2020 (26)
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語宇宙是如何形成的? 1.科學家認為它起源為137億年前之間的一次難以置信的大爆炸。這是一次不可想像的能量大爆炸，宇宙邊緣的光到達地球要花120億年到150億年的時間。大爆炸散發的物質在太空中漂遊，由許多恒星組成的巨大的星係就是由這些物質構成的，我們的太陽就是這無數恒星中的一顆。原本人們想象宇宙會因引力而不在膨脹，但是，科學家已發現宇宙中有一種 “暗能量”會產生一種斥力而加速宇宙的膨脹。 2.宇宙學說認為，我們所觀察到的宇宙，在其孕育的初期，集中於一個體積極小、溫度極高、密度極大的奇點。在141億年前左右，奇點產生後發生大爆炸，從此開始了我們所在的宇宙的誕生史。 3.宇宙大爆炸後0.01秒，宇宙的溫度大約為1000億度。物質存在的主要形式是電子、光子、中微子。以後，物質迅速擴散，溫度迅速降低。大爆炸後1秒鍾，下降到100億度。大爆炸後14秒，溫度約30億度。35秒後，為3億度，化學元素開始形成。溫度不斷下降，原子不斷形成。宇宙間彌漫著氣體雲。他們在引力的作用下，形成恒星係統，恒星係統又經過漫長的演化，成為今天的宇宙。 宇宙是什麽?宇宙有多大?宇宙年齡是多少? 宇宙是萬物的總稱，是時間和空間的統一。從最新的觀測資料看，人們已觀測到的離我們最遠的星係是130億光年。也就是說，如果有一束光以每秒30萬千米的速度從該星係發出，那麽要經過130億年才能到達地球。根據大爆炸宇宙模型推算，宇宙年齡大約200億年。宇宙有多少個星係?每個星係有多少顆恒星? 在這個以130億光年為半徑的球形空間裏，目前已被人們發現和觀測到的星係大約有1250億個，而每個星係又擁有像太陽這樣的恒星幾百億到幾萬億顆。因此隻要做一道簡單的數學題，你就不難了解到，在我們已經觀測到的宇宙中擁有多少星星。地球在如此浩瀚的宇宙中，真如滄海一粟，渺小得微不足道。天文學的基礎知識（一） 太陽和地球的年齡? 據估計太陽的年齡比地球大1000萬-2000年年，而通過放射性計年，地球的年齡是45億年，因此太陽的年齡是45.1億年。銀河係簡介 是地球和太陽所屬的星係。因其主體部分投影在天球上的亮帶被我國稱為銀河而得名。銀河係呈旋渦狀，有4條螺旋狀的旋臂從銀河係中心均勻對稱地延伸出來。銀河係中心和4條旋臂都是恒星密集的地方。從遠處看，銀河係像一個體育鍛煉用的大鐵餅，大鐵餅的直徑有10萬光年，相當於946080000億公裏。中間最厚的部分約3000～12000光年。銀河係整體作較差自轉，太陽位於一條叫做獵戶臂的旋臂上，距離銀河係中心約2.5萬光年。在銀河係裏大多數的恒星集中在一個扁球狀的空間範圍內，扁球的形狀好像鐵餅。扁球體中間突出的部分叫“核球”，半徑約為7千光年。核球的中部叫“銀核”，四周叫“銀盤”。在銀盤外麵有一個更大的球形，那裏星少，密度小，稱為“銀暈”，直徑為7萬光年。銀河係是一個旋渦星係，具有旋渦結構，即有一個銀心和兩個旋臂，旋臂相距4500光年。其各部分的旋轉速度和周期，因距銀心的遠近而不同。1971年英國天文學家林登·貝爾和馬丁·內斯分析了銀河係中心區的紅外觀測和其他性質，指出銀河係中心的能源應是一個黑洞，但是由於目前對大質量的黑洞還沒有結論性的證據。銀河係如何運轉?太陽繞銀河係公轉是多少年?銀河係的年齡是多少? 銀河係是一個巨型旋渦星係，Sb型，共有4條旋臂。包含一、二千億顆恒星。太陽距銀心約2.3萬光年，以250千米/秒的速度繞銀心運轉，運轉的周期約為2.5億年。關於銀河係的年齡，目前占主流的觀點認為，銀河係在宇宙誕生的大爆炸之後不久就誕生了，用這種方法計算出，我們銀河係的年齡大概 在145億歲左右，上下誤差各有20多億年。而科學界認為宇宙誕生的“大爆炸”大約發生 ... 什麽叫星係?宇宙有多少個星係和恒星? 天穹上的大多數光點是銀河係的恒星，但也有相當大量的發光體是與銀河係類似的巨大恒星集團，曆史上曾被誤認為是星雲，我們稱它們為河外星係，現在已知道存在1000億個以上的星係，著名的仙女星係、大小麥哲倫星雲就是肉眼可見的河外星係。星係的普遍存在，表明它代表宇宙結構中的一個層次，從宇宙演化的角度看，它是比恒星更基本的層次。宇宙中有1000億～2000億個像銀河係這樣的星係。如果銀河係的恒星數量以最低的2000億(有人推算是10000億)顆計算，由此推算出的宇宙中的恒星數量為2×1022～4×1022顆，即20萬億億～40萬億億顆(也有人推出文學上把我們感受到的這1天的24小時稱為太陽日。地球自轉產生了晝夜更替。晝夜更替使地球表麵的溫度不至太高或太低，適合人類生存。 月球基本概況? 1.它每年以三厘米的速度遠離的處。金星的半徑約為6073公裏，隻比地球半徑小300公裏，體積是地球的0.88倍，質量為地球的4/5；平均稱之為 宙斯(眾神之王，奧林匹斯山的統治者和羅馬國的保護人，它是Cronus（土星)的兒子。 2.木星是天空中第四亮的物體（次於太陽，月球和金星；有時候火星更亮一些），早在史前木星就已被人類所知曉，伽利略1610年對木星四顆衛星（現常被稱作伽利略衛星）進行觀察。我們得到的有關木星內部結構的資料（及其他氣態行星）來源很不直接，並有了很長時間的停滯，（來自伽利略號的木星大氣數據隻探測到了雲層下150千米處），“先驅者11號”於1974年12月飛掠木星時，測得的木星表麵溫度為零下148攝氏度，木星由90％的氫和10％的氦（原子數之比， 75/25％的質量比）及微量的甲烷、水、氨水和“石頭”組成。這與形成整個太陽係的原始的太陽係星雲的組成十分相似。土星有一個類似的組成，但天王星與海王星的組成中，氫和氦的量就少一些了。氣態行星沒有實體表麵，它們的氣態物質密度隻是由深度的變大而不斷加大（我們從它們表麵相當於1個大氣壓處開始算它們的半徑和直徑）。我們所看到的通常是大氣中雲層的頂端，壓強比1個大氣壓略高。木星可能有一個石質的內核，相當於10－15個地球的質量。 3.宇宙飛船發回的考察結果表明，木星有較強的磁場，表麵磁場強度達3～14高斯，比地球表麵磁場強得多（地球表麵磁場強度隻有0.3～0.8高斯）。木星磁場和地球的一樣，是偶極的，磁軸和自轉軸之間有 10°8′的傾角。木星的正磁極指的不是北極，而是南極，這與地球的情況正好相反。木星的四個大衛星都被木星的磁層所屏蔽，使之免遭太陽風的襲擊。 4.木星有一個同土星般的環，不過又小又微弱，它們由許多粒狀的岩石質材料組成。在宇宙飛船探測木星之前，人們知道木星有13顆衛星。科學家們從“旅行者2號”發回的照片上又發現了3顆，共有16顆木衛（可能有無數衛星，最新數量61顆）。其中靠近內側的地方有４顆特別大是伽利略衛星，(伽利略衛星即木衛一、木衛二、木衛三和木衛四分別叫伊奧、歐羅巴 、加尼美德、卡利斯托)。按距離木星中心由近及遠的次序為：木衛十六、木衛十四、木衛五、木衛十五、木衛一、木衛二、木衛三、木衛四。它們都圍繞著木星公轉，離木星最遠的木衛九與木星的距離比地球和月亮的距離遠60倍，它繞木星公轉一周需要758天。木星的大小與衛星差異之大。除了歐羅巴以外，每顆伽利略衛星都比月球大，加尼美德的半徑大約為2600公裏，是太陽係中所有衛星中最大的一個，甚至比九大行星中的水星還要大。伊奧的大小和月球差不多，卻擁有眾多的活火山，地殼運動頻繁。 5.從化學組成上來講，木星更像太陽。雖然木星也和地球一樣有鐵核，可是它的85%是氫元素，其餘15%主要是氦元素。其它元素隻占1%。這是因為木星有強重力場，它保持了太陽係剛形成時期的大氣組成。而地球的較弱的重力讓它失去了大多數的原初元素。天文學的基礎知識（二）6.木星上的雲五彩斑斕。和地球上隻有白色的雲不一樣，木星上的雲五顏六色。這主要是因為木星大氣中複雜的化合物造成的 7.木星會變成恒星嗎？木星如果想變成一顆恒星，它的核心溫度必須達到100萬度，這才足以點燃熱核反應（氫聚變成氦的反應），釋放出巨大的能量。而要達到那麽高的核心溫度，木星的質量至少要比現在大100倍，而它沒法從其他地方獲得這麽大的質量，所以它不可能成為一顆恒星。 土星基本概況? 1.土星古稱鎮星或填星，軌道距太陽14億公裏。土星直徑119300公裏（為地球的9.5倍），是太陽係第二大行星，公轉周期相當於29.5個地球年，土星的自轉很快是9.6公裏／秒，僅次於木星。另外，英文的星期六（Saturday）也是以土星的英文名（Saturn）來命名的。在太陽係的行星中，土星的光環最惹人注目，它使土星看上去就像戴著一頂漂亮的大草帽，是最美麗的行星。土星環位於土星的赤道麵上。在空間探測以前，從地麵觀測得知土星環有五個，其中包括三個主環（A環、B環、C環）和兩個暗環（D環、E環）。土星光環中間有一條暗縫，後稱卡西尼環縫。