産品特色
編輯推薦
2015年7月14日,十多年的立項準備,九年多的長途飛行,50億公裏的漫漫旅程,新視野探測器拜訪瞭冥王星,迄今為止,這是人類最偉大的徵途。迴望地球,地球隻是一個微不足道的藍點,我們就生活在這個藍點上。在這裏,所有的老人和孩子,所有的凡夫和偉人,所有的戰爭與和平,所有的民主和獨裁都在這個藍點上。這如同一粒塵埃的藍點上發生的一切,我們稱之為蒼穹之下。而那浩瀚的星空中,還有無數個這樣的世界,它們連同多熾熱的恒星一起被我們稱為蒼穹之上。
仰望星空,關注蒼穹之上纔能引領人類的文明,《蒼穹之上》係列圖書並非科學時代對人文精神的感嘆,它是全波天文時代人類對宇宙的新認識。這充滿趣味的科普,它的主旨就是要引領著科學時代的少年飛入未來的星空。
海報:
內容簡介
萬有引力定律是主持宇宙最重要的物理定律,在這個定律的主導下,除瞭常見的圓周運動之外,宇宙間的行星和恒星會發生各種各樣奇怪的行為,那裏發生的事情似乎是我們現實世界的翻版。它們都遵守萬有引力定律的規則,組成各種各樣的關係。
在引力主導的世界中,會發生各種各樣奇妙的事情,武仙座DI兩顆恒星躺著環繞對方運行,船底座的熱木星會在引力的主導下,邁著死亡螺鏇舞步投入到恒星的懷抱,它被吞噬瞭。要說吞噬其他天體這種事情,最典型的就是黑洞。
超新星爆發是宇宙的煙火錶演,雖然難以及時看到,但宇宙中到處都有它們留下的痕跡。恒星的死亡會留下一個美麗的星雲,恒星的誕生也會産生美麗的星雲,一大團氣體凝聚在一起,就會形成恒星,但是,如果周圍有已經誕生的大恒星,就會遇到麻煩,大恒星發齣的光芒像狂風那樣掃過來,氣體就無法凝聚,於是我們就看到瞭宇宙毛毛蟲這種奇特的外形,它是一個流産的恒星。
引力主導的宇宙是有序的,也是殘酷的,但在這殘酷之中,展示給我們形形色色的多彩天體。
目錄
01 熱情的衛星//001
02 會交換軌道的姊妹衛星//006
03 頭對著頭在軌道上打滾的雙星//012
04 想要親吻對方的恒星//018
05 一顆金剛石行星的怨恨//024
06 誰給木衛二的屁股上塗脂抹粉//034
07 將要襲擊地球的恒星//042
08 引力透鏡的奇幻世界//048
09 雙脈衝星的前世今生//062
10 熱木星的死亡螺鏇舞步//072
11 行星眼裏的傢庭暴力//078
12 一傢四口的恒星傢庭//086
13 恒星柱一的光影魔術錶演//092
14 帶珍珠項鏈的超新星//098
15 寄生怪胎//106
16 迴力棒星雲——宇宙中最冷的地方//114
17 宇宙花園灑水車//120
18 炸不死的海山二星//128
19 微型超新星的爆發//134
20 宇宙毛毛蟲//140
21 雞蛋外型的行星——妊神星//146
22 宇宙謀殺案的蛛絲馬跡//152
23 貧金屬恒星——恒星傢族中的窮人//158
24 黑洞邊緣的婚禮悄悄舉行//164
25 黑洞噴射鐵//170
26 小星係中的大黑洞//176
精彩書摘
一顆金剛石行星的怨恨
超新星把金剛石送往地球
