第一章 太陽(yáng)系

天文單位：地球到太陽(yáng)的距離大約是1.5億km，即一天文單位（1AU）。1.5億km是什么概念？光要走8分20秒，時(shí)速350km的高鐵要開(kāi)50年。

光年與宇宙速度：1光年即光在真空中1年內(nèi)走過(guò)的路程（1．y．），將近10萬(wàn)億km，差不多等于6萬(wàn)AU。

第一宇宙速度：環(huán)繞地球的速度：7.9km/s；第二宇宙速度：脫離地球的速度：11.2km/s；第三宇宙速度：脫離太陽(yáng)系的速度：16.7km/s；第四宇宙速度：脫離銀河系的速度：110-120km/s。

一、提丟斯-波得定則：我上小學(xué)的時(shí)候，我舅舅給我買(mǎi)了一本關(guān)于太陽(yáng)系的科普讀物，里面介紹了提丟斯-波得定則，就是這個(gè)定則讓我生起了對(duì)天文學(xué)的興趣：太陽(yáng)系的所有行星都是有排列規(guī)律的，這讓我感受到了宇宙的神奇。

1766年，德國(guó)物理學(xué)家提丟斯提出了一條關(guān)于太陽(yáng)系行星距離的定則。其內(nèi)容是：以地球至太陽(yáng)的平均距離1.5億公里為1天文單位（1AU），取0、3、6、12、24、48......這樣一組數(shù)，每個(gè)數(shù)字加上4再除以10，就是各個(gè)行星到太陽(yáng)距離與AU比例的近似值。

下表是根據(jù)提丟斯-波得定則與實(shí)際測(cè)繪對(duì)照的八大行星及小行星帶的AU比例數(shù)值表，其中紅色部分的情況是當(dāng)時(shí)的科學(xué)家所不知道的：

因?yàn)樾行堑墓D(zhuǎn)軌道都是橢圓的，所以實(shí)測(cè)值均以距離的平均數(shù)值為基礎(chǔ)計(jì)算。

當(dāng)年已知的六大行星差不多算是完美符合這個(gè)定則吧。

奇怪的是在火星和木星之間少了一個(gè)天文單位為2.8的行星，于是這兩個(gè)科學(xué)家預(yù)言那里將會(huì)發(fā)現(xiàn)一顆行星，但大家苦苦尋找了幾年卻無(wú)果。

1781年，定則迎來(lái)了第一個(gè)預(yù)言的成果：英國(guó)天文學(xué)家赫歇耳觀測(cè)發(fā)現(xiàn)了太陽(yáng)系的第七大行星：天王星。天王星與太陽(yáng)的平均距離是19.2天文單位，用定則推算是19.6，算是相當(dāng)接近。

這下當(dāng)時(shí)的整個(gè)科學(xué)界都炸了，神奇的提丟斯-波得定則再一次得到了印證。全世界的天文學(xué)家開(kāi)始拼命在2.8處找行星。直到1801年，意大利一處天文臺(tái)的臺(tái)長(zhǎng)終于在2.8附近發(fā)現(xiàn)了谷神星，它的距離是2.77天文單位，與2.8極為近似。雖然谷神星有一個(gè)問(wèn)題：它太小了，不能算是一顆大行星。

接下去因?yàn)橹鸩礁鼡Q新裝備的緣故，大家就開(kāi)始在2.8附近你一顆我兩顆地發(fā)現(xiàn)了更多更多的星。最終的結(jié)果大家現(xiàn)在都知道了：其實(shí)2.8附近有150多萬(wàn)顆小行星——結(jié)論是有一顆大行星不知什么原因破碎了，形成了一個(gè)小行星帶（有其他資料說(shuō)小行星帶并不是某大行星破碎形成的，而是另有成因）。這是人類(lèi)智力的一次輝煌展示。

接下去的輝煌成果是海王星的發(fā)現(xiàn)，因?yàn)檫@一次與以往都不同：海王星是被算出來(lái)的。

事情是這樣的：發(fā)現(xiàn)了天王星以后，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)久觀測(cè)，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)天王星的運(yùn)行速度很奇怪，以數(shù)十年為單位，天王星的運(yùn)行時(shí)快時(shí)慢，竟然打破了開(kāi)普勒定律，搞的天文學(xué)家困擾不已。

經(jīng)過(guò)研究，唯一的解釋是天王星附近還有一顆不為人所知的大行星，他的引力擾亂了天王星的行星軌跡和速度。誰(shuí)能把這顆搗亂星找出來(lái)，誰(shuí)就相當(dāng)于天文學(xué)界的牛頓了。

于是全世界的天文學(xué)家和數(shù)學(xué)家紛紛組隊(duì)搞科研，都希望能拿下這個(gè)世紀(jì)大爆炸一般的科研成果。小隊(duì)里的數(shù)學(xué)家就玩命算行星軌道，天文學(xué)家就拿著他們的計(jì)算成果玩命觀測(cè)。

經(jīng)過(guò)了無(wú)數(shù)次失敗，一位代表人類(lèi)智慧巔峰的數(shù)學(xué)家終于站出來(lái)了：1846年8月31日，法國(guó)數(shù)學(xué)家烏爾班·勒維耶寫(xiě)了一封信，詳細(xì)描述了這顆假想行星的位置。在這封信到達(dá)柏林天文臺(tái)的當(dāng)晚，海王星在信中指定的位置被發(fā)現(xiàn)了！

這些事跡是多么傳奇，人類(lèi)智慧的巔峰竟然可以達(dá)到這樣炫目的高度。以上就是那本科普讀物帶給少年時(shí)的我的心靈震撼：它讓我永遠(yuǎn)愛(ài)上了天文學(xué)。

關(guān)于提丟斯-波得定則，還有一個(gè)終極問(wèn)題：它的成因是什么？目前尚無(wú)定論。有科學(xué)家認(rèn)為，這可能與行星自身的自旋磁場(chǎng)和太陽(yáng)分層的自旋磁場(chǎng)之間的物理關(guān)系有關(guān)。無(wú)論如何，那都要追溯到太陽(yáng)系形成的時(shí)候了。

二、一些關(guān)于太陽(yáng)的知識(shí)：

1、起源與現(xiàn)狀：太陽(yáng)是在大約45.7億年前在一個(gè)坍縮的氫分子云內(nèi)形成，它是一顆光譜為G2V的黃矮星。黃矮星的壽命大致為100億年，目前太陽(yáng)大約45.7億歲。 在距離它17光年的距離內(nèi)有50顆恒星系。

太陽(yáng)是太陽(yáng)系的中心天體，占有太陽(yáng)系總質(zhì)量的99.86%。它幾乎是熱等離子體與磁場(chǎng)交織著的一個(gè)理想球體。

太陽(yáng)直徑大約是139萬(wàn)km，相當(dāng)于地球直徑的109倍；體積大約是地球的130萬(wàn)倍，質(zhì)量大約是2×103?kg（2000億億億噸，地球的33萬(wàn)倍）。太陽(yáng)平均密度為1.409克/立方厘米，約為地球平均密度的0.26倍。從化學(xué)組成來(lái)看，現(xiàn)在太陽(yáng)質(zhì)量的大約四分之三是氫，剩下的幾乎都是氦，采用核聚變的方式向太空釋放光和熱。

2、核能的發(fā)現(xiàn)：長(zhǎng)久以來(lái)，太陽(yáng)的神秘燃燒現(xiàn)象一直困擾著人類(lèi)——如果太陽(yáng)全是煤組成的，那它只能燃燒幾千年，可是太陽(yáng)已經(jīng)穩(wěn)定地燃燒了50億年：它到底在燒什么？

地球距離太陽(yáng)1.5億公里，太陽(yáng)光經(jīng)過(guò)這么漫長(zhǎng)的距離之后，到達(dá)地球的輻射只是太陽(yáng)總輸出的22億分之一，然后地球生物圈現(xiàn)在利用的太陽(yáng)能還不到太陽(yáng)入射功率的千分之一，這其中2/3（約4E13瓦）是光合生物在利用，人類(lèi)文明總功率只占1/3，也就是太陽(yáng)光的1/22億×1/1000×1/3就支撐人類(lèi)發(fā)展出了整個(gè)文明。對(duì)此，20世紀(jì)之前我們只能用一句話來(lái)概括：太陽(yáng)的燃燒，是我們無(wú)法想象的燃燒。

對(duì)太陽(yáng)燃燒奧秘的破解，來(lái)自人類(lèi)有史以來(lái)最偉大的科學(xué)家：1905年，愛(ài)因斯坦提出了著名的質(zhì)能關(guān)系式E=mc2，這個(gè)公式告訴我們物質(zhì)的質(zhì)量與能量之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系。由此我們才明白，太陽(yáng)的燃燒不是物理燃燒而是核燃燒。人類(lèi)終于發(fā)現(xiàn)了核能的奧秘。

1939年初，德國(guó)化學(xué)家O.哈恩和物理化學(xué)家F.斯特拉斯曼發(fā)表了鈾原子核裂變現(xiàn)象的論文，核武器隨后誕生了：1945年8月6日、9日，美國(guó)先后在日本的廣島和長(zhǎng)崎投下了兩顆原子彈，人類(lèi)擁有了可以摧毀自身文明的能力。這是橫亙?cè)谌祟?lèi)文明前方的一道大考題：只有理性戰(zhàn)勝利益的爭(zhēng)奪，人類(lèi)才能免于被核武毀滅的命運(yùn)。

這就是費(fèi)米悖論-大過(guò)濾器理論的其中一個(gè)答案：所有星球文明在向星際文明進(jìn)發(fā)的過(guò)程中，都將毀于核戰(zhàn)。

無(wú)論如何，核能的發(fā)現(xiàn)都是原始人發(fā)現(xiàn)火的功用之后人類(lèi)文明的又一次飛躍。

3、太陽(yáng)的結(jié)局：【紅巨星】-【白矮星】-【黑矮星】。

紅巨星階段：太陽(yáng)由于引力所造成的塌縮，不僅引發(fā)核聚變，而且塌縮的壓力還是約束核能聚變極好的容器。在太陽(yáng)內(nèi)部，每秒大約有五億噸左右的氫原子在巨大的壓力下進(jìn)行著核聚變，其中約有四百萬(wàn)噸物質(zhì)轉(zhuǎn)化為能量。每秒消失四百萬(wàn)噸物質(zhì)聽(tīng)上去很恐怖，但是相對(duì)于太陽(yáng)質(zhì)量來(lái)說(shuō)連九牛一毛都算不上：太陽(yáng)自存在以來(lái)，只損失了萬(wàn)分之一的物質(zhì)，這些物質(zhì)的質(zhì)量只相當(dāng)于100個(gè)地球。

在大約50至60億年之后，太陽(yáng)內(nèi)部的氫元素幾乎會(huì)全部消耗盡，它的核心將發(fā)生坍縮，導(dǎo)致溫度上升，這一過(guò)程將一直持續(xù)到太陽(yáng)開(kāi)始把氦元素聚變成碳元素，那時(shí)它將成為一顆紅巨星：它的氦核心為抵抗引力而收縮，同時(shí)變熱；緊挨核心的氫包層因溫度上升而加速聚變，結(jié)果產(chǎn)生的熱量持續(xù)增加，傳導(dǎo)到外層，使其向外膨脹。

