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美国纪录片《了解宇宙如何运行》8集解说词(CCTV中文)

美国纪录片《了解宇宙如何运行》8集解说词(CCTV中文)

 

《了解宇宙如何运行》纪录片解说词(根据记录整理,不准确,供参考)

第一集:恒星

恒星世界在暴力中诞生,也在暴力中消亡。恒星运动推动了宇宙的运转,也是生命的起源。银河系有2000亿个恒星,太阳是银河系中亿万恒星中的一个,有46亿年的历史,直径为160万公里,在银河系及宇宙中,太阳的体积微不足道。海山二恒星比太阳大800万倍。参宿四恒星比海山二还大300倍,参宿四恒星也不是最大的恒星,有个VY恒星大的惊人,比太阳大10亿倍,直径相当于整个银河系。

恒星由宇宙尘埃、气体和星云等物质、暗物质和暗能量组成(图1、2)。

星云是恒星的摇篮。宇宙初期有数百亿个尘埃星云,如马头星云、鹰状星云、草帽星云等(图3、4、7)。

2004年天文学家曾发射“斯皮策”红外太空望远镜,观测新恒星的诞生过程。宇宙早期太空中弥漫着无数的氢气团,物质密度大的地方其温度就高,密度小的地方温度就低。冷热氢气团久而久之就形成旋涡,而且是越转越快。在引力的作用下,氢气团的密度越来越高,吸入气团内的物质越来越多,大约经过50万年的漫长过程,气团中心的温度达到了1500万℃,氢气原子之间发生聚合变成氦,释放巨大的能量而且发光,就这样氢原子在引力作用下升温、高压和极大密度下,发生核聚变反应,释放巨大无比的聚变能,从而诞生了宇宙的第一颗恒星,质量越大的恒星聚变速度越大越快。宇宙从恒星诞生的那天起开始从黑暗走向光明,而且越来越璀璨夺目。宇宙中有数十亿、百亿、千亿、千万亿颗恒星,直至形成现在的宇宙。

恒星中的能量从哪里来?上个世纪20年代,人们一直不解。直至天才科学家爱因斯坦发现了质能守恒定律,即E=mc²,人们才从愚昧中走出来。

根据爱因斯坦质能转换定律,科学家发明了原子弹、氢弹。共同认识到太阳内部在分秒之间进行核聚变,从诞生那天起,50亿年来一直未停止过。

为模拟太阳中心核聚变现场,天文学家在伦敦建了一个托卡马克实验室,设计出一个重3.6吨的仪器,用电流将氢原子加热到3亿℃,这时两个互相排斥的氢原子极不稳定,两个氢原子以1600公里∕秒的速度,在杂乱运动中聚合,产生氦和释放能量,这就是太阳内部的核聚变的真实写照。 [更多…]

为什么太阳不一下子爆炸成尘埃呢?坚持了近50亿年,而且还要继续下去?这个问题提得好。主要原因是太阳的质量太大,犹如一层厚厚的壳,将太阳中心的聚变能约束住,炸不飞太阳。

太阳直径有140万公里,核聚变发生在太阳中心的几十公里区域内,巨大的引力使太阳中心具备核聚变条件(氢原子、1500万℃高温、高压)每分每秒发生核聚变,释放巨大的能量,科学家做过测算,每次聚变相当于广岛原子弹的10亿倍。爆炸力方向与引力相反,互相抵消。几十亿年来,太阳内部的聚变反作用力与向心引力就这样互相较劲消耗着,哪一方都没有退却,势均力敌,达到平衡。

太阳中心的核聚变产生能量和光子,光子在太阳内部开始漫长的旅行。据测算,要几百、几千、几十万年,光子才可能到达恒星光球表面。太阳光子到表面需要160万年,海山二到达地球是8000年前的光,参宿四的光是500年前发出的。光子向太阳表面前进时,路上要与其他粒子撞击数十亿次,经常改变方向,这就是光子为什么那么慢,到达太阳光球表面的原因。

光子到达光球表面立刻加热表面物质,使其温度从1万℃迅速升高到1000万℃,形成闭合磁力线,携带大量高强度粒子流向太空喷发,磁力线互相交汇撞击,在太阳表面形成一股破坏力极强的太阳风。

科学家在实验室摸拟了太阳表面的闭合磁力线爆发情况,强度虽小,但原理相同。

恒星质量虽然很大,它能够诞生,也不可能永远生存下去,一定要走向消亡,这是无法违背的自然规律。

恒星的消亡是内部的聚变原料消耗殆尽,爆炸力量越来越弱,最后因燃料耗尽而终止,在爆炸力与引力的角斗中,引力最终取得全面的胜利。科学家测算,太阳每秒消耗6亿吨氢燃料,大约70亿年后太阳中心将停止热核反应。但外层空间受温度影响迅速膨胀,由现在的140万公里,扩大到1亿公里,成为一颗红巨星。水星、金星将被红巨星太阳吞噬,地球也难幸免,高温将使地球海水全部蒸发掉,大气被吸走,地球完全可能被撕碎,或者被吞噬,成为红巨星太阳的一部分。

红巨星太阳内部也不安静,氦原子聚变仍在继续,变成氧燃烧,最后变成炽热无比碳核白矮星(图16)。体积与地球相仿,但密度是地球的100万倍。1立方厘米的白矮星放在地球表面可以毫不费力从地心穿过,可见白矮星密度之高!

