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天文學(xué)十大排名(天文學(xué)十大排名人物)
大家好!今天讓創(chuàng)意嶺的小編來(lái)大家介紹下關(guān)于天文學(xué)十大排名的問(wèn)題,以下是小編對(duì)此問(wèn)題的歸納整理,讓我們一起來(lái)看看吧。
本文目錄:
一、中國(guó)歷史上有哪些著名的天文家,各有哪些?
中國(guó)古代著名的四位天文學(xué)家是:張衡,祖沖之,石申,郭守敬。
張衡(78年—139年),字平子,漢族,南陽(yáng)西鄂人 ,東漢時(shí)期偉大的天文學(xué)家、數(shù)學(xué)家、發(fā)明家、地理學(xué)家、文學(xué)家。
祖沖之(429—500)字文遠(yuǎn),祖籍范陽(yáng)郡遒縣,是我國(guó)南北朝時(shí)期杰出的數(shù)學(xué)家,科學(xué)家。
郭守敬(1231年—1316年),字若思,漢族,順德府邢臺(tái)縣人。元朝著名的天文學(xué)家、數(shù)學(xué)家、水利工程專家 。
石申,生卒年待考。一名石申夫或石申甫,戰(zhàn)國(guó)中期魏國(guó)天文學(xué)、占星學(xué)家,開(kāi)封人,是名字在月球背面的環(huán)形山被命名的中國(guó)人之一。
二、太陽(yáng)系前十大衛(wèi)星:第九名體積有地球1/600,水量與地球幾乎相等
提起 太陽(yáng)系的八大行星 ,大家都已經(jīng)很熟悉了,有些愛(ài)好天文的人甚至可以 由近到遠(yuǎn)、由遠(yuǎn)到近地把八個(gè)行星的名字背下來(lái),或者按照行星的大小來(lái)排名。
可以說(shuō)八大行星的排名都被人類“玩膩了”。 那么,如果問(wèn) 太陽(yáng)系十大衛(wèi)星 呢?相信很多人都是一臉懵逼的 。那么就讓我們走進(jìn)太陽(yáng)系的衛(wèi)星們!
衛(wèi)星原本指的是圍繞行星運(yùn)行的天體,后來(lái)人類朝太空發(fā)射的飛行器也叫做衛(wèi)星, 為了區(qū)分,那些天體們被稱為天然衛(wèi)星,人類發(fā)射的叫做 人造衛(wèi)星 。 如果要按照等級(jí)來(lái)說(shuō)的話, 太陽(yáng)系最高等級(jí)是 太陽(yáng) ,其次是行星,接下來(lái)就是衛(wèi)星。
太陽(yáng)系只有兩個(gè)行星沒(méi)有自己的衛(wèi)星,一個(gè)是 水星 ,另一個(gè)是 金星 ,從地球開(kāi)始,后面的行星都有自己的衛(wèi)星, 其中 土星 的衛(wèi)星最多,有82顆。 在這之前, 最高紀(jì)錄是 木星 的79顆 。另外 天王星 和 海王星 也分別有27顆和14顆衛(wèi)星,加上 地球 的獨(dú)苗苗衛(wèi)星 月球 以及 火星 的兩顆, 太陽(yáng)系已知的衛(wèi)星數(shù)量已經(jīng)超過(guò)了200顆。
很多人用母親和孩子的關(guān)系來(lái)形容行星和衛(wèi)星,其實(shí)從二者的誕生來(lái)說(shuō),這個(gè)說(shuō)法并不準(zhǔn)確。 以我們地球的衛(wèi)星月球?yàn)槔婚_(kāi)始天文學(xué)家也認(rèn)為它是地球“生”的,甚至還找到了“證據(jù)”——太平洋的體積。
后來(lái)人類登上了 月球 ,采集了月球的土壤和巖石,發(fā)現(xiàn)與地球并不相同。原來(lái)一切都是美麗的巧合, 只能說(shuō)地球給我們開(kāi)的一個(gè)玩笑,太平洋的體積只不過(guò)是剛好與月球相近罷了。
一般認(rèn)為,天然衛(wèi)星的來(lái)源有兩種方式, 一種是行星自身被撞擊,一部分被砸出來(lái)混合著撞擊天體形成的 ,如月球;另一種是行星質(zhì)量太大,將一些小行星俘獲進(jìn)入自己的軌道,比如 木星 的大部分衛(wèi)星。