白矮星階段：當(dāng)太陽(yáng)的核心溫度達(dá)到1億K時(shí)，氦聚變將開(kāi)始進(jìn)行并燃燒生成碳。由于此時(shí)的氦核心已經(jīng)相當(dāng)于一個(gè)小型“白矮星”（電子簡(jiǎn)并態(tài)），熱失控的氦聚變將導(dǎo)致氦閃，太陽(yáng)將吹出余生最猛烈的太陽(yáng)風(fēng)，釋放出巨大的能量，它的核心將變成一顆體積只有幾千公里直徑的致密球體，體積只相當(dāng)于地球大小，溫度極高，密度極大，這就是白矮星。

黑矮星階段：太陽(yáng)變成白矮星后，其能量還會(huì)不斷地向空間散發(fā)，溫度持續(xù)降低，剛開(kāi)始還和其他亮星一樣，可以用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到，但最終，它將不再發(fā)出可見(jiàn)光，成為了一顆黑矮星，只能通過(guò)射電、X射線、伽馬射線等探測(cè)到。雖然太陽(yáng)最終只剩下了殘骸，但是這顆殘骸有可能將成為碳結(jié)晶：一顆如地球般大小的鉆石。

三、太陽(yáng)系八大行星：

八大行星的大?。?/span>地球在類(lèi)地行星（巖石行星）中是最大的，金星只比地球小一點(diǎn)；火星直徑約是地球的一半，體積為地球的15%，質(zhì)量為地球的11%，表面積相當(dāng)于地球陸地面積。最小的水星半徑為2439公里，只有地球半徑的38.2%，質(zhì)量是地球的5.58%。

在類(lèi)木行星（氣態(tài)行星）中，木星最大，是太陽(yáng)系中最大的行星。它的質(zhì)量為是地球的318倍，而體積則是地球的1316倍；土星的質(zhì)量是地球的95倍；天王星和海王星比土星小，但也比地球大得多。天王星半徑相當(dāng)于4個(gè)地球，體積相當(dāng)于63個(gè)地球，而質(zhì)量相當(dāng)于地球的14.5倍；海王星比天王星稍小一些，半徑相當(dāng)于3.88個(gè)地球，體積相當(dāng)于近60個(gè)地球，而質(zhì)量相當(dāng)于地球的17倍。

1、水星是太陽(yáng)系的八大行星中最小的行星。因?yàn)樗呛芙咏?yáng)，因此觀測(cè)上很麻煩，在北半球只有在日出前或日落后短暫的暮曙光內(nèi)可以看見(jiàn)它。據(jù)傳說(shuō)，大天文學(xué)家哥白尼臨終前曾嘆他一生沒(méi)有見(jiàn)過(guò)水星。

水星凌日每100年平均發(fā)生13次。水星擋住太陽(yáng)的面積太小了，不足以使太陽(yáng)亮度減弱，所以，用肉眼是看不到水星凌日的，只能通過(guò)望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行投影觀測(cè)。

水星的軌道周期是87.9691天，公轉(zhuǎn)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)太陽(yáng)系的其它行星。水星是表面晝夜溫差最大的行星，大氣層極為稀薄無(wú)法有效保存熱量，白天時(shí)赤道地區(qū)溫度可達(dá)432°C，夜間可降至-172°C。

水星無(wú)四季變化，行星中僅有它與太陽(yáng)軌道共振，每自轉(zhuǎn)三圈的時(shí)間與繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)兩圈的時(shí)間幾乎相等，也就是說(shuō)，水星的一天相當(dāng)于兩年。是的，你沒(méi)看錯(cuò)，我也沒(méi)寫(xiě)錯(cuò)——因?yàn)樗堑淖赞D(zhuǎn)速度非常慢，而公轉(zhuǎn)速度又非?？?，所以太陽(yáng)連續(xù)兩次出現(xiàn)在水星中天所需的時(shí)間會(huì)達(dá)到176個(gè)地球日，這個(gè)時(shí)間遠(yuǎn)長(zhǎng)于恒星日。水星每公轉(zhuǎn)一圈就會(huì)自轉(zhuǎn)1.5圈，這相當(dāng)于過(guò)了半個(gè)太陽(yáng)日。因此，水星需要公轉(zhuǎn)兩圈才能過(guò)完一個(gè)太陽(yáng)日。

水星表面遍布環(huán)形山，與月球和其他衛(wèi)星相似，其地質(zhì)在數(shù)十億年來(lái)都處于非活動(dòng)狀態(tài)。

水星南北極的環(huán)形山是一個(gè)很有可能適合成為地球外人類(lèi)殖民地的地方，因?yàn)槟抢锏臏囟瘸Ｄ旰愣ǎù蠹s-200℃），科學(xué)家已經(jīng)基本證實(shí)水星的極區(qū)存在冰。

2、金星在夜空中的亮度僅次于月球，因此中國(guó)古代把它早晨出現(xiàn)于東方時(shí)稱(chēng)作啟明星，晚上出現(xiàn)于西方時(shí)稱(chēng)為長(zhǎng)庚星，此外它還有一個(gè)統(tǒng)稱(chēng)名，叫太白。

金星是一顆類(lèi)地行星，因?yàn)槠滟|(zhì)量與地球類(lèi)似，有時(shí)也被人們叫做地球的“姐妹星”。它是太陽(yáng)系中僅有的一顆沒(méi)有磁場(chǎng)的行星。金星的軌道公轉(zhuǎn)周期為224.7天，它的繞軸自轉(zhuǎn)方向與太陽(yáng)系內(nèi)大多數(shù)行星是相反的。

金星凌日的出現(xiàn)規(guī)律通常是8年、121.5年，8年、105.5年，以此循環(huán)，因此天文學(xué)中往往把相隔時(shí)間最短的兩次金星凌日現(xiàn)象分為一組。

八大行星中，地表溫度最高的是金星而不是離太陽(yáng)最近的水星，這是因?yàn)榻鹦谴髿鈱?dǎo)致了強(qiáng)烈的溫室效應(yīng)，而水星幾乎沒(méi)有大氣層。金星表面溫度高達(dá)280℃～540℃。金星大氣有97%是二氧化碳，還有少量的氮、氬及一氧化碳和水蒸氣。主要由二氧化碳組成的金星大氣，好似溫室的保護(hù)罩一樣，它只讓太陽(yáng)光的熱量進(jìn)來(lái)，不讓其熱量跑出去，因此形成金星表面的高溫高壓環(huán)境。

金星表面有時(shí)會(huì)發(fā)生大風(fēng)暴。金星上降雨時(shí)，落下的是硫酸而不是水。金星上有極其頻繁的閃電。

金星地形和地球相類(lèi)似，也有山脈一樣的地勢(shì)和遼闊的平原；金星的表面70%左右是極為古老的玄武巖平原，20%是低洼地，高原大約占了金星表面的10%。金星上最高的山是麥克斯韋火山，高達(dá)12000米。金星表面有一個(gè)巨大的直徑達(dá)120千米的凹坑，其四周陡峭，深達(dá)3千米。科學(xué)家猜測(cè)金星上40億年前曾經(jīng)存在海洋，但早已蒸發(fā)殆盡。

2020年9月14日，《自然天文學(xué)》雜志上的發(fā)表一項(xiàng)研究，夏威夷和智利的兩臺(tái)望遠(yuǎn)鏡在金星厚厚的云層中發(fā)現(xiàn)了可能的生命跡象——磷化氫的化學(xué)特征，這是地球上的一種只與生命有關(guān)的有毒氣體。在金星大氣層的新發(fā)現(xiàn)表明，在這顆溫室行星滿載硫酸的云層中，可能正生活著微生物。該研究的作者和一些外部專(zhuān)家表示，這遠(yuǎn)不能作為第一個(gè)在其他星球上存在生命的鐵證。相對(duì)的，他們稱(chēng)它為“一種對(duì)（生命存在的）可能性的暗示”——雖然他們都同意這一發(fā)現(xiàn)并不滿足已故的卡爾·薩根所提出的“特殊結(jié)論需要顯著證據(jù)支撐”的嚴(yán)格要求。

3、地球平均半徑6371km，赤道周長(zhǎng)40075km；質(zhì)量約60萬(wàn)億億噸。

地月距離：38萬(wàn)公里。月球正以每年3.8厘米的速度離開(kāi)地球。

恐龍滅絕：6600萬(wàn)年前的白堊紀(jì)，一顆直徑至少10公里的巨大小行星，呼嘯著沖破地球大氣層，撞擊在墨西哥的尤卡坦半島上，整個(gè)地球?yàn)橹饎?dòng)，烈焰和沖擊波摧毀了數(shù)千公里內(nèi)的一切，沖入大氣層的煙塵則讓整個(gè)地球進(jìn)入了核冬天，動(dòng)植物紛紛死亡，統(tǒng)治地球達(dá)1.7億年的恐龍也就此滅絕。

當(dāng)一顆巨大的隕石撞擊地球時(shí)，由于撞擊的高壓高溫，會(huì)形成沖擊石英、重力異常、玻璃隕石等地質(zhì)證據(jù)，尤卡坦半島的?？颂K魯伯隕石坑具備了所有這一切。

地球的結(jié)局：50億年后太陽(yáng)膨脹成紅巨星的那場(chǎng)浩大演出將使得地球的命運(yùn)歸于何處，目前還無(wú)法確定。當(dāng)太陽(yáng)成為紅巨星時(shí)，其半徑大約會(huì)是現(xiàn)在的200倍，表面可能將膨脹至地球現(xiàn)在的軌道——1AU（1.5億km）。然而，當(dāng)太陽(yáng)成為漸近巨星分支的恒星時(shí)，由于恒星風(fēng)的作用，它大約已經(jīng)流失30%的質(zhì)量，所以地球的軌道會(huì)向外移動(dòng)。

如果只是這樣，地球或許可以幸免被膨脹的太陽(yáng)吞噬的命運(yùn)，但新的研究認(rèn)為地球可能會(huì)因?yàn)槌毕南嗷プ饔枚惶?yáng)吞噬掉。但即使地球能逃脫被太陽(yáng)焚毀的命運(yùn)，地球上的水仍然都會(huì)沸騰，大部分的氣體都會(huì)逃逸入太空。

4、火星是太陽(yáng)系中的類(lèi)地行星之一，直徑約為地球的一半，自轉(zhuǎn)軸傾角、自轉(zhuǎn)周期與地球相當(dāng)，表面重力約為地球的38%，形成的大氣95%是二氧化碳，還有很少的氧氣和水汽。據(jù)科學(xué)家們的最新發(fā)現(xiàn)，火星上有一個(gè)直徑20公里的冰下湖，存在大量液態(tài)水，在古老湖床的巖石里發(fā)現(xiàn)了有機(jī)物質(zhì)，這代表著有過(guò)生命的痕跡。更重要的是，它距離地球最近，使人類(lèi)移居的可能性大大提高。目前NASA計(jì)劃在2037年之前將派人登陸火星。

愛(ài)好科幻的朋友應(yīng)該都看過(guò)馬特·達(dá)蒙主演的好萊塢科幻電影《火星救援》了，這里推薦一本硬科幻網(wǎng)文小說(shuō)：天瑞說(shuō)符的《死在火星上》。雖說(shuō)這書(shū)情節(jié)比較簡(jiǎn)單，但總體而言還是寫(xiě)得挺不錯(cuò)的。

