究机构已经精准地计算出了900颗中的200多颗小行星的轨道，它们没有一颗会与地球相撞