了解宇宙是如何运行的第一季

有时在梦中，在突然而至的虚空和幻觉里，我所感受到的那种燃烧、那种茫茫然不知所终的冲撞，现在看来说不定是我们还是一颗恒星的内部物质时，所负载的记忆啊！我们人类，和世间万物，和广袤无垠的宇宙中不可计数的星尘，原本是一体的啊……宇宙是一首忧伤的诗，所有的恒星都会消亡，宇宙最终会走向冰冷和黑暗，而我们，正活在宇宙的黄金时代。

黑洞照片已经看到了呜呜呜 作为一个小小小的一粒沙 很满足 很感恩 我们都是能量爆炸后产生的物质和反物质大战中的残留物 第一氢原子 接着氦原子 大爆炸后38万岁的宇宙宝宝才从混沌中形成星云 再2亿年后第一颗恒星照亮了宇宙 90亿年后太阳系出生 暗物质的作用与主宰维持构造 形成网状宇宙网络 暗能量让万物相互排斥 宇宙诞生只是一瞬间 消亡却永恒持续不断 生即是死 死即是生 银河与仙女座星系共舞呜呜呜 好想再投胎一次到时候看啊 呜呜呜科学家对探究的热爱 不断发问不断探求答案 有他们自己最喜欢的星系 真的眼睛在发光 太动人了 木星：太阳系最大的棒球棒 地球的各种恰到好处 我的各种恰到好处 才存在 感恩 没有一颗行星是一模一样的 就像原料的差异和多少放烤箱里烤出来的蛋糕不一样。直径大于500英里，引力作用下才会变成球 早期地球也被猛烈撞过 地幔的一部分被撞飞 碎片变成了月球 这个说法好妙啊 为什么地球不会受到太阳风的影响呢，因为地球自身存在磁场 内部的铁对流 还保护了大气层和水 强烈的太阳辐射风暴会进入地球磁场 在两极就形成了极光呜呜呜 四个气态巨行星都拥有环 土星最美 环是由数以亿计的冰块和碎石组成的 有的变成小行星有的撕裂 不断的合并又撕裂呜呜呜 为什么土星那么多 可能是一颗冰彗星撞了土星的卫星 卫星和冰彗星被土星引力撕碎 变环绕着土星转了 95年的伽利略探测器飞十四年去看木星 大风闪电 穿回了58分钟的数据呜呜呜 木星磁场是地球的两万倍 扩展到土星 影响到行星木卫一 磁场会发声 气态巨行星磁场太强自身就能产生极光 压力和高温可能让氢转变成了金属性 含水彗星和小行星撞地球才有了水 而且量恰到好处 宇宙靠运气爆炸 银河系恒星行星卫星生命靠运气诞生 “我喜欢卫星，行星留给你们研究吧”卫星千奇百怪但都绕着行星转 帮助行星固定在轨道上 帮助太阳系顺利运行 然后行星还在想方设法吃掉自己的卫星 施加引力（火山潮汐 离得太近的已经都吃掉了 行星靠引力挟持另一个小行星或彗星 引力不足就桃之夭夭了，引力太大 就撞了 刚刚好进入围绕行星旋转的轨道会变成新的卫星 火星的两颗卫星 一颗不断往外逃最终会自己去外面玩了，一颗不断靠近火星旋转最终会撞上火星。 跟在地球后面走的小行星3753蛇形走位 好好笑 海卫一和海王星相反的方向转 超有个性！哦哦不是碎片形成的海卫一 它自己本身是颗矮行星 引力俘获了它 还越来越近了 海王星巨大的引力最终会撕碎它 并成为光环 木卫二 土卫二 都有海洋 地球甲烷是气体 到了其他地方 土卫六就是液态 下甲烷雨了 恒星爆炸成白矮星 再从同伴恒星吸收氢氦碳氧 搞成铁（及其他 爆炸成超新星 巨大恒星内的核反应形成各种金属元素 爆炸 成单颗超新星 坍缩 压缩原子 再爆炸（这时候各种重金属都出现）喷射到宇宙 残骸是密度超大的中子星 转特别特别快会形成脉冲能量 这类中子星就是脉冲星 磁力特别特别大的中子星是磁星 超超新星爆炸不仅压缩原子还压缩时空就会创造出黑洞 吃旁边的恒星 一时吃不下 喷射两股纯能量束 伽马射线（宇宙最亮！（一旦在射线上我们必死！（死就死了 反正也来不及反应！ 140亿年宇宙大爆炸 从比原子还小开始膨胀 现在还在膨胀 且越来越快

Watching documentaries about universe always makes me sentimental. There a lot of thoughts slide across my head, here are just some of these.

