宇宙核工廠太陽的能量從何而來 42 巨浪席捲太陽揭秘太陽海嘯 44 惡魔侵襲認識太陽黑子 46 最值得的冒險一睹日食奇觀 48 復仇女神太陽伴星理論 50 正在縮水的行星走近水星 52 太空美神認識金星 54 失落的生命搖籃金星海洋猜想 56 地球的前世今生地球是怎麼形

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浑家
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2 DISCO VE R IE S FR OM S OUR MY TE R IO U S WO RLD 目錄星際太空 CONTENTS 創世記宇宙誕生假說 7 末日審判預測宇宙的結局 10 美麗的星星島認識星系 12 致命邂逅星系碰撞 14 是鄰居還是過客造訪大小麥哲倫雲 16 潛伏在宇宙中的魔鬼探秘黑洞 18 星際旅行探討穿越蟲洞的可能性 20 古墓天機認識星空 22 天河洶湧漫遊銀河系 24 宇宙星工廠恆星的一生 26 多彩恆星恆星顏色和溫度的關係 28 宇宙鑽石王神奇的白矮星 30 宇宙中的雙胞胎觀測雙星 32 百變星君認識變星 34 宇宙中最亮的天體神秘的類星體 36 太陽升起探索太陽系的起源 38 飛出太陽系探訪太陽系的盡頭 40

3 宇宙核工廠太陽的能量從何而來 42 巨浪席捲太陽揭秘太陽海嘯 44 惡魔侵襲認識太陽黑子 46 最值得的冒險一睹日食奇觀 48 復仇女神太陽伴星理論 50 正在縮水的行星走近水星 52 太空美神認識金星 54 失落的生命搖籃金星海洋猜想 56 地球的前世今生地球是怎麼形成的 58 突破鬼門關穿越黑障區 60 驚天大逆轉解密地球磁場倒轉 62 上帝之手解讀地球生命密碼 64 月宮作客初探月球表面 66 害羞的月亮月球為何總是以一面示人 68 狼人傳說神秘的月亮效應 70 星際太空驚天騙局阿波羅登月真相 72 太空戰神巡遊火星 74 火星水世界探尋火星上的液態水明日恆星木星能否成為第二個太陽木星的大眼睛探秘木星大紅斑夜空之舞木星極光奧秘 82 海豚的太空家園木衞二生命探秘 84 極度深寒探討木衞四的危險性 86 破譯天書土星光環傳奇 88

4 太陽系中的另一個伊甸園土衞六能否成為第二個地球 90 天空之神特立獨行的天王星 92 憤怒的湼普頓探測海王星 94 誰動了我的星籍認識矮行星 96 星際太空尋找失散的兄弟下一顆大行星在哪裏 98 天外飛星漫話小行星 100 地球末日小行星撞擊地球的可能性 102 霓裳魅影剖析小行星的顏色 104 太空流浪者認識彗星 106 夜聽流星流星有聲音嗎 108 天外來客探秘隕石 110 飛天精靈神奇的人造衞星 112 將眼睛放入太空哈勃太空望遠鏡的功績 114 一飛沖天揭秘火箭的發展歷程 116 飛天神鷹了解穿梭機 118 太空裏的挪亞方舟造訪太空站 120 UFO 現身探秘不明飛行物 122 傳說中的外星人遺跡探討地面奇觀與外星人的關係 124 人類並不孤單探索外星生命 126

5 星際太空星系和天體的創世記模型宇宙誕生假說在西方傳說中宇宙最初漆黑一片只有上帝一直存在後來上帝用非凡的能力創造了天地萬物於是原本寂靜的宇宙從此熱鬧起來在中國古代的傳說中巨人盤古開闢了混沌宇宙創造了世界傳說固然不可當真但從中我們可以看出我們的祖先很久以前就在探討宇宙的起源問題了時至今日宇宙的誕生之謎依舊是困擾着科學家們的難題之一宇宙恆定假說太空望遠鏡有助人類揭開宇宇宙大爆炸示宙誕生之謎意圖 20世紀的英國天文學家霍伊爾 Fred Hoyle 等專家認宇宙大爆炸假說與其他關於宇宙起為宇宙是永恆的沒有開始也沒有結束宇源的假說相比目前大部宙中的星體星體數目及分科學家都接受宇宙大其運動一直處於穩定平衡的爆炸假說這一假說認為狀態這就是宇宙恆定假說然大約在100億至200億年前構成所有天而這個假說並不足以完全解釋宇宙體的物質都集中在一起稱為原始火球後來的身世之謎高溫高密度的原始火球發生了大爆炸組成火球的物質向四面八方飛散在這些物質擴散的同時太空中一些地方的物質融熔凝聚形成了星系星雲和恆星等物體這便是宇宙的雛形大爆炸的痕跡宇宙微波背景輻射證明了宇宙起源於大爆炸的假說然而由於最初宇宙的物質不可能完全均勻分布所以如果這一假說成立那麼各個方向的輻射必定有所不同這還有待於進一步觀察和論證宇宙膨脹的想像圖 7 7