5、木星的主要成分是氫，它可能有巖石核心和重元素，但沒(méi)有可以明確界定的固體表面。大氣層依緯度成不同的區(qū)與帶，在彼此的交界處有湍流和風(fēng)暴作用著。最顯著的例子就是大紅斑，大紅斑實(shí)際上是一個(gè)巨大的風(fēng)暴，至少?gòu)?7世紀(jì)起就一直存在于木星表面。一百年前，大紅斑的觀測(cè)數(shù)據(jù)大概是直徑四萬(wàn)km，現(xiàn)在只有一萬(wàn)多km了，還能容納下兩到三個(gè)地球。它在木星標(biāo)準(zhǔn)云層上方大約8km的位置漂浮。土星的風(fēng)速可達(dá)320km/h。

地球生命的保護(hù)神：木星是顆巨行星，質(zhì)量是太陽(yáng)的千分之一，但卻是太陽(yáng)系其他七大行星質(zhì)量總和的2.5倍，因?yàn)槟拘堑拇筚|(zhì)量擋住了很多隕星進(jìn)入類(lèi)地行星圈，因此可以說(shuō)，木星是地球生命的保護(hù)神。比如發(fā)生在1994年7月、歷時(shí)6天的彗木大碰撞：直徑約5公里的蘇梅克·列維九號(hào)彗星（SL9）被木星潮汐力撕成至少21塊碎片，這些碎片撞擊木星產(chǎn)生的能量是20億顆廣島原子彈的總和。

6、土星的主要成分是氫，內(nèi)部的核心包括巖石和冰，外圍由數(shù)層金屬氫和氣體包覆著。觀測(cè)到土星的最高風(fēng)速可達(dá)1800km/h。土星密度很低，如果把土星放到一個(gè)足夠盛下它的水池里，會(huì)發(fā)現(xiàn)它可以浮在水面上。土星上其他各處的溫度是-185 °C，而極地漩渦處的溫度則高達(dá)-122 °C。

7、天王星躺著自轉(zhuǎn)。天王星大氣的主要成分是氫、氦、甲烷和氘。據(jù)推測(cè)，其內(nèi)部可能含有豐富的重元素。地幔由甲烷和氨的冰組成，可能含有水。內(nèi)核由冰和巖石組成。天王星是太陽(yáng)系內(nèi)大氣層最冷的行星，最低溫度為49K（-224℃）。公轉(zhuǎn)周期84年。

8、海王星公轉(zhuǎn)周期164.8年。海王星大氣層的化學(xué)組成以氫和氦為主。風(fēng)暴巨大是類(lèi)木行星和冰巨星的特征，太陽(yáng)系外圍四個(gè)大行星都有這種特征。其中風(fēng)速最快的是海王星，觀測(cè)到的最高風(fēng)速是2100km/h。

9、第九行星：2015年左右，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了柯伊伯帶包括2015 BP519在內(nèi)的六個(gè)小型天體形成的神秘集群，他們的軌道跟太陽(yáng)系其它成員不大相同。這些天體的軌道平面都呈現(xiàn)出類(lèi)似的傾斜，若沒(méi)有外力作用，這幾乎不可能實(shí)現(xiàn)。于是他們提出：在柯伊伯帶的某個(gè)地方可能存在著某顆大型行星，它扭曲了附近天體的軌道。

按照提丟斯-波得定則計(jì)算，第九大行星應(yīng)該在距離太陽(yáng)77.2AU的位置，但是由于第八大行星海王星已經(jīng)偏離提丟斯-波得定則的數(shù)值較多（38.8-30.01），行星的公轉(zhuǎn)軌道都是橢圓，且因?yàn)轭?lèi)木行星彼此受到引力干擾幅度較大以至于運(yùn)行速度忽快忽慢，因此提丟斯-波得定則給出的數(shù)據(jù)在尋找第九大行星這事上已基本喪失了實(shí)用性。

現(xiàn)在很多天文學(xué)家正在瘋狂地尋找著第九行星，也許哪天就公布成果了。當(dāng)然也有一堆科學(xué)家認(rèn)為那柯伊伯帶的六小天體是因?yàn)槠渌蚨壍喇愖兊?，所以太?yáng)系也可能沒(méi)有第九行星。

四、太陽(yáng)系各大行星的衛(wèi)星：

1、水星和金星沒(méi)有。地球一個(gè)?；鹦怯袃蓚€(gè)迷你小衛(wèi)星，分別是火衛(wèi)一和火衛(wèi)二，這兩顆都是形狀不規(guī)則（非球類(lèi)）的天體。天文學(xué)家認(rèn)為，火衛(wèi)一的內(nèi)部可能是個(gè)巨大的冰庫(kù)。

2、木星是太陽(yáng)系中擁有最多衛(wèi)星的行星，現(xiàn)已知衛(wèi)星的數(shù)量已經(jīng)達(dá)到79顆之多（你看天空中有79個(gè)月亮……）。木星最大的四個(gè)衛(wèi)星都是由伽利略發(fā)現(xiàn)的，所以統(tǒng)稱(chēng)為伽利略衛(wèi)星。

木衛(wèi)一：擁有400座活火山。

木衛(wèi)三是太陽(yáng)系中體積最大的衛(wèi)星，其直徑大于水星，質(zhì)量約為水星的一半。同時(shí)，木衛(wèi)三主要由硅酸鹽巖石和冰體構(gòu)成，星體分層明顯，擁有一個(gè)富鐵的、流動(dòng)性的內(nèi)核。人們推測(cè)在木衛(wèi)三表面之下200公里處存在一個(gè)被夾在兩層冰體之間的咸水海洋。木衛(wèi)三是太陽(yáng)系中已知的唯一一顆擁有磁圈的衛(wèi)星，其磁圈可能是由富鐵的流動(dòng)內(nèi)核的對(duì)流運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的。

3、土星擁有62顆已確定軌道的天然衛(wèi)星；其中土星的第三大衛(wèi)星：土衛(wèi)八的表面一半黑一半白，這些黑色物質(zhì)是什么，怎么會(huì)形成這些黑色表面，目前還不得而知。

4、天王星擁有5顆主群衛(wèi)星；海王星已發(fā)現(xiàn)14顆天然衛(wèi)星。

5、冥王星有5顆衛(wèi)星。其中有一顆超大的衛(wèi)星，即卡戎，其直徑超過(guò)冥王星直徑的一半。兩者互相繞轉(zhuǎn)，因此共同質(zhì)心在冥王星外面?？茖W(xué)家認(rèn)為它們是一個(gè)雙星系統(tǒng)。由于冥王星和卡戎的質(zhì)量差距不大，而且距離較近，兩者互相被潮汐之力鎖定，相互永遠(yuǎn)面對(duì)同一面。另外它們繞轉(zhuǎn)的方向幾乎其他八大行星公轉(zhuǎn)的方向垂直。

五、太陽(yáng)系各大行星的星環(huán)：四大類(lèi)木行星都有星環(huán)。

1、土星環(huán)是太陽(yáng)系行星的行星環(huán)中最突出與明顯的一個(gè)，環(huán)中有不計(jì)其數(shù)的小顆粒，其大小從微米到米都有，軌道成叢集的繞著土星運(yùn)轉(zhuǎn)。土星環(huán)里水和冰粒子占了99.9％，其范圍是從7萬(wàn)km延伸到1600萬(wàn)km左右。

土星的環(huán)是由眾多小環(huán)和環(huán)之間的巨大空隙構(gòu)成的，環(huán)有幾千道，比唱片還多的多，密密麻麻的，主要分為外側(cè)的A環(huán)和內(nèi)側(cè)的B環(huán)，中間的卡西尼環(huán)縫有4800km寬，可以放下一個(gè)月球。

科學(xué)家認(rèn)為土星環(huán)可能只有少于1000萬(wàn)年的歷史，當(dāng)時(shí)一顆多冰彗星被“吸入”土星軌道并被巨大的引力場(chǎng)撕成碎片，這些碎片最終形成了星環(huán)。

2、木星的行星光環(huán)僅為4環(huán)；

3、天王星有13個(gè)星環(huán)；

4、海王星有5個(gè)星環(huán)。

◎順便向大家報(bào)告一下，地球的衛(wèi)星和太空垃圾也快成環(huán)了。

六、太陽(yáng)系中的生命探索：

1、木衛(wèi)二（歐羅巴）：木衛(wèi)二直徑3138km，表面覆蓋冰殼。目前已觀測(cè)到冰層下有全球性海洋，這說(shuō)明木衛(wèi)二很大概率擁有海洋生命。

木衛(wèi)一、木衛(wèi)二和木衛(wèi)三3顆衛(wèi)星處于拉普拉斯共振狀態(tài)，這也是太陽(yáng)系中唯一的三體共振現(xiàn)象。木衛(wèi)三每繞母星一圈（7.2個(gè)地球日），木衛(wèi)二就繞行兩圈（3.6個(gè)地球日），而木衛(wèi)一則繞行四圈（1.8個(gè)地球日）。它們之間的引力相互拉扯，將公轉(zhuǎn)軌道變成了具有較大偏心率的橢圓形。在每一次繞行木星的過(guò)程中，它們先是距離母星越來(lái)越近，然后又越來(lái)越遠(yuǎn)。結(jié)果就是每顆衛(wèi)星都被時(shí)而拉伸、時(shí)而擠壓，就像一個(gè)被不斷搓圓按扁的面團(tuán)一樣，反復(fù)屈伸導(dǎo)致的摩擦產(chǎn)生了熱量。

木衛(wèi)一在這個(gè)過(guò)程中地面的起伏幅度高達(dá)100米，就像是在不停的顫抖。在地球上潮汐最強(qiáng)的地方，高低潮的落差只有18米，然而這還只是水并不是堅(jiān)實(shí)的地殼。潮汐加熱效應(yīng)隨著與母星距離的縮小而顯著放大，最近的木衛(wèi)一溫度高到足以使其內(nèi)部物質(zhì)融化而存在一個(gè)液體核；較遠(yuǎn)的木衛(wèi)二受熱雖然沒(méi)有那么強(qiáng)烈，但仍能夠驅(qū)動(dòng)海底火山活動(dòng)。理論計(jì)算表明木衛(wèi)二的內(nèi)部溫度使得接近巖石層的冰保持融化狀態(tài)，從而擁有一個(gè)全球性的海洋。

通過(guò)伽利略號(hào)的觀察測(cè)量結(jié)果和理論分析表明，木衛(wèi)二的冰殼厚度約為15～25公里，液態(tài)海洋深度約為60～150公里。木衛(wèi)二的羽流噴射高度達(dá)160千米，科學(xué)家在噴出的羽流物質(zhì)中檢測(cè)到了水蒸氣。

2、土衛(wèi)二 （恩克拉多斯）：一顆被冰包圍的衛(wèi)星。唯一能夠促使土衛(wèi)二散發(fā)熱量的方式就是來(lái)自土星的潮汐力，土衛(wèi)二散發(fā)熱量就說(shuō)明液態(tài)海洋的確存在。卡西尼飛船的最新發(fā)現(xiàn)告訴我們，太陽(yáng)系中又出現(xiàn)了一個(gè)可能孕育生命的地方，這意味著利于生命形成的環(huán)境能夠存活于圍繞氣態(tài)巨行星運(yùn)行的被冰覆蓋的衛(wèi)星。