比太阳质量大几倍的恒星死亡,死亡后不变白矮星,而是中子星,又称钻石星(图17),因为钻石就是纯碳晶体组成,硬度非常高。

质量比太阳更大的参宿四恒星死亡,场面壮烈的多,其内部由碳元素与氧继续衰变下去,最后出现铁元素,铁元素是吸收能量的杀手,恒星内部出现铁元素就意味着死亡的开始,铁越积越多,直至将恒星内部能量吸干,引力向铁核挤压,几秒钟之内引起恒星爆炸,天文学将铁核恒星的爆炸,称为超新星爆炸。天文学家已找到一颗超新星爆炸,距地球17万光年,爆炸的火球直径达数万公里。

天文学家用巨型激光器模拟超新星爆炸,即用强大的电能发出136股激光束,攻击一个目标,结果目标气化,存在十万分之一秒向外扩散,冲击波带动下物质冲到表层,产生更重的元素,金银、铀等重元素就是超新星爆炸的产物,因为重金属元素形成的条件苛刻,所以宇宙中贵重金属元素稀少。

超新星爆炸并不是全部变成尘埃,其中子星内核依然存在,中子星直径大约30公里。其外壳残骸送入太空。中子星有个特点,定时向太空喷发Χ射线。根据此特点,寻找到Χ射线源就找到了中子星。

恒星消亡,向宇宙播撒人间万物,有各种元素,也包含生命。因此,可以推断:太阳中的各种粒子也是重复使用的,很可能星超新星爆炸三代、四代的产物。其中包括我们人类身体,组成各种器官的原子可能来自不同的恒星。

宇宙中恒星的燃料总有耗尽的那一天,可能是数万亿年后,但那一天迟早会来。恒星消亡时宇宙又回到黑暗时代。也许黑暗过了相当长的时间,新的大爆炸又开始了,新的宇宙又诞生了!
第二集:黑洞

黑洞蕴藏着巨大的能量,但人们肉眼和仪器却看不到它,因为光线靠近黑洞都被它吞噬,所以得名“黑洞。”宇宙中确实存在这样的神秘天体。黑洞引力惊人,恒星、行星及星际物质靠近它都被黑洞吸进,所以,黑洞是宇宙的统治者、终结者。现已查明,银河系中心存在着巨大的黑洞。

左图是天鹰座一个恒星被黑洞吞噬的照片。

用瀑布形容黑洞中心吸进物质的过程很贴切。当小船在河上游时,划船者可任意上行,但当小船靠近瀑布边缘时,无论划船者怎么用力都逃脱不了被急流吸进瀑布的命运。小船相当恒星天体,瀑布相当黑洞。巨大的引力使一切宇宙物质都无法逃逸,甚至光线都被吸进黑洞。

假设黑洞光顾太阳系,太阳系的行星、卫星、彗星、将被巨大的引力吸引偏离固定的轨道,在太阳系内互相撞击引起混乱。地球的大气、海水相继被黑洞引力吸走,地表(壳)被引力剥离,最后地球液态地幔、铁质地心被吸进黑洞,同样太阳也逃脱不了消亡的命运。十倍以上巨型恒星当她消亡时就会形成超新星爆炸(附图1),更大的恒星消亡时形成超超新星,黑洞在超新星的爆炸中诞生。

宇宙中恒星、超级恒星、超超级恒星密布,她们消亡时会产生许多大小不同的黑洞。如大犬座VY超大型恒星爆炸,产生一个直径30亿公里的黑洞。黑洞越大,引力越大,每秒钟吸进的物质越多、速度越快,但因物质吸进的太多,又不均匀,有时黑洞也“咳嗽”,出现噎着引起黑洞颤抖。当黑洞内部吸进物质能量饱和时,黑洞将从轴心两侧同时爆发γ射线暴,其威力仅次于宇宙奇点大爆炸。γ射线暴能量奇高,速度极快,破坏力极大,γ射线暴喷发途中可以摧毁任何星系、星团和恒星。幸运是γ射线暴没在银河系发生,多发生在河外星系。观测γ射线暴,可以窥测宇宙的奥秘。

天文学家发射一枚斯维夫特卫星探测器,拍到γ射线暴(附图)。γ射线暴与黑洞关系密切,发现γ射线暴,动摇了天文学的基础。

宇宙中有数十亿个黑洞,理论计算黑洞几乎无处不在。但我们却不能直接观测黑洞,对黑洞的物理特性一无所知。用发射飞船用人观测黑洞太危险,不现实,但现在有了机器人,我们完全可以利用机器人操纵探测器对黑洞进行观测,并将探测器、机器人做的足够结实坚固,当探测器接近黑洞事件视界时将图像、信息发回来,我们就可以了解黑洞视界外和黑洞内部的情况。现在这只是设想方案,并没有真正实施。