觀測表明構成光環的物質是碎冰塊、岩石塊、塵埃、顆粒等，它們排列成一係列的圓圈，繞著土星旋轉。它與鄰居木星十分相像，表麵也是液態氫和氦的海洋，上方同樣覆蓋著厚厚的雲層。土星上狂風肆虐，沿東西方向的風速可超過每小時1600公裏。土星上空的雲層就是這些狂風造成的，雲層中含有大量的結晶氨。土星還是太陽係中衛星數目最多的一顆行星，目前已發現的土星衛星就已經超過了60顆。土星衛星的形態各種各樣，五花八門，使天文學家們對它們產生了極大的興趣。最著名的“土衛六”上有大氣，是目前發現的太陽係衛星中，唯一有大氣存在的天體，土衛六與土星的平均距離為122萬公裏，沿著近乎正圓形的軌道繞土星運動。它像月球一樣，總以同一麵向著自己的行星——土星。也就是說，如果在土星上看土衛六的話，永遠隻能看到土衛六的同一個半麵。它的軌道基本上在土星赤道麵內。你可以想一想，土衛六這麽大的天體，沿著大約122萬公裏的半徑，居然運動在近乎正圓的軌道上，這真是有點難以想象的事。如果讓我們專門畫這樣一個圓，恐怕也是不容易辦到的。足見天體演化中的自然奇觀。天文學的基礎知識（二）2.土星大氣以氫、氦為主，並含有甲烷和其他氣體，大氣中飄浮著由稠密的氨晶體組成的雲。根據紅外觀測得知，雲頂溫度為-170℃，比木星低50℃。土星表麵的溫度約為-140℃，支頂溫度為-180℃，比木星低50℃。在太陽係的行星中，土星的質量和大小僅次於木星。土星的平均密度是太陽係諸行星裏最小的，平均密度為0.69（少於水的密度），這是因為土星核心的密度雖然要比水大一些，但有著高氣體比例、低密度的大氣層。由於土星的密度太小，其表麵重力加速度和地球差不多 （為地球的1.07）。天文學的基礎知識（二） 天王星基本概況? 1.天王星是從太陽向外的第七顆行星，在太陽係的體積是第三大（比海王星大），質量排名第四（比海王星輕），表麵積相當於15.91 個地球表麵積，質量等於14.536 個地球，自轉周期17時 14分24秒，軸傾斜97.77°，遠日點距離約30億公裏，近日點距離約27億公裏，軌道周期84.323326 年，陽光的強度隻有地球的1/400。他的名稱來自古希臘神話中的天空之神尤拉納斯（Ο?ραν??），是克洛諾斯（農神）的父親，宙斯（朱比特）的祖父。天王星在被發現是行星之前，已經被觀測了很多次，但都把它當作恒星看待。最早的紀錄可以追溯至1690年，約翰·佛蘭斯蒂德在星表中將他編為金牛座34，並且至少觀測了6次。天王星是第一顆在現代發現的行星，雖然他的光度與五顆傳統行星一樣，亮度是肉眼可見的，但由於較為黯淡而未被古代的觀測者發現。威廉·赫歇耳爵士在1781年3月13日宣布他的發現，在太陽係的現代史上首度擴展了已知的界限。這也是第一顆使用望遠鏡發現的行星。目前已知天王星有27顆天然的衛星。 2.天王星和海王星的內部和大氣構成不同於更巨大的氣體巨星--木星和土星。同樣的，天文學家設立了不同的冰巨星分類來安置她們。天王星大氣的主要成分是氫和氦，還包含較高比例的由水、氨、甲烷結成的“冰”，與可以察覺到的碳氫化合物。他是太陽係內溫度最低的行星，最低的溫度隻有49K，還有複合體組成的雲層結構，水在最低的雲層內，而甲烷組成最高處的雲層。根據旅行者2號的探測結果，科學家推測天王星上可能有一個深度達10000公裏、溫度高達攝氏6650度，由水、矽、鎂、含氮分子、碳氫化合物及離子化物質組成的液態海洋。由於天王星上巨大而沉重的大氣壓力，令分子緊靠在一起，使得這高溫海洋未能沸騰及蒸發。反過來，正由於海洋的高溫，恰好阻擋了高壓的大氣將海洋壓成固態。天文學的基礎知識（三）3.如同其他的大行星，天王星也有環係統、磁層和許多衛星。天王星的係統在行星中非常獨特，因為它的自轉軸斜向一邊，幾乎就躺在公轉太陽的軌道平麵上，因而南極和北極也躺在其他行星的赤道位置上。當天王星在至日附近時，一個極點會持續的指向太陽，另一個極點則背向太陽，每一個極都會有被太陽持續的照射42年的極晝，而在另外42年則處於極夜。天王星有一個暗淡的行星環係統，由直徑約十米的黑暗粒狀物組成。他是繼土星環之後，在太陽係內發現的第二個環係統。目前已知天王星環有13個圓環，其中最明亮的是ε環。 海王星基本概況? 1.海王星是環繞太陽運行的第八顆行星，也是太陽係中第四大天體（直徑上）。海王星的軌道周期(年)大約相當於164.79地球年，自轉周期（日）大約是16.11小時，海王星直徑上小於天王星，但質量比它大。海王星距太陽45億公裏，直徑49.5萬公裏。1989年8月25日，旅行者2號探測器飛越海王星，這是人類首次用空間探測器探測海王星。它在距海王星4827千米的最近點與海王星相會，從而使人類第一次看清了遠在距離地球45億千米之外的海王星麵貌，它發現了海王星的6顆新衛星(海王星有9顆已知衛星：8顆小衛星和海衛一。其中海衛一是太陽係質量最大的衛星)。首次發現海王星有5條光環，其中3條暗淡、2條明亮。由於冥王星的軌道極其怪異，因此有時它會穿過海王星軌道，自1979年以來海王星成為實際上距太陽最遠的行星，在1999年冥王星才會再次成為最遙遠的行星，通過雙目望遠鏡可觀察到海王星，但假如你要看到行星上的一切而非僅僅一個小圓盤，那麽你就需要一架大的天文望遠鏡。 2.海王星的外觀呈藍色是大氣中甲烷吸收了日光中的紅光造成的。作為典型的氣體行星，海王星上呼嘯著按帶狀分布的大風暴或旋風，海王星上的風暴是太陽係中最快的，時速達到2000千米。和土星、木星一樣，海王星內部有熱源－－它輻射出的能量是它吸收的太陽能的兩倍多。海王星的組成成份與天王星的很相似：各種各樣的“冰”和含有15％的氫和少量氦的岩石。海王星相似於天王星但不同於土星和木星，它或許有明顯的內部地質分層，但在組成成份上有著或多或少的一致性。但海王星很有可能擁有一個岩石質的小型地核（質量與地球相仿）。它的大氣多半由氫氣和氦氣組成。還有少量的甲烷。天文學的基礎知識（三）3.海王星也有光環。在地球上隻能觀察到暗淡模糊的圓弧，而非完整的光環。但旅行者2號的圖像顯示這些弧完全是由亮塊組成的光環。其中的一個光環看上去似乎有奇特的螺旋形結構。海王星的磁場和天王星的一樣，位置十分古怪，這很可能是由於行星地殼中層傳導性的物質（大概是水）的運動而造成的。 什麽是小行星帶?什麽是小行星? 1.小行星帶是位於火星和木星軌道之間的小行星的密集區域，估計此地帶存在著50萬顆小行星。關於形成的原因，比較普遍的觀點是在太陽係形成初期，由於某種原因，在火星與木星之間的這個空擋地帶未能積聚形成一顆大行星，結果留下了大批的小行星。 2.在太陽係中，除了九顆大行星以外，還有成千上萬顆我們肉眼看不到的小天體，它們像九大行星一樣，沿著橢圓形的軌道不停地圍繞太陽公轉。與八大行星相比，它們好像是微不足道的碎石頭。這些小天體就是太陽係中的小行星。 3.小行星，顧名思義，它們的體積都很小。最早發現的“穀神星”（Ceres 1)、“智神星”(Pallas 2)、“婚神星”(Juno 3) 和“灶神星”(Vesta 4)是小行星中最大的四顆，被稱為“四大金剛”。“四大金剛”中最大的穀神星直徑約為1000千米，最小的婚神星直徑約為200多千米；如果能把它們從天上“請”到地球上來，中國的青海省剛好可以讓穀神星安家。除去“四大金剛”外，其餘的小行星就更小了，據估計，最小的小行星直徑還不足1千米。雖然它們的體積比衛星還小得多，但是在太陽係這個家庭中，卻要和九大行星論資排輩。 4.大多數小行星是一些形狀很不規則、表麵粗糙、結構較鬆的石塊，表層有含水礦物。它們的質量很小，按照天文學家的估計，所有小行星加在一起的質量也隻有地球質量的4／10000。這些小行星和它們的大行星同伴一起，一麵自轉，一麵自西向東地圍繞太陽公轉。盡管擁擠，卻秩序井然，有時它們巨大的鄰居--木星的引力會把一些小行星拉出原先的軌道，迫使它們走上一條新的漫遊道路。在近年對小行星觀測中，還發現一個有趣的現象，有些小行星竟然也有自己的衛星。 四大小行星是哪四個?它們的基本概況? 1.據統計，太陽係中約有50萬顆小行星和八大行星一樣繞著太陽公轉，目前已登記在冊的超過8000顆。它們大多體積很小，最早發現的四大小行星(穀神星(Ceres)、智神星(Pallas)、婚神星(Juno)和灶神星(Vesta))中，穀神星是最大的一顆，通常被稱作『偉大的母親』。這種稱呼，就是來自那些遙遠的羅馬神話。 2.穀神星（1 Ceres）又稱榖神星，是火星與木星之間的小行星帶中，人們最早發現的第一顆小行星，由意大利人皮亞齊於1801年1月1日發現。其平均直徑為952公裏，等於月球直徑的1/4，質量約為月球的1/50，又被稱為1號小行星。是小行星帶中最大最重的天體。有趣的事，很多國際上的環保主題網站，都采用穀神星的標誌來表示自己環保的決心。 3.婚神星是處在火星跟木星的小行星帶之間，它在數千萬小行星裏麵體積第四大，直徑240公裏長。 4.