太空宇宙与地球的差异
太空宇宙与地球的差异
太空宇宙与地球的差异
作者：刘远景（原载于“新浪博客”，原题⽬是：《天上⼈间》）
(2009-01-13 13:38:09)
这⾥并不是向读者介绍另⼀个世界有多么美好，⽽我们的现实⽣活是多么不尽⼈意。在这⾥介绍的是宇宙的千奇百怪，天际间很多现象是我们地球上的⼈⽆法想像的特殊。不读点现代宇宙学⽅⾯的书、天体物理学，不实际地观测天体，⽆论我们的想像⼒有多么丰富，多么⼤胆，我们都⽆法想像我们这个宇宙的神奇。
我们的地球上的普通⼈⽐较关注的天体只有太阳和⽉亮。因为这两个天体对于我们⽤⾁眼看来⽐较⼤，⼜关系到我们的⼀年四季、⽩天⿊夜、潮汐的涨落，特别是太阳，它给了地球上⼀切⽣物的能源，我们今天所使⽤的能源都是过去和现在的太阳所赐予的。“⼤海航⾏靠舵⼿，万物⽣长靠太阳……”。即使是只关注赚钱，不关⼼客观世界的⼈，也不会忽视太阳和⽉亮对于⼈类的作⽤和影响。也许普通⼈不关⼼太阳是如何形成的，也不关⼼若⼲亿年后将会是什么结局，但是，所有的⼈都会关注现在的太阳和⽉亮，⾄少他会关⼼今天出门是晴天还是⾬天。
我们应该知道，太阳系包括我们的地球只是整个宇宙的⼀个⾮常⼩的部分，太阳只是宇宙中极其普通的⼀个恒星。在宇宙中，象太阳这样的恒星还有上亿亿个。有些⽐太阳体积半径⼤得多，例如猎户座的α星，也就是中⽂名字叫参宿四星，它的半径是太阳的约900倍。有些恒星⽐太阳⼩，⽐如说有些恒星退出主序星后
变为了中⼦星，它的半径只有10公⾥左右，但是它仍然是恒星。
我们⽤⾁眼所能够看见的星星，除太阳系的七个⾏星外，都是恒星。宇宙中当然有很多各种各样的物质，由于太远⼈⽤⾁眼是看不见的，很多即使⽤现在先进的设备也看不到。那些遥远的恒星，它们好像离我们地球都⼀样远，或者说都⼀样⾼。其实，这些星星与地球的距离差别⾮常⼤。最近的是南门⼆星，⼈称⽐邻星，与地球只有4.35光年，如果你坐光⼦飞船到⽐邻星去旅游，四年多就到了。那是⼀个⽐我们太阳约⼤⼀点的恒星，它在南⽅偏东⽅向的半⼈马座。⽤⾁眼能够看见最远的恒星，也就是刚才我们提到的猎户座的α星，它离地球有652光年。⽽太阳与地球的距离只有1.5亿公⾥，坐光⼦飞船8分钟就可以到达。也就是太阳照到我们地球上要经过8分钟左右的时间。即使真的有了光⼦飞船，我劝你也别去，太阳表⾯的温度实在是太⾼了，有6000多摄⽒度哇！
⼈类⽤⾁眼所能够看见的恒星有的虽说有数百光年远，但是那基本上都是银河系的恒星。⽽银河系以外的恒星、星系与地球的距离都超过⼗多万光年，⽐如说离银河系⽐较近的仙⼥座星云系，距离地球
有220万光年，最近的⼤⼩麦哲伦星云系离地球也有16万光年和19万光年。600光年⽐16万光年这个差别真是太⼤了。所以，银河系以外的恒星，我们⽤⾁眼是看不清的，即使看见也只是⼀⼩团星云。仙⼥座星云在晴朗的夜空能够看见，但那只是模糊的星云。视⼒差的⼈根本就看不见。虽然我们看上去只是⼀⼩块星云，可是它也像我们的银河系⼀样是⼀个庞⼤的旋涡星系，上⾯有3—4千亿颗恒星，直径约有10万光年。在直径长达100多亿光年的宇宙⾥，均匀地分布着像我们银河系、仙⼥座星云系这样星多达数亿个。
这⾥介绍的只是仙⼥座星云系，并不包括仙⼥座的其他恒星。仙⼥座星云系虽然与仙⼥座的恒星在⼀个视觉⽅向，但是它们与地球的距离差别⾮常⼤。仙⼥座的那些亮星都属于银河系，与我们地球的距离⼤约只有⼏⼗光年远。