如果银河系中心确实存在超大型黑洞,因为距太阳太遥远,所以,地球是安全的。

银河系有数千亿颗恒星,围绕中心旋转,并有两个旋臂。是什么力量促使数亿颗恒星绕银河系中心旋转?天文学家想象:银河系中心必然存在一个超大型黑洞。

为观测银河系中心黑洞,天文学家在智利莫纳亚克山上建了一个直径9米的红外线望远镜,科学家历经15年,拍摄数千张银河系中心的照片,经过分析发现在银河系中心有个恒星团,几十颗恒星围绕中心高速旋转,速度高达每小时几百万公里。因此断定银河系中心确实存在一个巨大黑洞。

星系越大,星系中心的黑洞越大。仙女座星系黑洞比太阳大1.4亿倍。M87黑洞是太阳的200亿倍。

早期宇宙,第一批出现的恒星质量都比太阳质量大的多,都是超级恒星,当这些超大恒星消亡时往往引发超新星爆炸,出现一系列大小不一的黑洞。这些黑洞互相碰撞形成更大的黑洞,当尘埃、恒星、星团、星系都被黑洞吸收时,黑洞轴心两面将喷射高能粒子流,其宽度比太阳直径大20倍。高能粒子流,天文学称类星体,类星体是宇宙中的重要天体,有证据说明类星体是产生星系的温床。

黑洞到底是什么?黑洞是神秘天体,在宇宙中黑洞确实存在(附…图)。有科学家预测黑洞是时空捷径,是通往另一个宇宙的大门,很可能黑洞是大爆炸的反面,正面大爆炸产生新宇宙,而黑洞是陈旧宇宙消亡的缩影。
第三集:大爆炸

宇宙大爆炸发生在140亿前的一瞬间。从那一瞬间起,宇宙诞生了,能量转变物质,出现了恒星,万物,乃至水和生命。我们的过去、现在、未来都产生在大爆炸那一瞬间。

让我们回到发现宇宙大爆炸以前的时刻。那时天文学家一致认为我们的宇宙是一个不变的天体,地球是中心,金木水火土星,甚至太阳都围绕地球旋转,后来发现太阳不过是银河系的一员,银河系才是宇宙。

1929年,天文学家哈勃在威尔逊天文台用望远镜观测宇宙恒星时,发现所有的恒星光谱,在不同时期观测,其红色谱线有后移现象。红色是热量谱线,后移说明所有的恒星距地球越来越远。这一发现震惊世界!

人们自然联想,宇宙中的恒星既然远离我们,那么在这之前一定与我们较近,进一步联想,宇宙在膨胀,那在以前的某个时刻一定很小。于是宇宙大爆炸的理论假说诞生了!宇宙起源于一个比原子还小的奇点。

这似乎不可理解,偌大的宇宙时空和物质都浓缩在一个比原小还小的粒子中可能吗?怀疑是正常的,因为确实匪夷所思。问题是你必须承认宇宙万物都是遵循从无到有的规律,既然这样,那么宇宙起始于奇点的大爆炸就不是不可能。通过宇宙膨胀速度反向推算宇宙大爆炸始于137亿年前的某个时刻,一声难以想象的滔天巨响,我们的宇宙诞生了。

据科学家测算,奇点里的温度、密度极高,是一个比原子还小的纯能量奇点。里面蕴藏着不低于4000亿个星系形成所需要的物质。爆炸时间相当短暂,只有几亿亿亿分之一秒。天文学家卡洛斯在虚拟世界里用超级计算机,模拟奇点大爆炸时情景,他提出三个方案,一个引力比较小,一个引力比较大,结果较小引力没有反应,较大引力都变成黑洞,只有引力恰到好处才可能诱发大爆炸。

宇宙奇点瞬间大爆炸,时空开始,所用的时间仅是几亿亿亿分之一秒,而宇宙膨胀的速度也是几亿亿亿倍。大爆炸的速度肯定是超光速的,是光速的十几倍、千万倍?人们无法知道。科学家在计算宇宙大爆炸时,往往使用普朗克时间常数。

所谓普朗克时间常数约等于一年的秒数乘以140亿年,即31536000秒×14000,000,000年。简写:4.415Χ10(17次方)之一秒。可见普朗克时间常数多么短暂。

大爆炸后几个瞬间,宇宙体积由奇点扩大到地球大小;

再过几个瞬间,宇宙体积扩大到太阳系大小,温度极高,仍有几亿亿℃;

再过几个瞬间,宇宙扩展到银河系大小,温度仍然很炽热;

再过几个瞬间,宇宙温度下降,能量开始转换,有亚原子粒子出现;

再过几个瞬间,宇宙中出现物质、反物质粒子互相碰撞湮灭,一部分物质粒子留存下来。这部分物质组成星系、恒星、行星、卫星、彗星等天体,这部分质量约占宇宙总质量3%左右;

一秒钟,宇宙留存原始粒子开始聚合;

三分钟,氢、氦、锂原子相继出现。这是宇宙中氢、氦元素最多的原因;

