文章
趣味科普
奇聞大曝光
奇趣歷史
天文科普站
勵志人生
古墓古董
三國歷史
野史分享站
民國軼事
名人歷史
社會新聞
科技生活
名人詩詞
遊戲資訊
全部
    
夜空為什麼是黑的?你以為的「正常」,卻隱藏著一個絕望的事實
2024/01/11

小時候我們總是喜歡抬頭仰望星空,在夜空中,有很多星星掛在天上,當時以為,這些星星都在地球上,現在才知道,這些星星其實都是宇宙中的恒星,恒星其實就是一種巨大而明亮的等離子球狀星,它誕生于一團青色云中,并且含有有害和微量其它重要元素,一般來說,普通人可以用肉眼看到6000多顆星星,借助目鏡,我們能夠看到幾十萬甚至上百萬顆,我們的太陽就是一顆恒星,根據科學家的研究得出,太陽和宇宙中其它物質的產生時間基本相同,太陽誕生于上一代死亡后的恒星殘骸當中,在大約138億年前,宇宙剛剛誕生,隨著溫度的逐步下降,能量已經轉化成為了物質,并且形成了主要由氫元素所構成的氣體星云。就在這時候,宇宙中第一批恒星誕生了,宇宙開始有了光芒。

ADVERTISEMENT

一般來說,第一代恒星的質量普遍都比較大,因為它是宇宙中的第一批恒星,元素非常豐富,有的恒星質量能夠達到太陽質量的數百倍,甚至比目前已知發現的質量最大的恒星還要高,而我們的上一代恒星也是一個超大質量的恒星,這意味著它的內部核反應非常劇烈,這會導致它的燃料消耗非常迅速,使得它的壽命只有短短的100萬年,第一代恒星死亡以后,遺留下來的恒星遺跡星云一直在宇宙中安靜的漂浮,直到50億年前,這片跨越數光年的星云由于受到了某種外力的擾動,在引力的作用下,大量的星云逐漸向高密度區域坍縮,這時候大量的物質都集中在了中心,使其中心產生了一個氣體球,這個氣體球持續地吸引來自圓盤的物質,由此導致了氣體球內溫度和壓強的增加,使得原子開始在氣體球的中心結合。

這就是由氣體球形成太陽的時刻,圓盤中除了氣體球的其他部分形成了行星和太陽系的其他組成。太陽誕生以后吸收了周圍大量的物質,所以太陽的質量占到了太陽系總質量的百分之99.86,剩下的八大行星和其它物質占到了太陽系總質量的百分之0.14,從占比上我們就能夠看出太陽的質量非常大,根據牛頓的萬有引力定律,任何有質量的物體都是有引力的,物體的質量越大,它的引力就越大,強大的引力能夠將八大行星全部吸引過來,而八大行星為了不被太陽吞噬,它們只能夠不停的自轉和公轉,這樣能夠產生離心力,離心力和引力相互抵消,所以八大行星能夠穩定的圍繞太陽轉動,在太陽系的八大行星當中,地球是唯一一顆誕生了生命的星球。

科學家認為,地球之所以能夠誕生生命,主要是因為地球處于太陽系宜居地帶,宜居帶是指一顆行星距離其母恒星的距離范圍,在這個范圍內,這顆行星的大氣層可以保持液態水的存在,并且使得溫度適中,不會過熱或過冷。

ADVERTISEMENT

對于太陽系中的宜居帶,它大約在離太陽1到2個天文單位(AU)之間。1個AU就是從地球到太陽的平均距離,約為1.496億公里。在這個距離內,我們可以找到金星、地球和火星等行星。而如果超過了這個距離,就會因為遠離太陽而導致溫度太低,無法存在液態水。不過這也只是針對太陽系來說的,不同的恒星系中,它的宜居地帶也是不同的,一般來說,像太陽這樣的G型主序星,它的宜居地帶寬度就在0.7到3AU之間,但是對于紅矮星來說,它們的宜居地帶可能更接近自身范圍。