智神星（2 Pallas）是第二顆被發現的小行星，由德國天文學家奧伯斯於1802年3月28日發現。其平均直徑為520千米。該天體以希臘神話中海神波賽冬的孫女Pallas Athena（即雅典娜的別稱）來命名。 5.灶神星，又稱第4號小行星，是德國天文學家奧伯斯於1807年3月29日發現的。灶神星是第二大的小行星，僅次於穀神星。天文學的基礎知識（三）什麽是近地小行星? 近“地”指接近地球，批的是那些軌道與地球軌道相交的小行星。這類小行星可能會帶來撞擊地球的危險。同時，它們也是相對容易使用地頢發射太空梭訪問的。事實上，訪問近地小行星所需的delta-v比訪問月球還小。NASA的近地小行星約會探測器已經訪問過這些小行星中最著名的小行星433 號(愛神星)。目前已知的大小4千米的近地小行星已有數百個。可能還存在成千上萬個直徑大於1千米的近地小行星數量估計超過2000個。天文學家相信已經在它們的軌道上運行了1000萬至1億年。它們要最終與內行星碰撞要麽就是在接近行星時被彈出太陽係。 什麽是特洛依小行星? 特洛依小行星指的是與木星有著相同的軌道，在木星軌道前後60°的拉格朗日點附近一片拉長的扁平區域，半長軸在5.05AU至5.40AU的小行星， 現在它的概念已經不單單限於木星了.而的泛指有著相似關係的天體。 什麽是天狼星? 天狼星冬季夜空裏最亮的恒星，屬一等星，目視星等為-1.45等，絕對星等為+1.3等。它在天球上的坐標是赤經06h 45m 08.9173s赤緯-16°42'58.017"(曆元2000.0)。它是大犬座中的一顆雙星。雙星中的亮子星是一顆比太陽亮23倍的藍白星，體積略大於太陽，直徑是太陽的1.7倍，表麵溫度是太陽表麵溫度的2倍，高達10000℃。它距太陽係約8.6光年，隻有除太陽以外最近恒星距離的兩倍。古代埃及人認識到若該星偕日升起，即正好出現在太陽升起之前時尼羅河三角洲就開始每年的泛濫。而且他們發現，天狼星兩次偕日升起的時間間隔不是埃及曆年的365天而是365.25天。天狼星是大犬座α，是全天最亮的星星。天狼星是由甲、乙兩星組成的目視雙星。甲星是全天第一亮星，屬於主星序的藍矮星。乙星一般稱天狼伴星，是白矮星，質量比太陽稍大，而半徑比地球還小，它的物質主要處於簡並態，平均密度約3.8×106/立方厘米。天文學的基礎知識（三） 什麽是織女星? 織女星是天琴座中的一顆亮星，學名叫天琴座α。它是夏夜星空中最著名的亮星之一。平時，人們都叫它織女星。在西方，稱為Vega。赤徑18h47m，赤緯38度47分。織女星的直徑是太陽直徑的3.2倍，體積為太陽的33倍，質量為太陽2.6倍，表麵溫度為8900攝氏度，呈青白色。它是北半球天空中三顆最亮的恒星之一，距離地球大約26.5光年。在織女星的旁邊，有四顆構成一個小菱形。傳說這個小菱形是織女織布用的梭子，織女一邊織布，一邊抬頭深情地望著銀河東岸的牛郎（河鼓二）和她的兩個兒子（河鼓一和河鼓三）。在1.3萬多年以前，織女星曾經是北極星，由於地軸的進動，現在的北極星是小熊座a星。然而，再過1.2萬年以後，織女星又將回到北極星的顯赫位置上。現代天文觀測表明，整個太陽係正以每秒19公裏的速度向著織女星附近的方向奔去。織女星是天琴座最亮的恒星（天琴座α星），也是全天第五亮星，在大角星之後。在北半球的夏天，織女星多可在天頂附近的位置見到，由於織女星的視星等接近零，因此不少專業天文學家會以織女星來作光度測定的標準。織女星與位於天鷹座的河鼓二（牛郎星），及天鵝座的天津四，組成著名的“夏季大三角”。如果把它看作是一個直角三角形，那織女星便是構成直角的星星。 什麽是牛郎星? 河鼓二即天鷹座α星，俗稱“牛郎星”。在夏秋的夜晚它是天空中非常著名的亮星，呈銀白色。距地球16.7光年，它的直徑為太陽直徑的1.6倍，表麵溫度在7000℃左右，發光本領比太陽大8倍，目視星等為0.77等。它與“織女星”隔銀河相對。古代傳說牛郎織女七月七日鵲橋相會。實際上牛郎織女相距16光年。即使乘現代最強大的火箭，幾百年後也不曾相會。牛郎星兩側的兩顆較暗的星為牛郎的一兒一女——河鼓一、河鼓三。傳說牛郎用扁擔挑著一兒一女在追趕織女呢。 什麽是北鬥星? 北鬥星相對於北極星，位置也是基本不變的，但地球的自轉會讓人感到北鬥星在繞著北極星轉（其實是繞著地軸轉），如果你在一個晚上持續地看北鬥星，會發現它也是從東往西轉，到了白天太陽出來就看不見它了。而當地球公轉到其他位置的時候，比如轉過半個公轉軌道，這時候的晚上正好是半年前的晚上看到的宇宙空間的另一半，所以看到北鬥星的指向就相當於半年前北鬥星在白天的形式。在北天有排列成鬥（杓）形的七顆亮星。我們常稱它們為北鬥七星。北鬥七星屬大熊星座的一部分，從圖形上看，北鬥七星位於大熊的背部和尾巴。這七顆星中有6顆是2等星，一顆是3等星。通過鬥口的兩顆星連線，朝鬥口方向延長約5倍遠，就找到了北極星。認星歌有：“認星先從北鬥來，由北往西再展開。”初學認星者可以從北鬥七星依次來找其它星座了。北鬥七星從鬥身上端開始，到鬥柄的末尾，按順序依次命名為α、β、γ、δ、ε、ζ、η，我國古代分別把它們稱作：天樞、天璿、天璣、天權、玉衡、開陽、搖光。從“天璿”通過“天樞”向外延伸一條直線，大約延長5倍多些，就可見到一顆和北鬥七星差不多亮的星星，這就是北極星。道教稱北鬥七星為七元解厄星君，居北鬥七宮，即：天樞宮貪狼星君、天璿宮巨門星君、天璣宮祿存星君、天權宮文曲星君、玉衡宮廉貞星君、開陽宮武曲星君、搖光宮破軍星君。天文學的基礎知識（三） 什麽是紅巨星? 當一顆恒星度過它漫長的青壯年期——主序星(main sequence)階段，步入老年期時，它將首先變為一顆紅巨星。稱它為“巨星”，是突出它的體積巨大。在巨星階段，恒星的體積將膨脹到十億倍之多。稱它為“紅”巨星，是因為在這恒星迅速膨脹的同時，它的外表麵離中心越來越遠，所以溫度將隨之而降低，發出的光也就越來越偏紅。不過，雖然溫度降低了一些，可紅巨星的體積是如此之大，它的光度也變得很大，極為明亮。肉眼看到的最亮的星中，許多都是紅巨星。 什麽是紅矮星? 在眾多處於主序階段的恒星當中，其大小及溫度均相對較小和低，在光譜分類方麵屬於K或M型。它們在恒星中的數量較多，大多數紅矮星的直徑及質量均低於太陽的三分一，表麵溫度也低於3，500 K。釋出的光也比太陽弱得多，有時更可低於太陽光度的萬分之一。又由於內部的氫元素核聚變的速度緩慢，因此它們也擁有較長的壽命。紅矮星的內部引力根本不足把氦元素聚合，也因此紅矮星不可能膨脹成紅巨星，而逐步收縮，直至氫氣耗盡。也因為一顆紅矮星的壽命可多達數百億年，比宇宙的年齡還長，因此現時並沒有任何垂死的紅矮星。人們相信，宇宙眾多恒星中，紅矮星占了大多數，大約75%左右。例如離太陽最近的恒星，半人馬座的南門二比鄰星，便是一顆紅矮星，其光譜分類為M5，視星等11.0。 什麽是白矮星? 是一種低光度、高密度、高溫度的恒星。因為它的顏色呈白色、體積比較矮小，因此被命名為白矮星。白矮星是一種很特殊的天體，它的體積小、亮度低，但質量大、密度極高。比如天狼星伴星（它是最早被發現的白矮星），體積比地球大不了多少，但質量卻和太陽差不多！白矮星是一種晚期的恒星。根據現代恒星演化理論，白矮星是在紅巨星的中心形成的。 什麽是褐矮星? 是構成類似恒星，但質量不夠大，不足以在核心點燃聚變反應的氣態天體。其質量在恒星與行星之間。 什麽叫黃道? 是在一年當中太陽在天球上的視路徑，看起來它在群星之間移動的路徑，太陽在地球上沿著黃道一年轉一圈，為了確定位置的方便，人們把黃道劃分成了十二等份(每份相當於30°），每份用鄰近的一個星座命名，這些星座就稱為黃道星座或黃道十二宮。這樣，相當於把一年劃分成了十二段，在每段時間裏太陽進入一個星座。在西方，一個人出生時太陽正走到哪個星座，就說此人是這個星座的。 什麽是白道? 是月球繞地球公轉的軌道平麵與天球相交的大圓。白道與黃道相交於兩點。月球沿白道從黃道以南運動到黃道以北通過的那個交點稱為升交點，與此相對的另一交點稱為降交點。白道與黃道的交角在4°57′～5°19′之間變化，平均值約為 5°9′，變化周期約為173 天。由於太陽對月球的引力，兩個交點的連線沿黃道與月球運行的相反方向向西移動，這種現象稱為交點退行。交點每年移動19°21′，約18.6年完成一周。這一現象對地球的章動和潮汐起重要影響。 什麽是星座? 星座的定義：星座是投影在天球上一塊區域的天體空間的總合，因此，說某某星座在銀河係以內/以外都是不準確的說法。星座是指天上一群群的恒星組合。在三維的宇宙中，這些恒星其實相互間沒有實際的關係，不過其在天球這一個球殼麵上的位置相近。自古以來，人對於恒星的排列和形狀很感興趣，並很自然地把一些位置相近的星聯係起來，組成星座。一些星座是古代的，還有一些是現代的。一些星座如獅子座可以追溯到古埃及的法老時代。