38万年,宇宙由混沌开始显现清澈,宇宙中除了氢、氦、锂元素外一无所有。

为了探测宇宙大爆炸后留下的蛛丝马迹,天文学家彭齐亚斯和普斯林监测到一种嗡嗡声的宇宙信号,通过施放微波探测装置,科学家获得完整的宇宙物质分布图。

详见下图:

图中不同颜色表示物质密度,红黄色处表示温暖,物质密度高,蓝绿色表示冷却,物质密度低。未来宇宙就是在此基础上演变发展而来。

大爆炸2亿年,氢、氦气团在引力的作用下,不断壮大出现恒星。恒星给宇宙送来第一束光明;

大爆炸10亿年,星系出现;

大爆炸50亿年,太阳诞生;

大爆炸80亿年,无数星系诞生;

大爆炸90亿年,太阳系形成;

大爆炸140亿年,当今的宇宙形成。

大爆炸诞生了宇宙,而且今天的宇宙不断地膨胀,宇宙有开始,就有灭亡的那一天。

关于宇宙如何消亡的问题,与大爆炸同样令人费解。目前有几种假说:一是有始无终开放宇宙;二是循环宇宙起始同处一点;三是从膨胀到停止,大塌缩再回到奇点;四是多个宇宙。

黑洞理论支持多个宇宙的假说;

暗能量的假说,支持宇宙由光明走向黑暗:

千亿年后,恒星的聚变燃料消耗殆尽,宇宙走向黑暗,还是引起一系列超新星爆炸,产生新的宇宙尘埃和星云?现在还不清楚。也许在遥远的宇宙边缘正上演新旧宇宙交替的大戏也未可知。

总之,大爆炸蕴藏着许多未知的奥秘,过去、现在、未来都隐藏在大爆炸中,需要我们不断地探索发现。

第四集:银河系

宇宙有2000亿个星系,银河系是亿万星系的一个(见附图)。

银河系乃至亿万星系从哪儿来?它们如何发展,如何走向灭亡?这些都是科学家关心的问题。据推算,银河系大约有120亿年历史,有2000多亿颗恒星。中心隆起呈圆盘状,有两条曲臂成抛物线状,围绕银河系中心旋转。

众所周知,宇宙中存在着大量尘埃、气体组成的星云,星云中物质密度有疏密,物质粒子密集的地方聚合在一起,温度使密集的气团旋转,在旋转中气团吸进大量气体使体积迅速膨胀,久而久之,气团足够大,内部气体原子在引力作用下高温、高压,将氢原子聚合发生聚变,释放大量核能并产生光子、氦。从氢原子聚合时发生聚变反应,一颗恒星就诞生了。

1924年天文学家哈勃用2.5米口径观测星空时,发现许多星光不是一个恒星发出来,而是由众多恒星组成的星云发出来的,这些星云组成星系。如,蜗状星云估计有16亿个恒星,M87是椭圆形星云,发出金黄色的光,还有草帽星云、马头星云、蟹状星云、鹰状星云等。上述星云距离地球都非常遥远。有的星云光到达地球需走几十、几百、几万,甚数千万、数亿光年。1光年等于9.461×10(12次方)公里。即94608亿公里。

银河系圆盘距离在10万光年以内,仙女座星系比银河系大2倍,有20万光年,M87星系比仙女座星系还大,还有比M87还大的星系,如K-110星系。

星系的形成大约经过2亿年时间,10亿年后一些小星系合并成超级星系。

科学家为观测星系的形成,利用设在智利5200米高山上的阿塔卡马望远镜观测宇宙大爆炸后的微波分布情况,后又发射卫星,用红外线望远镜对宇宙照相,获得了清晰的宇宙微波分布图。从这些微波分布情况,获得了宇宙星系大致分布的情况。

恒星诞生初期,星系中的恒星是杂乱无章的,它们后来怎么变成有序的,按同一中心、同一方向旋转呢?答案是引力促成星系中的恒星变成有序,引力,将小恒星团拉平,形成旋臂,恒星之间经过数十亿次的调整磨合才基本完成,大约经过120亿年,星系才形成今天这个形状。

星系、黑洞、超新星爆炸,是宇宙中最重要的天体运动。超新星爆炸,从中心将巨大的物质流喷射到太空,这些高能粒子流就是类星体。银河系没有超新星爆炸,所以没有发现类星体。但银河系中心有个直径2400万公里的黑洞,正是这个巨大黑洞促使银河系2000多亿颗恒星围绕中心旋转。

太阳在银河系中间地带,偏外,这里恒星密度适中,距银河系中心2.5万光年,虽然银河系中心引力强大无比,但因太阳距银河系中心较远,所以我们是安全的。

现在发现恒星在星系之间没有足够的引力可以维持星系之间的平衡,是什么力量使星系保持稳定呢?科家家发现恒星之间存在一种叫“暗物质”的东西,暗物质恰似胶水一般将星系中的恒星固定,防止恒星逃离星系,保持了星系的形状。