衛(wèi)星的形狀不一定是球體,比如木星和 土星 的大部分衛(wèi)星就是形狀不規(guī)則的大巖石 。并且衛(wèi)星的大小相差也很大,有些衛(wèi)星的體積甚至能超過(guò)太陽(yáng)系的某些行星。
太陽(yáng)系八大行星我們很熟悉了,但要說(shuō)太陽(yáng)系的十大衛(wèi)星,大部分人還是很陌生, 畢竟大家最熟悉的衛(wèi)星估計(jì)就只有我們的月球了。 如果光看體積大小的話,排名第一的是 木衛(wèi)三 ,直徑有5262公里,比行星水星還要大,然而它的質(zhì)量大約只有水星的一半。
因?yàn)樗鞘菍?shí)打?qū)嵉膸r石星球,而木衛(wèi)三上面,巖石只是一部分, 因?yàn)殡x太陽(yáng)太遠(yuǎn),上面的氣體、液體都呈現(xiàn)固態(tài),所以讓整個(gè)衛(wèi)星看起來(lái)很大。 排名第二的衛(wèi)星是 土衛(wèi)六 ,它只比木衛(wèi)三小一點(diǎn)點(diǎn),直徑5150公里,同樣比水星大但質(zhì)量遠(yuǎn)不如水星。
這是因?yàn)橥列l(wèi)六“水分”太大, 這也是太陽(yáng)系唯一擁有厚重大氣層的衛(wèi)星,大氣中含量最高的氣體和地球一樣是氮?dú)狻?/strong> 而且土衛(wèi)六表面的地貌和地球十分相似,有河流湖泊,高山峽谷。 然而塑造這些地貌的不是水,而是上面的液態(tài)甲烷 。
從第三名 木衛(wèi)四 開(kāi)始,體積逐漸等于或者小于水星了 ,緊隨其后的是 木衛(wèi)一 ,這顆衛(wèi)星從拍攝到的照片看,像發(fā)霉了一樣。實(shí)際上是 木衛(wèi)一 表面遍布火山和熔巖, 那些像發(fā)霉的“霉點(diǎn)”其實(shí)是火山口 。同時(shí)木衛(wèi)一還是一個(gè)火山運(yùn)動(dòng)頻繁的衛(wèi)星, 所以它幾乎每時(shí)每刻都在改變自己的外貌,以至于隕石撞擊的坑都留不住 。
我們的 月球 排在十大衛(wèi)星的 第五位 , 第六到第八位 分別是 木衛(wèi)二 、 海衛(wèi)一 和 天衛(wèi)三 , 排名第九的是 土衛(wèi)五 , 第十名是 天衛(wèi)四 。 這其中最吸引人目光的,是木衛(wèi)二和土衛(wèi)五。前者是因?yàn)榭赡艽嬖谠杏暮Q?,后者則是一顆小小的衛(wèi)星上,有著與地球差不多的水資源儲(chǔ)量。
土衛(wèi)五 是土星那82顆衛(wèi)星里平平無(wú)奇的一顆,就大小來(lái)說(shuō)它比不上同屬土星軌道的 土衛(wèi)六 。 它的半徑只有764公里,體積是地球的1/600,質(zhì)量上就差得更遠(yuǎn)了。 可就是這么一顆小衛(wèi)星,有75%都是水。
經(jīng)過(guò)天文學(xué)家的計(jì)算, 土衛(wèi)五上的水的體積大約為13.76億立方千米 ,而地球上所有形態(tài)的 水的總體積 估值為13.8億立方千米,土衛(wèi)五的水總量與地球幾乎相等。
因?yàn)? 土衛(wèi)五 距離太陽(yáng)實(shí)在是太遠(yuǎn)了 ,所以它上面的水呈現(xiàn)固態(tài),就算是太陽(yáng)照射到的一面表面溫度也有 零下174度 ,而衛(wèi)星的表面溫度常年在 零下200度 左右, 它是一顆名副其實(shí)的 冰凍星球 。由于上面的水都是固態(tài),所以不敢妄下結(jié)論它是否存在生命或者孕育生命的條件。
天文學(xué)家通過(guò) 卡西尼探測(cè)器 觀察了土星以及其衛(wèi)星,其中就包括了土衛(wèi)五。 從返回的照片看,土衛(wèi)五竟然有自己的光環(huán)。我們知道土星最出名的地方就是它的光環(huán), 光環(huán)里面主要成分是冰、塵埃顆粒以及少量氣體 ,因?yàn)榉瓷淞颂?yáng)的光而呈現(xiàn)美麗的顏色。 土衛(wèi)五的光環(huán) 雖然沒(méi)有自己圍繞的土星明亮,主要的成分也就是水蒸氣混合著一些冰顆粒。