Now we know, the sun is going to swallow us all in about 5billion years, one way or another, our solar system is doomed. But that length of time is so long that it doesn't mean anything when we focus on the Individual, like you and me. We only live 80years averagely, 120years at most, so we don't need to bother about what would happen in 5billion years. Maybe we would invent some technology to get us out of the apocalypse. Maybe we would kill each other in the last few decades.

Anthropic Principle tells us everything has to be the way it is, or we can not exist at all, not to mention to explore the way how universe works. We should thank how lucky we are that everything is the way it is. But we don't in real life, maybe we don't even realize this fact.

There are almost infinite stars in the galaxy, there are almost infinite galaxies in the universe. It's way out of my imagination to portray the whole known universe. Apparently I can't live to that day when we make travel through galaxies possible and a feeling of sadness surges up.

寄蜉蝣于天地，渺沧海之一粟。

哀吾生之须臾，羡长江之无穷。

挟飞仙以遨游，抱明月而长终。

知不可乎骤得，托遗响于悲风。

Big Bang

1 大爆炸后时间与空间诞生

2 可能存在多个宇宙 发生过多次大爆炸

3 1929: 哈勃发现星系不是静止的（Hubble’s law 宇宙膨胀说) 这是大爆炸的第一个证据

4 大爆炸与引力紧密相连引力 太小fall apart 太大黑洞

5 大爆炸计时单位：普朗克时间(Planck time)

测量方式：逆向推测

6 大爆炸过程

前3分钟（宇宙非透明 milky)

能量(根据爱因斯坦定律 能量转换为物质) - 宇宙中第一个物质subatomic particles (次原子粒子？)诞生 - 宇宙开始冷却 particles停止变回能量 产生越来越多的subatomic particles - cosmic battle: matter (positive charge) vs antimatter (negative charge) - 物质更多 particles结合 生成氢 氦 锂(lithium)

大爆炸380000年后：

宇宙冷却 电子减速 原子诞生 宇宙变透明

大爆炸10亿年后：第一个星系诞生

50亿年前：太阳诞生

大爆炸90亿年后：太阳系诞生

7 宇宙灭亡：

1）宇宙膨胀论 暗能量占上风 宇宙无限膨胀直至消失

2）宇宙坍缩论 引力占上风 再次大爆炸 无限循环

Black holes

1 massive stars(比太阳大10倍以上)死后爆炸(supernova)

supermassive stars(比太阳大100倍以上)死后爆炸(hypernova) 黑洞诞生

2 supermassive star燃料用尽后引力占上风 使恒星坍缩 恒星爆炸 喷射伽玛射线 黑洞诞生

3 伽玛射线爆发次数=黑洞数量 (几乎每天都可观测到一次gamma ray burst 这意味着有数百亿黑洞)

4 the edge of a BH: event horizon

5 越接近event horizon 引力越大 物体会被拉长 时间从观测者角度变得很慢

6 黑洞中心：singularity

7 太阳系中心是一个supermassive black hole 太阳系围绕黑洞运转 许多星系中心都有黑洞

8 黑洞可碰撞融合

9 黑洞吸入过量气体会喷发出去形成quasar （星系大小取决于黑洞）

10 一些科学家相信进入黑洞会穿过虫洞实现时空穿越 黑洞也许通往另一个宇宙 另一个大爆炸 （黑洞进 白洞出）也许我们就住在一个黑洞里 假设如此 宇宙将会有无数个

Galaxies

1 星系成因：引力凝聚星尘、气体形成星云后融合

2 所有星系的共同点：绕supermassive blackhole旋转

3 supermassive blackhole的引力不足以凝聚整个星系 星系不会膨胀消散的主要原因在于暗物质

4 科学家推测暗物质源于大爆炸 暗物质会使光线弯曲 即gravitational lensing(引力透镜效应) （从天文望远镜观测星系 星系会扭曲 类似透过鱼缸的视角）