暗物质是什么?我们至今一无所知。但它确实存在,很可能就在我们周围,就是说空间中无处不有暗物质。据测算暗物质占宇宙总质量24%。

为证明暗物质存在,科学家观测光线通过某个黑暗处时,光线发生偏转,好比面前摆个鱼缸,透过水观测鱼缸后面物体,犹如引力透镜那样使其物体形状扭曲变形。

科学家已绘制出宇宙物质分布图,星系结成丝状网络,充满整个宇宙。发光部分代表暗物质(见附图)。星系由小到大,变成星系团,再扩大到超级星系团,星系在碰撞中诞生大的星系团。

银河系在50亿或60亿年后,将与附近的仙女座星团发生碰撞,组成新的仙女-银河系星团,使尘埃、气体向宇宙太空四处飞散。但星系中的恒星并不发生碰撞,仍然保持原来的距离。

星系从诞生时起,就意味着也有解体消亡的时候,促使星系解体的力量是宇宙无不处不在的暗能量。在宇宙中,暗能量比暗物质还要多,占宇宙总质量73%。终究有一天,暗能量会让星系解体,使恒星远离我们四处逃散。

宇宙中存在亿万个星系,在众多星系中一定会有类似的银河系,也一定会有恰到好处的太阳系,寻找到类似太阳系,特别是类地行星是科学家未来的任务。

第五集:太阳系

太阳系(图8、图9),是银河系中数千亿颗恒星中的一员。八大行星围绕太阳旋转,轨道几乎在一个平面上。科学家通过凯克望远镜在众多星系中寻找到360多个类太阳系,这些恒星周围也有行星旋转,只是数量不同而已。通过观察,发现这些行星绕行轨道混乱,有的离恒星较近速度极快,有的行星比木星还大几倍,有的行星飞向太空,又迅速返回。目前尚未找到与太阳系相同的恒星。

太阳系有8大行星,它是如何形成的?这个问题很有趣。事实上太阳系的形成与其他恒星形成有许多类似的地方。最初是大量星云凝聚在一起,由于引力使星云聚合,由小变大并旋转,在吸附周围物质过程中体积越变越大,最后引力将中心的氢原子点燃,发生聚变发光,一颗恒星就这样诞生了。

行星又是怎么演变的?一直困扰众多天文学家。直至前几年美国发射的天空飞船上,一位叫唐·佩利特的科学家在空间站做试验,他将糖、盐粉末放在充气的透明塑料袋,观察这些粉末在失重状态下反映,是不是四处悬浮飘散,令科学家惊奇的是,糖、盐粉末并未悬浮飘散,而是相互聚合,有成团的趋势。这一发现揭示了行星为什么在太阳周围形成行星的奥秘(图10)。

太阳形成后,她的周围仍然存在大量宇宙尘埃,各种元素粒子,这些粒子相互聚合形成岩石,由石子到石块,再到大的固态物体,这些亿万个物体相互碰撞,形成更大的形状不同天体。当这些天体直径小于800公里时,它们的形状是有棱有角的多面体,当直径超过800公里以上时,随着吸附的物质越来越多,在自转和公转和引力作用下,天体由多面体逐渐变成球形天体,成为太阳众多行星的一个。

这个过程大约持续了5亿年之久。当年太阳周围仍然有100多个比较大的小行星,这些行星形成八大行星前,经历了无数次的碰撞,那场面非常惊险惨烈(图11)。一个行星撞上水星发生爆炸,将水星外壳撞成无数的形状不等的碎片抛向太空;地球也未能幸免,有一颗比地球小的行星撞上地球,因为撞击的角度不正不斜,恰到好处地撞在45角的地方,将地球的部分外壳撞破,但地球仍然存在,地壳和行星碎片飞向太空,若干年后这些碎片在引力作用下聚合成今天的月球;行星之间这种撞击时常发生,在太阳系是司空见惯的天体现象。

太阳系八大行星,分为两大类:岩态行星,水星、金星、地球和火星;气态行星:木星(图12)、土星(图13、14、15)、天王星和海王星。原来的九大行星冥王星本身不具备行星的条件,质量小,是柯伊伯带的一颗比较大的天体,它的轨道不太规矩,因此被除名。

太阳系内的几个行星(水星、金星、地球、火星)都是岩态行星,为什么它们靠近太阳先形成呢?天文学家经研究认为,岩态行星经受得住太阳热量炙烤,所以先形成。气态行星距太阳距离远,接收太阳热量较少,所以在距太阳较远的地方形成。

天王星、海王星体积比较小,由冰块、尘埃和气体混合而成,它们为什么远离太阳而在土星外的轨道运用呢?这是非常难以理解的问题,经过分析,原来是木星、土星体积过于大,其引力也非常强大,尤其是土星、木星在太阳同侧相近运行时,其引力叠加,天王星、海王星被土星、木星的强大引力连推带拽,将其推出近日轨道到土星外轨道运行,而且还有个奇怪现象,天王星、海王星的轨道有时在土星外侧互相交换,天王星有时在里面,有时又跑到海王星外面,过段时间又恢复正常,追根寻源都是木星、土星引力共振恶作剧。