在地球生命當中,人類是地球上最有智慧的生命,從人類誕生以后就開始不斷的研究和探索世界的奧秘,經過幾千年的科技發展,現在人類已經能夠走出地球探索宇宙,這說明人類科技發展的速度很快,當人類走出地球之后,人類才知道地球在不停的自轉和公轉,地球自轉一圈的時間大約是24小時,也就是我們所說的一天,公轉一圈的時間大約是365天,也就是我們所說的一年,對于夜空為什麼是黑色的?相信很多人都會說,這是因為地球自轉和公轉所產生的,因為地球繞自轉軸自西向東的 轉動,從北極點上空看呈現逆時針旋轉,從南極點上空看呈現順時針旋轉,地球自轉軸和黃道面成66.

34度夾角,和赤道面垂直,地球自轉是地球的一種重要的運動形式。

自轉的平均角度大約是4.167*10度/秒,在地球赤道上的自轉速度為465米/秒,當地球自轉到太陽這一面的時候,這一面就是白天,另一面就是夜晚,晝夜交替就是一天,除了南極北極圈之外有極晝極夜的現象之外,其它地區基本上沒有變化,所謂極晝就是一天24小時內,太陽不會落下,天空總是亮的,即使是夜晚也是有太陽的,這種現象被稱為白夜,所謂極夜,就是和極晝相反,一天24小時內,太陽總不出來,天空一直都是黑的,即使是白天,也能夠看到星星,極晝和極夜的形成,是由于地球在沿著橢圓形軌道繞太陽公轉時,還繞著自身的傾斜地軸旋轉而造成的,地球自轉的時候,地軸與其垂線形成一個約23.

ADVERTISEMENT

5°的傾斜角,因而地球在公轉時便出現有6個月時間兩極之中總有一極朝著太陽,全是白天。另一個極背向太陽,全是黑夜。

極圈內的地區,根據緯度的不同,極晝和極夜的長度也不同,最長6個月,最短僅有1天。極圈到極點之間,越靠近極點,極晝和極夜的時間長度越接近6個月;越靠近極圈,極晝和極夜的時間長度越接近1天。雖然地球自轉確實能夠造成白天和夜晚的交替,但是這只是站在太陽系的角度來說的,然而真相并不只有這麼簡單,在19世紀30年代的時候,著名的德國物理學家奧伯斯就發現了這一點,并且他還提出了奧伯斯佯謬,奧伯斯和很多同時代的人一樣,奧伯斯也追隨牛頓和笛卡爾的思想,相信宇宙是有限的,因為如果宇宙是有限的、靜止的,那麼引力應該會把所有的恒星拉到一個中心點上,但是如果宇宙是無限延伸下去的,那麼平均來說,引力在各個方向上都是平衡的。

ADVERTISEMENT

當時奧伯斯意識到,這個宇宙模型和觀測結果是不一致的,在一個布滿了無數恒星的有限宇宙中,無論我們在夜晚看向何處,我們的目光都應該落在恒星的表面,就像是身處森林時,目光所及應該都是以樹為終點一樣,因此在1823年5月7日的文章中,奧伯斯提出:當時的宇宙學模型表明,天空中的每一點都應該和太陽表面一樣明亮,不應該出現黑夜,簡單來說就是,在穩定恒定的宇宙中,相互的間距都應該是平均的、等距的,如果按照這個說法來看的話,那麼這些恒星所發射出來的光線,就應該把地球的夜晚也照亮。畢竟宇宙中的恒星數量非常多,恒星所發射出來的光線所攜帶的能量,也應該是無限多的,如果按照這個理論來看的話,是完全合理的。

ADVERTISEMENT

既然如此,那麼為什麼我們實際看到的夜空卻是黑色的?奧伯斯對此提出的解釋是,來自更遙遠恒星的光,被漂浮在太空中的塵埃或其他物質吸收了。但這一說法在後來遭到了英國天文學家 約翰·赫歇爾(John Herschel,1792-1871)的反駁,赫歇爾指出,任何吸收了那麼多光的東西,最終都應該會被加熱到足以發光才對。後來美國著名的作家 埃德加·愛倫·坡(Edgar Allan Poe,1809-1849)在1848年2月3日,他在紐約社會圖書館向60名聽眾公開發表了他的想法。他認為宇宙是從物質的一種單一狀態中出現的,這種狀態在斥力的作用下被破碎和分散,這種觀點意味著,宇宙是一個有限的物質球體,如果在有限的宇宙中只有少量的恒星,那麼我們就不會在每個方向都看到恒星,夜晚就可以是黑色的。