另外一些星座是1600年左右有兩名荷蘭旅行家 Pieter?Keyser 和 Frederik?de Houtman 命名的，這些星座主要分布在南半球。當時他們在作環球旅行，看到了在歐洲不曾 見過的星空，然後創造了一係列極具想象力的動物的名字給這些星座命名。一個多世紀後Nicolas de Lacaille 為了紀念一些在工業革命中發明的工具，把南天一些零散的星組成了 新的星座：熔爐座、唧筒座和顯微鏡座。當然，很早以前南半球的土著民對自己頭頂的星空 也有自己想象的圖案，那是他們的星座。 星座的來源?如何辨認星座? 星座起源於四大文明古國之一的古巴比倫，古代巴比倫人將天空分為許多區域，稱為“星座”，不過那時星座的用處不多，被發現和命名的更少。黃道帶上的12星座初開始就是用來計量時間的，而不像現在用來代表人的性格。在公元前1000年前後已提出30個星座。兩河流域文化傳到古希臘以後，公元2世紀，古希臘天文學家托勒密綜合了當時的天文成就，編製了48個星座。希臘神話故事中的48個星座大都居於北方天空和赤道南北。16世紀麥哲倫環球航行時，不僅利用星座導航定向，而且還對星座進行了研究。1922年，國際天文學聯合會大會決定將天空劃分為88個星座，其名稱基本依照曆史上的名稱。1928年，國際天文聯合會正式公布了88個星座的名稱。這88個星座分成3個天區，北半球29個，南半球47個，天赤道與黃道附近12個。人類肉眼可見的恒星有近六千顆，每顆均可歸入唯一一個星座。每一個星座可以由其中亮星的構成的形狀辨認出來。 中國如何分星座? 中國在觀星上的成就要比西方早，中國人說三垣２８宿，把天上星座分成三大塊28類，而不是隻有西方的12星座。其中最重要的就是紫微垣。中國的觀星術，現在統稱紫微星座，與西方的十二星座相區別。紫微星座共有十四主星，分別是紫微、天機、太陽、武曲、天同、廉貞、天府、太陰、貪狼、巨門、天相、天梁、七殺、破軍。黃道有哪十二星座? 黃道星座大概是做著名的一組星座了。在西方傳統中，黃道星座是環繞天球一整圈的 一組共12個星座。黃道十二星座包括：雙魚座、白羊座、金牛座、雙子座、巨蟹座、獅子 座、室女座、天秤座、天蠍座、射手座、摩羯座和寶瓶座。英語中 Zodiac（黃道）一詞來 自希臘語，意思是“動物的帶”。黃道十二星座中大部分為動物，但雙子、室女、天秤、寶 瓶都不是動物，而射手座通常也繪成半人半獸。黃道十二星座對天文學家和占星學家都是很有意義的。黃道星座十分著名就是引文太 陽、月球、和可見的行星都在這一區域內運行。天文學的基礎知識（三） 88個星座的總名單? 對天文學家而言，星座更 像是國家的疆界。星座本身並不包含科學知識， 它們隻是人為強製劃出的邊界。全天一共88個星座，星座是古人把天上的星星用假想的線連在一起想象成的形象。但地球是個球體，所以在北極點上永遠看不到天赤道以南的星座，在南極點永遠看不到天赤道以北的星座。換句話說，越靠近兩極，能看到的星座就越少，在赤道上可以看到全部88個星座。星座的具體名字如下：仙女座、唧筒座、天燕座、寶瓶座、天鷹座、天壇座、白羊座、禦夫座、牧夫座、雕具座、鹿豹座、巨蟹座、獵犬座、大犬座、小犬座、摩羯座、船底座、仙後座、半人馬座、仙王座、鯨魚座、堰蜓座、圓規座、天鴿座、後發座、南冕座、北冕座、烏鴉座、巨爵座、南十字座、天鵝座、海豚座、劍魚座、天龍座、小馬座、波江座、天爐座、雙子座、天鶴座、武仙座、時鍾座、長蛇座、水蛇座、印地安座、蠍虎座、獅子座、小獅座、天兔座、天秤座、豺狼座、天貓座、天琴座、山案座、顯微鏡座、麒麟座、蒼蠅座、矩尺座、南極座、蛇夫座、獵戶座、孔雀座、飛馬座、英仙座、鳳凰座、繪架座、雙魚座、南魚座、船尾座、羅盤座、網罟座、天箭座、人馬座、天蠍座、玉夫座、盾牌座、巨蛇座、六分儀座、金牛座、望遠鏡座、三角座、南三角座、杜鵑座、大熊座、小熊座、船帆座、室女座、飛魚座、狐狸座。這個順序是按照88個星座的英文名字首字母排列的。最後再說一句，現行的星座主要起源於古希臘神話，而希臘是看不到南天的部分星空的。因此北天的星座以希臘神話中的英雄、怪物等命名的較多，例如獅子座、獵戶座等；而南半球的星空是在進入航海時代後才為北半球的人所知，因此多以那時剛出現的儀器命名，例如望遠鏡座、顯微鏡座等。 出生月份、農曆與太陽星座的如何對應? 出生月份與太陽星座的對應如下，由於天體運行的軌道與公曆曆法有差異，不同年份會前後相差1-2天，與中國農曆的二十四節氣各個“節”之間的距離吻合，節氣時間的計算準確至分鍾（並非子時開始），亦是星座的界線，每年均有差異。 星座名稱 黃道帶時間（一般認知） 恒星時間 太陽所在星座時間 對應的農曆節氣 白羊座 03月21日-04月19日 04月15日-05月15日 04月19日-05月13日 春分-穀雨前一天 金牛座 04月20日-05月20日 05月16日-06月15日 05月14日-06月19日 穀雨-小滿前一天 雙子座 05月21日-06月21日 06月16日-07月15日 06月20日-07月20日 小滿-夏至前一天 巨蟹座 06月22日-07月22日 07月16日-08月15日 07月21日-08月09日 夏至-大暑前一天 獅子座 07月23日-08月22日 08月16日-09月15日 08月10日-09月15日 大暑-處暑前一天 處女座 08月23日-09月23日 09月16日-10月15日 09月16日-10月30日 處暑-秋分前一天 天秤座 09月24日-10月23日 10月16日-11月15日 10月31日-11月22日 秋分-霜降前一天 天蠍座 10月24日-11月21日 11月16日-12月15日 11月23日-11月29日 霜降-小雪前一天 蛇夫座 － － 11月30日-12月17日 射手座 11月22日-12月21日 12月16日-01月14日 12月18日-01月18日 小雪-冬至前一天 摩羯座 12月22日-01月19日 01月15日-02月14日 01月19日-02月15日 冬至-大寒前一天 水瓶座 01月20日-02月18日 02月15日-03月14日 02月16日-03月11日 大寒-雨水前一天 雙魚座 02月19日-03月20日 03月15日-04月14日 03月12日-04月18日 雨水-春分前一天 這隻是時間表，12星座一般指的是黃道12星座（黃道帶時間），即沒有蛇夫座。 什麽是彗星? 是星際間物質，俗稱“掃把星”。在《天文略論》這本書中寫道：彗星為怪異之星，有首有尾，俗象其形而名之曰掃把星。彗星是由冰和少量岩石組成的小天體，平均物質密度隻有10-1000千克/立方米，天文學家們把彗星形象地稱為“髒雪球”。在一般的情況下，彗星都在太陽係的邊緣地區，這時即使被觀測到，也與極其微弱的恒星相似，看不出細致的結構。但當其逐漸接近太陽的時候，由於太陽的熱輻射、太陽風和太陽光壓作用的加大，尤其當它進入火星軌道區域以後，表麵物質揮發形成彗尾，表現出其獨特的結構。 彗星有多少顆?有什麽作用? 迄今發現的彗星共有1800多顆，它們中的大部分和我們僅有一麵之緣，匆匆繞過太陽後，便沿著拋物線或雙曲線一去不返了。科學家們一直對彗星感興趣，因為彗星被認為是我們太陽係裏最古老最原始的天體，其物質構成與太陽係形成前的星雲類似。這種星雲後來坍塌形成太陽和行星，因此它含有46億年前太陽和行星形成時的塵埃和氣體。科學家們認為，形成地球生命的原始物質很可能是在彗星撞擊地球時帶到地球上來的，彗星為科學家研究太陽係和地球上生命的形成提供了一個窗口。 彗星的起源? 彗星的起源是個未解之謎。有人提出，在太陽係外圍有一個特大彗星區，那裏約有1000億顆彗星，叫奧爾特雲，由於受到其它恒星引力的影響，一部分彗星進入太陽係內部，又由於木星的影響，一部分彗星逃出太陽係，另一些被“捕獲”成為短周期彗星；也有人認為彗星是在木星或其它行星附近形成的；還有人認為彗星是在太陽係的邊遠地區形成的；甚至有人認為彗星是太陽係外的來客。 什麽是哈雷彗星?多少年能觀察一次彗星? 是以英國天文學家哈雷命名的，哈雷彗星每76年回歸一次，絕大部分時間深居在太陽係的邊陲地區，即使用現代最大的望遠鏡也難以搜尋到它的身影。地球上的人們隻有在它回歸時有三四個月的時間能夠見到它。一般來說，人的壽命隻有70歲左右，因此一個人很少能兩次看到哈雷彗星。隻有一些“老壽星”才有這種機會，第一次看到它是在牙牙學語的幼年，而第二次看到它就到了步履蹣跚的晚年了。1910年哈雷彗星非常亮，達-3.3等;1986年哈雷彗星星很暗，幾乎看不到。 彗星的公轉周期是多少? 哈雷彗星的平均公轉周期為76年， 但是你不能用1986年加上幾個76年得到它的精確回歸日期。主行星的引力作用使它周期變更，陷入一個又一個循環。非重力效果（靠近太陽時大量蒸發）也扮演了使它周期變化的重要角色。