土衛(wèi)二與木衛(wèi)二都具備生命所需的所有元素。這兩個(gè)衛(wèi)星非常像：外面被厚厚的冰層包裹，冰層下隱藏著流動(dòng)的海洋。這兩個(gè)衛(wèi)星的冰裂中都有噴射羽流的存在——這意味著科學(xué)家們不需要鉆開(kāi)冰層，只需分析噴射出的羽流成分，就能對(duì)冰下的神秘深海有所了解。

土星探測(cè)器卡西尼號(hào)飛船2015年10月飛經(jīng)土衛(wèi)二時(shí)對(duì)噴射羽流進(jìn)行了采樣，發(fā)現(xiàn)了氫氣和二氧化碳，科學(xué)家們對(duì)此指出：這是冰下溫暖海洋和海底巖層之間的水熱反應(yīng)所致，這種水熱反應(yīng)可以為深海微生物提供能源。

3、土衛(wèi)六（泰坦）：是土星最大的衛(wèi)星，也是太陽(yáng)系第二大的衛(wèi)星。與其他那些荒蕪、死寂的衛(wèi)星不同，土衛(wèi)六有厚厚的大氣層，它有風(fēng)和雨，有高原，有山，甚至它還有海洋！根據(jù)惠更斯號(hào)探測(cè)器傳回的數(shù)據(jù)，土衛(wèi)六的大氣層以氮?dú)鉃橹鳎壳俺厍蛲膺€沒(méi)有發(fā)現(xiàn)第二顆具備此特征的天體。土衛(wèi)六也像地球一樣繞軸自轉(zhuǎn)而產(chǎn)生季節(jié)變化，但是它的季節(jié)循環(huán)大約要持續(xù)7年。它距離太陽(yáng)14.5億公里，比地球到太陽(yáng)的距離遠(yuǎn)10倍，繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)需要29年，所以溫度很低，就連像甲烷、乙烷這些在地球上的氣體也變成了液態(tài)，匯聚成海洋。它的海洋結(jié)構(gòu)很奇特，上層是油狀的海洋，存在很多液態(tài)烴類(lèi)有機(jī)物，下層是液態(tài)水的海洋。因此土衛(wèi)六是一個(gè)擁有雙重海洋的星球。原則上說(shuō)，它上面可能存在我們熟知的生命，也可能有我們不知曉的生命。

對(duì)土衛(wèi)六特別感興趣的可以去看一下天瑞說(shuō)符寫(xiě)的科幻網(wǎng)文《泰坦無(wú)人聲》。

七、柯伊伯帶：海王星距離太陽(yáng)約30AU，他的外圍直到距離太陽(yáng)約55AU這個(gè)范疇是柯伊伯帶。如今已有約1000個(gè)柯伊伯帶天體被發(fā)現(xiàn)，直徑從數(shù)千米到上千公里不等。

1、冥王星：1930年2月18日，克萊德·湯博根據(jù)美國(guó)天文學(xué)家洛韋爾的計(jì)算發(fā)現(xiàn)柯伊伯帶中已知的最大天體：冥王星。冥王星主要由巖石和冰組成，質(zhì)量相對(duì)較小，僅有月球質(zhì)量的1/6、月球體積的1/3。冥王星的軌道離心率及傾角皆較高，近日點(diǎn)為29.7AU，遠(yuǎn)日點(diǎn)為49.3AU。冥王星以特殊的橢圓形軌道繞行太陽(yáng)，公轉(zhuǎn)周期長(zhǎng)達(dá)248地球年，冥王星因此周期性進(jìn)入海王星軌道內(nèi)側(cè)。海王星與冥王星因相互的軌道共振而不會(huì)碰撞。在冥王星距太陽(yáng)的平均距離上光需要5.5小時(shí)到達(dá)冥王星，因此它的地表極冷，約在攝氏零下238度至218度之間。它有超過(guò)1600公里厚的大氣層。

2、鬩（xì）神星：2005年柯伊伯帶中的鬩神星被發(fā)現(xiàn)，它比冥王星質(zhì)量多出27%，但體積略小。此發(fā)現(xiàn)直接導(dǎo)致了冥王星被開(kāi)除出大行星序列，重新定義為矮行星。

八、奧爾特云是一個(gè)假設(shè)包圍著太陽(yáng)系的球體云團(tuán)，距離太陽(yáng)約1光年。天文學(xué)家估算奧爾特彗星云里可能有1000億顆彗星，我們熟知的76年來(lái)一次的哈雷彗星應(yīng)該就是來(lái)自于那里。天文學(xué)家普遍認(rèn)為奧爾特云是50億年前形成太陽(yáng)及其行星的星云之殘余物質(zhì)。出了奧爾特云，才算是真正離開(kāi)了太陽(yáng)系。

第二章 比鄰星三合星系統(tǒng)

現(xiàn)在，我們離開(kāi)奧爾特云，去距離太陽(yáng)最近的恒星：比鄰星看看吧，那里可是三體的現(xiàn)實(shí)模板哦。

那我們?cè)趺慈ツ?？首先我們要搞清楚?.2光年究竟有多遠(yuǎn)？換算成公里數(shù)的話，大約40萬(wàn)億公里吧。你還別嫌遠(yuǎn)，在宇宙尺度里這么點(diǎn)距離就相當(dāng)于你去對(duì)門(mén)的鄰居家走過(guò)的那個(gè)過(guò)道而已。

好，現(xiàn)在讓我們登上飛船去拜訪住在對(duì)門(mén)的鄰居。那目前人造飛行器的最快速度是多少呢？

目前為止，飛得最快的人造飛行器是美國(guó)NASA公司在2018年射的帕克太陽(yáng)探測(cè)器，其最快速度已經(jīng)達(dá)到393044公里/小時(shí)，大約相當(dāng)于109公里/秒。
它的飛行速度打破太陽(yáng)神2號(hào)在1976年創(chuàng)下的最接近太陽(yáng)的飛行紀(jì)錄，同時(shí)也打破了目前人類(lèi)世界最快的飛行紀(jì)錄，因?yàn)榫嚯x太陽(yáng)越近，所受的太陽(yáng)引力作用越強(qiáng)，軌道速度必然越快。
在去年2018年11月的時(shí)候，帕克太陽(yáng)探測(cè)器第一次飛到近日點(diǎn)，當(dāng)時(shí)距離太陽(yáng)大約2480萬(wàn)公里，對(duì)應(yīng)的軌道速度為95公里/秒，這個(gè)速度是什么概念呢？一千公里大概只需要10秒鐘左右，更直觀點(diǎn)說(shuō)就是從上海到北京，大概只需要6秒鐘的時(shí)間。

北京到上海，6秒，夠快了吧？那么我們乘坐這樣的航天飛行器飛到比鄰星要多久呢？答案是超過(guò)1.3萬(wàn)年。因此在科技沒(méi)有本質(zhì)性突破之前，人類(lèi)想要通過(guò)常規(guī)的載人飛行器飛過(guò)去，那是不太現(xiàn)實(shí)的。但是不要緊，我們沒(méi)有光速級(jí)別的飛行器，但是我們有腦洞啊。

一、【突破攝星】計(jì)劃：前進(jìn)，不擇手段地前進(jìn)！只送大腦！

發(fā)射光帆的星際旅行在維德的口號(hào)加持下顯得那么驚心動(dòng)魄。

就地球文明已掌握的科技來(lái)說(shuō)，如果談到光年級(jí)別的星際旅行，那對(duì)航天器的動(dòng)力只有一個(gè)選擇——光帆?，F(xiàn)實(shí)版的NASA「突破攝星」計(jì)劃不知道有沒(méi)有受到《三體》的啟發(fā)，但是這創(chuàng)意確實(shí)與大劉的想法不謀而合，其實(shí)這只是因?yàn)槟壳半A段地球的科技實(shí)在太落后。

正如迎面吹來(lái)的風(fēng)可以對(duì)帆施加壓力從而推動(dòng)船只，光束也可以驅(qū)動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)。把航天器制造得足夠輕，上面綁一塊帆，用強(qiáng)大的光源對(duì)著它照射，在幾乎沒(méi)有任何阻力的太空，就能將它加速到相當(dāng)大的速度。
太陽(yáng)帆就是為了利用太陽(yáng)光而設(shè)計(jì)的，17 世紀(jì)德國(guó)天文學(xué)家開(kāi)普勒在給伽利略的信中最先提到過(guò)這一想法。但是，要想將物體加速到接近光速，太陽(yáng)光還是太弱了，我們需要用能量比它強(qiáng)數(shù)百萬(wàn)倍的激光。

突破攝星計(jì)劃由美國(guó)硅谷億萬(wàn)富翁尤里·米爾納資助，2016 年 4 月宣布，具體為：

在圍繞地球的軌道上部署數(shù)百艘小型宇宙飛船，每艘都配備有一個(gè)光帆以及記錄、傳輸信息所需的最少硬件，在地面則布置一個(gè)巨大的激光陣列。激光束將聚焦于航天器的光帆上，將它們加速到光速的五分之一（6 萬(wàn)km/s）——這個(gè)速度是傳統(tǒng)航天器的數(shù)千倍。20 年后，這些飛船將到達(dá)比鄰星，屆時(shí)向我們發(fā)回有關(guān)該恒星系統(tǒng)中可能適宜居住的行星的圖像。

《三體》中，大劉提出了比激光更激進(jìn)的驅(qū)動(dòng)方式：在太空中按順序引爆預(yù)先放置好的核彈來(lái)驅(qū)動(dòng)光帆。

據(jù)悉，突破攝星計(jì)劃已經(jīng)無(wú)疾而終了——以人類(lèi)目前的科技，是不可能脫離太陽(yáng)系、去往比鄰星的。

關(guān)注地球-比鄰星旅程的朋友可以看一下彩虹之門(mén)的《地球紀(jì)元》里的第三個(gè)故事，長(zhǎng)達(dá)九百年的孤寂旅程在作者的筆下被描寫(xiě)的回腸蕩氣。

二、比鄰星三合星系統(tǒng)：比鄰星和半人馬座α（南門(mén)二）A星和B星共同組成了一個(gè)三合星系統(tǒng)，其中南門(mén)二A和B分別為太陽(yáng)質(zhì)量的1.57倍和1.1倍。比鄰星距離我們最近，只有4.22光年。比鄰星是一顆紅矮星，它的質(zhì)量只有太陽(yáng)的1/8左右，直徑約20萬(wàn)km，只有太陽(yáng)的1/7左右，體積約為太陽(yáng)的1/320。由于紅矮星自身質(zhì)量太小，以至于從分層上來(lái)看紅矮星甚至都沒(méi)有外殼部分，

比鄰星質(zhì)量較小所以引力也比較小，因此表面溫度也不高，大概只有2750攝氏度左右，這也使得這個(gè)恒星光度比較低，看上去比較暗淡， 視星等只有11等，而人眼通常只能看到6等星，比鄰星的光度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于這個(gè)幅度，所以是無(wú)法不用望遠(yuǎn)鏡等天文器材而被人眼直接看到的。這意味著它內(nèi)部核聚變能量的釋放程度，要遠(yuǎn)超太陽(yáng)這樣的黃矮星。