起初天文學(xué)家以為這是土衛(wèi)五自己形成的,畢竟它本身就是一顆冰凍星球,出現(xiàn)這種情況也能解釋。然而經(jīng)過(guò)天文學(xué)家的仔細(xì)研究, 這些光環(huán)的形成竟然是因?yàn)?彗星 撞擊土星,造成了很多碎片,飄到土衛(wèi)五附近的 。土衛(wèi)五的自轉(zhuǎn)周期與公轉(zhuǎn)周期同步,大約為4.5天, 因此它和土星出現(xiàn)潮汐鎖定,永遠(yuǎn)只有一個(gè)面朝向土星。
人類之所以對(duì)于土衛(wèi)五寄予厚望,不為別的,就是為了它上面的水。要知道水對(duì)于整個(gè)地球的重要性,生命起源與水中,即使經(jīng)歷了30多億年的進(jìn)化,現(xiàn)在也不能離開(kāi)水生活。 而地球的水中,絕大部分都是不可飲用的海水,所以人類急需淡水。 不管是為了今后的生存還是未來(lái)的 太空移民 , 每一顆有水的天體都是人類不愿意放過(guò)的對(duì)象。
人類已經(jīng)確定八大行星里面只有地球存在生命,但是卻不能肯定太陽(yáng)系這200多顆衛(wèi)星不存在生命。 這其中木衛(wèi)二存在生命的呼聲最高,它在十大衛(wèi)星里排名第六,比土衛(wèi)五要大一點(diǎn)。 天文學(xué)家推斷, 木衛(wèi)二 的表面被冰覆蓋,但是在冰層之下存在著海洋。
地球的生命就是誕生在那片遠(yuǎn)古的海洋之中,木衛(wèi)二的海洋里極有可能有生命形態(tài)。 更讓天文學(xué)家興奮的是,木衛(wèi)二稀薄的大氣層里,居然有氧氣。
因?yàn)橥列l(wèi)二與太陽(yáng)的距離比土衛(wèi)五要近很多,所以到達(dá)它表面的太陽(yáng)能量遠(yuǎn)高過(guò)土衛(wèi)五, 這導(dǎo)致 土衛(wèi)二 的表面發(fā)生了少許水分解,產(chǎn)生氫氣和氧氣逃逸到衛(wèi)星上空。
我們?yōu)槭裁匆ù罅庋芯縿e的恒星的衛(wèi)星? 這是因?yàn)槿祟愔?,有一天我們不得不離開(kāi)地球,前往別的星球居住 ,如果能夠離開(kāi)整個(gè)太陽(yáng)系自然是好事,可如果那天到來(lái)的時(shí)候,人類依舊沒(méi)有能力離開(kāi)太陽(yáng)系呢? 因此在 太陽(yáng)系 找好后路對(duì)于人類來(lái)說(shuō)十分重要。
大家都在說(shuō)移民火星,可是火星的環(huán)境其實(shí)并不適合人類居住。 最重要的一點(diǎn)是 火星 沒(méi)有足夠人類使用的液態(tài)水,它的水只存在于兩極之中,在夏季就會(huì)消散殆盡。
并且 太陽(yáng)的壽命 也是有限的,人類估算的它還有大約50億年的壽命,可誰(shuí)能確定太陽(yáng)不會(huì)提前進(jìn)入自己的紅巨星時(shí)期呢? 膨脹的太陽(yáng)甚至?xí)由斓交鹦堑能壍栏浇?,屆時(shí)整個(gè)木星的以及它的衛(wèi)星都會(huì)接收到從來(lái)未曾有過(guò)的能量。
木衛(wèi)二、土衛(wèi)五等衛(wèi)星上的冰會(huì)熔化,形成一片海洋,加上太陽(yáng)此時(shí)傳遞的熱量。 比起火星,可能那個(gè)時(shí)候的一些衛(wèi)星更適合人類居住。 雖然太陽(yáng)系這200多顆衛(wèi)星中,大部分都是光禿禿的巖石,但也不乏驚喜。
從距離我們最近的 月球 ,到距我們上億公里的土衛(wèi)五,人類 探索 的腳步不會(huì)停下, 至少太陽(yáng)系里還有很多秘密需要我們發(fā)現(xiàn)。
三、太陽(yáng)系行星排行榜?