在公元前239年到公元1986年，公轉周期在76.0（1986年）年到79.3年（451和1066年）之間變化。最近的近日點為公元前11年和公元66元。哈雷彗星在眾多彗星中幾乎是獨一無二的，又大又活躍，且軌道明確規律。這使得Giotto飛行器瞄準起來比較容易。但是它無法代表其他彗星所具有的公性。 簡述天文學發展的曆史? 1.許多早期的關於宇宙的看法都是將地球擺在所有物體的中心。從古希臘到印度和中國，許多文化發展了地心說或者被稱之為地球中心論這樣的對宇宙的觀點。這個幻想畢竟很強烈。地球感覺上非常像是固定的，天上的光每天每夜都繞著它轉。 2.最先受亞裏士多德影響，許多古希臘人區分了天地的領域：天在上麵地在下麵。對於亞裏士多德來說，地球上的所有東西都由四種元素組成：土地，空氣，火和水。天上的太陽，月亮和已知的五大行星也被裝在了水晶球裏。這些球體被包含所有恒星的天球包含。它們都繞著地球轉圈。它們必須作圓軌道運動，亞裏士多德說，因為圓是完美的。而天上的東西都是以完美的方式運動。這些天體和它們的水晶球是由五種元素組成的，或稱為五種精華。在它們下麵屬於地球的領域。有一條恒定的規律，就是出生，死亡和腐爛。但是在天空的領域，所有的東西的都是純淨的，無瑕疵的，永恒不變的。天上在外表上看永遠是平靜的，不變的。一切都是完美的。 3.亞裏士多德的宇宙圖是優雅的，但是不夠精確。古中國的天空觀測者不知道亞裏士多德的這些論斷，因此也沒有受到亞裏士多德的影響。他們觀測並且記錄下了天空的變化。這些包括被假設為無瑕疵的太陽上的黑子的出現和消失。彗星像掃把一樣劃過天空，客星突然間發光，以至於白天也能看到。（西方人肯定也看到過這種現象，但是當時最好的做法是保持沉默，不要讓自己的言論與哲學的偉人們矛盾）如果出現一次觀測，非常明顯並且非常持久，那麽就不可能忽略掉它。 4.一些行星的表現不夠“規矩”。經常搞觀測的人都知道在一定的時間在自己軌道上運行的火星，木星，土星會停止它們一貫的向東行進而改為一個U形的彎運動。即有的時候向西運動，然後再作一個U型彎運動。最後才改回到原來的向東行進。更糟糕的是，這些退行，環形或者Z型運動幾乎沒有相同的形狀和大小。為了保留亞裏士多德的天體運動的假設，大量的天文學家，哲學家和數學家在試圖保留亞裏士多德的“宗教”假設（天上的物體必須做完美的圓軌道運動）的前提下試圖解釋這個複雜的運動。 5.托勒密的複雜天球機器。公元二世紀，一位希臘的數學家，天文學家托勒密繼承了亞裏士多德的理論體係，並且在外層行星的大球上加了一些小球（本輪）。這樣表示外層的行星在小球上運動，而它們的中心又在主水晶球上繞著地球轉動。加上的這些小球（總共有80個）是為了解決觀測上出現的退行現象。用這種聰明的方法，托勒密和他的同事們就既能解釋外層行星的退行現象又能使它們符合圓周運動。這種模型在西方整整統治了14個世紀。 6.在16世紀，一個羞澀的波蘭傳教士發起了革命，並且改變了宇宙。在接下來的幾個世紀裏，仍然有人對托勒密的大環套小環的複雜模型不滿意。尼古拉斯哥白尼有著數學功底和敏銳的洞察力，他準備做點什麽。他意識到他可以去除掉托勒密係統中的本輪，隻要通過一點點改變就能使這個複雜的係統變得簡單得多。這個辦法就是把地球從中心的位置剔除，把太陽放在那裏，並且讓地球也像其他行星一樣繞著太陽轉。這樣的解決辦法很簡單，但是要借助大量的數學。這就是所謂日心說的宇宙模型。 7.托勒密體係之所以很長的時間內都有很高的地位是因為宗教原因。哥白尼很小心，他沒有立即站出來說他的新觀念是正確的。因為那樣隻能使當權者不高興，甚至威脅到自己的健康。他隻是簡單的把它帶給世界，作為一本“數學練習”帶個羅馬教皇統治下的世界。因為不準備去冒險，哥白尼直到去世的時候才將它發表。 8.意大利天文學家伽利略找到了支持哥白尼模型的證據。對亞裏士多德和他的追隨者們，科學頂多是建立在科學實驗的純粹推理上。而對於伽利略來說，證據就在布丁裏，如果你想知道天空的機製是什麽，你的布丁就在天上。聽說了一種可以使遠處物體在近處看的很清楚的裝置（望遠鏡）之後，伽利略造了許多自己設計的望遠鏡，並且把它們對準了天空。他記錄下月亮其實很不完美，不像眾多哲學家相信的那樣，月亮上既有高山又有深穀。伽利略還記錄了太陽的黑子。並且發現了木星的四顆衛星。最後，他觀測了金星，它像地球的衛星月亮，並且也有相的變化。這個發現聽起來就是亞裏士多德和托勒納米體係的喪鍾。因為能看到金星的相的變化，金星就必須繞著太陽轉，而不是地球。然而伽利略的發現在他的那個年代並不受歡迎。更喜歡亞裏士多德和托勒密體係的教廷迫使他放棄自己的觀點，並且在他的後半生軟禁了他。 9.兩位與伽利略同時代的人也幫助摧毀了亞裏士多德的水晶球係統。伽利略有力的打擊了亞裏士多德的宇宙體係，並且證明了哥白尼的理論是正確的。但是即使是哥白尼也沒有完全拋棄宇宙中所有的運動都是圓運動的觀念。第穀，伽利略同時代的一個人，在他的工作裏沒有使用望遠鏡，但卻給出了那個年代行星運動最精確的測量法。他的合作人，稍微有點神秘兮兮但卻是一位精明數學家的開普勒，通過觀測來檢查行星運動。他的工作比任何前人做的都要好。 10.開普勒首先提出行星繞太陽作橢圓軌道運動。當他檢查第穀數據的時候，他意識到行星不能像人們想象的那樣繞著太陽作圓軌道運動，取而代之的應該是橢圓軌道運動。開普勒還提出了今天所有行星遵循的行星運動三大定律。下麵是開普勒的行星運動的三大定律： 1)行星繞太陽作橢圓軌道運動，太陽在橢圓的一個焦點上。 2)行星不是以恒定速度繞太陽運動的，行星距離太陽越近，運動的越快。 3)距離太陽越近的行星，它繞太陽轉一圈所用的時間就越短。 11.一個叫伊薩克牛頓的天才把開普勒的工作推進了一步。在伽利略去世的那年，伊薩克牛頓出生了。開普勒提出了行星繞太陽作橢圓軌道運動而不是圓軌道運動，這符合事實，但他自己卻不知道為什麽。牛頓發明了數學的一個分支——微積分學，並且以它為工具，以一種今天我們稱之為引力的力來解釋物體的運動。 12.牛頓很可能從來沒有像傳奇中說的那樣被蘋果砸到。但是他很可能確實看到過蘋果從樹上掉下來，這激發了他對引力的思考。那麽這種看不見的力既然能到達樹上把蘋果拉到地上，為什麽它不能到達月球把月球拉到地球上來呢？用數學描述引力的行為，牛頓可以證明相同性質的力確實控製著蘋果，月球以及宇宙中其他所有運動物體。通過極其敏銳的洞察力，牛頓說明了引力是普遍存在的力，並且用數學語言給出了這個統治宇宙中所有運動物體的力的精確表達式。他不隻說明了我們在地球上經受的物理現象與宇宙中其他地方也是一樣的，還表明了人類有能力了解這種力。 13.除了萬有引力定律，牛頓還描述了三大運動定律。 1)如果沒有外力作用，一個物體將保持靜止或勻速直線運動。 2)如果一個拉力或推力作用在一個物體上，它將改變物體的速度或速度的方向。 3)如果一個物體對另一個物體施加力的作用，那麽它將受到等量的反向的力的作用。 這些定理控製一切，從曲棍球到賽車，從宇宙飛船到繞太陽運動的行星。 14.在20世紀初期，愛因斯坦又突破了牛頓的體係。在1913年，阿爾伯特愛因斯坦出版了他的狹義相對論。在書中，他表示牛頓定律在平時的低速世界裏是適用的，但在高速世界裏它就被破壞了，即當速度接近光速的時候。這個理論的一個基本假定是光速是不變的。光速與光源的運動速度和觀測者的運動速度無關。這看似荒謬，但已經被大量的獨立實驗證實。並且它引出了三個與觀測者速度相關的物理量---質量，長度和時間。舉例來說，一個以接近光速的飛船朝你飛來的時候，它的質量變大，在行進方向的長度變短，並且飛船上的時間與停在你旁邊的飛船相比慢很多。盡管同樣的奇怪，但這也被證實了，並且應用於現實的計算中。 15.幾年過後，愛因斯坦出版了他的廣義相對論。廣義相對論解決牛頓力學裏引力的問題，並且指出一個物體影響它旁邊另一個物體的運動，不僅僅是因為引力，它的質量也彎曲了它周圍的空間。更進一步的還有，物體的質量不止影響空間，還會影響時間，使時間變慢。這同樣使人很困惑，但這已經被證實是一個很有效的理論。 116天文學的進步是很多人努力的結果。對於他的成就，牛頓說：“如果我比別人看得更遠，是因為我站在了巨人的肩膀上。”比牛頓早的時代和晚的時代裏都有很多科學巨人，你可以閱讀他們的傳記或書籍來了解我們這個神奇的宇宙。天文學的基礎知識 什麽叫原子? 最基本的物質形式叫做原子。世界上有從水到特氟綸的數十億種自然的和人造的物質，但是所有的這些都可以在化學實驗室中分解成更簡單的物質。例如利用電流水可以分解成兩種氣體，即氫氣和氧氣，或者其它的，普通的食鹽（氯化鈉）可以分解成金屬鈉，和一種有毒氣體叫做氯氣。這四種物質中的每一個——氫氣、氧氣、納和氯氣——有這獨一無二的性質。沒有哪一種能夠進一步分解而不丟失它們的性質，還是氫氣、氧氣、納和氯氣。它們是最基本的物質因此被叫做元素。