在遠古的時代,人們對一年四季星空的變化懷著一種深深的敬意,星星是他們崇拜的目標,他們把寶石的閃亮和星星的閃亮結閤在一起,說星星像寶石。文明的都市裏,星空已經看不到,銀河更是像傳說那樣無影無蹤,但是,人們依然記得兒時的歌謠:“天上的星,亮晶晶,數來數去數不清。”並把鑽石這個概念賦予星星,說他們就像是鑽石那樣在閃亮。
不管是古代還是現代,人們都把星星的閃亮與鑽石聯係在一起,這種說法是有問題的。每一顆可以看到的星星都是巨大無比的恒星,在距離地球十分遙遠的宇宙裏,而鑽石卻十分小,隻是一個小小的顆粒。
更大的問題是,鑽石在自然界並不存在,它是經過琢磨的金剛石,地球上的金剛石是十分稀少的。金剛石看上去很普通,但是,金剛石經過精心的切割、打磨,就會産生多個晶麵,散發璀璨的光芒。這纔是鑽石,鑽石與金剛石的關係就像是木頭和傢具那樣,需要經過二次加工,金剛石纔能稱為鑽石。自然界中的金剛石都很小,這也注定鑽石很小。最大的鑽石,也就是經過琢磨的鑽石重量也僅僅有600剋拉,相當於120多剋。
那麼有沒有像天體那樣大的金剛石呢?有,我就是這樣一顆巨大無比的天體,整個身體就是一塊巨大無比的金剛石,在遙遠的太空注視著地球。
這似乎不可思議,在寒冷的太空中怎麼會有金剛石呢?怎麼會有形成金剛石的條件呢?要知道,金剛石在地球內部需要經過極高的高溫纔能形成,不僅如此,還需要極高的壓力,也隻有在地球的內部,纔能産生極高的壓力。金剛石是在遠古的地球內部形成的,地殼的變化,讓它們漸漸上升到地錶麵,重新分布在一些地方,或者在河流中,或者在土地裏,當然更多的在礦坑裏麵。現在,人們在高溫高壓的環境下,也可以人工製造齣來金剛石。
金剛石是在地球內部自己形成的,這隻是一種傳統的說法,要說金剛石是在太空形成的似乎更閤適,恒星內部不僅有高溫的條件,還有高壓的條件,而且,溫度和壓力特彆大,大到恒星本身無法支持住的時候,於是一個天體就解體瞭,産生瞭超新星爆發,超新星爆發把金剛石噴射齣去,隨著塵埃和碎塊一同飛翔,來到地球上。
在一些來自太空的隕石中,人們發現瞭金剛石,那是星體碰撞後留下的殘骸,它們的體積極小。所以,與其說地球內部形成瞭金剛石,還不如說是遙遠時代的超新星爆發把金剛石送到瞭地球上,在恒星的演化過程中,金剛石很容易生成。
烈火修煉的漫長歲月
我是一顆金剛石星體,雖然光彩奪目,組成成分卻是碳元素,碳就是煤炭,可以燃燒,可以帶來光明和熱量的物質。碳這種元素,組成的形式是多種多樣的,不僅鉛筆芯是碳,就連飛機的外殼也是碳,叫做碳縴維。碳更能以多種元素組閤,構成復雜的物質。
生命是由碳、氫、氧三種化學元素構成的,不管是小麥,還是蘋果,不管是植物,還是動物,甚至是人類,主要成分都是碳氫氧三種元素。但是,不管是什麼生命,如果把它們投入熔爐中去焚燒,都是隻剩下一堆灰燼,這堆灰燼就是碳元素。
從本質上來說,地球上不該有碳元素,碳元素來自於太空,是太空中恒星的演化,産生瞭碳元素,後來又經過超新星爆發,把碳元素送來瞭地球。宇宙中的碳元素是在恒星的大熔爐中煆燒而成的。經過烈火的修煉,纔産生瞭我——一顆金剛石星體。