1、木星 Jupiter:
直徑: 142,984 千米 (赤道)
質(zhì)量: 1.900e27 千克
2、土星 Saturn:
直徑: 120,536 千米 (赤道)
質(zhì)量: 5.68e26 千克
3、天王星 Uranu:
直徑: 51,118 千米(赤道)
質(zhì)量: 8.683e25 千克
4、海王星 Neptune:
直徑: 49,532 千米(赤道)
質(zhì)量: 1.0247e26 千克
5、地球 Earth:
直徑: 12,756.3 千米
質(zhì)量: 5.9736e24 千克
6、金星 Venu:
直徑: 12,103.6 千米
質(zhì)量: 4.869e24 千克
7、火星 Mar:
直徑: 6,794 千米
質(zhì)量: 6.4219e23 千克
8、水星 Mercury:
直徑: 4,880 千米
質(zhì)量: 3.30e23 千克
9、冥王星 Pluto:
直徑: 2274 千米
質(zhì)量: 1.27e22 千克
擴(kuò)展資料:
被降級(jí)的行星——冥王星:
在2006年8月24日國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)大會(huì)召開(kāi)之后,經(jīng)過(guò)投票表決,冥王星被降級(jí)為矮行星,至此太陽(yáng)系只剩下八顆行星?!熬糯笮行恰钡恼f(shuō)法已經(jīng)成為歷史,取而代之的是“八大行星”。
冥王星被“踢”出行星行列。不過(guò)有失亦有得,冥王星的戲劇性命運(yùn)又為它在語(yǔ)言學(xué)史上贏得了一席之地。
冥王星的“降級(jí)”引發(fā)了全美人民對(duì)冥王星的深深同情,原本只有名詞含義的"Pluto"(冥王星)一詞被語(yǔ)言學(xué)家們賦予了動(dòng)詞含義,用來(lái)表示“使某人或某物降級(jí)或貶值”。而"Pluto"的過(guò)去式"Plutoed"也因此具有了“被降級(jí)、被貶”的含義。例如:"You are plutoed"一句可以表示“你被降級(jí)了”;而"American Dollars are plutoed"則可表示“美元在貶值”。
在2006年舉行的國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)第26屆大會(huì)上,冥王星被正式從太陽(yáng)系九大行星之列中除名,并被歸入矮行星之列。從那時(shí)起,冥王星便被認(rèn)為是柯伊伯小行星帶中最大的天體之一。
美國(guó)伊利諾伊州政府認(rèn)為,冥王星被不正確地“降低了地位”。其聲明中指出,在國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)中,只有4%的天文學(xué)家投票贊成將冥王星“降級(jí)”。因此,冥王星事實(shí)上遭到了“不公正”的對(duì)待。
冥王星于1930年由美國(guó)天文學(xué)家克萊德湯博發(fā)現(xiàn)。其先前之所以能被劃入行星之列,是因?yàn)槿藗冏畛踉`認(rèn)為其尺寸與地球相當(dāng)。冥王星是九大行星中體積最小的一個(gè),而且比那八顆行星要小得多。冥王星直徑僅為2300公里左右,比地球的衛(wèi)星還小。它的軌道也非常特別,與其它八顆行星運(yùn)轉(zhuǎn)的軌道有一個(gè)角度。
尤其是在2003年發(fā)現(xiàn)“齊娜”(Xena)后,冥王星的地位遭到了進(jìn)一步的動(dòng)搖?!褒R娜”的直徑約為3000公里,和太陽(yáng)之間的距離大約是冥王星和太陽(yáng)間距離的3倍,繞行太陽(yáng)一周得花560年。美國(guó)加州技術(shù)研究所的科學(xué)家在柯伊伯帶發(fā)現(xiàn)了它,并將其編號(hào)為UB313。經(jīng)過(guò)兩年的觀察,他們?cè)?003年7月向外界公布了這一發(fā)現(xiàn),并引起太陽(yáng)系是否存在第十大行星的熱烈討論。
冥王星(讀音:míng wáng xīng)起初被認(rèn)為是太陽(yáng)系中的一顆大行星,但是在2006年8月24日于布拉格舉行的第26屆國(guó)際天文聯(lián)會(huì)中通過(guò)第五號(hào)決議,將冥王星劃為矮行星(Dwarf Planet)。在2008年6月,國(guó)際天文學(xué)會(huì)再將冥王星做為子分類類冥矮行星(Plutoid)的原型。
參考資料來(lái)源:百度百科 - 九大行星
參考資料來(lái)源:百度百科 - 太陽(yáng)系
四、這10大天文學(xué)突破,你知道幾個(gè)?