这⾥还介绍⼀下中国民间传说中的两颗星----⽜郎星和织⼥星。⽜郎星在银河西边的天鹰座，俗称叫河⿎⼆，⽐太阳⼤⼀倍多，光度⽐太阳亮10倍，离地球16光年，离织⼥星的距离是14光年。织⼥星在银河的东边的天琴座，与⽜郎星隔银河相望，体积是太阳的三倍，光度是太阳的60倍，与地球的距离是24光年。织⼥星离我们⽐较远，但由于它的光度⼤，体积也⼤，看上去⽐较明亮，是⼈⽤⾁眼能看见的第五个最亮的星。关于⽜郎和织⼥的恋爱故事纯粹是⼈们夏天乘凉时杜撰的。⼀是恒星是⼀团⽕球，没有情感，不可能谈爱；⼆是它们相隔远达14光年，不能在农历的七⽉初七的晚上在鹊桥上相聚。它们是离我们地球并不太远的两个恒星，如果它们真的相聚产⽣碰撞，那将给地球上的⼈带来巨
⼤的天灾。织⼥星不但不会与⽜郎星相聚，并且它正在向北极星⽅向运动，12000年后，它将取代现在的北极星，为我们晚上指明⽅向。⽽现在我们所看见的北极星其实是⼀个绕黄极不停运转的恒星，⼤约在2100年它将离开北极。（⼀），⼀个充满等离⼦体的宇宙
我们⽣存的地球上的物质状态共有四种：固体、液体、⽓体和等离⼦体。前三种物态（即固体、液体、⽓体）在宇宙中是稀有的，⽽地球上稀有的等离⼦体在观测到的宇宙中却是最主要的物态。也就是说地球上的⼀块岩⽯、⼀杯⽔对于全宇宙来说，就象钻⽯⼀样稀罕。我们在读中学在作物理实验时，⽼师都教我们如何把液态的⽔变成固体的冰和汽体的⽔蒸汽。似乎物质的形态就只有这三种。其实物质的形态有四种，那就是等离⼦体。我们的太阳就是⼀个由等离⼦体为主的恒星。
等离⼦体由离⼦、电⼦及未经电离的中性粒⼦所组成。因为正负电荷密度⼏乎相等，所以从整体看呈中性。像⽕焰和电焊弧中的⾼温部分，恒星中的表层都是等离⼦体，电磁⼒在其中起主要作⽤，能引起和普通⽓体⼤不相同的内部运动形态，如电⼦与离⼦的集体振荡。从微观⾓度看，等离⼦体的相碰主要由带电粒⼦间的电磁相互作⽤占统治地位，⾃由电⼦补偿了带正电的
离⼦的电荷，因此等离⼦体呈电中性。由于粒⼦的热运动，在⼩范围内可能呈现出对电中性的偏离，成为准中性的等离⼦体。太阳是⼀个巨⼤的等离⼦球体。宇宙中所有的物质的原⼦都经历过等离⼦体这⼀物态。在宇宙星系的前阶段，所有的物质以氢（和氦）等离⼦体形式⽽存在。宇宙中的⼤部分物
质（⾮全部）在某些时期都经历恒星相。在热星内部通过损失氢⽽增加重元素。宇宙中物质的平均原⼦数是增加的，⽽核反应中的质量亏缺是恒星的主要能源。我们银河系绝⼤部分物质由恒星形式的等离⼦体所组成。星际尘埃仅占星际物质质量的百分之零点⼏。⽽星际物质⼤约是星系质量的百分之⼏。这是由于星系中还有⼤量的暗物质（dark matter）。暗物质照英语的字⾯意思就是⿊物质。天⽂学家们在估算星系中物质数量时发现，有些物质以暗物质的形式存在。当我们宇宙拍照⽚时，这种暗物质不出现在照⽚上，暗物质到底是什么？这个问题现在是粒⼦物理和宇宙学的⼀个存疑的问题。不过，有⼀点是肯定的，那就是它不发光，甚⾄其他光源照在它的表⾯时，它能吸收全部光，⾃然就不反射光。据宇宙学家按⾓动量计算，暗物质占宇宙物质总和的90%。如果仅有发光的物质，难以维持宇宙的⾓动量。
早期的恒星周围的星际⽓体被电离⽽形成HⅡ区，来⾃这些热星的紫外辐射维持HⅡ区的氢处于电离态，电⼦和质⼦的复合则发射射电谱线和很强的Hα线。远离热星的星际物质呈中性，但是受到星际光⼦和宇宙线的作⽤也有轻微的电离，主要是低电离势的原⼦被电离。观察已经证明在中性星际⽓体中有⾃由电⼦。