天文學(xué)家分析認(rèn)為這顆恒星形成的時(shí)間與太陽(yáng)相似，年齡幾乎與太陽(yáng)相等（約49億年），不過(guò)預(yù)估它的壽命將會(huì)比太陽(yáng)長(zhǎng)得多，因?yàn)槎鄶?shù)紅矮星的主序星階段時(shí)間可以長(zhǎng)達(dá)數(shù)千億年，相對(duì)比太陽(yáng)大約能穩(wěn)定燒90億年，目前已燒了45億年，而目前宇宙的壽命也才137億年。

科學(xué)家們認(rèn)為比鄰星原來(lái)并不屬于南門(mén)二三合星系統(tǒng)。通過(guò)其軌道運(yùn)行分析來(lái)看，它應(yīng)該是剛運(yùn)行到南門(mén)二雙星附近并被捕獲的，也就是說(shuō)它是剛剛開(kāi)始圍繞雙星進(jìn)行第1周的運(yùn)行，而且它距離南門(mén)二雙星較遠(yuǎn)，不會(huì)給它的行星造成《三體》中描繪的亂紀(jì)元。

三、比鄰星的行星：已知比鄰星有兩顆行星圍繞運(yùn)行，其中比鄰星B位于比鄰星的宜居帶中。因?yàn)楸揉徯堑臏囟忍?，所以它的宜居帶很小且必須離它很近。

1、比鄰星B：由于比鄰星B距離比鄰星僅有0.05個(gè)天文單位，公轉(zhuǎn)周期11.2天，所以它一定是被母星潮汐鎖定的，也就是它永遠(yuǎn)只有一面向著自己的母星。

宇宙眾多恒星當(dāng)中，紅矮星占了大多數(shù)，約75%。由于紅矮星的普遍質(zhì)量?jī)H為太陽(yáng)的0.075-0.6倍，以往人們認(rèn)為紅矮星總是處于超級(jí)黑子和巨型耀斑輪番爆發(fā)的不穩(wěn)定狀態(tài)，所以認(rèn)為它們附近不大可能產(chǎn)生生命。然而最近科學(xué)家們通過(guò)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，紅矮星在經(jīng)過(guò)頭十幾億年的年輕爆發(fā)期后，會(huì)在一個(gè)長(zhǎng)的不可思議的中年歲月里非常穩(wěn)定地燃燒。所以，人們把尋找宜居行星的目光重新投向了紅矮星系。

由于紅矮星系數(shù)量最多、最有可能產(chǎn)生生命，因此研究這個(gè)問(wèn)題具有較大的科學(xué)意義。

根據(jù)地球生命經(jīng)驗(yàn)，生命需要合適的溫度、水、大氣，這是最基本的條件。因此我們就先假設(shè)紅矮星系宜居帶里的行星具備這些條件，在此基礎(chǔ)上分析一下行星上的基本狀況：

◎溫度：被母星潮汐鎖定的行星，背陽(yáng)面永遠(yuǎn)是零下幾百度的極寒黑夜，朝陽(yáng)面永遠(yuǎn)是幾百度高溫的白天，但是在行星的寒熱交界處，由于大氣的流動(dòng)，會(huì)出現(xiàn)一片面積較大的溫度適宜帶。

◎水：假定星球的朝陽(yáng)面有一片海洋。以往科學(xué)家們認(rèn)為潮汐鎖定的行星，水會(huì)被帶到背陽(yáng)面以冰川的形式儲(chǔ)存起來(lái)，可是最近建模研究表明大氣活動(dòng)會(huì)讓明暗兩面的溫度都不會(huì)過(guò)于極端。豐沛的降雨和雷電覆蓋了大部分海洋表面，而在海洋底部，潮汐熱力使得海底布滿了翻騰著煙柱的火山口。

海洋是宇宙中所有生物的搖籃，但海洋又是文明的障礙。海洋動(dòng)物很難進(jìn)化出文明。因?yàn)樗餂](méi)有火，難以利用工具做功，因此生命進(jìn)一步進(jìn)化需要上岸。

◎大氣：如果這種行星上有大氣層，那么大氣層由于太陽(yáng)風(fēng)，會(huì)一面薄一面厚。交界的宜居帶常年處于大氣鋒面，強(qiáng)烈的對(duì)流形成永恒的風(fēng)暴。大氣循環(huán)使得表面每天都是超過(guò)17級(jí)的大風(fēng)，會(huì)形成以正面背面為風(fēng)眼的兩個(gè)超級(jí)臺(tái)風(fēng)。交界處及其周?chē)磺械匦味紩?huì)被快速的風(fēng)蝕。劇烈的摩擦產(chǎn)生大量電荷，空氣被電離，閃電劃過(guò)幾百公里。

紅矮星對(duì)于支持生命存在還有其它不利因素。它們是一種情緒多變的恒星，常常會(huì)往太空噴射物質(zhì)。這些噴射會(huì)提高宜居帶行星的表面溫度，也可能會(huì)吹走大氣。地球歷史上就發(fā)生過(guò)這種情況，地球形成之初的“原始大氣”其實(shí)全部都被太陽(yáng)風(fēng)吹散了，現(xiàn)在的大氣是從巖石中釋放出來(lái)的氣體慢慢形成的。在潮汐鎖定的行星上，猛烈的太陽(yáng)風(fēng)可能會(huì)吹散第二代大氣。

這樣的環(huán)境相比地球來(lái)說(shuō)，對(duì)生命還是過(guò)于嚴(yán)苛了。所以這種環(huán)境里的文明如果能夠存活下來(lái)并且發(fā)展壯大，其堅(jiān)韌程度將遠(yuǎn)超地球文明。最終永恒寫(xiě)的科幻小說(shuō)《深空之流浪艦隊(duì)》里描寫(xiě)過(guò)生存在紅矮星系的文明。

2019年5月，天文學(xué)家在僅有數(shù)十個(gè)小時(shí)的觀測(cè)記錄中，就發(fā)現(xiàn)了比鄰星一次長(zhǎng)達(dá)7秒的耀斑爆發(fā)，強(qiáng)度達(dá)到了太陽(yáng)的100倍左右，直接讓比鄰星這顆紅矮星的亮度在短時(shí)間內(nèi)暴增了14000多倍。比鄰星b距離比鄰星只有750萬(wàn)公里，只相當(dāng)于地球到太陽(yáng)距離的20分之一，所以當(dāng)耀斑爆發(fā)產(chǎn)生的“毫米級(jí)輻射波”到達(dá)比鄰星b后，強(qiáng)大的輻射會(huì)馬上籠罩這顆位于宜居帶內(nèi)的星球。

因此，在如此劇烈的耀斑頻繁爆發(fā)之下，比鄰星b上面是不可能有任何生命存活的。

2、比鄰星的第2顆行星是2020年4月份發(fā)現(xiàn)的。它與比鄰星的距離較遠(yuǎn)，但是質(zhì)量較大，大約相當(dāng)于我們地球質(zhì)量的6倍左右，圍繞比鄰星運(yùn)行一周需要200多天。由于比鄰星溫度太低，所以這顆行星上一定非常寒冷。

關(guān)于太陽(yáng)系的這個(gè)三體近鄰，我們知道的真實(shí)情況還是太少了，所以只能寫(xiě)這么一點(diǎn)點(diǎn)內(nèi)容。大劉的三體只是基于比鄰星系三恒星纏繞這個(gè)概念而想象出的景象，與這個(gè)三合星系統(tǒng)的真實(shí)情況相差太遠(yuǎn)，連參考價(jià)值都沒(méi)有。

四、太陽(yáng)系附近的其他恒星系統(tǒng)：

除上述距離太陽(yáng)最近的比鄰星三合星系統(tǒng)外，距離太陽(yáng)較近的恒星系統(tǒng)還有：

2、巴納德星是距離太陽(yáng)系第二近的恒星，他也是一顆紅矮星，距離我們約5.86光年，這是一顆單一恒星系統(tǒng)，跟我們的太陽(yáng)系差不多，但它的質(zhì)量要小得多。

3、伍爾夫359星是距離我們第三近的恒星，距離我們約7.7光年。

4、勃蘭得2147星排第四，距離我們約8.2光年。

5、鯨魚(yú)座uv星是一顆耀星，它的光度會(huì)發(fā)生突然的改變，有一次在20秒之內(nèi)就增強(qiáng)了75倍。它的旁邊還有一顆紅矮星環(huán)繞運(yùn)行。這個(gè)恒星系統(tǒng)距離我們約8.4光年。

6、天狼星排第六位，距離我們約8.9光年。它的光度是太陽(yáng)的23倍，又因?yàn)榫嚯x我們很近，所以它是全天恒星中最亮的一顆。已知天狼星是一個(gè)雙星系統(tǒng)，還有一個(gè)白矮星在圍繞著它運(yùn)行。

7、羅斯154星：距離我們約9.5光年。

8、羅斯248星：距離我們約10.4光年。

9、波江座ε星：距離我們約10.8光年。

10、羅斯128星：距離我們約10.9光年。

由上面的排列可見(jiàn)，距離我們十光年以?xún)?nèi)的恒星系統(tǒng)大約有七個(gè)，但是恒星的數(shù)量則有十多個(gè)，因?yàn)橛袔讉€(gè)多星系統(tǒng)。而在距離我們100光年之內(nèi)，恒星系統(tǒng)的數(shù)量則有數(shù)百上千個(gè)，比較有名的星體大角星、天倉(cāng)五、天苑四、牛郎星、織女星、南河三、北落師門(mén)等等距離太陽(yáng)系都不是很遠(yuǎn)，均在100光年之內(nèi)。

第三章 銀河系

不識(shí)廬山真面目，只緣身在此山中：我們已經(jīng)可以拍攝兩百多萬(wàn)光年外的仙女星系非常清晰的照片，但卻無(wú)法看清銀河系的全貌。

一、銀河系是一個(gè)巨型棒旋星系（漩渦星系的一種），呈橢圓盤(pán)形，具有巨大的盤(pán)面結(jié)構(gòu)。銀河系的年齡大概在125億歲左右。最新的結(jié)果認(rèn)為銀河系質(zhì)量大約是太陽(yáng)的2100億倍，包含1200億顆恒星。

二、銀心在人馬座方向。銀心直徑約為兩萬(wàn)光年，厚1萬(wàn)光年，在中心區(qū)域存在著一個(gè)巨大的黑洞（人馬座A*），質(zhì)量相當(dāng)于430萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)。那里的恒星密度高達(dá)每立方光年28.9萬(wàn)顆恒星，比我們太陽(yáng)系附近的恒星密度高了7200萬(wàn)倍。銀河系中央?yún)^(qū)域多數(shù)為老年恒星（以白矮星為主），外圍區(qū)域多數(shù)為新生和年輕的恒星。在那里每天發(fā)生著整個(gè)銀河系最狂暴的天文現(xiàn)象。

三、旋臂最新研究表明銀河系擁有四條清晰明確且相當(dāng)對(duì)稱(chēng)的旋臂，旋臂相距4500光年。太陽(yáng)系目前不在四條主旋臂上，而非常接近于一條本地臂。這條本地臂位于英仙臂和人馬-船底臂之間，長(zhǎng)度約為2萬(wàn)光年，至銀心的距離大約是2.64萬(wàn)光年。太陽(yáng)帶著他的小弟們以220km/s的速度繞著銀心逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，太陽(yáng)繞銀心運(yùn)轉(zhuǎn)一周約2.5億年。太陽(yáng)已經(jīng)繞行銀河20～25次了。恐龍滅絕于懸臂之外，人類(lèi)誕生于懸臂之中。