科學(xué)的進(jìn)步有兩種方式:
第一種是知識(shí)和數(shù)據(jù)的日積月累。在天文學(xué)領(lǐng)域有很多這樣的例子,比如精確地測(cè)量恒星的距離、質(zhì)量、光度、溫度和光譜就是一個(gè)漫長(zhǎng)而艱苦的積累過(guò)程。
第二種是”突破“,我們對(duì)宇宙的認(rèn)知在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生了戲劇性的變化,這些都是重大的范式轉(zhuǎn)移。例如,在15世紀(jì)的時(shí)候,我們認(rèn)為地球便是宇宙的中心。但到了17世紀(jì),太陽(yáng)成了宇宙的中心(盡管這個(gè)想法也沒(méi)能維持多久)。
1
銀河系是宇宙中唯一的星系嗎?至少在100年前,這個(gè)答案是肯定的。但到了1923年, 哈勃 (Edwin Hubble)使用胡克望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了M31(仙女座星系)中的一顆 造父變星 ,一切都改變了。基于另一名天文學(xué)家 勒維特 (Henrietta Leavitt)的工作,哈勃得出了一個(gè)驚人的結(jié)論:M31距離我們90萬(wàn)光年,遠(yuǎn)在銀河系之外!自此之后,我們才意識(shí)到原來(lái)銀河系并非獨(dú)一無(wú)二,宇宙中包含了大量的星系,這是天文學(xué)突破和范式轉(zhuǎn)移的一個(gè)絕妙例子。今天的天文觀測(cè)告訴我們,宇宙中的星系數(shù)量并不是幾萬(wàn)、幾十億或幾千億,而是高達(dá)兩萬(wàn)億個(gè)!從一到萬(wàn)億,這是多么巨大的變化??!
2
愛(ài)因斯坦 曾一度認(rèn)為,宇宙是靜止的。但事實(shí)真的如此嗎?
1929年,哈勃運(yùn)用胡克望遠(yuǎn)鏡共測(cè)量了46個(gè)星系的距離和速度。他將這些數(shù)據(jù)繪制成圖像,結(jié)果顯示:星系的退行速度與距離成正比,且斜率為500km/s/Mpc(這個(gè)值被稱為哈勃常數(shù))。換句話說(shuō), 哈勃發(fā)現(xiàn)了宇宙正在膨脹,而且距離地球越遠(yuǎn)的星系,遠(yuǎn)離我們的速度也就越快 !這是多么驚人的發(fā)現(xiàn)啊,而且一個(gè)膨脹的宇宙也暗示著在遙遠(yuǎn)的過(guò)去,宇宙有一個(gè)開(kāi)端。
哈勃常數(shù)非常重要,它可以被用來(lái)計(jì)算宇宙的年齡。最初的估計(jì)偏離得有些離譜——宇宙的年齡比地球還要小!但隨著技術(shù)的進(jìn)步,宇宙學(xué)家得到了越來(lái)越精確的數(shù)值?,F(xiàn)在,哈勃常數(shù)被確定在70km/s/Mpc左右,宇宙的年齡為138億年。(事實(shí)上,在過(guò)去幾年中,宇宙學(xué)家發(fā)現(xiàn)不同的測(cè)量方法得到的哈勃常數(shù)并不一致!詳見(jiàn):《宇宙學(xué)危機(jī):無(wú)法統(tǒng)一的哈勃常數(shù)!》)
到了1998年,天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)宇宙不僅在膨脹,而且是在加速膨脹,導(dǎo)致加速膨脹的幕后推手被稱為” 暗能量 “,但沒(méi)有人知道暗能量的真面目。
3
上個(gè)世紀(jì)初,我們對(duì)恒星的認(rèn)識(shí)依然是非常匱乏的。當(dāng)時(shí),天文學(xué)家意識(shí)到恒星都很老,它們的年齡甚至超過(guò)了10億年,在它們生命周期的大部分時(shí)間內(nèi)都是非常明亮的。但天文學(xué)家并不知道,恒星為何能夠產(chǎn)生如此巨大的能量。到了1905年,愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論和 質(zhì)能等價(jià) 理論(E = mc²)觸發(fā)了一場(chǎng)革命。
愛(ài)丁頓 (Arthur Eddington)爵士是最早認(rèn)識(shí)到恒星是全部由氣體組成的人之一,他還意識(shí)到,恒星的穩(wěn)定性是 向內(nèi)的引力 與 向外的氣體和輻射產(chǎn)生的壓力 相抗衡的結(jié)果。愛(ài)丁頓據(jù)此推導(dǎo)出了恒星的 質(zhì)量-光度關(guān)系 ,這對(duì)于理解恒星演化至關(guān)重要。
1926年,愛(ài)丁頓指出,太陽(yáng)中心的氣體密度是水的密度的100多倍,這個(gè)區(qū)域的溫度超過(guò)10⁷開(kāi)爾文。恒星內(nèi)部的溫度是如此之高,核反應(yīng)的速率將達(dá)到不可忽略的程度。然而,到底是哪種形式的質(zhì)量被摧毀并轉(zhuǎn)化成能量呢?