依然保持這種元素性質的最小單元叫做原子。盡管如此，原子被認為是由更小的叫做質子、中子和電子的粒子組成的。通常，質子和中子緊密結合在原子的中心，電子以一定距離繞核旋轉。實際上又一個整個的亞原子粒子家族，除了極少例外，本書不會接觸它們。 什麽叫分子? 當原子組合在一起，它們組成了分子。兩個或更多原子結合在一起，形成了分子。例如，一個碳原子和一個氧原子組成一個一氧化碳分子。一個碳原子和兩個氧原子組成一個二氧化碳分子。分子隻含有很少幾個原子的通常叫做簡單分子，含有很多原子的分子叫做複雜分子。究竟幾個原子從簡單變為複雜決定於你談話的對象。當射電天文學家在星際空間找到6到8個原子的分子時，他們把它叫做複雜分子，因為沒有人會想到在險惡的宇宙空間可以找到這種東西。但是生化學家可能會把這種分子稱為很簡單的分子。 什麽叫元素? 在整個宇宙，隻有92種自然產生的元素。唯一的決定這種特定的元素是這種元素而不是其它的元素的是在原子核裏的質子數量。例如，在宇宙中每個原子核裏有一個質子的原子是氫，每個核裏有兩個質子的原子是氦而不會是其他。碳原子有6個質子，氧原子有8個質子等等。一直到核裏有92個質子的鈾。原子核裏有相同質子和電子數的元素具有相似的化學性質，為了簡便，科學家們按照質子數目把元素進行了分組，這就是元素周期表。世界上每個化學實驗室裏或課堂上通常會有這麽一張。這是世界的藍本，因為就92個基本的元素構成了我們的世界。Armand Deutsch許多年前寫過精彩的科學小說。一組未來的考古學家在開鑿古火星人的文明遺跡，發現了一所大學。他們正為無法破解火星語言而感到困惑的時候來到一個化學實驗室，在實驗室的牆上發現了元素周期表---一個馬上被他們識別的東西。因為它代表了通用的，超越文化甚至是種族的東西。所以，元素周期表成了破解火星語言的敲門磚。核中具有少量質子的元素有時被稱為輕元素或簡單元素；有大量原子的就叫重元素或複雜元素。 物質有多少種狀態? 物質典型存在於三種態。我們知道三態分別是：固態，液態和氣態。在特定的時間特定的地點物質處於什麽態取決於物質的化學本質，環境的溫度和壓強。在地球上，我們找一個事物為例，我們能看到它的三個態。它由兩個氫原子和一個氧原子組成：。在一般情況下，當溫度低於華氏32度時我們稱之為冰，當溫度在華氏32度到212度之間時我們稱之為水，高於華氏212度時，我們稱之為水蒸氣。（在非常高的溫度下，氫和氧原子之間的鍵被打破，它的本質就不再是水蒸氣，就是氫氣和氧氣的混合氣體 反物質 反物質是物質的鏡像。物質由原子組成，原子又由質子、中子和電子組成。質子帶正電，電子帶...通常物質中沒有發現過反物質，即使在實驗條件下，反質子也一瞬即逝。 當你照鏡子時，看一看在鏡子中的那個你，如果那個鏡子裏的家夥真的存在，並出現在你的麵前，會怎麽樣呢？ 科學家們已經考慮過這個問題，他們把鏡子中的那個你叫做“反你”。他們甚至想象很遠的地方有一個和我們現在的世界很象的世界，或者說是我們的世界在鏡子裏的像。它將是一個由反恒星、反房子、反食物等所有的反物質構成的反世界。但是反物質是什麽，這一切又可能是真實的嗎？ 對於“反物質是什麽”這個問題，並沒有惡作劇的意味。反物質正如你所想象的樣子——是一般物質的對立麵，而一般物質就是構成宇宙的主要部分。直到最近，宇宙中反物質的存在還被認為是理論上的。在1928年，英國物理學家PaulA.M.Dirac修改了愛因斯坦著名的質能方程（E=mc2）。Dirac說愛因斯坦在質能方程中並沒有考慮“m”——質量——除了正的屬性外還有負屬性。Dirac的方程（E=+或者-mc2）允許宇宙中存在反粒子。而且科學家們也已經證明了幾種反粒子的存在。這些反粒子，顧名思義，是一般物質的鏡像。每種反粒子和與它相應的粒子有相同的質量，但是電荷相反。以下是20世紀發現的一些反粒子。 正電子——帶有一個負電荷而不是帶有一個正電荷的電子。由CarlAnderson在1932年發現，正電子是反物質存在的第一個證據。反核子——帶有一個負電荷而不是通常帶有一個正電荷的核子。由研究者們在1955年的伯克利質子加速器上產生了一個反質子。 反原子——正電子和反質子組合在一起，由CERN的科學家製造出第一個反質子（CERN是歐洲核子研究中心的簡稱）。共製造了九個反氫原子，每一個的生命隻有40納秒。到1998年CERN的研究者把反氫原子的產量增加到了每小時2000個。當反物質和物質相遇的時候，這些等價但是相反的粒子碰撞產生爆炸，放射出純的射線，這些射線以光速穿過爆炸點。這些產生爆炸的粒子被完全消滅，隻留下其它亞原子粒子。物質和反物質相遇所產生的爆炸把兩種粒子的質量轉換成能量。科學家們相信這種方法產生的能量比任何其它推進方法產生的能量強的多。所以，為什麽我們不能建一個物質——反物質反應機呢？建造反物質推進機的困難之處在於宇宙中反物質的缺乏。如果宇宙中存在相等數量的物質和反物質，我們將可能看到圍繞我們的這些反應。既然我們的周圍並不存在反物質，我們也不會看到物質和反物質碰撞所產生的光。 在大爆炸產生時粒子數超過反粒子數是可能的。如上所述，粒子和反粒子的碰撞把兩者都破壞掉了。並且因為開始的時候有更多的粒子存在，所以現在的粒子是所有留下來的那些。今天在我們的宇宙中可能已經沒有留下任何天然的反粒子。但是，在1977年科學家們發現在銀河係中心附近有一個可能的反物質源。如果那個地方真的存在，也意味著存在天然的反物質，所以我們將不再需要製造反物質。 但是目前，我們將不得不創造我們自己的反物質。幸運的是，通過使用高能粒子對撞機（也叫做離子加速器）這種技術製造反物質是可行的。離子加速器，象CERN，是沿很強的環繞的超磁場排列的一些巨大的隧道，超磁場可以使原子以接近光速的速度推進。當原子通過加速器出來時，它轟擊目標，創造出粒子。這些粒子中的一些就是用磁場分離的反粒子。這些高能離子加速器每年隻能產生幾個毫微克的反核子。一毫微克是一克的十億分之一。所有一年之內在CERN產生的反核子隻夠一個100瓦的電燈泡亮3秒鍾。如果要用反核子進行星際旅行將需要消耗幾噸才能實現。 暗物質 什麽是暗物質？暗物質(包括暗能量)被認為是宇宙研究中最具挑戰性的課題，它代表了宇宙中90%以上的物質含量，而我們可以看到的物質隻占宇宙總物質量的10%不到(約5％左右)。暗物質無法直接觀測得到，但它卻能幹擾星體發出的光波或引力，其存在能被明顯地感受到。科學家曾對暗物質的特性提出了多種假設，但直到目前還沒有得到充分的證明。 幾十年前，暗物質(dark matter)剛被提出來時僅僅是理論的產物，但是現在我們知道暗物質已經成為了宇宙的重要組成部分。暗物質的總質量是普通物質的6.3倍，在宇宙能量密度中占了1/4，同時更重要的是，暗物質主導了宇宙結構的形成。暗物質的本質現在還是個謎，但是如果假設它是一種弱相互作用亞原子粒子的話，那麽由此形成的宇宙大尺度結構與觀測相一致。不過，最近對星係以及亞星係結構的分析顯示，這一假設和觀測結果之間存在著差異，這同時為多種可能的暗物質理論提供了用武之地。通過對小尺度結構密度、分布、演化以及其環境的研究可以區分這些潛在的暗物質模型，為暗物質本性的研究帶來新的曙光。 大約65年前，第一次發現了暗物質存在的證據。當時，弗裏茲·紮維奇發現，大型星係團中的星係具有極高的運動速度，除非星係團的質量是根據其中恒星數量計算所得到的值的100倍以上，否則星係團根本無法束縛住這些星係。之後幾十年的觀測分析證實了這一點。盡管對暗物質的性質仍然一無所知，但是到了80年代，占宇宙能量密度大約20%的暗物質以被廣為接受了。 在引入宇宙膨脹理論之後，許多宇宙學家相信我們的宇宙是平直的，而且宇宙總能量密度必定是等於臨界值的（這一臨界值用於區分宇宙是封閉的還是開放的）。與此同時，宇宙學家們也傾向於一個簡單的宇宙，其中能量密度都以物質的形式出現，包括4%的普通物質和96%的暗物質。但事實上，觀測從來就沒有與此相符合過。雖然在總物質密度的估計上存在著比較大的誤差，但是這一誤差還沒有大到使物質的總量達到臨界值，而且這一觀測和理論模型之間的不一致也隨著時間變得越來越尖銳。 當意識到沒有足夠的物質能來解釋宇宙的結構及其特性時，暗能量出現了。暗能量和暗物質的唯一共同點是它們既不發光也不吸收光。從微觀上講，它們的組成是完全不同的。更重要的是，像普通的物質一樣，暗物質是引力自吸引的，而且與普通物質成團並形成星係。而暗能量是引力自相斥的，並且在宇宙中幾乎均勻的分布。所以，在統計星係的能量時會遺漏暗能量。因此，暗能量可以解釋觀測到的物質密度和由暴漲理論預言的臨界密度之間70-80%的差異。之後，兩個獨立的天文學家小組通過對超新星的觀測發現，宇宙正在加速膨脹。由此，暗能量占主導的宇宙模型成為了一個和諧的宇宙模型。