6 青少年最好奇的奧秘大發現雖然人類在探索宇宙的奧秘方面已經取得了重大進步但是對宇宙起源的探索至今仍處於假說階段黑洞噴發假說天文學家在天文觀測中發現宇 8 新的懷疑長期以來宇宙中的星體也會誕生和死亡並不永宙大爆炸假說一直遠處在穩定的狀態因此宇宙恆定獲天文學界普遍認同根據宇宙大爆炸模型推算假說顯然是錯誤的而宇宙大爆但近期哈勃太空望遠鏡 150億年炸假說雖然被很多人接受但到目拍攝到的宇宙深處照片卻讓科學家對宇宙大前為止它還不能完全解答人們對宇爆炸假說打上了一個大大的問號哈勃太空望宙起源問題的疑問因此關於宇宙誕遠鏡拍攝到一些宇宙深處的星體這些星體大概生的新假說仍層出不窮其中有一種形成於宇宙誕生後的5億年內約130億年前假說認為我們的宇宙並不是孤立存然而這些星體的數量卻遠遠少於科學家原來在的還有許許多多的平行宇宙與它的估計由英國科學家安德魯邦克 Andrew 同時存在我們的宇宙之所以出現 Bunker 博士領導的科研小組對哈勃太空望遠是因為某一個平行宇宙中存在一個超鏡拍攝的照片進行研究後認為產生上述情況的大質量的黑洞這個黑洞不斷地吞噬原因可能有以下兩點一是大爆炸發生後恆星其他天體質量越來越大最終其內物質的形成並沒有科學家們原來設想的那麼快部能量衝破外殼釋放出來開啟了時速而這並不符合現階段通行的理論二是當時空之門從黑洞中噴發出來的高能量的物理環境與現在的截然不同目前安德魯粒子經過漫長的演變後就形成了我邦克博士正促請美國太空總署 NASA 升級哈勃們的宇宙這個假說被稱為黑洞噴太空望遠鏡來進行更深入的研究以解開上述發假說謎團宇宙的年齡大約為140億至

7 星際太空超級強子撞擊機實驗 2008年9月10日歐洲核子研究中心 CERN 模擬宇宙大爆炸的超級強子撞擊機 LHC 實驗開始了這是有史以來最為複雜的科學實驗物理學家希望這次實驗能有助於解答一系列問題填補人類對宇宙認知的空白例如物質起源於何處宇宙中96%的空間由什麼物質組成等實驗中兩束質子 2010年3月30日 LHC進行能量達7萬億電子伏特的 proton 將被加速到接近光速再對撞碰撞產質子束流對撞成功意味人類在探索宇宙奧秘的道路生的能量可與宇宙大爆炸後不久的狀態相比上又邁出了重要一步除此之外對撞實驗還可能驗證一些有關時空的新奇探索仍在繼續理論解答是否存在量子宇宙學提出了超另一個維度空間級宇宙的概念超這一疑問超級級宇宙的主要成分是強子撞擊機實無即沒有時間驗能否真正揭沒有空間沒有質量和開宇宙誕生之能量的物質狀態近年謎我們還需來的觀察表明如果將拭目以待物質轉換成能量的話宇宙的正能量與負能量很可能相等也就是說宇宙最初的能量為零即無一些宇宙的含義包括時間空間質量和能量科學家將超級宇宙比喻成一個大水池水池翻滾產生了大量氣泡這些氣泡就是一個個包含了時間空間質量和宇宙的起點能量的宇宙而我們的宇宙根據哈勃定律科學家推斷出所有的星系都在互相遠離但如果逆轉時間軸往前追溯星系現有的運動那在 140億至150億年前的某一時刻所有的星系似乎都應該聚合在一起而形成一點這就是宇宙的起點就是其中之一有關宇宙起源無中生有的理論目前已引起科學界的高度重視科學家仍在作進一步努力試圖揭開宇宙誕生之謎 9