在1920年, 阿斯頓 (Francis Aston)正在使用自己發(fā)明的質(zhì)譜儀測(cè)量一些原子和同位素的質(zhì)量。他發(fā)現(xiàn),四個(gè)氫原子比一個(gè)氦原子要重。而其他科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)表明氫和氦是組成恒星的主要成分。
將這些因素結(jié)合起來(lái)解決了恒星的能量生成問(wèn)題,接下來(lái)必須有人確切地證明這個(gè)過(guò)程是如何進(jìn)行的。這個(gè)人就是貝特(Hans Bethe)。1939年,貝特提出了 碳氮氧 (CNO)循環(huán),之后他又提出了 質(zhì)子-質(zhì)子循環(huán) 。這些過(guò)程都極其緩慢,因而恒星會(huì)在主序階段停留漫長(zhǎng)的時(shí)間,緩慢且溫和地將氫轉(zhuǎn)化為氦。在此期間,它們的光度變化非常微弱。
恒星能量來(lái)源的機(jī)制最終引導(dǎo)天文學(xué)家從總體上解決了恒星演化問(wèn)題,這個(gè)過(guò)程整整花了35年時(shí)間。
4
在恒星能量機(jī)制被搞清楚之前,天文學(xué)家意識(shí)到絕大多數(shù)恒星本質(zhì)上只有兩種類型,即所謂的” 矮星 “和” 巨星 “。
1911年, 赫茨普龍 (Ejnar Hertzsprung)繪制了恒星的視星等與光譜類型的關(guān)系,這些恒星來(lái)自昴星團(tuán)與畢宿星團(tuán)等疏散星團(tuán)。1914年, 羅素 ( Henry Norris Russell)充分利用最新的視差數(shù)據(jù),繪制了恒星的絕對(duì)星等與光譜類型的關(guān)系。赫茨普龍和羅素繪制的圖表如今被稱為赫茨普龍-羅素圖,簡(jiǎn)稱 赫羅圖 。
赫茨普龍和羅素都發(fā)現(xiàn)存在兩種主要的恒星類型:一種是更為常見(jiàn)的矮星,這些太陽(yáng)大小的恒星占據(jù)了圖表中的“主序帶”,被稱為主序星,主序星的光度大約與溫度的6.7次方成正比;另一種是不那么常見(jiàn)的巨星,它們的絕對(duì)星等約為0。
隨著時(shí)間的推移,更多的恒星類被添加進(jìn)圖表當(dāng)中。一種是地球大小的黯淡的 白矮星 ,它們的絕對(duì)星等在10到14之間,光譜類型大約是B型和A型。另一種是更為罕見(jiàn)的 超巨星 ,它們是質(zhì)量最大且最明亮的恒星,絕對(duì)星等在-5到-8之間。
5
在1900年的時(shí)候,人們普遍認(rèn)為恒星與地球具有相同的組成。從1925年以來(lái),天文學(xué)家開(kāi)始意識(shí)到恒星主要由氫和氦組成,這顯然是一個(gè)重大的范式轉(zhuǎn)移。
佩恩 (Cecelia Payne)是這場(chǎng)科學(xué)變革的先鋒。1925年,在她那篇著名的博士論文《恒星大氣》中,佩恩運(yùn)用了物理學(xué)家薩哈(Meghnad Saha)在1920年推導(dǎo)出的方程,將光譜線強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為原子數(shù),并最終提出恒星主要由氫和氦這兩種元素組成。
這個(gè)領(lǐng)域的第二個(gè)重大突破是認(rèn)識(shí)到恒星主要有兩種組成類型:富金屬的第一星族和貧金屬的第二星族。這是 巴德 (Walter Baade)在1943年發(fā)現(xiàn)的。
第三個(gè)突破是解釋恒星為什么具有獨(dú)特的化學(xué)組成,以及這種化學(xué)組成如何隨時(shí)間變化。有兩項(xiàng)成果推動(dòng)了這個(gè)突破:第一項(xiàng)成果解釋了宇宙大爆炸后氫氦混合物的初始比例為75% : 25%;第二項(xiàng)成果來(lái)自于伯比奇夫婦(Margaret Burbidge 和Geoffrey Burbidge)、 福勒 (William Fowler)和 霍伊爾 (Fred Hoyle)四人的工作,他們解釋了將氫轉(zhuǎn)化為氦的核合成過(guò)程,并擴(kuò)展到了碳、氧、硅、硫、氬、鈣直到鐵等重元素的生成;隨后這四位科學(xué)家還證明,超新星爆發(fā)時(shí)的快中子捕獲過(guò)程創(chuàng)造了比鐵重的元素,從而將恒星的組成進(jìn)一步擴(kuò)展到金、鉑和鈾等元素。