5 所有星系都被暗物质凝聚 宇宙在暗物质凝聚下像一块海绵(cosmic web)

6 星系一直在变化移动 银河系将会与andromeda发生碰撞融合 但恒星彼此间碰撞的几率很低 是星云的气体和星尘发生碰撞发热

7 暗能量使宇宙膨胀 如暗能量战胜暗物质 宇宙将会膨胀消散

Stars

1 星云是buildings block of the universe

2 宇宙中的恒星比地球上的沙粒还多

3 恒星颜色不尽相同 但均由星云组成（星云暗部星尘气体更多）

4 引力凝聚挤压星尘气体 温度升高 中心形成一个温度极高的球体 物质融合

5 恒星内部发生聚变 (atoms smash into each other ) 氢经过聚变产生氦及能量 恒星内部时刻都在发生核聚变 所以发光发热

6 恒星内部两种力相互作用：引力使恒星坍缩 核聚变向外发射能量

7 太阳内部氢经过核聚变生成氦时 也会生成photon (光子) 光子携热 抵达太阳表层时会使其加热 引起紊乱 speeding gas产生太阳磁场 magnetic loops碰撞太阳本身 导致electrical particles流向宇宙 这就是太阳风

8 太阳中的氢气用完后 引力占上风 fusion fights back 太阳会膨胀 变成红巨星 氢气用尽后会燃烧氦 产生碳 太阳中心不稳定 能量将太阳表层吹散 太阳最后会变成白矮星 白矮星内部是碳

9 恒星死亡产生的物质是生命所必须的元素

10 铁对于恒星而言是致命元素 一旦产生铁 恒星便开始灭亡之路 几秒后便爆炸(supernova)

11 恒星爆炸时产生金银和（？）

12 supernova explosion后会留下尸体 即neutron star(中子星) 中子星密度极大

13 大爆炸后氢 氦在引力作用下形成恒星 恒星死后超新星爆炸将其吹向宇宙 星云中存在着各种生命所必须的元素

Supernova

1 巨大的恒星爆炸后会变成超新星 超新星即是毁灭者 也是万物的创造者

2 太阳燃料：氢气-氦气-碳-氧 氢气燃尽时氦气开始供能 以此类推 一旦产生碳 太阳便开始灭亡之路 在重力作用下 外层变成red giant (ball of gas) 核心压缩 最终变成地球大小的白矮星(white dwarf)

3 白矮星会从临近恒星偷取能量-能量过剩变得不稳定导致nuclear overload-产生碳和氧-产生铁-爆炸

4 超新星爆炸时产生heavier elements (金 银 铀）

5 恒星爆炸后会留下遗体 不同大小的恒星会留下不同遗体：

巨星爆炸后的超新星爆炸 - 中子星（密度极高）：旋转 释放能量

比太阳大30倍的恒星超新星爆炸 - 磁星（magnetar): 产生磁场

比太阳大1000倍的恒星超新星爆炸 - 极超新星(hypernova): 爆炸时生成黑洞 黑洞吸入物质过量 喷发伽玛射线 （1963年美苏冷战 极超新星爆炸时美军起初误以为是苏联所为）

6 专家推测伽玛射线曾毁灭地球90%生物

7 超新星爆炸时atoms受挤压破裂 产生中微子(neutrino) 中微子携带着99%的能量

Planets

1 太阳系行星分为两类: rocky planets（离太阳近 水分蒸发）和gas planets （离太阳远）

2 行星构成物质是gas rock dust 但每个行星都大不相同 与构成成分 距太阳远近 撞击有关

3 地球的iron core产生磁场 保护地球免受太阳风破坏 强太阳辐射与磁场撞击会在两极产生极光

4 土星作为一个gas planet也有磁场 实验表明 氢气在高压下结构会改变 H2变成metallic form 所以土星的核心可能是metallic core