8 青少年最好奇的奧秘大發現末日審判預測宇宙的結局公元前2800年亞述人作出了人類最古老的世界末日預言我們的地球今後將會衰落種種跡象表明世界將迅速走向滅亡如今世界末日也是科科學家對宇宙的最終結局的預測大學家研究的一個課題他們想知道宇宙多並不樂觀不過不用擔心即使宇宙真的滅亡也是幾百億年以後的最終結局將會是怎樣的宇宙究的事情了竟在哪一天走到終點多年來科學家對這些問題的回答充滿爭議不樂觀的結局對於宇宙的最終結局科學家的普遍看法並不樂觀美國科學家認為宇宙中存在尚加州的天體物理學家曾經預言宇未為人觀測到的暗物質其宙還有110億年的好日子之後數量可能遠超過可見物質宇宙將走向滅亡屆時在宇宙中閃爍的羣星生存在行星上的生命所有的物質和能量都將隨着宇宙的滅亡而消失得無影無蹤最終只剩下冰冷黑暗死氣沉沉的虛空這種物質給宇宙平均密度的測定帶來了很大的不確定因注定死亡素認同宇宙大爆炸理論的科學家推斷宇宙的未來有兩種可能一種是繼續膨脹下去另一種是收縮並坍塌成一個點宇宙最終將會繼續膨脹還是收縮取決於宇宙的平均密度當宇宙的平均密度小於一個特定的數值即臨界密度時宇宙便會繼續膨脹下去當宇宙的平均密度大於這個特定的數值時宇宙則會受引力影響停止膨脹並開始收縮現在宇宙的平均密度非常接近於這個數值所以兩種情況都可能發生然而不論是膨脹還是收縮宇宙的最終結宇宙有可能因無限制的膨脹而滅亡 10 局都是滅亡

9 星際太空死亡大揭秘根據宇宙大爆炸理論宇宙最終不是因繼續膨脹而死亡就是因坍塌而滅亡如果是第一種情況宇宙的膨脹將無限制地繼續下去在此過程中宇宙中的物質不斷地散失最終留下一個稀薄的溫度接近絕對零度的宇宙如果是第二種情況宇宙將開始不斷地收縮在此過程中宇宙中的黑洞不斷地吞噬物質並球形不斷增大最後宇宙就成了惟一的一個黑洞但實際上收縮的宇宙有一定的年齡宇宙在成為惟一黑洞之前就會滅亡瓶形不斷收縮的宇宙也難逃滅亡的命運難以預測的未來科學家猜測的宇宙形狀輪胎形不是所有的科學家都認同宇宙大爆炸理論所以關於宇宙最終結局的新的理論仍在不斷出現例如美國普林斯頓大學天文學教授保羅斯坦哈特 Paul J. Steinhardt 與英國劍橋大學教授尼爾圖羅克 Neil 宇宙的未來會是怎樣的人類正在不停地探究 Turok 曾提出一種理論認為宇宙永遠不會結束而是處於從生長到消亡不斷循環的過程中宇宙大爆炸既不是宇宙的起點也非其終點只是宇宙在兩個不同階段之間的過渡事實上關於宇宙的起源和未來科學家至今也沒有完全搞清楚這仍然是一個謎史提芬霍金史提芬霍金 S t e p h e n Hawking 生於1942年是著名英國理論物理學家及數學家 1971年他提出在宇宙大爆炸後可能形成數以百萬計的微小黑洞 1971至 1972年他建立黑洞動力學第二定律 1974年他預言黑洞蒸發的量子過程在相對論和引力場論的學術領域霍金是繼愛因斯坦後最傑出的代表人物 11