所以，我们可以说银河系所有可观测的物质是处于等离⼦体态，星际尘埃仅占很少的部分。太阳系中的固体仅占百分之⼀。地球虽然是固体，但是地球的质量只占太阳质量的33万分之⼀，⽕星、⾦星、⽔星虽然也是固体的，但质量都很⼩。⽊星、⼟星、海王星质量⼤，可它们也是等到离⼦体。因此，
电磁相互作⽤在银河系中占重要地位，我们所能够观测到的天体98%都是等离⼦体。
（⼆），⾼温的恒星
我们的地球表层的平均温度是摄⽒22度，地球上⼈⼯制造的最⾼温度的途径是核爆炸，能产⽣上亿度的⾼温。太阳的表层温度相对地球来说是很⾼的了（摄⽒6000度），但是相对于宇宙中的其他恒星来说还不是很⾼的，只能算个不热不冷的恒星。温度过⾼是要消耗能量的，太阳之所以已经是46亿岁的⾼龄星球了，相对它的整个寿命还只能算个中年恒星。相对它的整个寿命来说，它现在还是个中年汉⼦。其原因是太阳不太热，释放的能量不太快有关。如果像那些变星那样⾼速地释放能量，早就到了风烛残年了。这要感谢太阳公公平时保养⾝体，不过分地消耗能量，以让我们能够长久地从它的⾝上吸取能源。
宇宙现在的温度⾼低不⼀致。当恒星脱离主序期后，温度会出现中⼼由于收缩升⾼到⼀亿度到五亿度，表⾯温度会降低成为红巨星。由于氦核开始聚变为铍核，铍核⼜很快和另⼀个氦核反应结合成碳核，这两种反应都产⽣光⼦在氦核聚变阶段⾥，恒星内部物理状态发⽣改变导致外层的收缩，使恒星表⾯⾯积减少，表层温度升⾼。这时，恒星就结束了红巨星的阶段。我们的太阳将来也要经历红巨星阶段，这⼀阶段的时间⼤约持续10亿年。那时，光度会⽐今天⾼⼏⼗到⼀百倍，我们的地球的温度升⾼到今天温度的⼆⾄三倍，北温带也就是北京地区以北夏季的最⾼温度会接近100度。不过，我们不要担⼼，那⾄少是30亿年以后的事。到那时，地球上的⼈类早已经不复存在了。
恒星经过红巨星后，就进⼊脉动变星阶段，然后就进⼊爆发阶段，持续数万年地抛射⼤量的物质，光度迅速增⼤，排斥⼒克服吸引⼒，到了恒星晚期，当内⼼温度升⾼到⼏⼗亿度，密度升⾼到⽔的⼀亿倍以上时超新星爆发时，内部的温度能达到⼀万亿度。但由于超新星爆发会产⽣⼤量的中微⼦从中逃出，它会带⾛⼤量的能量，使温度迅速降低，⼀秒钟后就会降到⼀百亿度。⼀千年后左右降到⼀亿度，再变到不发光的⿊矮星为⽌。这是说的那些超⼤恒星。我们的太阳由于质量⽐较⼩，发⽣这种现象的可能性⼩，应该说，不会发⽣。
(三),⾼密度的天体
我在中学上化学课时,⽼师说，任何物质都有空隙，我们可以把喜马拉雅⼭使劲地压，压、压、压，⼀直把它压成⼀块饼⼲⼤⼩装进⼝袋⾥。当时我虽然相信原⼦中电⼦与原⼦核之间是有⾮常⼤的空隙的，但说能把喜马拉雅⼭压成⼀块饼⼲，真佩服⽼师的夸张能⼒，觉得好笑。认为那是不可能的事，到哪⾥去那么⼤的压缩机呀！
地球上的⼈间没有那么⼤的功率的压缩机，但宇宙的⾃然⼒把喜马拉雅⼭压缩成⼀块饼⼲那是⾮常容易的事。通过恒星的⾼速运动能把两个太阳⼤⼩的的恒星压缩成不到⼗公⾥直径的中⼦星。按这个⽐例压缩，我们的地球能压缩成只有⼀厘⽶直径的⼩弹⼦球。我们的太阳可以压缩成直径只有六公⾥的天体，喜马拉雅⼭放在那⾥⼀压缩，可能只有针尖那么⼤了。