ADVERTISEMENT

如果說我們的宇宙是無限的,那麼光到達我們眼中所花費的時間會限制我們所能夠看到的宇宙大小,這種旅行時間將創造一個視界,在這個視界之外,遙遠的恒星將無法企及,雖然這位詩人的理論是正確的,但是在當時并沒有被證實,畢竟當時人類一直都認為我們的宇宙是靜態的,就連著名的物理學家愛因斯坦都認為宇宙是靜態的。而且他還親自利用自己的廣義相對論進行推算演變,最終得到一個叫做愛因斯坦場方程,通過這個方程,他最終計算得出了一個有限、無界、靜態的宇宙模型,當年愛因斯坦將宇宙理解為靜態的原因實際上并不是完全地遵循他自己的廣義相對論算出來的,而是他自己本人受到了前人的影響,畢竟在那個時候,人類眼中的宇宙就是靜止的。

他本人通過自己的廣義相對論算出來的宇宙是膨脹的,這個結果違背了他本人觀念里所認定的宇宙樣貌,于是為了使得他自己通過廣義相對論演變而來的愛因斯坦場方程計算出來的宇宙成為一種靜態宇宙,他在這個方程中加入了一個修正項,這個修正項被命名為宇宙項,通過修正后,他的愛因斯坦場方程所算出來的宇宙變得安靜了,愛因斯坦場方程完美的解決了當時人們觀點里面所認知的有限、無界、靜態的宇宙模型,然而這個宇宙模型并不是正確的,在1914 年,斯里弗基于之前講過的多普勒效應,提出了一種測量星系徑向速度的新方法。

ADVERTISEMENT

他用這種新方法研究了 15 個隨機選取的螺旋星云,然后驚訝地發現,這 15 個隨機選取的螺旋星云都在遠離地球而去。

這是人類首次觀測到宇宙膨脹的現象,從這個意義上來說,斯里弗才是發現宇宙膨脹的第一人,在1914年的美國天文學會上,斯里弗做了一個報告,介紹了自己的發現,由于當時斯里弗任職的羅威爾天文台,當時只有一台口徑為 0.6 米的反射式望遠鏡。口徑如此之小的望遠鏡,根本無法看到遠處的暗淡天體。按理說,羅威爾天文台應該盡快添置口徑更大的望遠鏡。但是 1916 年,羅威爾因病逝世。隨后他的遺孀為了爭奪遺產,跳出來和天文台打了一場長達 10 年的官司。在這 10 年間,天文台的運營大受干擾,添置新望遠鏡的計劃也被迫擱淺。

ADVERTISEMENT

「巧婦難為無米之炊。」斯里弗就這樣退出了競爭的行列。

到了1924年的時候,美國的物理學家愛德溫.哈勃證實了我們的星系并不是獨一無二的,事實上還存在著很多其它的星系,而在星系之間那就是廣闊的虛無空間,為了證明這一點,哈勃必須確定這些和外星系的距離,我們能夠確定臨近恒星的距離,辦法就是觀測它們因地球繞太陽的運動而引起的位置變化,但是銀河系系外實在是太大了,而且非常遙遠,所以哈勃只能夠通過間接的方法來測量它們的距離,這里我們需要知道的是,恒星的亮度主要是取決于兩個因素,首先是光度本身的亮度有多少,第二就是它距離我們有多遠,對于近距離的恒星來說,我們能夠觀測到它的適量度和距離,于是就能夠確定它們的光度了,相反要是我們知道了其它的一些星系當中的恒星光度。