10 青少年最好奇的奧秘大發現美麗的星星島認識星系在茫茫的宇宙中千姿百態的島嶼星羅棋布上面存在着無數顆恆星和各種天體這些島嶼被稱為星系我們居住的地球就歸屬於一個巨大的星系銀河系銀河系之外的其他星系統稱為銀河外星系到目前為止現代望遠鏡觀測到超過500億個星系它們當中有的離我們較近我們可以清楚地觀測到它們的結構有的非常遙遠目前所知最遠的星系離我們將近150億光年橢圓星系除了恆星和稀薄的星際物質之星系誕生外大部分的星系都有數量龐早期宇宙中的物質分布極度均勻且各個方向的性質均相大的多星系統星團以及各種不同的星雲同其中80%以上的物質是非重子暗物質其引力坍塌產生密度很高但有限的天體稱為暗螺旋星系星由普通重子如質子三大星系種類組成的氣體會在引力作用下隨着暗星一起坍塌後 1926年美國天文學來受其他因素影響家哈勃有系統地把星系分暗星中的部分或全為橢圓星系螺旋星系和不部氣體會進一步坍規則星系三大類在橢圓星系塌後形成高密度氣中恆星幾乎呈球形散布有時則鼓體雲氣體雲會破突成橢球體螺旋星系指具有螺旋狀結構的裂為更小的高密度星系它的中心區域呈凸透鏡狀周圍圍繞雲然後又碎裂成恆星一旦暗星中的大量 12 不規則星系着扁平的圓盤圓盤幾乎透明星系中呈螺線狀的螺旋臂就疊加在這個圓盤上不規則氣體轉變為恆星使其總光度可與星系比較星系既沒有明顯的星核和螺旋臂也不會呈時一個星系就誕生了現出旋轉對稱的狀態

11 星際太空星系的構成規則星系通常由星系核星系盤星系冕等部分組成星系核是一個星系的核心部分星系核中包含恆星以及電離氣體磁場和高能粒子星系盤是規則星系中具有盤狀結構的組成部分規則星系最常見的形狀是一個盤加一個核心而星系冕則是環繞在星系可見部分以外的一種大質量包層星系內部的恆星處於運動狀態而星系也在宇宙中星系冕整體運動星系盤星系核規則星系的結構星系的運動和分布星系和它內部的恆星都處於不停的運動狀在星系內部恆星的運動方式有兩種一是繞着星系的核心旋轉二是繞着核心旋轉的同時在一定的範圍內隨機運動科學家稱之為瀰散運秒差距秒差距 parsec 是測量天體距離的長度單位英文縮寫為pc 主要用於測量太陽系以外的天體距離當天體的周年視差即地球公轉軌度半徑兩端與觀測天體所形成的角度為1" 天體與太陽之間的距離即為1 秒差距更長的距離單位有千秒差距 kpc 和百萬秒差距 Mpc 1 秒差距=3.262光年=206,265天文單位 = 億公里動而星系既有自轉運動也進行整體運動科學家經觀測發現離銀河系越遠星系就出現得越多不過對光線暗淡的星系團的統計表明除了在較小範圍內星系分布不均勻外就大範圍的宇宙空間而言星系的空間分布是相當均勻的 13

12 青少年最好奇的奧秘大發現致命邂逅星系碰撞 2 004年9月天文學家通過XMM 牛頓衞星上的 X光望遠鏡觀測到有記錄以來規模最大的一次星系碰撞在兩個發生碰撞的星系中其中一個由近千個子星系組成另外一個也包含約300個子星系它們均位於長蛇座距離太陽系大約有8億光年在浩瀚的宇宙中星系間發生碰撞的情況並不罕見但像這樣規模巨大碰撞區域綿延約300萬光年的情況天文學家還是第一次觀測到科學家觀測到在3億光年之非常碰撞外有兩個星系正在引力的作用下緩緩旋轉儘管星系常被認為是結構很穩定的天體系統但是就天文學的時間尺度而言和星球之間的碰撞環狀星系可能是多個星系碰一樣星系之間的碰撞在星撞而成的系演變過程中也是司空見慣的現象因為星系中的物質分布比較稀疏所以星系碰撞並非一般意義上星系中的物質分布比較稀疏的碰撞而是一種引力交互作用合併星系碰撞的其中一種可能結果就是星系合併當兩個星系發生碰撞並缺乏足夠動能來讓自己在碰撞之後繼續旅行時它們就會彼此 ① ② 墜向對方最終合併成一個星系假如參與碰撞的一個星系比另一個大得多那麼較大的星系在碰撞後基本上能保持原狀而較小的星系 ③ ④ 星系碰撞過程示意圖 14 則會被撕裂成為前者的組成部分兩個星系合併會形成更大更亮的星系