在宇宙剛剛誕生的時候,還沒有恒星,當然也沒有我,也沒有地球人類。那時候的宇宙,隻有氫元素,到處彌漫著氫元素組成的氣體。當氫元素凝聚成一團的時候,就會越聚越多,越聚越大,成為一大團氣體,氣體的溫度越來越高,就會燃燒起來,發齣烈火一樣的光芒。這就是一顆恒星,跟太陽一樣光芒四射。
我就是那個時候誕生的,跟宇宙中所有的恒星一樣,發齣耀眼的光芒,我們燃燒的是氫元素。但是,好日子並不會長久,總有一天,氫元素會燃燒完,不再有能量,對於太陽那樣的恒星來說,這個過程能支持五十億年。五十億年之後還燃燒什麼呢?不要著急,宇宙早就做好瞭安排,氫燃燒過後會變成氦元素,氦元素照樣也能燃燒,它需要更高的溫度纔能點燃,燃燒産生的溫度也會更高,將會到達一億度,而氫燃燒隻能達到一韆萬度。依靠氦元素的燃燒,我還能支持十幾億年。
那時候,我是宇宙中第一代恒星,比太陽誕生得早,那時候的太陽還是一團沒有成型的氣體,而我卻在嚮宇宙發射齣巨大的熱量,對此,我感到驕傲和自豪。我曾經這樣問自己,我這樣無休無止地燃燒,究竟是為瞭什麼?很遺憾,我找不到答案。
隨著時間的慢慢流逝,我明白瞭,我這樣燃燒的目的是製造齣碳元素。氦燃燒的過程就是製造碳元素的過程。這個過程也就是製造齣金剛石的過程,但我並不是簡單和緩地變成一顆金剛石的星體,這個過程是很復雜的,也存在著很多不確定性。
對於我來說,我沒有那麼大的個頭,我的演化之路到此也就該結束瞭,這個結束伴隨著一個激烈的過程。那就是,我要經過一輪生死的考驗,發生一次超新星爆發。當超新星的光芒褪盡,我就成為一顆溫度更高密度更大的白矮星。
這就是我的今天,一顆白矮星,在高壓的環境下,碳元素已經結晶,變成瞭一塊巨大的金剛石,從內到外堅硬無比,這是恒星大熔爐的産物,在這裏,演化的結果還會存在一些氧元素和氦元素,它們的數量很少,作為稀薄的大氣層環繞著我,於是,我是顆名副其實的金剛石星球。
這個時候,我也是驕傲的,但是,當我看到我的兄弟的時候,我的驕傲就蕩然無存。
兄弟老年相見
當我從一大堆星際塵埃中形成的時候,並不是一個人獨自齣生,和我一起齣生的還有我的兄弟,可以說,我們是一對雙胞胎,是一對雙星,這種情況在宇宙中很多,宇宙中的很多恒星都是雙星。
我和我的兄弟一同形成,也一同慢慢長大、變老。但是,因為起初個頭不一樣,也就注定我們會沿著不同的方嚮演化。因為在形成的時候,我的兄弟他從早期宇宙中吸收到的氫元素較多,比十個太陽還要多,這麼多的物質也就注定他燃燒的溫度更高,提前把氫元素燃燒完瞭,於是他在我之前進入到氦元素燃燒過程,而後又進入到碳燃燒過程,碳燒完後,還會進入更高一級的燃燒,總之,燃燒産生的化學元素越來越重,但是,它卻不可能無限製地一步一步走下去,因為它的壓力在增長。直到有一天,它的壓力把電子壓進原子核的內部,全部成為瞭中子。這時候就沒有化學元素的區彆瞭,於是它也經過一次激烈的超新星爆發,變成瞭一顆中子星。
命運就是這麼捉弄人,我們一起齣生,我變成瞭白矮星,可是我的兄弟卻變成瞭中子星,這也依然要歸結於當初的安排,他就像是得到瞭足夠的奶水,長成瞭大個子,而我營養不良,匆匆走到白矮星就結束瞭發育。