最近威爾金森宇宙微波背景輻射各向異性探測器（Wilkinson Microwave Anisotrope Probe，WMAP）的觀測也獨立的證實了暗能量的存在，並且使它成為了標準模型的一部分。 暗能量同時也改變了我們對暗物質在宇宙中所起作用的認識。按照愛因斯坦的廣義相對論，在一個僅含有物質的宇宙中，物質密度決定了宇宙的幾何，以及宇宙的過去和未來。加上暗能量的話，情況就完全不同了。首先，總能量密度（物質能量密度與暗能量密度之和）決定著宇宙的幾何特性。其次，宇宙已經從物質占主導的時期過渡到了暗能量占主導的時期。大約在“大爆炸”之後的幾十億年中暗物質占了總能量密度的主導地位，但是這已成為了過去。現在我們宇宙的未來將由暗能量的特性所決定，它目前正時宇宙加速膨脹，而且除非暗能量會隨時間衰減或者改變狀態，否則這種加速膨脹態勢將持續下去。 不過，我們忽略了極為重要的一點，那就是正是暗物質促成了宇宙結構的形成，如果沒有暗物質就不會形成星係、恒星和行星，也就更談不上今天的人類了。宇宙盡管在極大的尺度上表現出均勻和各向同性，但是在小一些的尺度上則存在著恒星、星係、星係團、巨洞以及星係長城。而在大尺度上能過促使物質運動的力就隻有引力了。但是均勻分布的物質不會產生引力，因此今天所有的宇宙結構必然源自於宇宙極早期物質分布的微小漲落，而這些漲落會在宇宙微波背景輻射（CMB）中留下痕跡。然而普通物質不可能通過其自身的漲落形成實質上的結構而又不在宇宙微波背景輻射中留下痕跡，因為那時普通物質還沒有從輻射中脫耦出來。 另一方麵，不與輻射耦合的暗物質，其微小的漲落在普通物質脫耦之前就放大了許多倍。在普通物質脫耦之後，已經成團的暗物質就開始吸引普通物質，進而形成了我們現在觀測到的結構。因此這需要一個初始的漲落，但是它的振幅非常非常的小。這裏需要的物質就是冷暗物質，由於它是無熱運動的非相對論性粒子因此得名。 在開始闡述這一模型的有效性之前，必須先交待一下其中最後一件重要的事情。對於先前提到的小擾動（漲落），為了預言其在不同波長上的引力效應，小擾動譜必須具有特殊的形態。為此，最初的密度漲落應該是標度無關的。也就是說，如果我們把能量分布分解成一係列不同波長的正弦波之和，那麽所有正弦波的振幅都應該是相同的。暴漲理論的成功之處就在於它提供了很好的動力學出發機製來形成這樣一個標度無關的小擾動譜（其譜指數n=1）。WMAP的觀測結果證實了這一預言，其觀測到的結果為n=0.99±0.04。 但是如果我們不了解暗物質的性質，就不能說我們已經了解了宇宙。現在已經知道了兩種暗物質--中微子和黑洞。但是它們對暗物質總量的貢獻是非常微小的，暗物質中的絕大部分現在還不清楚。這裏我們將討論暗物質可能的候選者，由其導致的結構形成，以及我們如何綜合粒子探測器和天文觀測來揭示暗物質的性質。 最被看好的暗物質候選者 長久以來，最被看好的暗物質僅僅是假說中的基本暗性粒子，它具有壽命長、溫度低、無碰撞的特殊特性。壽命長意味著它的壽命必須與現今宇宙年齡相當，甚至更長。溫度低意味著在脫耦時它們是非相對論性粒子，隻有這樣它們才能在引力作用下迅速成團。無碰撞指的是暗物質粒子（與暗物質和普通物質）的相互作用截麵在暗物質暈中小的可以忽略不計。這些粒子僅僅依靠引力來束縛住對方，並且在暗物質暈中以一個較寬的軌道偏心律譜無阻礙的作軌道運動。 低溫無碰撞暗物質（CCDM）被看好有幾方麵的原因。第一，CCDM的結構形成數值模擬結果與觀測相一致。第二，作為一個特殊的亞類，弱相互作用大質量粒子（WIMP）可以很好的解釋其在宇宙中的豐度。如果粒子間相互作用很弱，那麽在宇宙最初的萬億分之一秒它們是處於熱平衡的。之後，由於湮滅它們開始脫離平衡。根據其相互作用截麵估計，這些物質的能量密度大約占了宇宙總能量密度的20-30%。這與觀測相符。CCDM被看好的第三個原因是，在一些理論模型中預言了一些非常有吸引力的候選粒子。 其中一個候選者就是中性子（neutralino），一種超對稱模型中提出的粒子。超對稱理論是超引力和超弦理論的基礎，它要求每一個已知的費米子都要有一個伴隨的玻色子（尚未觀測到），同時每一個玻色子也要有一個伴隨的費米子。如果超對稱依然保持到今天，伴隨粒子將都具有相同質量。但是由於在宇宙的早期超對稱出現了自發的破缺，於是今天伴隨粒子的質量也出現了變化。而且，大部分超對稱伴隨粒子是不穩定的，在超對稱出現破缺之後不久就發生了衰變。但是，有一種最輕的伴隨粒子（質量在100GeV的數量級）由於其自身的對稱性避免了衰變的發生。在最簡單模型中，這些粒子是呈電中性且弱相互作用的--是WIMP的理想候選者。如果暗物質是由中性子組成的，那麽當地球穿過太陽附近的暗物質時，地下的探測器就能探測到這些粒子。另外有一點必須注意，這一探測並不能說明暗物質主要就是由WIMP構成的。現在的實驗還無法確定WIMP究竟是占了暗物質的大部分還是僅僅隻占一小部分。 另一個候選者是軸子（axion），一種非常輕的中性粒子（其質量在1μeV的數量級上），它在大統一理論中起了重要的作用。軸子間通過極微小的力相互作用，由此它無法處於熱平衡狀態，因此不能很好的解釋它在宇宙中的豐度。在宇宙中，軸子處於低溫玻色子凝聚狀態，現在已經建造了軸子探測器，探測工作也正在進行。 暗物質和暗能量是世紀謎題 21世紀初科學最大的謎是暗物質和暗能量。它們的存在，向全世界年輕的科學家提出了挑戰。暗物質存在於人類已知的物質之外，人們目前知道它的存在，但不知道它是什麽，它的構成也和人類已知的物質不同。在宇宙中，暗物質的能量是人類已知物質的能量的5倍以上。 暗能量更是奇怪，以人類已知的核反應為例，反應前後的物質有少量的質量差，這個差異轉化成了巨大的能量。暗能量卻可以使物質的質量全部消失，完全轉化為能量。宇宙中的暗能量是已知物質能量的14倍以上。 宇宙之外可能有很多宇宙 圍繞暗物質和暗能量，李政道闡述了他最近發表文章探討的觀點。他提出“天外有天”，指出“因為暗能量，我們的宇宙之外可能有很多的宇宙”，“我們的宇宙在加速地膨脹”且“核能也許可以和宇宙中的暗能量相變相連”。 暗物質是誰最先發現的呢？ 1915年，愛因斯坦根據他的相對論得出推論：宇宙的形狀取決於宇宙質量的多少。他認為，宇宙是有限封閉的。如果是這樣，宇宙中物質的平均密度必須達到每立方厘米5×10的負30次方克。但是，迄今可觀測到的宇宙的密度，卻比這個值小100倍。也就是說，宇宙中的大多數物質“失蹤”了，科學家將這種“失蹤”的物質叫“暗物質”。 一些星體演化到一定階段，溫度降得很低，已經不能再輸出任何可以觀測的電磁信號，不可能被直接觀測到，這樣的星體就會表現為暗物質。這類暗物質可以稱為重子物質的暗物質。 還有另一類暗物質，它的構成成分是一些帶中性的有靜止質量的穩定粒子。這類粒子組成的星體或星際物質，不會放出或吸收電磁信號。這類暗物質可以稱為非重子物質的暗物質。 Abell 2390星係團(上半圖)和MS2137.3-2353星係團(下半圖)，距離我們約有20億光年遠。上圖右半方的影像，是哈勃太空望遠鏡所拍攝的假色照片，而相對應的左半方影像，是由錢卓拉X射線觀測站所拍攝的X射線影像。雖然哈勃望遠鏡的影像中，可以看到數量眾多的星係，但在X射線影像裏，這些星係的蹤影卻無處可尋，隻見到一團溫度有數百萬度，而且會輻射出X射線的熾熱星係團雲氣。除了表麵上的差異外，這些觀測其實還含有更重大的謎團呢。因為右方影像中星係的總質量加上左方雲氣的質量，它們所產生的重力，並不足以讓這團熾熱雲氣乖乖地留在星係團之內。事實上再怎麽細算，這些質量隻有“必要質量”的百分之十三而已！在右方哈伯望遠鏡的深場影像裏，重力透鏡效應影像也指出造成這些幻像所需要的質量，大於哈勃望遠鏡和錢卓拉觀測站所直接看到的。天文學家認為，星係團內大部分的物質，是連這些靈敏的太空望遠鏡也看不到的“ 暗物質”。 1930年初，瑞士天文學家茲威基發表了一個驚人結果：在星係團中，看得見的星係隻占總質量的1/300以下，而99%以上的質量是看不見的。不過，茲威基的結果許多人並不相信。直到1978年才出現第一個令人信服的證據，這就是測量物體圍繞星係轉動的速度。我們知道，根據人造衛星運行的速度和高度，就可以測出地球的總質量。根據地球繞太陽運行的速度和地球與太陽的距離，就可以測出太陽的總質量。同理，根據物體（星體或氣團）圍繞星係運行的速度和該物體距星係中心的距離，就可以估算出星係範圍內的總質量。這樣計算的結果發現，星係的總質量遠大於星係中可見星體的質量總和。結論似乎隻能是：星係裏必有看不見的暗物質。那麽，暗物質有多少呢？根據推算，暗物質占宇宙物質總量的20—30%才合適。 天文學的觀測表明，宇宙中有大量的暗物質，特別是存在大量的非重子物質的暗物質。據天文學觀測估計，宇宙的總質量中，重子物質約占2%，也就是說，宇宙中可觀測到的各種星際物質、星體、恒星、星團、星雲、類星體、星係等的總和隻占宇宙總質量的2%，98%的物質還沒有被直接觀測到。