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宇宙解密(2)----神奇的天体们  

2010-12-06 09:47:30|  分类: 天文知识普及区 |  标签: |举报 |字号 订阅

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1〉从我们地球上可以观测到的最远的星系离我们有多远?

在大气晴朗的夜晚,我们的头顶上会出现无数的星星,它们都是137亿年前诞生的宇宙在漫长的时间里创造出来的。虽然居住在城市的我们,很少可以看到繁星满天,但每次观星后的感动,一直都会很久地在心中荡漾。

但是,这些让我们心神荡漾的星光,却全部都是过去很久以前发射出来的哦。比如说,我们看到的人马座@星,实际上是4.4年前的样子,而著名的天狼星,实际上是8.6年前的样子。(见下图红圈内)

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不仅仅是夜空,实际上,照射到大地上的太阳的光芒,也是8分钟前发射出来的。

我们所看到的一切来自宇宙的光芒,全部都是以前的,都是过去式。这说明什么问题呢?这说明了宇宙实在是太广大深邃了。

我们知道,这个世界上跑得最快的就是光了。在真空中的光速是每秒30万公里,那么,一个小时光可以传播的距离就是10亿8千万公里。一光年的距离呢,就是9兆4千亿公里了。

比如说,作为最明亮的恒星而著名的天狼星,距离我们地球8.6光年。如果你的孩子刚上小学一年级,你带上他去看星星,他伸着手指头,指着天上这颗最亮的恒星兴奋地喊:看到星星啦!我看到星星啦!实际上,这时他看到的星光,是他出生前天狼星发出来的呢(见下图)。

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还有我们大家都很熟悉的北极星,距离我们地球居然有430光年之遥。
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我们每次使用赤道仪的时候,都要用极轴望远镜对准北极星来校准天的北极,以便我们跟踪并观察天体。可是大家知道么?我们现在利用的北极星光,是中国明朝的时候发射出来的。

这么远?可能有的朋友会这么惊叹吧。实际上,相对于广阔的宇宙来说,上面我们举的天狼星以及北斗星的例子,都还是是我们地球的近邻,因为宇宙实在是太大了。

那么,我们在地球上可以观测到了距离我们最远的星系是谁呢?它是距离我们128.8亿光年之远的IOK-1。它是于2006年被日本生产的昴星望远镜所发现的。

 

 

 

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这个星系是我们可以看到的距离我们最远的星系,大约129亿年前的样子,也就是宇宙诞生8亿年后的样子。这是我们人类首次看到宇宙初期的样子。

这些在悠久的时间长河里流淌的星光,可能就是让我们心神荡漾的原因吧。

 

2〉正在膨胀中的宇宙内,星系是怎么运动的?

美国的天文学家哈佛发现,越是距离我们地球越远的星系,正在以越快的速度远离我们地球而去。比如说,距离我们1亿光年远的星系正在以每秒2200公里的速度离开我们,而距离我们2亿光年的星系,却正在以每秒4400公里的速度远离我们而去。

另外,星系的形状,会使我们产生联想,会让我们认为星系也正在膨胀中。

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但是,实际上星系没有膨胀。这有点像烤葡萄面包,面包膨胀了,里面葡萄的相互距离就会分开,但是葡萄本身的大小并没有什么变化。

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另外,并不是所有的星系的相互距离都在拉大。事实上,有些星系的相互距离正在缩短。比如说,距离我们地球230万光年的仙女座星系,就正在向我们的银河靠拢,原因是我们的银河系和仙女座星系在重力的作用下相互吸引造成的。也就是说,随着宇宙的膨胀,很多星系间的距离正在加大,另外,还有一些星系却在相互靠拢。因此,宇宙空间里并不是均匀地分布着星系,有星系密集的地区,也有比较稀疏的地区。
在星系密布的空间,我们称之为星系群,星系团,甚至还有超星系团这样的称呼。
星系群:
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星系团:

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超星系团:
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反过来,我们称那些没有星系的空间为----超空洞。
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宇宙的这种既有密集的星系空间,又有超空洞的这种结构,就有点像肥皂的泡泡。泡泡的表面,就是星系们集中的地区,而泡泡的中心的空间,就是没有星系的超空洞区域。
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这种构造,被称为宇宙网状结构。
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3〉星星们也有寿命么?

天上星星亮晶晶,很是美丽。他们的绝大多数,都是像太阳一样的恒星,正在散发出巨大的光和热。另外,他们都是有寿命的,有着从诞生到消亡的星生历程。
按照寿命的长短,他们分为两种类型。一个是个体较小但是长寿型恒星,另一个是个体庞大但是短命型恒星。比如说,我们的太阳就属于长寿型的,它的寿命大约100亿年。恒星之所与能够产生光和热,是因为内部的氢正在发生核反应造成的。太阳把自己的氢耗尽所需的时间,大约是100亿年。
那么,短命型的恒星是什么样子的呢?他们的体积一般要比太阳大10倍以上。由于体积庞大,内部的核反应程度会骤然加剧,氢的消耗量也要大得多。一般来说,这样的恒星的寿命,也就几千万年而已。是太阳的数百甚至是1000分之1的寿命。
所以说,决定恒星寿命的最重要的因素,就是他的质量。质量越小,它的寿命也就会越长。
相信大家都听说过佛教的轮回之说吧?就是说人有生有死,人死后会投胎转世。好人死后会投胎转到好人家,下辈子就不会受苦了。坏人下辈子投胎就难说了,也可能变猪变鸡被人吃,也可能变牛变马做苦力,好一点的投胎到穷人家受苦。等等等等,不一而足。
这些说法,愿不愿意相信,是大家的自由,就不在这里讨论了。这里想说的是,这种说法,倒是跟恒星的转世轮回极为相似,让人大跌眼镜!
 