1967年，⼈类发现⼀种新的天体----称作脉冲星。这种星发出很强的⽆线电脉冲，慢的⼏秒钟发出⼀个脉冲，快的⼀秒钟能发出⼏个到三⼗个脉冲，⼀个脉冲发出的总能量有的达到30×1035尔格，这⽐地球上最猛烈的⽕⼭爆发时所释放的能量还要⼤⼏亿倍。按⽬前全世界的⽤电量，脉冲星⼀次脉冲的能量就等于全世界⼀亿年的⽤电量。
公元1054年，也就是宋仁宗⾄和⼆年，我国在⾦⽜星座发现了蟹状星云。中⼼那颗恒星就是⼀个脉冲星。到现在，已经发现了⼏百颗脉冲星，这些脉冲星都在银河系内。这些脉冲星的特点就是：⾃转快、磁场强、密度⼤的中⼦星，其外层的密度就有⽔的⼀千亿倍。密度向内增加，到了中⼼部位，密度增加到⽔的⼏百万亿倍到⼀千亿倍。恒星的密度超过了⽔的密度的⼀千亿倍时，电⼦的能量就⼤到⾜以能够打进质⼦内，和质⼦结合成中⼦，质⼦的正电荷就消失。由
于这种超密度的恒星是由中⼦组成，所以称为中⼦星。中⼦星的外壳具有晶体结构，内部处于超流状态的中⼦，夹杂着少量的质⼦和电⼦，接近中⼼的部分可能有⼀些超⼦，这是⼀些⽐中⼦和质⼦都⼤的基本粒⼦。
中⼦星的质量不超过太阳质量的三倍，由于密度⼤，所以体积很⼩，半径只有⼏公⾥，磁场强度⾼达⼀万多⾼斯以上。⽽太阳的磁场没有超过⼆⾼斯。中⼦星⾃转快，由于中⼦星磁场强，其表层的⾼能电⼦会产⽣强⼤的辐射。如果中⼦星的⾼能电⼦多的那部分向着地球，我们会接受到⼀次强烈的脉冲辐射，这对⼈类和⽣物将是不利的。
通过抛撒物质⽽变成的中⼦星有⼀个质量极限，约等于三个太阳的质量。⼩于这个质量的恒星可以直接演化为中⼦星，不经过爆发；⼤于这个极限的恒星通过爆发减少质量⽽成为中⼦星。如果爆发后质量仍然⼤于三个太阳的质量，恒星就继续收缩到⼏何半径，⼩于所谓的“引⼒半径”时，恒星就成为⿊洞。引⼒半径的公式是：
引⼒半径==2GM/C2
G为万有引⼒常数，M为恒星质量，C为光速。
对于太阳的引⼒半径等于：
2×6.67×10－⒏×1.99×1033/(2.998×1010)2＝3公⾥。
也就是说我们的太阳今后的引⼒半径只有三公⾥。由69.6万公⾥收缩到只有三公⾥,⼩了⼆⼗三万倍。
如果照这样收缩，我们的地球会收缩成怎样呢？
2×6.67×10－8×5.97×1027/(2.998×1010)2 =6毫⽶。
回答是地球如果引⼒半径收缩后只有六毫⽶半径⼤⼩了。
今年最流行的歌曲当然，地球不是恒星，只是⾏星，也没有那么⼤的的质量，⾃然也不会变成中⼦星。也不会单独地变成⿊洞。但是我们的太阳完全是可能在⼏⼗亿年后成为中⼦星的，我们可以看到，⼤⾃然的⼒量是多么神奇呀！
当⼀个恒星变成了中⼦星，它的密度就⾼得惊⼈。在收缩的过程中，肯定会失去⼀些质量，但是，当物质的密度达到⽔的⼀千亿倍时，⼀⽴⽅厘⽶的物质会超过⼗亿吨重。⽐⽅说⼀个打⿇将的骰⼦⼤⼩的中⼦星物质，⽤地球上的磅秤称会有⼗亿吨重。这样的物质，地球上没有任何地⽅能够承载，即使⽤⼀⽶厚的钢板垫在中⼦星物质的下⾯，也同样如针插在⽔⾥⼀样。会在地球上穿出⼀个洞来，由于地球的引⼒，它⼜会被吸引回来，重新在地球上穿出⼀个洞，并且会这样反复地进⾏，那么，地球就成筛⼦，到处都是洞。
(四),⾼速运动的宇宙
游戏崩溃
地球上能看见的固体物质的运动得最快的应该要算是⽀射击的⼦弹，它每秒钟飞⾏的初始速度达1000多⽶.当然，也能看见光的运动，那是每秒钟30万公⾥。但我们平时⽣活中没有把光从光源到照明点这⼀过程当作是⼀个运动过程，⼈们的视⼒通常把光的短距离运动忽略不计。