四、銀河系到底有多大？恒星盤(pán)直徑約12萬(wàn)光年，恒星盤(pán)之外是氣體盤(pán)，氣體盤(pán)之外還有廣大范圍的暗物質(zhì)光暈。因此銀河系的最大范圍是止于暗物質(zhì)光暈邊緣。

2020年03月25日，英國(guó)科學(xué)家，達(dá)勒姆大學(xué)天體物理學(xué)家艾麗絲·迪森及其同事利用銀河系附近星系，找到了銀河系的邊界。他們的最新研究顯示，銀河系的精確直徑為190萬(wàn)光年，誤差不超過(guò)40萬(wàn)光年。

五、小伙伴們：銀河系隸屬于本星系群，最近的河外星系是距離銀河系4.2萬(wàn)光年的大犬座矮星系。銀河系有兩個(gè)伴星系：大麥哲倫星系和小麥哲倫星系。周?chē)鷰资f(wàn)光年的區(qū)域分布著十幾個(gè)衛(wèi)星星系，銀河系通過(guò)緩慢地吞噬周邊的矮星系使自身不斷壯大。

六、隔壁的仙女星系（M31）：直徑22萬(wàn)光年，距離地球254萬(wàn)光年。當(dāng)前的觀測(cè)認(rèn)為仙女星系正以300km/s的速度朝向銀河系運(yùn)動(dòng)，在30億～40億年后可能會(huì)撞上銀河系。但即使真的發(fā)生碰撞，太陽(yáng)以及其他的恒星也不會(huì)互相碰撞，但是這兩個(gè)星系可能會(huì)花上數(shù)十億年的時(shí)間合并成橢圓星系。

七、上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)-本星系群的成員有仙女星系、銀河系、三角座星系，還有大約50個(gè)小星系，在太空中占據(jù)約1000萬(wàn)光年直徑的區(qū)域。

八、集團(tuán)公司-本超星系團(tuán)是本星系群的上級(jí)單位，又叫室女座超星系團(tuán)。我們本星系群才含有50余個(gè)星系，本超星系團(tuán)就包含了至少100個(gè)星系。它像一塊薄餅，占據(jù)了1.1億光年一片天區(qū)，是在可觀測(cè)宇宙中數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的超星系團(tuán)中的一個(gè)。

室女座超星系團(tuán)是拉尼亞凱亞超星系團(tuán)的一部分，它也是星系細(xì)絲雙魚(yú)-鯨魚(yú)座超星系團(tuán)復(fù)合體的一部分。該星系團(tuán)的中心區(qū)域距離地球約有6000萬(wàn)光年，位于室女座。我們的本星系群就在這個(gè)本超星系團(tuán)的稍邊緣位置，圍繞著本超星系團(tuán)質(zhì)心公轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)一圈約需要1000億年。

第四章 黑洞

一、思想的起源：最早關(guān)于黑洞的想法是這樣的：我們都知道任何有質(zhì)量的物質(zhì)都有引力，物質(zhì)的質(zhì)量越大、引力越大。當(dāng)年牛頓看到蘋(píng)果從樹(shù)上掉下來(lái)，他就思考：為什么蘋(píng)果是掉到地上，而不是往天上飛走了？如果是凡夫俗子的我們來(lái)想這個(gè)問(wèn)題，那還不簡(jiǎn)單：因?yàn)榈厍蛴形h。或者還有人會(huì)認(rèn)為想這種問(wèn)題的人腦子肯定有病。所以說(shuō)我們都成不了牛頓。人家牛大師順著這個(gè)思路想下去，就推導(dǎo)出了著名的牛頓三定律。

可是牛大師這一出手，后面的科學(xué)家就沒(méi)機(jī)會(huì)再一次“發(fā)明”這么牛的三定律了。這幫人不甘心：都已經(jīng)站在牛大師的肩膀上了，我們也要出點(diǎn)學(xué)術(shù)成果啊。那就只能逼著自己再死命地往下想：因?yàn)榈厍虻奈?，蘋(píng)果掉落到地面；往天上扔一塊石頭，如果達(dá)不到第一宇宙速度也會(huì)掉下來(lái)，那是否存在一個(gè)質(zhì)量極端大的星球，以至于它的引力大到連速度最快的光都逃不出去呢？

科學(xué)家們沿著這個(gè)思路想下去，就想出了類(lèi)似黑洞這樣的可怕存在：宇宙中存在著一種引力大到連光都逃不出去的、超大、超重的大黑星。

18世紀(jì)末，英國(guó)物理學(xué)家約翰·米歇爾和法國(guó)數(shù)學(xué)家拉普拉斯從理論上預(yù)言了這種大黑星的存在。

兩百年后，直至20世紀(jì)末，天鵝座X-1被確認(rèn)為人類(lèi)發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)黑洞，他們的預(yù)言才真正實(shí)現(xiàn)。這個(gè)提前了兩百年的輝煌預(yù)言真是人類(lèi)智慧的巔峰展示。

當(dāng)然他們那時(shí)只是從理論上對(duì)黑洞的存在進(jìn)行了預(yù)言，估計(jì)他們也不認(rèn)為人類(lèi)終有一天能在宇宙中真的觀測(cè)到黑洞，因?yàn)楹茱@然，這種大黑星雖然非常大，但是它的引力大到連光都逃不出去，那人類(lèi)怎么能看見(jiàn)它？

并且這種大黑星不但要超大，而且要超級(jí)重（不然引力仍然不夠），普通密度的恒星怎么可能支持那么大的體積？那種質(zhì)量之下肯定會(huì)發(fā)生坍縮。

而且恒星必須核聚變發(fā)光發(fā)熱，可是大黑星燃燒著卻發(fā)不出光來(lái)，這到底是什么情況？

理論上存在，可是現(xiàn)實(shí)中缺乏觀測(cè)到黑洞的必要條件，感覺(jué)這兩個(gè)黑洞的預(yù)言者好可憐，他們肯定每每想起這種超出觀測(cè)甚至概念之外的大黑星就感到無(wú)比抓狂。

后來(lái)我們知道了，因?yàn)楹诙催B光都只能進(jìn)不能出，所以它本身確實(shí)是不可見(jiàn)的，而且人家也不核聚變，因?yàn)橐呀?jīng)聚變完一次，該燒的都燒完了，剩下的基本粒子都被擠成最簡(jiǎn)并狀態(tài)了。但是沒(méi)關(guān)系，人家質(zhì)量大、引力大，能吸啊。

黑洞附近的物質(zhì)進(jìn)入黑洞時(shí)被巨大的引力撕裂，形成極高溫和巨量輻射，因此黑洞周邊有極為明亮的吸積盤(pán)存在。那地方能亮到什么程度呢？非常非?？膳碌某潭?，不管只看它一眼的是鈦合金眼還是任何其他眼，絕對(duì)都會(huì)瞬間瞎掉。

所以黑洞即不黑，也不是一個(gè)洞，它是一個(gè)基本粒子以最緊密狀態(tài)結(jié)合在一起形成的球體，它是一個(gè)密度無(wú)限大、時(shí)空曲率無(wú)限高、體積無(wú)限小、熱量無(wú)限大的奇點(diǎn)。在黑洞內(nèi)部，我們正常世界中原子內(nèi)的原子核（質(zhì)子、中子）和電子全部被黑洞強(qiáng)大的引力壓碎，形成的基本粒子緊緊挨在一起，那是毫無(wú)空隙的基本粒子最緊密狀態(tài)。

二、黑洞的分類(lèi)：按照質(zhì)量，黑洞理論上可以分為三類(lèi)：

1、宇宙大爆炸初期形成的微型黑洞：普遍意義上的微型黑洞指的是量子層級(jí)的微小黑洞，它們的質(zhì)量不超過(guò)幾公斤。這種級(jí)別的黑洞現(xiàn)今是否仍然存在，當(dāng)前的科學(xué)家還無(wú)法確定，而民科們甚至擔(dān)心大型粒子對(duì)撞機(jī)搞不好會(huì)撞出微型黑洞，把地球給吞噬了。

所以說(shuō)如果地球附近真的飄過(guò)來(lái)一個(gè)微型黑洞，你猜會(huì)發(fā)生什么？

計(jì)算得知，如果地球坍縮成一個(gè)黑洞，它的史瓦西半徑是8.86毫米，一般來(lái)說(shuō)這樣的尺寸會(huì)比微型黑洞大幾個(gè)數(shù)量級(jí)。只要質(zhì)量比你大就不用怕，誰(shuí)吸誰(shuí)還不一定呢。因?yàn)槊芏认嗖钐螅晕艺J(rèn)為微型黑洞最好把地球當(dāng)成空氣一樣穿過(guò)去，去繼續(xù)它流浪宇宙的行程就好了。走好不送。

有科學(xué)家認(rèn)為：“每年可能有數(shù)百萬(wàn)個(gè)由暗物質(zhì)構(gòu)成的幾公斤重的微型黑洞穿過(guò)地球”。好吧，我承認(rèn)這個(gè)觀點(diǎn)很有想象力。

還記得可能比《三體》更加經(jīng)典的科幻大作《海波利安》中的“天之大誤”嗎？

2、恒星級(jí)黑洞：比太陽(yáng)質(zhì)量大8倍以上的恒星死亡后必將形成黑洞。其他質(zhì)量不夠的恒星死亡則會(huì)成為中子星、白矮星。

網(wǎng)上有一個(gè)非常著名的視頻，只要一問(wèn)宇宙有多大，或者宇宙中有什么讓人恐慌的星體之類(lèi)的問(wèn)題，就有人貼那個(gè)鏈接，什么大角星、北河三，一個(gè)比一個(gè)大，最大的那個(gè)太陽(yáng)系都快裝不下了。其實(shí)那些都是恒星燃燒末期形成的紅巨星，它的外圍膨脹的厲害，所以看上去很大，其實(shí)那些星密度超低的，而且維持不了多久就坍縮成黑洞了。太陽(yáng)的結(jié)局也是這樣，50億年以后膨脹吞噬掉地球，最終坍縮成一顆白矮星（因?yàn)橘|(zhì)量太小變不成黑洞，所以只能變成一個(gè)白胡子的矮老頭了）。

3、一般位于星系核心的巨型黑洞：比如銀河系中心的那個(gè)大家伙-人馬座A*，它的質(zhì)量相當(dāng)于430萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)，直徑4400萬(wàn)km（太陽(yáng)的直徑為150萬(wàn)km，是地球直徑的109倍），史瓦希半徑1270萬(wàn)km。

這種超大型黑洞就是宇宙中最恐怖的天體，我們平時(shí)害怕的核彈之類(lèi)的東西在它面前連一根毛線都算不上。我不知道該怎樣形容這種恐怖，總之它們非常非?？植?。還好霍金告訴我們黑洞有朝一日也是會(huì)被蒸發(fā)掉的，這個(gè)好消息讓我大大滴喘了一口氣。

三、“黑洞無(wú)毛”定理：1972年，美國(guó)普林斯頓大學(xué)青年研究生貝肯斯坦提出：星體坍縮成黑洞后，只剩下質(zhì)量、角動(dòng)量、電荷三個(gè)基本守恒量繼續(xù)起作用，其他一切因素('毛發(fā)')都在進(jìn)入黑洞后消失了。這一定理后來(lái)由霍金等四人嚴(yán)格證明。