首先,即将寿终正寝的恒星,会变成什么样子呢?
它的中心会开始收缩,而外部则开始膨胀。膨胀的结果呢?会产生两种结果。
①个体较小的恒星(比如说太阳)会变成红巨星。
②个体庞大的恒星(比如说比太阳大10倍的恒星)会变成超红巨星。
红巨星会一边慢慢放出气体,一边逐渐萎缩成很小的白矮星。而超红巨星呢,由于释放出的气体多而会发生大爆炸-----也就是我们常听说的超新星爆炸。这种爆炸的结果,会使得芯的部分变成黑洞或者中子星。
到这里,就是一个恒星的终结了。但是同时,也是它投胎转世的开始。
红巨星以及超红巨星向宇宙里释放出的气体,含有大量的氧,氮,碳,铁等物质,这些都是组成一颗新的星体所必需的原料。
说道这里,我来跟大家解释一下,为什么我们把超红巨星终结时的大爆炸称作超新星爆炸呢?明明是终结了,却称之为新!这是因为在古代,我们人类就曾用肉眼观看到了这种爆炸现象,在以前没有星星的地方,看到了一个明亮的星点。在当时的地球人看来,似乎产生了一个新的星星,所以称之为超新星。另外,这个现象,实际上也是一个新的星体产生的前期准备阶段,从这个意义上来说,称之为超新星在某种意义上也是可以说的通的。
我们来看看距离我们地球8000光年的一个即将开始超新星爆炸的NGC3372的Eta Carina星,这个星体的质量是太阳的数十倍,19世纪就已经记录到了它的光度变化,考虑到8000万光年的距离,可以认为它已经成一个黑洞了。

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顺便看看爆炸残骸是什么样子的。
下面是金牛座的角前附近的蟹状星云。这个星体距离我们地球7200光年,大约在1054年被观测到的超新星爆炸。照片就是爆炸后的残骸。
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 4〉星星是怎样诞生的?

组成新的星体的原料,就是寿命终结后的星体向宇宙中释放出的元素(氧,氮,碳,铁等等)。这些元素在巨大的引力的作用下汇聚到一起,形成一种类似云状的形式,我们称之为星云。
星云形成的过程中,由于汇聚了大量的元素,在引力的作用下会吸引更多的元素汇集,这样就会在星云的内部产生热能,当中心温度超过100万度的时候,就会引发核反应,不久就会生成恒星。越是体积庞大的星云,就越会产生出更多的恒星,甚至星团,散发出光和热,照耀宇宙。
我们来举几个有名的例子吧。
喜欢天文摄影的朋友肯定都知道马头星云。

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那是因为它的形状非常像一匹马的头。
 
 
还有著名的M78星云。
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当然了,要说最最著名的,还是猎户座大星云了。

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大量的恒星,就在这样的星云的内部,已经或者正在被制造出来。每当我们抬头仰望星空,看到那些星云,想象着在那些个超级巨大的(直径约数十光年)星云妈妈的肚皮里,一颗颗太阳以及太阳的密集团块正在产生,那是何等壮观的奇景啊!


 
 
5〉令人瞠目结舌的大块头!

我们知道了超新星爆炸会产生出星间云,而星云会孕育出恒星。而这些恒星中,有的尺寸会大到让我们地球人瞠目结舌。
太阳的直径是140万公里(大约是地球直径的109倍),是宇宙中极其普通的一个恒星。而位于猎户座左肩的参宿四(见下图内红圈)就要比太阳大的多了。
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这个已经进入超红巨星的星体,正在准备迎接超新星爆炸的到来。它的直径大约是太阳的800倍。
 
说到大块头,我们来看看天仙王座的石榴石星,它的直径是太阳的1400倍。(在脑后以及右手之间)。

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而跟大犬座的天狼星相比,就会觉得上面几个都是小弟弟了。
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 它的直径是太阳的2100倍!

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除了天体的个头大小让我们地球人瞠目结舌,还有天体的温度,也远超出了我们地球人的想象。
船尾座的naosu星,其表面温度高达4万2千度以上,是太阳的7倍。
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只是它距离我们地球大约1500光年,所以烤不糊我们,大家不要慌。呵呵!
 
 类似这样的让我们地球人目瞪口呆的天体,在我们可以观看到的范围内还有很多很多......
 
 
 6〉星系是怎么诞生的?