ADVERTISEMENT

那就能夠通過測定它們的適量度來推算出它們的距離,哈勃論證了存在的某類恒星,當它們距離我們靜止足以被我們測量的時候,它們有相同的光度,在20世紀20年代的時候,哈勃開始觀測銀河系之外的星系,他發現這些恒星的光譜發生了異常,它們所缺失的特征顏色組和我們銀河系當中的恒星情況相同,但是它們全部都朝著光譜的紅端移動,并且相對的位移量都是一樣的,對此,哈勃提出了一個大膽的猜測,那就是我們的宇宙在不斷的膨脹當中,正是因為宇宙的膨脹,所以使得星系在不斷的遠離。所有星系的光波頻率變小了,或者說發生了紅移現象,而這其中的原因就是多普勒效應。

ADVERTISEMENT

多普勒效應是以克里斯蒂安·安德里亞斯·多普勒的名字命名的。他在1842年為這一物理現象提供了目前已知的最早的物理學解釋。這一聲波假設于1845年由荷蘭科學家克里斯托弗·亨德里克·迪德里克·巴伊斯·白貝羅檢驗證實。1848年,法國物理學家阿曼德-希波利特-路易·菲佐第一次描述了多普勒紅移,他指出恒星光譜譜線的變化是多普勒效應造成的。這種效應有時也被稱作「多普勒-菲佐效應」。1868年,英國天文學家威廉·哈金斯首次通過多普勒效應測定出一顆恒星遠離地球的速度。1871年,在觀測太陽自轉的夫瑯和費譜線中發現了多普勒現象,光學紅移得到了證實,大約為0.1 Ã。1901年,阿里斯塔赫·貝洛波爾斯基在實驗室中,使用旋轉鏡系統驗證了光學紅移。

ADVERTISEMENT

在現有的物理學當中,紅移是指電磁輻射由于某種原因導致波長增加,頻率降低的現象,在可見光波段,表現為光譜的譜線朝紅端移動了一段距離,相反,電磁輻射的波長變短,頻率升高的現象就是藍移。1924年哈勃提出了著名的哈勃定律,該理論的內容可以簡單地概括為:由于宇宙的膨脹,那些遙遠的天體都會具備一個遠離我們而去的速度,這個速度被稱為「退行速度」,而對于地球上的我們來講,那些遙遠天體的「退行速度」與它們與地球的距離成正比。哈勃定律可用一個簡單的公式「v = Hr」進行描述,其中「v」和「r」分別代表遙遠天體的「退行速度」以及它們與地球的距離,H則是一個常數,這被稱為「哈勃常數」,根據科學家的測量,它的值為67.80(±0.77)公里/秒/百萬秒差距。

ADVERTISEMENT

簡單來說,所謂的「百萬秒差距」其實是一種距離單位,1百萬秒差距相當于大約326萬光年,也就是說,根據哈勃定律,對于地球上的我們來講,那些遙遠天體與地球的距離每增加326萬光年,它們的「退行速度」就會增加大約67.8公里/秒。按照這個公式來計算,如果某個天體與地球的距離達到了大約144億光年,那麼它的「退行速度」就會達到光速,而一旦超過了這個距離,它的「退行速度」還會超過光速。當年愛因斯坦得知這個消息之后,專門從德國跑到美國,親自證實了這個理論,這個理論不僅僅讓人類對宇宙有了新的認知,而且也完美的解釋了夜空為什麼是黑色的。從宇宙大爆炸開始,這些發光的天體就一直在遠離我們,所以它們對外發射出的光本應該照射到地球上。

ADVERTISEMENT

但是宇宙膨脹的速度超過了光速,所以其它恒星發出的光永遠都無法到達地球上,這就導致地球只能夠接收到來自太陽光的照射,所以夜空看上去就是黑色的,宇宙膨脹的理論讓科學家感到非常絕望,因為從人類走出地球之后,人類就一直都想要知道宇宙的邊緣在哪里?目前人類能夠觀測到的宇宙直徑達到了930億光年,而這并不是宇宙的全部范圍,宇宙比我們想象的還要大,現在人類連太陽系都無法飛出去,更別說探索宇宙的邊緣了,基于目前的光速和宇宙膨脹的速率,科學家們認為距離地球180億光年外的所有星系,遠離地球的速度都已經超過了光速,除了我們永遠無法看到那些星系現在的樣子,未來人類文明也永遠無法達到這些星系,因為它們在超光速的遠離我們。