也有一种理论,认为气态行星在外层空间先形成,后来鬼使神差运行到太阳系,被太阳引力俘获,所以成为今天这个样子。

在分析太阳光谱时发现其表面有锂元素,由此科学家推断,在若干万年前,很可能在行星形成那段时间,有一个岩态行星冲进太阳怀抱,这个岩态行星正好有大量锂元素,在高温下有锂元素燃烧所至。后来太阳系内的行星碰撞逐渐平静下来,每个行星都有比较正规的绕行轨道。地球绕太阳1周为1年,每小时10.6万公里;水星绕太阳1周29天;土星29年,海天星164年。海王星外是大小碎石组成的柯伊帕带,这里距太阳有50亿公里,光线很暗,温度很低。再向外边延伸叫奥尔特云,这里几乎看不到太阳光,距离太阳有1光年的路程,可见非常之遥远。

虽然太阳系八大行星都比较稳定,但也不是没有危险降临。据考证,6500万年前有颗小行星撞上地球,使地球70%的生物灭绝,如果此类灾变经常发生,地球就不会有生命存在。幸运的是地球外围有厐大的土星、木星,特别是木星保护,使地球免于受天外小行星撞击,木星在客观上成为地球的保镖。1993年的苏梅利克彗星撞击木星,就是这种保护的实例演示,如果没有木星保护,苏梅利克彗星很可能与地球发生撞击,真要如此地球末日真的来临了。地球距太阳不远不近,远处有木星,近处有月球保护,又有不多不少的水,所以地球是颗幸运行星。

银河系里有形形色色的太阳系。科学家观测到距地球20光年的太空中有一个类太阳系,而整个宇宙中观测到的有420个行星,经过分析多数是像木星那样的气态行星,而且距恒星较近,要不就是距恒星太远,尚未发现一个是岩态行星。有个名叫葛利斯581的行星,是地球的2倍大,距恒星远近适中,但距离我们很遥远,无法预知这颗行星上是否有水和生命存在。其他行星大气有的是甲烷,有的是氮气,没有一个与地球的条件相同。

太阳系跟其他恒星一样,有诞生、成长,必然也会走向毁灭。据推算,50亿年后太阳内的氢、氦燃料将耗尽,高温使太阳体积膨胀变成红巨星,太阳内核蜕变成一颗白矮星,形状有地球大小(图16)。内太阳系的岩态行星,如火星仍然绕白矮星运行,也发光,引力极大,但每时刻给行星的能量大大减少,太阳系内将变暗。也许由于太阳质量的缩小,引力不足控制尚存的几颗行星,出现轨道错乱,也许会发生火星撞地球、撞木星的壮观场面,无论是不是发生行星再次碰撞,太阳系的毁灭是自然规律,无法逃避。

第六集:行星

行星也是尘埃、碎石构成的。太阳系有八大行星,其形成过程非常惊险,非比寻常。太阳系的行星在宇宙中为沧海一粟,非常渺小。宇宙中有数以亿计的星系,每个星系中有数亿颗恒星,每个恒星又有数量不等的行星,所以,宇宙中行星的数量也非常庞大。科学家利用各种卫星、仪器设备在太空中寻找类太阳系,寻找类地行星,但因距离遥远,效果并不明显,只找到400多类地行星。这些行星形状、大小、质量、轨道各不相同,有的比木星体积还大,有的行星几倍地球,其运行轨道很狂乱,旋转的方向不同,有的距恒星很近,有的转速很高,还有的行星以极快的速度向太空冲去,不久又俯冲下来,总之,在寻找到的行星中没有一个跟地球相同的。但有一点相同,这些行星也是由尘埃、碎石、金属元素在引力作用下聚合而成,并由小到大,经过剧烈碰撞,聚合成行星。岩态行星一般在恒星附近,气态行星距恒星比较远。因为固体碎石距恒星比较远的地方比较稀少,也不容易形成巨大的岩态行星。

行星在旋转和引力作用下,由小变大,当直径超过800公里以上时,行星吸入周围物质能力越强,在小行星碰撞时容易保留本体不被撞碎,并逐渐变成球形。行星内核在引力和高压作用下,变成炽热密度极大的固体内核,而在内核外部形成液态炽热的熔岩(地幔),行星外部形成坚固的外壳。火星在形成时曾经受一次小行星撞击,至今痕迹尚存,南极地壳比北极薄些,就是撞击留下的证据。撞击使行星的数量减少,为留存下来的行星创造生存条件。

地球的内核是密度极高的金属铁,外面是高温液态熔岩形成的地幔,外层是岩石组成的地壳。地球在自转的情况下由于金属内核与液态熔岩摩擦产生磁场。正因为地球有磁场保护,所以保护了地球大气、海水和万千生物的生存。

太阳每时每刻都通过闭合磁力线向太空喷发高能带电粒子,形成太阳风,由于地球有磁场保护,使太阳风偏离方向,从地球大气外面穿过,并在地球南北极与太阳风交汇,形成游弋不定的美丽极光。

太阳风有较大的杀伤力,宇航员受太阳风袭击可致命,因此发射载人飞船进太空前要观测太阳的活动情况,尽量避免太阳风强劲时发射载人飞船。

科学家通过仿照地球内核、地幔液体及外壳进行145公里∕秒高速反向运转,就形成了磁场,虽然强度比地球磁场低很多,但磁场产生的原理相同。

火星与地球体积略小,形成的机制也大体与地球相同,但地球不仅有大量的水、生物,而火星却是荒漠一片死寂的行星。为什么火星与地球同时期形成,后来分道扬镳,走的是截然不同的发展道路呢?答案就是火星磁场由活跃到消亡,彻底改变了火星的命运。