5 地球是rocky planet 数学角度计量只有0.06%的水 科学家推测是携水的彗星撞击地球给地球带来了水

Solar systems

1 目前发现360 planetary systems

2 零重力下分子不会分散 反而会聚集

3早期太阳系极其混乱 行星碰撞融合

4 小行星撞击地球 残骸形成月球

5 科学家推测天王星和海王星曾离太阳很近 被土星及木星的引力逐渐推远 甚至曾经可能导致二者互换轨道 二者在新轨道不断与彗星撞击 为地球带来水

6 asteroid撞击墨西哥海岸 毁灭地球70%的生命

7 木星是地球的保护者 木星引力很大 将彗星及小行星吸向自己

8 未来引力可能会导致行星轨迹变更 火星可能会离开太阳系 水星可能会撞击地球

Moons

1 accretion(?): dust - rocks - boulders

2 木星有63个卫星 引力决定卫星的外貌与特性

3 土星环由石头和冰组成 科学家推测icy comet撞击土星的卫星 使卫星撞向土星并破裂 彗星与卫星的残骸形成土星环

4 火星有两颗卫星 一个会撞击火星 一个会渐行渐远 不再绕火星旋转

5 月球诞生：行星撞击地球 碎片在重力作用下形成月球

6 月球刚形成时离地球很近 彼时地球6小时自转一圈 月球引力作用于地球 减缓地球自转速度

第一季共8集《恒星》《黑洞》《宇宙大爆炸》《银河系》《太阳系》 《行星》《卫星》《超新星》 第一集:《恒星》恒星世界在暴力中诞生，也在暴力中消亡。 恒星运动推动了宇宙的运转，也是生命的起源。 银河系有 2000 亿个恒星，太阳是银河系中亿万恒星中的一个，有 46 亿年的历史，直径为 160 万公里，在银河系及宇宙中，太阳的体积微不足道。 海山二恒星比太阳大800 恒星比海山二还大300 倍，参宿四恒星也不是最大的恒星，有个 VY 星大的惊人，比太阳大10亿倍，直径相当于整个银河系。 恒星由宇宙尘埃、气体和星云等物质、暗物质和暗能量组成(图1、 星云是恒星的摇篮。宇宙初期有数百亿个尘埃星云，如马头星云、鹰状星云、草帽星云等(图3、4、7)。 2004 年天文学家曾发射“斯皮策”红外太空望远镜，观测新恒星的 诞生过程。宇宙早期太空中弥漫着无数的氢气团，物质密度大的地方其 温度就高，密度小的地方温度就低。冷热氢气团久而久之就形成旋涡， 而且是越转越快。在引力的作用下，氢气团的密度越来越高，吸入气团 内的物质越来越多，大约经过 50 万年的漫长过程，气团中心的温度达 到了 1500 万，氢气原子之间发生聚合变成氦，释放巨大的能量而且发光，就这样氢原子在引力作用下升温、高压和极大密度下，发生核聚 变反应，释放巨大无比的聚变能，从而诞生了宇宙的第一颗恒星，质量 越大的恒星聚变速度越大越快。宇宙从恒星诞生的那天起开始从黑暗走 向光明，而且越来越璀璨夺目。宇宙中有数十亿、百亿、千亿、千万亿 颗恒星，直至形成现在的宇宙。 恒星中的能量从哪里来?上个世纪 20 年代，人们一直不解。直至 天才科学家爱因斯坦发现了质能守恒定律，即 E=mc ，人们才从愚昧中走出来。 根据爱因斯坦质能转换定律，科学家发明了原子弹、氢弹。共同认 识到太阳内部在分秒之间进行核聚变，从诞生那天起，50 亿年来一直未 停止过。 为模拟太阳中心核聚变现场，天文学家在伦敦建了一个托卡马克实 验室，设计出一个重3.6 吨的仪器，用电流将氢原子加热到3 时两个互相排斥的氢原子极不稳定，两个氢原子以1600 公里秒的速 度，在杂乱运动中聚合，产生氦和释放能量，这就是太阳内部的核聚变 的真实写照。 