在宇宙中非重子物質的暗物質當中，冷暗物質約占70%，熱暗物質約占30%。 標準模型給出的62種粒子中，能夠穩定地獨立存在的粒子隻有12種，它們是電子、正電子、質子、反質子、光子、3種中微子、3種反中微子和引力子。這12種穩定粒子中，電子、正電子、質子、反質子是帶電的，不能是暗物質粒子，光子和引力子的靜止質量是零，也不能是暗物質粒子。因此，在標準模型給出的62種粒子中，有可能是暗物質粒子的隻有3種中微子和3種反中微子。 20世紀80年代初期，美國天文學家艾倫森發現，距我們30萬光年的天龍座矮星係中，許多碳星(巨大的紅星)周圍存在著穩定的暗物質，即這些暗物質受到嚴格的束縛。高能熱粒子和能量適中的暖粒子是難以束縛住的，它們會到處亂竄，隻有運行很慢的“冷粒子”才能束縛住。物理學家認為那是“軸子”，它是一種非常穩定的冷“微子，質量隻有電子質量的數百萬分之一。這就是暗物質的軸子模型。 軸子模型是否成立，最終得由實驗裁決。最近，還有人提出，暗物質可能是一種稱做“宇宙弦”的弦狀物質，它產生於大爆炸後的一秒期間內，直徑為1萬億億億分之一厘米，質量密度大得驚人，每寸長約1億億噸。這種理論是否成立，同樣有待科學家進一步研究。 為探索暗物質的秘密，世界各國的粒子物理學家正在這個領域努力工作，相信揭開暗物質神秘麵紗的那一天不會太遙遠了。 在引入宇宙暴漲理論之後，許多宇宙學家相信我們的宇宙是平直的，而且宇宙總能量密度必定是等於臨界值的（這一臨界值用於區分宇宙是封閉的還是開放的）。與此同時，宇宙學家們也傾向於一個簡單的宇宙，其中能量密度都以物質的形式出現，包括4%的普通物質和96%的暗物質。但事實上，觀測從來就沒有與此相符合過。雖然在總物質密度的估計上存在著比較大的誤差，但是這一誤差還沒有大到使物質的總量達到臨界值，而且這一觀測和理論模型之間的不一致也隨著時間變得越來越尖銳。 當意識到沒有足夠的物質能來解釋宇宙的結構及其特性時，暗能量出現了。暗能量和暗物質的唯一共同點是它們既不發光也不吸收光。從微觀上講，它們的組成是完全不同的。更重要的是，像普通的物質一樣，暗物質是引力自吸引的，而且與普通物質成團並形成星係。而暗能量是引力自相斥的，並且在宇宙中幾乎均勻的分布。所以，在統計星係的能量時會遺漏暗能量。因此，暗能量可以解釋觀測到的物質密度和由暴漲理論預言的臨界密度之間70-80%的差異。之後，兩個獨立的天文學家小組通過對超新星的觀測發現，宇宙正在加速膨脹。由此，暗能量占主導的宇宙模型成為了一個和諧的宇宙模型。最近威爾金森宇宙微波背景輻射各向異性探測器（Wilkinson Microwave Anisotrope Probe，WMAP）的觀測也獨立的證實了暗能量的存在，並且使它成為了標準模型的一部分。 暗能量同時也改變了我們對暗物質在宇宙中所起作用的認識。按照愛因斯坦的廣義相對論，在一個僅含有物質的宇宙中，物質密度決定了宇宙的幾何，以及宇宙的過去和未來。加上暗能量的話，情況就完全不同了。首先，總能量密度（物質能量密度與暗能量密度之和）決定著宇宙的幾何特性。其次，宇宙已經從物質占主導的時期過渡到了暗能量占主導的時期。大約在“大爆炸”之後的幾十億年中暗物質占了總能量密度的主導地位，但是這已成為了過去。現在我們宇宙的未來將由暗能量的特性所決定，它目前正時宇宙加速膨脹，而且除非暗能量會隨時間衰減或者改變狀態，否則這種加速膨脹態勢將持續下去。 暗物質的蹤跡 暗物質是相對可見物質來說的。所謂可見物質，除發射可見光的物質外，還包括輻射紅外線等其他電磁波的物質。雖然宇宙中的可見物質大部分不能用肉眼直接看到，但探測它們發出的各種電磁波就可以知道它們的存在。暗物質不輻射電磁波，但有質量。 科學家為什麽會提出“暗物質”這個概念？宇宙中有沒有暗物質？ 在物理學中，把狀態變化的“轉折點”成為“臨界點”，比如水變成冰，溫度臨界值（或者說“臨界點”）為0℃。宇宙學的研究認為，宇宙中物質的平均密度，與決定宇宙是膨脹還是收縮的臨界值，相差不會超過百萬分之一。可是，宇宙中發可見光的恒星和星係的物質總量不到臨界值的1%，加上輻射其他電磁波的天體，如行星、白矮星和黑洞等，最多也隻有臨界值的10%。 現已知道，宇宙的大結構呈泡沫狀，星係聚集成“星係長城”，即泡沫的連接纖維，而纖維之間是巨大的“宇宙空洞”，即大泡泡，直徑達1~3億光年。如果沒有一種看不見的暗物質的附加引力“幫忙”，這麽大的空洞是不能維持的，就像屋頂和橋梁的跨度過大不能支持一樣。 我們的宇宙盡管在膨脹，但高速運動中的個星係並不散開，如果僅有可見物質，它們的引力是不足以把各星係維持在一起的。 我們知道，太陽係的質量，99.86%集中在太陽係的中心即太陽上，因此，離太陽近的行星受到太陽的引力，比離太陽遠的行星大，因此，離太陽近的行星繞太陽運行的速度，比離太陽遠的行星快，以便產生更大的離心加速度（離心力）來平衡較大的太陽引力。但在星係中心，雖然也集中了更多的恒星，還有質量巨大的黑洞，可是，離星係中心近的恒星的運動速度，並不比離得遠的恒星的運動速度快。這說明星係的質量並不集中在星係中心，在星係的外圍區域一定有大量暗物質存在。 天體的亮度反應天體的質量。所以天文學家常常用星係的亮度來推算星係的質量，也可通過引力來推算星係的質量。可是，從引力推算出的銀河係的質量，是從亮度推算的銀河係質量的十倍以上，在外圍區域甚至達五千倍。因而，在那裏必然有大量暗物質存在。 那麽，暗物質是些什麽物質呢？ 宇宙學研究發現，在宇宙大爆炸初期產生的各種基本粒子中，有一種叫做中微子的粒子不參與形成物質的核反應，也不與任何物質作用，它們一直散布在太空中，是暗物質的主要“嫌疑人”。 但中微子在1931年被提出來以後，一直被認為質量為零。這樣，即使太空是中微子的海洋，也不會形成質量和引力。曾有人設想存在一種“類中微子”，它的性質與中微子類似，但有質量。可是一直沒有發現“類中微子”的存在。 極小的中微子運動速度極高，可自由穿透任何物質，甚至整個地球，很難被捕找到。但中微子與物質原子和亞原子粒子碰撞時，會使他們撕裂而發出閃光。探測到這種效應就是探到了中微子。但為了避免地麵上的各種因素的幹擾，必須把探測裝置（如帶測量儀器並裝有數千噸水的水箱）放在很深（如1000米）的地下。 1981年，一名蘇聯科學家在試驗中發現中微子可能有質量。近幾年，日、美科學家進一步證實中微子有質量。如果這個結論能得到最後確認，則中微子就是人們尋找的暗物質。 尋找暗物質有著重大的科學意義。如中微子確有質量，則宇宙中的物質密度將超過臨界值，宇宙將終有一天轉而收縮。關於宇宙是繼續膨脹還是轉而收縮的長久爭論將塵埃落定。。
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當時，長沙是全國首個開放無人出租車上路的中國城市。開創了中國汽車的曆史。。
當時為長沙提供無人駕駛技術的也是中國的頂級無人駕駛巨頭，百度！
就是下麵這個“ 出租車 ”。。130公裏內無需任何費用。130公裏內全部免費。。當時的視頻更是轟動了整個長沙：
當時這場無人出租車的亮相，驚豔了整個長沙。贏得了無數市民的追捧！
但是，結果卻很悲劇；因關注度太火爆，無數長沙的出租車司機控訴，抵製。壓力重大之下，長沙無人出租車的大行動，最後不得不放緩。。
然而，誰也沒想到；僅僅間隔了4個月的時間，今天中國的最頂級城市，大北京又敢為人先，力排眾議；主動開放無人駕駛出租車的大試驗！
並且這一次更狠！直接就是北京全麵開放！讓所有在北京的朋友都來感受高科技！
就憑這種魄力，今天也必須給北京點讚。。北京能一直屹立於中國最頂級的城市之上，敢為人先，當仁不讓，是北京人“ 最優秀的精神品質 ”！！
如果人人因為畏懼汽車，而擔心馬夫失業；那人類進步的步伐就絕無可能像今天一樣如此迅猛。。。
毫無疑問，無人出租車在長沙，北京的亮相；絕不是隻是一個偶然！這背後正在釋放幾個前所未有的大信號：
當一個公司，一個城市敢於免費，大量開放，讓人們去自由乘坐無人駕駛汽車；代表的不僅是這個城市超級有信心！敢為人先！
2、傳統的出租車公司迎來最大的“ 危機 ”，即將顛覆，需要徹底改革。
以往傳統出租車租賃公司，幾乎啥事也不用幹，隻要手裏握著大量憑關係拿到手的出租車牌照，他們就能躺著賺錢；
一個出租車司機辛辛苦苦一個月，自己沒賺多少，反而上交給他們的上頭份子錢，少說也有五千元。有的地方甚至一個月破萬。這種存在了幾十年的吸血行為，早就該廢除！
時代前進的腳步，並沒有因為某一個群體而停下來！北京無人出租車的出現，受全體市民的追捧，不是偶然，是必然！
無人出租車也不是今年第一個出來攪局傳統行業的“ 顛覆者 ”，更不會是最後一個科技先行者！
21世紀什麽最牛？科技！北京今天的做法，以大局為重，敢於挑頭；表現出來的氣概，必須給滿分；值得所有中國其他的城市，學習。。