13 星際太空新生美國太空總署的斯皮策太空望遠鏡具備紅外線探測設備通過穿透層層塵埃與氣體的紅外線觀測到6800萬光年外觸鬚星系的恆星正被扯離軌道螺旋臂也被扯碎而觸鬚星系中心有新的恆星誕生這說明星系碰撞帶來的不只有毀滅還有新生當兩個星系碰撞時它們會因強大的引力作用而互相撕扯星系內無所不在的塵埃和氣體也相互衝撞擠壓從而激發數百萬計的恆星在短時間內快速誕生其中部分恆星會在引力的束縛下形成大質量的星團車輪星系碰撞後形成奇特的水母形外觀驅逐黑洞 2008年5月初德國科學家觀測到一種極其罕見的天文現象一個質量超過太陽1億倍的巨大黑洞竟然被驅逐出被其佔據達數百萬年之久的星系中心德國一家物理研究所的專家推測導致強大黑洞被驅逐的原因可能正是兩個龐大星系的猛烈碰撞他新的恆星形成時的火燄照亮整個星系們用電腦模擬星系碰撞的整個過程發現發生碰撞的兩個星系中心均有大質量的黑洞存星暴星系在但由於某種原因其中一星暴星系是恆星大規模形成且恆星形成速度比大多數星系快得多的星系通常它們是由於兩個星系過度靠近或碰撞而產生的其特徵是紅外線光度遠高於光學光度距地球1200光年外的大熊座M82星系就是著名的星暴星系之一個星系中心的黑洞受到引力波的猛烈衝擊與此同時該星系本身的引力無法有效地束縛住這個黑洞於是這個黑洞就被驅逐出去了 15

14 青少年最好奇的奧秘大發現大麥哲倫雲是鄰居還是過客造訪大小麥哲倫雲早在公元約10世紀阿拉伯人遠航到赤道以南地區時就注意到南天星空的銀河附近有兩個雲霧狀天體 1521年葡萄牙航海家麥哲倫環球航行時也在這片星空發現了它們並作出精確的描述它們就是大小麥哲倫雲長期以來人們一直認為大小麥哲倫雲是銀河系的老鄰居會一直陪伴着銀河系事實究竟是不是這樣呢大麥哲倫雲號稱是銀河系的銀河系的衞星衞星小麥哲倫雲經過天文學家長期觀測得出小麥哲倫雲與銀河系的距揭開鄰居的面紗離為19萬光年是最早被人類確認的銀河外星系而大大小麥哲倫雲是本星系羣麥哲倫雲與銀河系的距離是16 中兩個相當小的不規則星系是萬光年兩者在太空的距離銀河系的近鄰在地球的南半球用肉約為5萬光年大麥哲倫雲和眼可見大小麥哲倫雲的質量都比銀河系小麥哲倫雲是距離銀河系最近的質量小大麥哲倫雲的質量為銀河系的5% 的星系大麥哲倫雲更號稱是銀河系的小麥哲倫雲的質量只及銀河系的1% 大小麥哲衞星它圍繞銀河系旋轉一周需要倫雲中的氣體含量豐富其中氫的質量分別佔它 15億年們總質量的9%和32% 比在銀河系中氫所佔的比重高得多這表明麥哲倫雲的演化程度不如銀河系高大小麥哲倫雲的星際塵埃含量比銀河系少此外科學家在麥哲倫雲中還觀測到新星超新星遺跡 X光雙星等天體宇宙中有許許多多與大小麥哲倫雲類似的星系 16 麥哲倫雲是以葡萄牙航海家麥哲倫的姓氏命名的

二次曲線人們對於曲線的使用及欣賞比曲線被視為一種數學題材來探討要早得多各種曲線中在日常生活常接觸的當然比較容易引起人們的興趣比如投擲籃球的路徑是拋物線盤子的形狀有圓形或橢圓形雙曲線是較不常見的然而根據科學家的研究彗星的運行軌道是雙曲線的一部分我們將拋物線圓與橢圓雙曲

二次曲線人們對於曲線的使用及欣賞比曲線被視為一種數學題材來探討要早得多各種曲線中在日常生活常接觸的當然比較容易引起人們的興趣比如投擲籃球的路徑是拋物線盤子的形狀有圓形或橢圓形雙曲線是較不常見的然而根據科學家的研究彗星的運行軌道是雙曲線的一部分我們將拋物線圓與橢圓雙曲 -1 圓方程式第章二次曲線 38 二次曲線人們對於曲線的使用及欣賞比曲線被視為一種數學題材來探討要早得多各種曲線中在日常生活常接觸的當然比較容易引起人們的興趣比如投擲籃球的路徑是拋物線盤子的形狀有圓形或橢圓形雙曲線是較不常見的然而根據科學家的研究彗星的運行軌道是雙曲線的一部分我們將拋物線圓與橢圓雙曲線合稱為圓錐曲線因為在平面坐標系中其對應的方程式均為二元二次式