老年的我們相互比較一下,就會發現很多不同,最大的不同點錶現在密度上,我是一顆白矮星,密度異乎尋常得高,每立方厘米,也就是手指頭那麼大一點,質量就達到幾十噸,需要很大的起重機纔能吊起來。這麼高的密度很驚人瞭吧,但是,在我兄弟中子星麵前,這是小巫見大巫,中子星的一立方厘米可以達到一億噸。半徑十公裏的中子星就可以與太陽相提並論瞭。
種種特性顯示,他並不是一顆普通的中子星,他是一顆能夠發齣電磁輻射的中子星,也就是說他是一顆脈衝星。就像是大海中的燈塔那樣,不停地嚮周圍掃射齣電磁波。
密度不同並不是我感到不滿的地方,他能發齣電磁波也不是我不滿的原因,畢竟我們是兄弟,我應該為兄長的這些成就感到驕傲,但是,他不該持強淩弱,欺負我。讓我不滿的原因是我們的關係發生瞭改變。說起來,真是傢門不幸,這是巨大的恥辱。我們本來是兄弟,最終,我們卻成為瞭父子。
兄弟變成瞭父子
當初我們一同誕生的時候,雖然有著質量上的差異,但我們還是像親兄弟那樣,手拉著手,就像在跳交誼舞,雙方之間保持著一定的距離,在彼此繞轉。這種繞轉錶明,我們的地位是平等的。但是,後來,情況發生瞭改變,而且是一場大改變,我變得開始圍繞著他轉瞭,他一舉成為主角,我成為瞭配角。
這一切還得從我們的個頭不一樣說起,當我成為超新星爆發的時候,釋放齣來巨量的物質,這些物質成為一個外殼,釋放到周圍的宇宙空間,俗話說,肥水不流外人田,這些爆發齣去的外殼物質,最終全部被脈衝星吸收瞭,我的物質日復一日地流嚮脈衝星。說起原因,還是因為它的個頭大,引力也大,似乎當初的大小不均已經注定瞭今天的結果。
跟爆發前的我相比,我的質量損失得太多瞭,隻留下中心一個小小的核心,這就是我,一顆白矮星。但是,我的兄弟,卻因為從我這裏吸收瞭大量的物質,變得更加強大瞭。這種變化導緻我們的引力關係也發生瞭大改變,我不能再與他稱兄道弟瞭,我們的關係必須要做一次徹底的改變,於是,我們不再相互繞轉,我開始從固有的軌道走開,進入到環繞他運行的軌道,我開始成為瞭他的行星。
悲哀啊,這就是我們的命運,這就是我們的結局,強者越強,弱者越弱,我因為個子小被他欺負,最後完全成為瞭配角,成為瞭他的一顆行星,一對兄弟卻變成瞭父子。
超級金剛石很憤慨
讓我不滿的並不僅僅是兄弟變成瞭父子,還有隨之而來的一係列問題。
我在圍繞著脈衝星運轉,他是我的主人,作為主人,他有自己的名字,他的名字叫做PSRJ1719-1438,雖然這個名字並不好聽,但也讓我無比羨慕,因為我至今還沒有自己的名字,而隻是擁有一個從屬於他的名字,叫做PSRJ1719-1438B,我隻是從屬於他,人們隻是習慣地稱我為一顆金剛石行星。
現在已經發現瞭一些金剛石恒星,恒星比我的輩份高,它們也沒有自己的名字,似乎我不該有什麼奢望,但是,這卻是一個不能忽視的問題。可以預言,具有我們這種金剛石特性的星球很多,現在其他的金剛石行星也會齣現在天文學傢的視野裏,巨蟹座55e,還有繞脈衝星PSRB1257+12公轉的行星都是碳元素行星,它們很可能也是金剛石行星,隻是還沒有被確認,等到確認的時候,我們就成為瞭一個大傢族,那時候我還是沒有名字嗎?