從該定理的角度出發(fā)，我們可以認(rèn)為黑洞是這個(gè)宇宙中最簡(jiǎn)單的事物，僅僅需要三個(gè)指標(biāo)就可以完全描述。

四、天體測(cè)距與類(lèi)星體：

之所以把這兩個(gè)概念放在一起講，是因?yàn)槿祟?lèi)觀測(cè)到類(lèi)星體之后最大的疑惑：類(lèi)星體的亮度與所在區(qū)域的大小完全超出了人類(lèi)最極限的認(rèn)知，天文學(xué)家們僅僅嘗試著想象一下，馬上就會(huì)覺(jué)得腦漿沸騰。要想了解這個(gè)知識(shí)點(diǎn)，我們有必要先知道天體測(cè)距的基礎(chǔ)知識(shí)，這樣我們才能明白天文學(xué)家判斷出類(lèi)星體所在的區(qū)域非常狹小是有科學(xué)依據(jù)的。

（一）天體測(cè)距：長(zhǎng)久以來(lái)，人類(lèi)面對(duì)滿天星光，一個(gè)重大的問(wèn)題就是想要知道它們離我們究竟有多遠(yuǎn)。為了盡量準(zhǔn)確地取得每個(gè)天體的“距離”這一基本數(shù)據(jù)，天文學(xué)家想出了很多種巧妙的辦法。這些方法利用的原理各不相同，因此具有不同的適用條件。有些更適合較近距離天體的測(cè)量，有些則適合中等距離和遙遠(yuǎn)距離天體的測(cè)算。下面介紹幾種最常見(jiàn)的天體距離測(cè)量方式。

1、無(wú)線光波測(cè)量法：適用于近到可以反射無(wú)線電波的天體。通過(guò)我們發(fā)送出的無(wú)線電波，碰到目標(biāo)后會(huì)反射回來(lái)，被我們?cè)俅谓邮盏健Ｓ?jì)算電波從發(fā)射到被目標(biāo)反射回來(lái)所用的時(shí)間，將其除以2（往返時(shí)間變成單程時(shí)間），再乘以光速，就能知道目標(biāo)天體的距離了。

2、三角測(cè)量法：適用于最遠(yuǎn)不超過(guò)100光年的天體。把被測(cè)的那個(gè)天體置于一個(gè)特大三角形的頂點(diǎn)，地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的軌道直徑的兩端是這個(gè)三角形的另外二個(gè)頂點(diǎn)，通過(guò)測(cè)量地球到那個(gè)天體的視角，再用到已知的地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)軌道的直徑，依靠三角公式就能推算出那個(gè)天體到我們的距離了。

3、移動(dòng)星團(tuán)法：適用于銀河系內(nèi)的天體。用運(yùn)動(dòng)學(xué)的方法來(lái)測(cè)量距離，運(yùn)動(dòng)學(xué)的方法在天文學(xué)中也叫移動(dòng)星團(tuán)法，根據(jù)它們的運(yùn)動(dòng)速度來(lái)確定距離。不過(guò)在用運(yùn)動(dòng)學(xué)方法時(shí)還必須假定移動(dòng)星團(tuán)中所有的恒星是以相等和平行的速度在銀河系中移動(dòng)的。在銀河系之外的天體，運(yùn)動(dòng)學(xué)的方法也不能測(cè)定它們與地球之間的距離。

4、造父視差法（標(biāo)準(zhǔn)燭光法）：適用于銀河系外的星系中有顆造父變星的星系。光度和亮度的含義是不一樣的，亮度是指我們所看到的發(fā)光體有多亮，這是我們?cè)诘厍蛏峡芍苯訙y(cè)量的。光度是指發(fā)光物體本身的發(fā)光亮度，設(shè)法知道它就能得到距離?？茖W(xué)家以天文學(xué)中已經(jīng)知道光度的天體為標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)將該已知亮度與天體的觀測(cè)亮度進(jìn)行比較，可以使用反平方律計(jì)算到物體的距離，這些已知亮度的天體就是標(biāo)準(zhǔn)燭光。物理學(xué)中有一個(gè)關(guān)于光度、亮度和距離關(guān)系的公式：S∝L0/r2。測(cè)量出天體的光度L0和亮度S，然后利用這個(gè)公式就知道天體的距離r。在天體對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)燭光的甄選中，造父變星是最重要的指標(biāo)。天文學(xué)家勒維特發(fā)現(xiàn)“造父變星”，它們的光變周期與光度之間存在著確定的關(guān)系，于是可以通過(guò)測(cè)量它的光變周期來(lái)定出廣度，再求出距離。

5、哈勃定律方法：適用于尺度達(dá)100億光年數(shù)量級(jí)的星系。1929年哈勃(Edwin Hubble)對(duì)河外星系的視向速度與距離的關(guān)系進(jìn)行了研究。當(dāng)時(shí)只有46個(gè)河外星系的視向速度可以利用，而其中僅有24個(gè)有推算出的距離，哈勃得出了視向速度與距離之間大致的線性正比關(guān)系?，F(xiàn)代精確觀測(cè)已證實(shí)這種線性正比關(guān)系：V = H0×d。其中v為退行速度，d為星系距離，H0=100h0km．s-1Mpc（h0的值為0<h0<1）為比例常數(shù)，稱(chēng)為哈勃常數(shù)。這就是著名的哈勃定律。利用哈勃定律，可以先測(cè)得紅移Δν/ν，通過(guò)多普勒效應(yīng)Δν/ν=V/C求出V，再求出d。

（二）類(lèi)星體：上世紀(jì)60年代，天文學(xué)家觀測(cè)到非常遙遠(yuǎn)的天體，距離地球可達(dá)到100億光年以上，但卻非常明亮，被命名為類(lèi)星體。根據(jù)上述天體測(cè)距方法，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)類(lèi)星體比普通的星系小很多，但是釋放的能量卻是星系的千倍以上。最讓人震驚的是能夠放射出比正常星系亮幾千倍甚至幾百萬(wàn)上億倍亮度的類(lèi)星體，其大小卻比普通星系動(dòng)輒幾十萬(wàn)光年的區(qū)域小得太多，甚至不超過(guò)一光年。當(dāng)時(shí)的科學(xué)家對(duì)此非常迷惑，這完全顛覆了天文學(xué)的常識(shí)。

讓我們也想象一下類(lèi)星體，也腦漿沸騰一把吧：想想看，大小不超過(guò)1光年的一個(gè)狹小區(qū)域里的星星放射出的光的亮度，達(dá)到了幾十萬(wàn)光年區(qū)域的正常星系光亮的上億倍！無(wú)論怎樣形容這樣的極端情況也無(wú)法讓我們的心情平息下來(lái)，這是堪比宇宙大爆炸的神跡。

經(jīng)過(guò)天文學(xué)家們?yōu)榻忾_(kāi)這個(gè)絕大疑惑而付出的不懈努力，現(xiàn)在我們終于明白了——類(lèi)星體之所以那么小又那么亮，是因?yàn)樗闹行亩际浅扌秃诙础?/span>

2015年03月03日，中國(guó)天文學(xué)家為主的科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)的一顆距離地球128億光年、430萬(wàn)億倍太陽(yáng)光度、中心黑洞質(zhì)量約為120億個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的超亮類(lèi)星體。這是人類(lèi)目前已觀測(cè)到的遙遠(yuǎn)宇宙中發(fā)光最亮、中心黑洞質(zhì)量最大的類(lèi)星體。

2020年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?lì)C獎(jiǎng)時(shí)，瑞典皇家科學(xué)院的秘書(shū)長(zhǎng)宣布獲獎(jiǎng)時(shí)說(shuō)了一句點(diǎn)評(píng)：這次的諾貝爾獎(jiǎng)?lì)C發(fā)給宇宙最暗處的秘密。

秘書(shū)長(zhǎng)沒(méi)說(shuō)錯(cuò)，黑洞的確是宇宙最暗處，但這只是黑洞的其中一個(gè)情況；另一個(gè)情況是：黑洞周?chē)侨钪孀盍恋膮^(qū)域——類(lèi)星體，毫無(wú)疑問(wèn)，你就是全宇宙最亮的崽。

五、黑洞的結(jié)局：根據(jù)霍金輻射理論，黑洞通過(guò)霍金輻射慢慢失去質(zhì)量，最終將在遙遠(yuǎn)的時(shí)間后爆炸。但霍金的這一重要理論并未被廣大科學(xué)家認(rèn)定為一定會(huì)成立。

第五章 宇宙

一、宇宙的由來(lái)：1946年美國(guó)物理學(xué)家伽莫夫正式提出大爆炸理論，認(rèn)為宇宙由大約140億年前發(fā)生的一次大爆炸形成。這一理論目前已成為科學(xué)界的共識(shí)。當(dāng)然各種宗教都會(huì)提出反對(duì)意見(jiàn)，他們都號(hào)稱(chēng)宇宙是他們家的創(chuàng)世神創(chuàng)造出來(lái)的。對(duì)此科學(xué)家紛紛表示：發(fā)表意見(jiàn)的這些宗教人士連宇宙在膨脹都不承認(rèn)，所以說(shuō)不是我們科學(xué)家狂妄：在座的各位都是點(diǎn)點(diǎn)點(diǎn)。

宇宙背景輻射是來(lái)自宇宙空間背景上的各向同性的微波輻射。所謂各向同性，就是指這個(gè)輻射在宇宙的各個(gè)方向上性質(zhì)完全一致，因此它的溫度其實(shí)就是宇宙大爆炸經(jīng)過(guò)138億年以后的余溫。

二十世紀(jì)六十年代初，美國(guó)科學(xué)家彭齊亞斯和R.W.威爾遜為了改進(jìn)衛(wèi)星通訊，建立了高靈敏度的號(hào)角式接收天線系統(tǒng)。1964年，他們用它測(cè)量銀暈氣體射電強(qiáng)度。為了降低噪音，他們甚至清除了天線上的鳥(niǎo)糞，但依然有消除不掉的背景噪聲。他們認(rèn)為，這些來(lái)自宇宙的波長(zhǎng)為7.35厘米的微波噪聲相當(dāng)于3.5K。1965年，他們又訂正為3K，并將這一發(fā)現(xiàn)公諸于世，為此獲1978年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
宇宙微波背景很好地解釋了宇宙早期發(fā)展所遺留下來(lái)的輻射，它的發(fā)現(xiàn)被認(rèn)為是一個(gè)檢測(cè)大爆炸宇宙模型的里程碑。

在大爆炸發(fā)生后非常短的時(shí)間內(nèi)，宇宙經(jīng)歷了暴脹階段，該階段宇宙空間的形成速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光速，隨后宇宙放緩空間拓展速度并一直膨脹至今。該結(jié)論由哈勃觀測(cè)到的普遍紅移現(xiàn)象和以他名字命名的定律支持。簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是哈勃發(fā)現(xiàn)距離地球越遠(yuǎn)的星系，其遠(yuǎn)離地球的速度越快。這個(gè)現(xiàn)象有力地證明了宇宙的膨脹。

如果承認(rèn)了宇宙在膨脹，那反推一下就會(huì)知道最早宇宙必然源于一個(gè)奇點(diǎn)。所以說(shuō)宗教界人士如果承認(rèn)了宇宙在膨脹就無(wú)法推翻大爆炸理論，那他們只能解釋說(shuō)宇宙大爆炸是他們的創(chuàng)世神干的了。