为什么太阳不一下子爆炸成尘埃呢?坚持了近 50 亿年，而且还要 继续下去?这个问题提得好。主要原因是太阳的质量太大，犹如一层厚 厚的壳，将太阳中心的聚变能约束住，炸不飞太阳。 太阳直径有140万公里，核聚变发生在太阳中心的几十公里区域内， 巨大的引力使太阳中心具备核聚变条件(氢原子、1500 万高温、高压) 每分每秒发生核聚变，释放巨大的能量，科学家做过测算，每次聚变相 当于广岛原子弹的 10 亿倍。爆炸力方向与引力相反，互相抵消。几十 亿年来，太阳内部的聚变反作用力与向心引力就这样互相较劲消耗着， 哪一方都没有退却，势均力敌，达到平衡。 太阳中心的核聚变产生能量和光子，光子在太阳内部开始漫长的旅 行。据测算，要几百、几千、几十万年，光子才可能到达恒星光球表面。 太阳光子到表面需要 160 万年，海山二到达地球是 8000 年前的光，参 宿四的光是500 年前发出的。光子向太阳表面前进时，路上要与其他粒 子撞击数十亿次，经常改变方向，这就是光子为什么那么慢，到达太阳 光球表面的原因。 光子到达光球表面立刻加热表面物质，使其温度从1 万迅速升高 1000万，形成闭合磁力线，携带大量高强度粒子流向太空喷发， 磁力线互相交汇撞击，在太阳表面形成一股破坏力极强的太阳风。 科学家在实验室摸拟了太阳表面的闭合磁力线爆发情况，强度虽 小，但原理相同。 恒星质量虽然很大，它能够诞生，也不可能永远生存下去，一定要 走向消亡，这是无法违背的自然规律。 恒星的消亡是内部的聚变原料消耗殆尽，爆炸力量越来越弱，最后 因燃料耗尽而终止，在爆炸力与引力的角斗中，引力最终取得全面的胜 利。科学家测算，太阳每秒消耗 亿吨氢燃料，大约70 亿年后太阳中 心将停止热核反应。但外层空间受温度影响迅速膨胀，由现在的140 公里，扩大到1亿公里，成为一颗红巨星。水星、金星将被红巨星太阳 吞噬，地球也难幸免，高温将使地球海水全部蒸发掉，大气被吸走，地 球完全可能被撕碎，或者被吞噬，成为红巨星太阳的一部分。 红巨星太阳内部也不安静，氦原子聚变仍在继续，变成氧燃烧，最 后变成炽热无比碳核白矮星(图16)。体积与地球相仿，但密度是地球 的100 万倍。1 立方厘米的白矮星放在地球表面可以毫不费力从地心穿 过，可见白矮星密度之高! 比太阳质量大几倍的恒星死亡，死亡后不变白矮星，而是中子星， 又称钻石星(图17)，因为钻石就是纯碳晶体组成，硬度非常高。 质量比太阳更大的参宿四恒星死亡，场面壮烈的多，其内部由碳元 素与氧继续衰变下去，最后出现铁元素，铁元素是吸收能量的杀手，恒 星内部出现铁元素就意味着死亡的开始，铁越积越多，直至将恒星内部 能量吸干，引力向铁核挤压，几秒钟之内引起恒星爆炸，天文学将铁核 恒星的爆炸，称为超新星爆炸。天文学家已找到一颗超新星爆炸，距地 球17 万光年，爆炸的火球直径达数万公里。 天文学家用巨型激光器模拟超新星爆炸，即用强大的电能发出136 股激光束，攻击一个目标，结果目标气化，存在十万分之一秒向外扩散， 冲击波带动下物质冲到表层，产生更重的元素，金银、铀等重元素就是 超新星爆炸的产物，因为重金属元素形成的条件苛刻，所以宇宙中贵重 金属元素稀少。 超新星爆炸并不是全部变成尘埃，其中子星内核依然存在，中子星 直径大约 30 公里。其外壳残骸送入太空。中子星有个特点，定时向太 空喷发Χ 射线。根据此特点，寻找到Χ 射线源就找到了中子星。 恒星消亡，向宇宙播撒人间万物，有各种元素，也包含生命。因此， 可以推断:太阳中的各种粒子也是重复使用的，很可能星超新星爆炸三 代、四代的产物。