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宇宙中有什么?太陽(yáng)、行星、彗星、恒星、銀河系……在上個(gè)世紀(jì)初,我們所知道就只有這些很普通的天體。但有沒(méi)有可能存在一些更加極端的天體?有的。
當(dāng)恒星耗盡自身的燃料時(shí),就會(huì)出現(xiàn)奇異的天體。低質(zhì)量的恒星會(huì)演化為地球大小的白矮星,白矮星依靠?jī)?nèi)部的 電子簡(jiǎn)并壓 與 引力 相抗衡。1930年, 錢德拉塞卡 (Subrahmanyan Chandrasekhar)計(jì)算出了白矮星的質(zhì)量不會(huì)超過(guò)1.4個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量。一旦恒星的質(zhì)量超過(guò)這個(gè)值,恒星就會(huì)進(jìn)一步坍縮成為 中子星 。1933年,巴德和茲威基(Fritz Zwicky)預(yù)言許多中子星是超新星爆發(fā)的產(chǎn)物。到了1967年,伯奈爾(Jocelyn Bell-Burnell)通過(guò)射電望遠(yuǎn)鏡探測(cè)到了第一顆脈沖星的信號(hào)(脈沖星是快速旋轉(zhuǎn)的中子星)。最后,那些質(zhì)量超過(guò)3個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的恒星將進(jìn)一步坍縮形成最極端的天體—— 黑洞 。
還有一種奇異的存在是類星體。1963年,施密特(Maarten Schmidt)探測(cè)到了一個(gè)強(qiáng)烈的射電源——類星體3C 273,它的紅移高達(dá)0.158,看起來(lái)就像是一個(gè)視星等為13的明亮恒星以16.6%的光速遠(yuǎn)離地球。最后天文學(xué)家發(fā)現(xiàn),類星體實(shí)際上是星系中央的活動(dòng)星系核,包含了一個(gè)超大質(zhì)量黑洞,在黑洞的周圍是一個(gè) 吸積盤 ,并且會(huì)釋放出 相對(duì)論性噴流 。
除了類星體外,活動(dòng)星系核包含了大量的子類,包括低電離星系核、塞弗特星系核、耀變體、射電星系等。
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1964年, 彭齊亞斯 (Arno Penzias)和 威爾遜 (Robert Wilson)試圖用喇叭型天線找到從通信衛(wèi)星上反射回的射電波時(shí),他們接收到了無(wú)法解釋的一些噪音。當(dāng)他們排除了一切可能性后(包括清理了鳥(niǎo)糞和移走了鳥(niǎo)巢),最終發(fā)現(xiàn)這是一些理論學(xué)家苦苦尋找的 宇宙微波背景 (CMB)——這是 大爆炸 遺留下的熱輻射。
1949年,霍伊爾做客BBC的時(shí)候提到了”大爆炸“一詞,用來(lái)描述宇宙有一個(gè)開(kāi)端、且一直在膨脹的想法。當(dāng)然,霍伊爾本身?yè)碜o(hù)的是另一個(gè)理論—— 穩(wěn)恒態(tài)理論 。穩(wěn)恒態(tài)理論曾是大爆炸理論的競(jìng)爭(zhēng)理論,但當(dāng)宇宙微波背景被發(fā)現(xiàn)后,它也因此失去了立場(chǎng)。
如今,隨著望遠(yuǎn)鏡的不斷升級(jí),科學(xué)家能夠以更高的精確度測(cè)量宇宙微波背景,并可以從中計(jì)算出 宇宙的年齡、組成、膨脹率 等信息。
8