 跟我们自己所处的银河系一样,宇宙里还有无数的这样的星系,这些星系是怎么诞生出来的呢?
之前,有很多种假设和推论,但是根据最近对宇宙观测的结果,最令人信服的理论应该是Bottom Up学说-------首先,星星们由于相互引力的作用而慢慢聚集到一起,形成星团,然后星团们相互吸引聚集,形成了规模比较小的星系。然后,小星系们相互冲突,合体,而成比较大的星系,然后,再相互吸引汇集,冲撞合体,再形成更大的星系.......这就是Bottom Up理论。
之前,还曾经出现过所谓的Top Down理论,也就是跟Bottom Up理论刚好相反的推论-------巨大的星间云分裂后形成了很多星系。
但是,最近的宇宙观测的结果,明显支持了Bottom Up理论。最初形成的星系在135亿年以前,而星系内部存在大量的星团(疏散星团和球状星团)。比如说在我们自己的银河系内,就有超过1000个的星团被发现了。另外,我们还观测到了星系们正在接近,冲撞,合体等等现象,这些都间接支持了Bottom Up理论的正确性。
疏散星团(见下图)。

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球状星团(见下图)。
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在这里我要说的是,目前这些理论还在求证当中,还没有证据表明这个Bottom Up理论就一定是(或者说是唯一的)正确的理论,对于宇宙的观察还在一直进行中!


 
 
 7〉如果星系相互冲撞了,星星们会怎么样?

距离我们银河230万光年的仙女座星系,现在正在以每秒134公里的速度向我们逼近!然后,最终我们会遇到下面的场景。
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 吧唧!撞在一块儿了。


有人可能会笑,可能么?那么就看看下面的照片吧。

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 那怎么办?那么到时候会不会有大量的巨大陨石和恒星冲撞我们的地球么?那不是太可怕了?
实际上,这样的担心是没有必要的。星系发生冲撞后,会产生什么后果呢?首先,由于受到冲产生的压力和引力的改变和增大,星系内部的各种气体,灰尘等元素受到压缩,星间云内部温度提高,会产生出更多的星体。而星体和星体之间发生冲撞的几率却是非常的低。那是因为星体之间的距离实际上是非常遥远的(相对于星体的个头而言)。发生冲撞后的星系,是一个1加1大于2的结果,因为冲撞会增加或者说加快恒星的诞生。
如果上面的解释还是不能让你安心,还是觉得冲撞太危险了。对于这样的朋友,我有一个脑筋急转弯问题,可以解除你的烦恼。如下。
问:青春痘长在什么部位不让你担心?
答:长在别人脸上不让我担心。
呵呵,那个正在以每秒135公里急速向我们的银河系扑来的仙女座大星系,估计需要30亿年才可以碰到银河哦。
 
我们来看看正在发生冲撞的IC2163和NGC2207,这两个星系合并成一个星系,估计也还需要数十亿年的时间。

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 8〉星系的形状

通过对宇宙的观察,我们总结了宇宙中常见的星系的形状。它们一共有4种,分别是。
涡卷星系(见下图)。
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棒状涡卷星系(见下图)。
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椭圆星系(见下图)。

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不规则星系(见下图)。
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 所谓涡卷星系,有一个膨胀隆起的中心部分,这里聚集了很多的星体。然后,沿着中心部分向外展开出很多条胳膊,然后,这些胳膊弯曲盘起形成一个圆盘状。
棒状涡卷星系在本质上跟涡卷星系是一样的,唯一不同的是中心部分,它的中心部分呈现一个棒状。
椭圆星系没有很明显隆起的中心,另外中心和周边也没有明显的分届,状态比较安定。被认为是由很多老龄星体组成的。
不规则星系很好分辨,外形不规则。被认为内部正在大量产生新的星体。

 

 9〉宇宙里面大概有多少颗星星?

 要想着到宇宙里有多少颗星星的话,估计只有去问上帝他老人家了。要想让地球人回答这个问题实在有点儿困难。但是,按照我们地球人目前掌握的技术来推算出宇宙里大概有多少颗星星(恒星)的话,还是可能的。

下面这张照片,是哈勃望远镜拍下的。
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在这张照片上一共有1万个星系。我们以此为基准进行推算。这张拍下了1万个星系的照片,所拍摄的范围是宇宙的大约1500万分之1,这样我们可以推算出宇宙里大约有1500亿个星系。
以我们的银河系为例,它大约拥有1000亿个星体,那么,宇宙全体的星星的数量,就大约是1500亿乘上1000亿,用一般的计算器是无法显示的,这个数字太长了,答案是:150垓个!
可能还有很多朋友对垓这个单位还不熟悉。如下。
个,十,百,千,万,然后就是亿,兆,京,再然后,就是垓了。
另外补充如下。
①这里的数字,仅仅是恒星的数字,行星并不包含在内。
②这150垓个恒星,在地球上我们用肉眼看的话,最多也就能看到大约5600个。
 


多谢赏光阅读,请看下一章,《宇宙解密(3)----太阳系,我们的家园!》

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