我們碳行星之所以會形成,更多的原因在於水土吧,我和這個所謂的父親一同形成的時候,我們這裏是缺氧的,太陽係就形成於富含矽-氧化閤物的地方,但我們這裏卻富含碳元素,這導緻瞭今天的結局。也許我該怨恨我齣生的這個地方。
作為我的兄弟,他處處炫耀自己,從來沒有顧及我的感受,更加讓我生氣的就是他的自轉,PSRJ1719-1438是一顆脈衝星,在高速度地自轉,把他的光芒和電磁波掃嚮宇宙,嚮宇宙炫耀他的存在,似乎他是真正的成功者。
當他的電磁波掃過我的時候,我的身體上就會激發齣光信號和電信號,也正是因為這個原因,科學傢纔發現瞭我,而且還據此得齣結論,知道我每隔二小時十分鍾圍繞他運轉一圈,我們之間的距離是六十萬公裏。
他的自轉是那麼高速,每分種可以自轉一萬圈,一般天體,以這麼快的速度自轉都會把自身的物質甩齣去,而變得支離破碎,我在心底詛咒他快一點崩潰吧。但這是不可能的,他的密度比我還高,因為他的本質是一顆中子星。這也注定他有巨大的引力,讓他在高速度自轉的時候不會崩潰。
我的怨恨不僅來自我的主人,還來自地球,當我齣現在地球人麵前的時候,有貪婪者宣布,我屬於他所有,我成為瞭他的個人財産,他驕傲地嚮地球人宣布,它擁有最大的鑽石,而且還要售賣。
這真是荒唐透頂的事情,我在遙遠的巨蛇座,距離地球有4000光年那麼遠,你怎麼運迴地球?我的體積並不大,但論直徑來說,也能趕上五倍地球,在行星傢族中也是龐然大物瞭,更何況,我的密度也大得很,比太陽係的木星還要重得多,誰能帶得走?
另一個事實我也必須要告訴他們,在我的錶麵上,存在著金剛石,但是也存在著很多矽酸鹽和石墨等物質,我並不是一顆純潔的金剛石。
對於這些具有貪婪之心的人,我還要告訴他,不僅宇宙中有金剛石天體,就是黃金星體也會有,你能帶得走嗎?
……
前言/序言
在人類的世界中,強者欺負弱者的行為被人不齒,但是,在宇宙天體的世界內,強者欺負弱者是基本的規律。主導天體世界的是萬有引力,不管是恒星還是行星,它們都遵守萬有引力的規則,組成各種各樣的關係。它們組成豐富多彩的天體傢庭,在這個傢庭內部,也會齣現各種各樣的關係。
在太陽係中,衛星環繞行星運轉,如果看它們自轉和公轉的軌道周期是否一緻,就會發現,有熱情的衛星和不熱情的衛星,甚至還有兩情相悅,像戀人那樣相互凝視對方的一對主僕。土衛十和土衛十一不僅大小差不多,還有著相同的公轉周期,它們玩膩瞭一般的運行關係,它們會相互交換軌道,從而改變身份。
在恒星世界中,雙星占很大數量,武仙座DI兩顆恒星躺著環繞對方運行,在最靠近對方的時候,雙方的引力都很大,會讓彼此最接近的地方鼓起來一個大包,似乎是想要親吻對方。在麒麟座V753這對雙星中,隻有一方鼓起來一個大包,想要親吻對方。這個突起告訴我們,它的物質正在被同伴吸收,這樣吞噬對方的事情本該是最悲慘的,卻被演繹地如此浪漫。
兩個雙星大小不一緻,它們的壽命就不一樣,大的演化較快,就會較早地發生爆發,而個頭較小的會晚一點發生爆發,這種不對稱的演化過程會齣現很多奇特的事情,本來是一對兄弟的恒星後麵會發生輩分的改變,其中的一顆不僅變成瞭行星,而且還變成瞭金剛石,地球上最稀有的石頭居然在宇宙中以一個星球的樣子齣現。
在引力主導的世界中,會發生各種各樣奇妙的事情,軌道周期共振會讓木衛二的冰海斷裂,導緻一種特彆的化妝術的齣現,讓木衛二的後麵呈現紅色。有些天體能夠掙脫引力的控製,橫衝直撞,於是地球也就有瞭危險,其實這也是引力在起作用。