宇宙的大部分似乎都是由我們看不見(jiàn)的物質(zhì)組成的,那些“發(fā)光”的可見(jiàn)物質(zhì)只占總量的5%。早在1937年,茲威基就發(fā)現(xiàn)了一個(gè)奇怪的現(xiàn)象:他研究了后發(fā)星系團(tuán)后發(fā)現(xiàn),星系團(tuán)中所包含的物質(zhì)總質(zhì)量是可見(jiàn)物質(zhì)質(zhì)量總和的400倍。
到了上世紀(jì)70年代, 魯賓 (Vera Rubin)發(fā)現(xiàn),在距離星系中心越遠(yuǎn)的地方,星系的旋轉(zhuǎn)速度曲線并不會(huì)降低。而此前人們都認(rèn)為,星系的大部分質(zhì)量都集中在核心區(qū)域,星系中物體的旋轉(zhuǎn)速度應(yīng)該隨著距離的增加而減慢,就像太陽(yáng)系中那樣,邊緣物體的旋轉(zhuǎn)速度比中心天體的慢一些。這個(gè)矛盾揭示出,星系中存在缺失的質(zhì)量,這就是包裹著星系并延伸到星系邊緣以外的 暗物質(zhì)暈 。但直到今天,我們?nèi)匀徊恢腊滴镔|(zhì)究竟是什么。
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100年前,我們只知道一個(gè)行星系統(tǒng)——我們居住的太陽(yáng)系。隨著時(shí)間推移,一些天文學(xué)家認(rèn)為,某些鄰近恒星的軌跡的輕微搖擺暗示著,在它們周圍應(yīng)該也有行星的存在。
但直到20世紀(jì)末(更精確的說(shuō)是9935天以前),天文學(xué)家才確認(rèn)了第一顆太陽(yáng)系以外的行星。自那之后,科學(xué)家通過(guò)不同的手段,確認(rèn)發(fā)現(xiàn)了超過(guò)3700顆的系外行星。這些系外行星按照6種質(zhì)量(大?。┖?種溫度被分類為18個(gè)類別。
除了研究這些系外行星的性質(zhì)之外,科學(xué)家希望他們能夠在這些不同的世界中找到生命可能存在的蛛絲馬跡。
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我們無(wú)法“看到”恒星的內(nèi)部。我們對(duì)太陽(yáng)光球?qū)拥囊曇翱梢匝由斓酱蠹s500公里的深度,但相比于太陽(yáng)大約70萬(wàn)公里的半徑,我們?nèi)匀挥泻荛L(zhǎng)的路要走。因此,恒星內(nèi)部一直是理論天文物理學(xué)家才能涉足的領(lǐng)域。
但過(guò)去幾十年里出現(xiàn)了兩個(gè)突破。第一個(gè)來(lái)自對(duì)太陽(yáng)中微子的探測(cè)。1930年,泡利(Wolfgang Pauli )首次預(yù)言了中微子的存在,但等待了25年的時(shí)間才被驗(yàn)證。這是因?yàn)橹形⒆訋缀醪慌c物質(zhì)作用,因此非常難以探測(cè)到。
在太陽(yáng)和其他恒星內(nèi)部的一系列核反應(yīng)將氫轉(zhuǎn)化為氦,同時(shí)產(chǎn)生中微子。每秒鐘,有數(shù)萬(wàn)億的中微子在穿過(guò)我們的身體,但我們卻毫無(wú)察覺(jué),這是非常令人震驚的事實(shí)。戴維斯(Raymond Davis Jr)是第一個(gè)敢于嘗試證明太陽(yáng)中微子存在物理學(xué)家,他在霍姆斯特克金礦中建造了一個(gè)巨大的中微子探測(cè)器。在長(zhǎng)達(dá)30年的時(shí)間里,他成功的捕捉到了2000個(gè)太陽(yáng)中微子,并因此證明了太陽(yáng)的能量來(lái)源于聚變。
第二個(gè)突破來(lái)自于日震學(xué),這是一門利用太陽(yáng)表面聲波和聲震蕩來(lái)研究太陽(yáng)內(nèi)部的物質(zhì)特性和運(yùn)動(dòng)特征的學(xué)科,類似于從地球內(nèi)部地震波的傳播行為來(lái)推測(cè)地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
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