美国前几年向火星发射了两个探测器:“勇气号”和“机遇号”,发回的照片表明,火星表面也曾有过河流冲积留下的印迹,也有稀薄的大气,相当地球的1%,有火山、有水,总之,与地球初期时大体相同。

火星的现时景象,其根源是火星磁场由强转弱,直至消失是根本原因。火星比地球体积小些,地表没有地球大量的水比较干燥,火星的自转速度又比地球慢,距太阳较远,由于上述原因火星地慢中的液体由于温度降低,热量散失而逐渐凝固,直至整个地幔与火星球心都变成固态金属,火星磁场从而消失,这时强大的太阳风袭击火星,破坏了火星大气层,蒸发了火星本来有限的水,从而导致火星今后的地貌,变成荒漠一片死寂的大地。

距恒星较远的外层空间气态行星命运不同,以太阳系行星为例,木星有60多个卫星,土星有巨大的环,这些环是由数不尽的岩石碎片和冰晶组成,宽度达8万公里,土星引力很强,旋转的形体较大的冰晶、碎石都被引力撕碎,特别是冰晶经常变化形态,出现新的断面,在太阳光反射下,土星环鲜艳清晰,非常新鲜,犹如刚刚形成那样。

木星、土星体积庞大,气体密度很高,有数万公里的大气,人们无法用仪器观测这两颗气态行星内部的庐山面目,美国发射的卡西尼卫星将向木星大气施放过探测器,但探测器深入木星6.4万公里大气的浅层,只观测到云中有闪电雷鸣,压力比坎球高23倍,风速很高达260公里∕小时,温度达到300℃,探测器下降到200公里就被压碎,木星的核心情况至今是个三速,连物理定律在这里也受到挑战。

木星、土星都有强大的磁场,太阳风也奈何不了这两颗行星,更奇怪的是木星、土星两极也有极光。

科学家为探索木星内核的秘密,用192束激光束射击氢原子目标,结果出乎人们意料,氢原子聚合变成液态氢,升高压力后,氢气由液态变成固态,成为金属氢,不仅导电,而是有其他金属的共性。正因为木星、土星内核有金属氢,加上外层液态氢,在旋转时产生了磁场,从而揭开了大体积行星有磁场的秘密

太阳系行星从诞生那天起,从未停止过演变。地球上的水量占总质量O.06%,就是这些水造就了生命。地球上的水不是自产,而是来源于很久以前一颗带水的彗星击地球而形成的,多少有些幸运成分。如果地球的水不是恰到好处,也就没有地球如今的丰富多彩了!

宇宙中已发现的类地行星,没有一个发现有水。假以日下日,我们终究会找到与地球一样条件的行星,有待于科学继续。

第七集:卫星

卫星也是太阳系的一员,卫星上除有比地球的海洋外,还有甲烷和其他气体、液体。木星有60多颗卫星,这些卫星形状大小、密度、气压各不相同,有一点相同都是围绕母行星的轨道平稳运行。

卫星的形成机制,与行星相同,也是由尘埃、碎石、气体云和微粒聚合,经过无数次大小碰撞而幸运留下来,并在行星周围旋转。这已经被宇航员在太空的实验证实。行星、卫星吸附周围尘埃、碎石使自身体积增大的过程,有个专业名词叫吸积。

木卫3,大约经过1万年的吸积才变成今天的模样,它距木星较近,大约42万公里。木卫1没有陨石坑,并不是因为小行星没撞过它,而是因为木卫1有几十座活火山,火山爆发频繁,气体迸发320公里高,熔岩掩埋陨石坑,使其表面光滑。

为什么木卫3那么多的火山?这是因为木卫3在木星、土星中间运行,两大行星一边拉,一边拽,几乎要将木卫3扯碎,木卫3外壳受不住木星、土星两大天体的拉扯,致使外壳伤痕累累,地幔中的熔岩从缝隙中喷出,形成火山。

木卫4远离木星,那里温度很低,达到-112℃,表面不是熔岩,而是厚厚的冰层,也许冰层下面有汪洋,有生命迹象,并受到地心热量而繁衍生殖。木星的众多卫星中其他卫星的引力相对较弱,都处在荒漠状态,上面有许多陨石坑。

土星环有32万公里宽,它由10亿颗岩石碎片和冰晶组成。过去说木星环有8个,实际不止,而有30多个,木星环瑰丽无比,令人惊叹!木星环中物质有40亿年历史。木星环始终保持常态常新,唯一解释是环中冰晶经常发生碰撞,冰晶表面常新,在太阳光反射下永远那么鲜艳夺目。土星环中的冰晶很可能来源于早年一颗彗星与土星相撞,大量碎片、冰晶被撞进土星大气,在引力作用下形成的。