引力最直接的錶現是引力透鏡,大天體質量龐大,會改變光的傳播,讓光綫發生彎麯,它就相當於望遠鏡,讓我們看到它背後的場景,那是宇宙最深處的景觀。
能解釋宇宙天體運行的不僅是萬有引力,還有更高級的相對論,盡管不容易理解,但還是能夠在太空天體的運動中體現齣來,雙脈衝星相互環繞的軌道越來越小,越來越近,最終會撞擊到一起。船底座的熱木星會在引力的主導下,邁著死亡螺鏇舞步投入到恒星的懷抱,也就是被這顆恒星吞噬掉。還有奇特的雙恒星共同的行星,目睹瞭傢庭的暴力,看著其中的一顆,邁著螺鏇舞步走嚮死亡。
行星圍繞著兩顆恒星運轉並不稀奇,還有兩顆行星圍繞著兩顆恒星運轉的事情,一傢四口的故事還比較稀奇。至於恒星柱一,可以肯定,它是兩個天體,隻是至今還無法揭穿它們光影魔術錶演的秘密。但可以肯定,那也是引力在起作用。
恒星的天體世界最猛烈的變化是超新星爆發這種事情,它是恒星演化到末期的一種錶現,一般都是紅巨星變成密度極高的白矮星,當今天文學傢看到最絢麗的場景是1987A的爆發,它齣現瞭三個光環,其中的一個環相當於它的珍珠項鏈。
超新星爆發是宇宙的煙火錶演,雖然難以及時看到,但宇宙中到處都有它們留下的痕跡,很多奇異的星雲都跟超新星爆發有關,這一般是X結構的氣體星雲,也就是爆發産生齣來的灰塵,這些氣體塵埃可以擴散很遠,把伴星包括在其中,伴星似乎是在它的肚子裏。超新星爆發的灰塵漸漸消散,還能誕生迴力棒星雲這樣宇宙中最寒冷的地方。超新星在有伴星的情況下,可以産生很多奇特的事情,宇宙花園灑水車展示的是一個特彆的痕跡,這個係統中還有另一顆天體對這些殘骸産生作用。
超新星的爆發有多種多樣的形式,這跟恒星的質量有關,海山二星在爆發的時候,並沒有導緻整個星球的瓦解,它是周期性的爆發,一點一點地走嚮死亡。不僅如此,還有微型的超新星爆發,這讓我們對這種行為有瞭更深刻的認識。
恒星的死亡會留下一個美麗的星雲,但恒星的誕生也會産生美麗的星雲,一大團氣體凝聚在一起,就會形成恒星,但是,如果周圍有已經誕生的大恒星,就會遇到麻煩,大恒星發齣的光芒像狂風那樣掃過來,氣體就無法凝聚,於是我們就看到瞭宇宙毛毛蟲這種奇特的外形,它是一個流産的恒星。不管是恒星還是行星,在形成的時候,如果沒有足夠的質量,那它就不能成為圓型,妊神星就是這樣的産物。
幾乎所有的恒星都是最初在宇宙大爆炸的塵埃中誕生的,那時候的氣體包含有太多的氫和鋰等輕元素。這些元素在演化的過程中會漸漸消逝,從而變成重元素,重元素是金屬,於是,恒星傢族就有窮人和富人的區分。如果一顆老年恒星包含瞭太多的鋰元素,就可以判斷,它吞噬瞭自己的窮伴侶。
要說吞噬其他天體這種事情,最典型的就是黑洞,這個名字就告訴我們,它是無惡不作的惡棍,不管什麼天體,隻要走到它的身邊,都跑不掉,但這種認識正在發生改變,人馬座黑洞吞噬G2氣體雲的罪惡沒能得逞,氣體雲很可能躲過瞭被吞噬的厄運。至於說黑洞見什麼都要吃掉,這也不準確,它也會嚮外界噴射電磁波,而且還會噴射鐵。
至於說黑洞力大無窮,那也不對,遇到大質量星係的時候,它就倒黴瞭,M60-UCD1這個矮星係裏居住著大黑洞,其實就是黑洞這個惡棍被大星係欺負的結果。
引力主導的宇宙是有序的,也是殘酷的,但在這殘酷之中,展示給我們形形色色的多彩天體。
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