二、宇宙問(wèn)你幾個(gè)問(wèn)題：

1、宇宙的年齡及物質(zhì)構(gòu)成：2003年，美國(guó)發(fā)射的威爾金森微波各向異性探測(cè)器對(duì)宇宙微波背景在不同方向上漲落的測(cè)量表明，宇宙的年齡是137±1億年；在宇宙的組成成分中，4%是一般物質(zhì)，23%是暗物質(zhì)，73%是暗能量。

2、為什么宇宙的年齡只有137億年，而可視宇宙的直徑卻有930億光年？首先是因?yàn)橛钪娲蟊ê蠼?jīng)歷過(guò)一個(gè)暴漲階段，那個(gè)階段空間退行的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光速；其次是因?yàn)楝F(xiàn)在宇宙膨脹的速度仍然大于光速。

3、為什么天空看上去是黑的？仔細(xì)研究這個(gè)問(wèn)題就會(huì)得出一個(gè)結(jié)論：只有當(dāng)宇宙膨脹的速度大于光速，也就是比較遠(yuǎn)的地方的光速比空間膨脹的速度慢，才能造成這種現(xiàn)象。那里的星光永遠(yuǎn)不可能到達(dá)我們的視界，否則宇宙就應(yīng)該是亮的。在宇宙中，任何物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)速度都不能超過(guò)光速，但這不包括空間本身。也許，超光速旅行的辦法就蘊(yùn)藏在其中，等著未來(lái)的人類(lèi)去發(fā)現(xiàn)。

4、宇宙中有多少恒星：這只能在半徑465億光年的可視宇宙范疇內(nèi)簡(jiǎn)單估算一下。因?yàn)樵诖朔秶猓捎谟钪婵臻g的退行速度超過(guò)了光速，因此那里發(fā)出的一切信息永遠(yuǎn)無(wú)法被我們接收到，因此可視宇宙之外是什么情況我們并不清楚。

可視宇宙之內(nèi)大約包含了1000億個(gè)大大小小的星系，銀河系屬于最普通的一類(lèi)，它估計(jì)有1200億顆恒星，因此簡(jiǎn)單估算可視宇宙內(nèi)的恒星數(shù)量為1200億顆/星系×1000億個(gè)星系=120萬(wàn)億億顆恒星，這個(gè)數(shù)量與地球上沙子的數(shù)量預(yù)估屬于一個(gè)數(shù)量級(jí)。

5、可視宇宙與宇宙的實(shí)際大?。?/span>最新的一個(gè)科研成果是，如果把直徑930億光年的可視宇宙比做一個(gè)足球，那整個(gè)宇宙可能相當(dāng)于一個(gè)地球。

6、宇宙之外是什么：基本上一提到宇宙相關(guān)概念，所有的小白都最關(guān)心這個(gè)問(wèn)題。

關(guān)于這個(gè)問(wèn)題的答案，其中一種回答用最簡(jiǎn)單的說(shuō)法就一個(gè)字——無(wú)。就是宇宙之外什么都沒(méi)有，既沒(méi)有時(shí)間，也沒(méi)有空間。這樣的概念我們這些三維蟲(chóng)子的頭腦里構(gòu)想不出來(lái)，那是因?yàn)槲覀兯械南胂罅Χ蓟谶@個(gè)宇宙之內(nèi)的事物，我們無(wú)法想象超出這個(gè)宇宙范疇之外的概念。

關(guān)于無(wú)法想象，也許我寫(xiě)的這個(gè)回答會(huì)對(duì)你有點(diǎn)啟發(fā)——宇宙中是否存在超過(guò)一億年的超級(jí)文明？

還有另一種比較容易理解的說(shuō)法：宇宙沒(méi)有外面，因?yàn)樗怯邢逕o(wú)界的。有限無(wú)界是什么意思？比如你沿著地球一直走，雖然它不是無(wú)窮大的，卻可以讓你永遠(yuǎn)走不到盡頭，這就是二維層面的有限無(wú)界概念。只要把這個(gè)概念從二維的地球平面轉(zhuǎn)化為三維的宇宙空間，你就能理解“雖然宇宙不是無(wú)窮大的，但它卻沒(méi)有外面”了。

還有些科學(xué)家提出了平行宇宙、超膜宇宙等等理論，當(dāng)然現(xiàn)階段這些概念都還太簡(jiǎn)略，不能構(gòu)成系統(tǒng)體系的科學(xué)理論，目前只能稱(chēng)之為猜想：既無(wú)法證實(shí)，也無(wú)法證偽。

總之，關(guān)于宇宙的很多問(wèn)題，因?yàn)槿祟?lèi)的科技還非常落后，所以猜想占多數(shù)。這有點(diǎn)類(lèi)似于古代人認(rèn)識(shí)地球、認(rèn)識(shí)太陽(yáng)系的過(guò)程：太多未知等待著我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)。讓我們對(duì)天文學(xué)的未來(lái)發(fā)展充滿期待。

三、宇宙的結(jié)局-三個(gè)結(jié)果之爭(zhēng)：

如果說(shuō)宇宙是由一個(gè)奇點(diǎn)于137億年前發(fā)生大爆炸后膨脹形成的，那么按照事物發(fā)展的邏輯推導(dǎo)下去，宇宙只有三種可能的結(jié)局：

1、開(kāi)放宇宙：宇宙的膨脹將永遠(yuǎn)持續(xù)下去，最終膨脹成無(wú)限大，所有恒星都將失去能量直至死亡，所有物質(zhì)都將被拆解成最小單位并互相遠(yuǎn)離，隨機(jī)分布在宇宙中，熱寂發(fā)生，宇宙溫度降低到絕對(duì)零度，宇宙大凍結(jié)。

2、扁平宇宙：宇宙的膨脹將停止，成為一個(gè)空間曲率完全平坦的穩(wěn)定態(tài)，最終所有物質(zhì)全部解體成為分布完全均勻的一片荒漠。

3、閉合宇宙：在無(wú)限遙遠(yuǎn)的未來(lái)某一天，迫使宇宙收縮的力大過(guò)了宇宙膨脹的動(dòng)力——也許是宇宙所有基本粒子之間的引力大于了宇宙大爆炸產(chǎn)生的斥力，也許是宇宙平均質(zhì)能密度（即宇宙所有物質(zhì)的質(zhì)量和能量的平均密度）超過(guò)了某個(gè)闕值，總之在那個(gè)時(shí)刻，宇宙的膨脹動(dòng)力被反轉(zhuǎn)，空間由膨脹轉(zhuǎn)為塌縮，也許會(huì)發(fā)生大撕裂，也許最終會(huì)重新收縮成為一個(gè)新的奇點(diǎn)。

由目前人類(lèi)觀測(cè)的數(shù)據(jù)，科學(xué)家們傾向于認(rèn)為這個(gè)闕值是精確完美的，所以宇宙的結(jié)局很可能是扁平宇宙，最終萬(wàn)物歸于熱寂。

要在以上三個(gè)結(jié)局中選出正確答案，我們先要解答這個(gè)問(wèn)題：宇宙究竟是在加速膨脹、勻速膨脹、還是減速膨脹？

要搞清楚這個(gè)問(wèn)題，我們需要觀測(cè)數(shù)據(jù)。而觀測(cè)數(shù)據(jù)的取得需要天量的資金投入——沒(méi)有回報(bào)、無(wú)法產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益的天量資金投入。因此，關(guān)于這個(gè)問(wèn)題我們目前只有猜想，沒(méi)有答案。

當(dāng)然，上述三個(gè)結(jié)局的前提都是本時(shí)空宇宙的惟一性。如果加入平行宇宙、超膜宇宙等其他猜想，那可能還會(huì)出現(xiàn)“被其他宇宙融合吞噬；被負(fù)宇宙擒獲，正負(fù)宇宙同時(shí)歸零”等另外的狗血結(jié)局。這些引進(jìn)其他宇宙的猜想都過(guò)于玄幻，在此不做探討。

無(wú)論如何，科學(xué)家們并未否定宇宙的閉合結(jié)局這一可能性。我認(rèn)為由于閉合宇宙模型可以從邏輯上完美解釋類(lèi)似問(wèn)題——都說(shuō)宇宙是從大爆炸開(kāi)始的，那大爆炸之前的宇宙是從哪里來(lái)的，不是說(shuō)物質(zhì)不可能從無(wú)到有嗎？ 因此這種理論有它值得被我們仔細(xì)研究的重大意義。

閉合宇宙的演化進(jìn)程：宇宙經(jīng)過(guò)極其漫長(zhǎng)的膨脹階段，終于來(lái)到了反轉(zhuǎn)時(shí)刻。在那一刻，膨脹終于停止，空間開(kāi)始塌縮，所有已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)分離的物質(zhì)和能量相互靠近、融合、吞噬，并且隨著空間塌縮的加速，所有物質(zhì)和能量必將匯集形成宇宙中惟一的黑洞。

與大爆炸后的暴脹階段對(duì)應(yīng)，在最后的時(shí)刻，爆縮階段開(kāi)始了，內(nèi)部已經(jīng)以基本粒子最簡(jiǎn)并狀態(tài)緊緊擠壓在一起的宇宙惟一黑洞遭受到空間爆縮引起的大擠壓，從宇宙惟一黑洞轉(zhuǎn)化為奇點(diǎn)，并在下一刻開(kāi)始大爆炸——新宇宙誕生了。

以上就是閉合宇宙的結(jié)局：所有空間內(nèi)的一切物質(zhì)和能量最終全部歸于唯一的一個(gè)黑洞，而這個(gè)包含了宇宙中一切物質(zhì)與能量的黑洞受到空間爆縮的大擠壓后會(huì)爆發(fā)一次創(chuàng)世大爆炸。因此在下一個(gè)宇宙，我們管這個(gè)黑洞叫奇點(diǎn)，因?yàn)樗褪窍乱粋€(gè)宇宙大爆炸的那個(gè)原點(diǎn)。

令人無(wú)比驚喜的是——由于時(shí)間與空間一樣都是宇宙時(shí)空的獨(dú)有屬性，因此閉合宇宙的演化進(jìn)程中，空間由膨脹轉(zhuǎn)為塌縮可能會(huì)伴隨著時(shí)間由順行轉(zhuǎn)為逆行。劉慈欣在1999年發(fā)表的短篇科幻小說(shuō)《宇宙坍縮》中描述了這個(gè)猜想。

在閉合宇宙模型中，我們最終將與這個(gè)宇宙內(nèi)的一切物質(zhì)、能量一道，以基本粒子最簡(jiǎn)并的形態(tài)緊緊地?cái)D在一起，在等待億萬(wàn)億億年之后宇宙重啟，我們一起去新宇宙。

關(guān)于宇宙閉合的可能性，關(guān)于時(shí)間退行現(xiàn)象，關(guān)于宇宙中一切物質(zhì)與能量的歸宿，這些猜想到底有多少實(shí)現(xiàn)的可能性，目前還無(wú)法預(yù)估，因?yàn)殛P(guān)聯(lián)知識(shí)我們知曉的還是太少。也許這是一件好事——難以想象一個(gè)已經(jīng)通曉了宇宙所有奧秘的文明是多么寂寞，而我們將永遠(yuǎn)抱有對(duì)新知識(shí)的期待。