ADVERTISEMENT

在目前人類的可觀測范圍內,有2萬億個星系,其中至少1.8萬億個星系已經和人類失去了聯系,宇宙就像是一片汪洋大海,將宇宙中的星系分割成了一座座孤島,每一個孤島上面的智慧文明都可能永遠無法知曉其它文明的存在,如果說我們的宇宙一直膨脹下去,那麼宇宙中所有的物質都會因為膨脹而被撕裂,這也是科學家比較認可的大撕裂結局,大撕裂理論認為:由于宇宙的不斷膨脹,星系之間的空間將會變得越來越遠,星系內部的空間也會不斷的擴張,但是在星系的內部,引力足以使里面的天體聚集在一起,在大解體的情況下,宇宙的膨脹將一直加速到宇宙膨脹的速度不能由引力進行補償的階段,這樣的結果就是大撕裂,最終星系的結構會被撕裂。

而恒星、行星、彗星等等,這些天體都會被解體,最終變成各種元素,當宇宙膨脹到一定程度之后,連原子都可能會被撕裂,最終宇宙中的所有物質都無法組合在一起,宇宙會變成一片死寂的黑暗空間,這也許是宇宙最孤獨的死法,除此之外,還有的科學家認為,我們的宇宙并不是永遠的膨脹下去,宇宙之所以會快速的膨脹,是因為宇宙大爆炸所產生能量并沒有完全消耗完,如果說宇宙大爆炸所產生的能量完全消耗完,那麼我們的宇宙就會停止膨脹,然后開始快速的收縮,宇宙膨脹時的速度有多快,它收縮時的速度也會有多快,最終宇宙會收縮成大爆炸之前的奇點,這個奇點集合了整個宇宙的能量,當這個奇點受到某種外力的擾動,奇點就會再次發生爆發,這時候新的宇宙就誕生了,這就意味著宇宙也是有輪回的。

ADVERTISEMENT

不過目前這些理論都是科學家的猜測,真相到底是什麼樣子的?目前科學家還在積極的研究當中,人類想要解開宇宙最終的奧秘,現在的科技根本無法做到,不過人類作為地球上最有智慧的生命,人類的科技在不斷的進步和發展,只要人類能夠堅持不懈的努力下去,未來隨著人類科技的進步,或許人類真的能夠解開宇宙中所有的奧秘,到時候我們就能夠知道宇宙是如何誕生的?宇宙最終的結局是什麼?小編希望人類能夠早日實現自己的夢想,能夠解開宇宙中所有的奧秘,期待這一天的到來吧,對此,大家有什麼想說的嗎?

嚴禁無授權轉載,違者將面臨法律追究。

「媽,你當年咋看上我爸的?」網友曬父母結婚照引共鳴:已經笑抽了
2023/03/26
都嗑了什麼?網友將《蘋果日報插圖AI化》到底誰才是被惡搞的?!
2023/03/17

ADVERTISEMENT

8+7不能在高了,這台Gogoro原本停好好的,但三小時候卻GG了...讓車主火大並且大罵!
2023/03/26
「可以幫我把口袋裡的手機修掉嗎?」PS大神最後回傳「一系列完美作品」讓網友都笑了!
2023/03/30
百萬換裝網紅直播關濾鏡!清純萌臉「秒變猛男」,忠實粉絲崩潰:被騙慘了
2023/03/26
摩西分紅海? 史上最狠釘子戶「大橋被劈成兩半」 他家變景點被圍觀:就是不走!
2023/03/26
網友幻想「如果這些名人變成平凡人」沒錢又沒名的生活會是什麼模樣呢?
2023/03/30
比原版還搞笑!《用AI重新繪製經典迷因》相似度超高但手指的處理不行啊...
2023/03/17
他求助PS大神「能讓我看起來比爸爸高嗎?」回傳的照片讓他笑哭了!
2023/03/30
6個「超狂本土電視劇」的超荒謬梗照,不管看幾次都笑到並軌。「最後一幕」你看得懂嗎?
2023/03/27