在宇宙中，每秒1000⽶的运动不算什么⾼速运动。请看以下天体的运动速度：
1，地球⾚道⾃转线速度是每秒4638⽶，公转线速度是每秒30000⽶；
2，太阳绕银河的银核公转速度是每秒25万⽶；
以上是太阳系的运⾏速度的举例，即使是太阳以每秒25万⽶在速度公转，相对于宇宙中的其他天体的退⾏（分离）来说，也是慢的。⽐如：
3，编号为4G05：34的类星体的退⾏红移值Z为2.877，按红移值Z1=光速计算，那么，它的退⾏速度等于每秒86万公⾥。如果除以2，也等于43万公⾥；
4，编号为PKS2000-330的类星体，其退⾏速度红移值Z=3.78，它的单边退⾏速度应该是113.4万公⾥÷2=56.7公⾥.即这个类星体以每秒56.7万公⾥的速度运动；
5，最近⼏年观测到的红移值Z=6的类星体，其退⾏速度应该是6×300000/2=90万公⾥，即每秒90万公⾥的速度退⾏；
迅的拼音6，距离地球6300光年位于⾦⽜座的蟹状星云，是我们银河系的⼀颗恒星爆发后的残骸，900多年前就发现它爆炸了，现在这些残骸还正以每秒四万公⾥的速度向四⾯⼋⽅膨胀扩散，这个速度也是⼦弹速度的四万倍。
鼠疫的传播途径⼀颗⼦弹以每秒1000⽶的速度从我们⾝边飞过，我们会听到“嗖”的⼀声，感到很吓⼈，如果⼀个物体以每秒1万公⾥的速度从我们⾝边飞过，那个声⾳的频率应该更⾼，⽿朵会有⼀种被针剌的感觉；如
果以光速的速度多我们⾝边飞过，即使我们是站在真空的环境⾥，那会是⼀种什么感觉？很难想像！
按爱因斯坦的相对论，如果我们乘光⼦航天器飞⾏，时间就会停⽌。如果我们在乘坐在这种飞⾏器上不下来，就会永远保持现在这个年龄。如果这种飞⾏器⽐光速更快⼀些，我们乘坐在这种飞⾏器上，就会变得越来越年轻，乘坐⼀年后，我们会由四⼗岁变为三⼗岁，返⽼还童。如果我们乘坐的飞⾏器飞⾏速度达到光速的两倍，乘坐⼀段时间后，我们就会回到过去，看见我们的祖先。
照此看来，回到过去并不是不可能的事，⽽是我们现在还不具备这个条件。如果条件具备了，可以把秦始皇的遗体放在超光速的飞⾏器上飞⾏，他也许会复活；学历史的教授们乘坐超光速的飞⾏器，也许能够看见三皇五帝。
说到这⾥，天上（太空）与⼈间（地球）主要有以下⼏种不同：
⼀是物态不同。宇宙中主要物态---等离⼦体---地球上稀有，⽽地球上的三种主要物态⽓体、固体、液体宇宙中⼜是⾮常稀有。地球上⽓体、固体和液体占所有物质的99.9%；
⼆是温差很⼤。地球表⾯平均温度是22摄⽒度，冶⾦温度也没有超过4000度，核爆炸能达到⼀千万度，⽽宇宙中的恒星到达晚期温度可以达到五亿度。在宇宙⼤爆炸时，温度曾达到100亿度。
三是密度相差⼤。地球平均密度是每⽴⽅厘⽶5.5克，最⼤的密度也没有超过每⽴⽅厘⽶15克。⽽宇宙
中现在发现的最⼤密度的物质超过每⽴⽅厘⽶20亿吨；
四是地球上物质是慢速运动，宇宙中的物质⼤多是⾼速运动。岳阳楼记原文及翻译
天体物态最⾼温度(摄⽒度)最⼤密度G/cm3最⾼速度KM/秒
地球固、液、汽1000万(曾经)  15公转29
中国电视好演员入围名单公布宇宙等离⼦体  100亿  20亿吨光速的6倍
差别就是这样⼤。我们⽣活在地球上的⼈所经验过的知识是那样的少，真有点井中之蛙的意思。

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