卫星形成有两种类型:一是行星俘获较大的天体,直径在2700公里以上称卫星,小于这个数量称小行星;另一种情形是从尘埃、碎片互相撞击,在吸积中形成的。两者共同的特点是围绕行星绕行,否则称为行星。

月球的形成是一个叫哈特曼的小行星撞击地球,并将地球外壳撞碎喷向太空,漫长岁月这些碎片经过吸积、碰撞过程,形成今天的月球。支持这一论断的佐证,是美国阿波罗登月从月面取回的岩石样本,分析岩石样本成分与地球相近,并有高温炙烤的痕迹。因此论断月球缘于灾变。月球形成时距地球较近,地球的自转速度也比今天快,由于月球的拑制,地球的自转速度越来越慢,变成今天24小时一圈,由于引力的降低,月球轨道越来越远,以至形成今天38万公里的几近圆形的同步轨道。

为验证小行星撞击地球将地壳撞成碎片飞向地球大气层外,科学家曾做过模拟实验,从正面、侧面和45℃角三个方向撞击,结果正面撞击地球被撞碎,斜向没有足够的地球碎片,只有45℃角撞击,才可能出现地球不碎,而有足够的碎片飞向太空。结果实验也支持月球形成于灾变假说。

月球的存在,对地球上万物的诞生发展十分重要,正是月球引力产生的潮汐力,使海水动荡,海水中的营养成分混合,才促成海洋生物的孕育发展。

卫星并不是生物的理想场所。木卫2有冰层和冰晶喷发,可能孕育着生命;土卫6有水,其他卫星上也有,这些是孕育生命的条件。

但生命形式不一定依赖水,其他有机物也可以孕育生命。深海中的生物没有阳光、氧气照样繁衍生息,充分说明生命的多样性。

第八集:超新星

超新星爆炸场面壮观惨烈,其宽度超过银河系,即使距离地球几十亿光年,如果发生也可以将地球烤焦,其强大无比的γ射线将使地球食物链断裂,造成生物灭绝。超新星爆炸是宇宙中头号杀手!

但超新星爆炸也有另外一个功能,即正是超新星爆炸才造就了宇宙中各种物质,才有了万千生物的诞生和生命的出现,其中也包括人类的存在。

宇宙中恒星有千万亿个,但一般像太阳大小的小型恒星消亡时并不会发生超新星爆炸,只有超级恒星,比太阳质量大几十倍的恒星才有可能发生超新星爆炸。

巨大恒星消亡时,其核心好比一座巨大的元素加工厂,由氢原子聚变向氦原子聚变,再向氧气、碳、铁、钴、镍元素、金、银、铀等重元素一齐生成。

太阳质量大小恒星消亡,变成白矮星;8倍太阳质量的恒星消亡,变成中子星;30倍太阳质量的恒星消亡变成磁电中子星,磁场强大无比,人体中血液含铁元素,将被磁场吸干;大于太阳质量100倍的恒星消亡,将产生黑洞,并发生超新星爆炸,发生γ射线暴。

γ射线暴比太阳亮度亮100亿倍,可以照亮整个宇宙。海山二、WR104等巨大恒星消亡时都可以引发黑洞和γ射线暴。我们无法预知γ射线暴何时发生,一旦发生这样的天体运动,我们知道后也悔之晚矣,因为那时太阳系里的一切将不复存在。

科学家发现,超新星爆炸需要巨大的能量,可是宇宙中找不到促使超新星爆炸需要的能量。1987年天文学家寻找是什么物质在宇宙大爆炸中带走了大部分的能量,结果寻找到了中微子,原来是中微子带走了大爆炸99%的能量。

中微子是何方神圣?经过科学家测定,中微子是一种比原子还小几万亿倍的微小粒子,正是这些极小的粒子带走了大爆炸的大部分能量。原子弹、氢弹爆炸都产生中微子。这些中微子犹如游魂一样在宇宙中乱窜,任何物体都挡不住中微子的运动,我们的身体里无时无刻都有中微子穿过,但我们一无所知。

引力无法控制中微子,反而会被中微子将恒星的内核撕碎。

超新星爆炸是一股神秘力量,其力量强大无比。

宇宙从140亿前大爆炸中产生,经过不断膨胀才呈现今天的样子。白矮星形成后继续发光发热吸附周围尘埃气体,当它达到太阳质量1.4倍时,白矮星将发生爆炸。

宇宙终究会有一天停止膨胀。星系、恒星将彼此分离,宇宙中的恒星逐渐消亡,直至全部恒星燃料消耗殆尽,宇宙将再次陷入无穷的黑暗之中。

促使星系分离的力量是一种摸不着、看不见又的确存在的暗能量,这种神秘能量将促使宇宙从光明走向黑暗,直至新宇宙诞生。

《了解宇宙如何运行》纪录片解说词今天全部发完。当你读完这九篇短文时,一定对宇宙如何运行有了全貌的了解。其实集中到一句话概括:宇宙虽然浩瀚无垠,无比深奥广大,她也和人一样有生死,遵循生死循环往复的运行规律。

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评论

2条评论
  1. 我对太空里的星球很感兴趣。

  2. admin says:
    [2016年08月4日 8:37 上午]
    []

    谢谢,欢迎常来。