其中包括我们人类身体，组成各种器官的原子可能来 自不同的恒星。 宇宙中恒星的燃料总有耗尽的那一天，可能是数万亿年后，但那一 天迟早会来。恒星消亡时宇宙又回到黑暗时代。也许黑暗过了相当长的 时间，新的大爆炸又开始了，新的宇宙又诞生了! 第二集:《黑洞》 黑洞蕴藏着巨大的能量，但人们肉眼和仪器却看不到它，因为光线 靠近黑洞都被它吞噬，所以得名“黑洞。”宇宙中确实存在这样的神秘 天体。黑洞引力惊人，恒星、行星及星际物质靠近它都被黑洞吸进，所 以，黑洞是宇宙的统治者、终结者。现已查明，银河系中心存在着巨大 的黑洞。 左图是天鹰座一个恒星被黑洞吞噬的照片。 用瀑布形容黑洞中心吸进物质的过程很贴切。当小船在河上游时， 划船者可任意上行，但当小船靠近瀑布边缘时，无论划船者怎么用力都 逃脱不了被急流吸进瀑布的命运。小船相当恒星天体，瀑布相当黑洞。 巨大的引力使一切宇宙物质都无法逃逸，甚至光线都被吸进黑洞。 假设黑洞光顾太阳系，太阳系的行星、卫星、彗星、将被巨大的引 力吸引偏离固定的轨道，在太阳系内互相撞击引起混乱。地球的大气、 海水相继被黑洞引力吸走，地表(壳)被引力剥离，最后地球液态地幔、 铁质地心被吸进黑洞，同样太阳也逃脱不了消亡的命运。十倍以上巨型 恒星当她消亡时就会形成超新星爆炸(附图1)，更大的恒星消亡时形成 超超新星，黑洞在超新星的爆炸中诞生。 宇宙中恒星、超级恒星、超超级恒星密布，她们消亡时会产生许多 大小不同的黑洞。如大犬座VY 超大型恒星爆炸，产生一个直径30 里的黑洞。黑洞越大，引力越大，每秒钟吸进的物质越多、速度越快，但因物质吸进的太多，又不均匀，有时黑洞也“咳嗽”，出现噎着引起 黑洞颤抖。当黑洞内部吸进物质能量饱和时，黑洞将从轴心两侧同时爆 射线暴，其威力仅次于宇宙奇点大爆炸。γ射线暴能量奇高，速度 极快，破坏力极大，γ 射线暴喷发途中可以摧毁任何星系、星团和恒星。 幸运是γ 射线暴没在银河系发生，多发生在河外星系。观测γ 射线暴， 可以窥测宇宙的奥秘。 天文学家发射一枚斯维夫特卫星探测器，拍到γ 射线暴(附图)。 射线暴与黑洞关系密切，发现γ射线暴，动摇了天文学的基础。 宇宙中有数十亿个黑洞，理论计算黑洞几乎无处不在。但我们却不 能直接观测黑洞，对黑洞的物理特性一无所知。用发射飞船用人观测黑 洞太危险，不现实，但现在有了机器人，我们完全可以利用机器人操纵 探测器对黑洞进行观测，并将探测器、机器人做的足够结实坚固，当探 测器接近黑洞事件视界时将图像、信息发回来，我们就可以了解黑洞视 界外和黑洞内部的情况。现在这只是设想方案，并没有真正实施。 如果银河系中心确实存在超大型黑洞，因为距太阳太遥远，所以， 地球是安全的。 银河系有数千亿颗恒星，围绕中心旋转，并有两个旋臂。是什么力 量促使数亿颗恒星绕银河系中心旋转?天文学家想象:银河系中心必然 存在一个超大型黑洞。 为观测银河系中心黑洞，天文学家在智利莫纳亚克山上建了一个直 米的红外线望远镜，科学家历经15 年，拍摄数千张银河系中心的 照片，经过分析发现在银河系中心有个恒星团，几十颗恒星围绕中心高 速旋转，速度高达每小时几百万公里。因此断定银河系中心确实存在一 个巨大黑洞。 星系越大，星系中心的黑洞越大。仙女座星系黑洞比太阳大1.4 倍。M87黑洞是太阳的200 早期宇宙，第一批出现的恒星质量都比太阳质量大的多，都是超级恒星，当这些超大恒星消亡时往往引发超新星爆炸，出现一系列大小不 一的黑洞。这些黑洞互相碰撞形成更大的黑洞，当尘埃、恒星、星团、 星系都被黑洞吸收时，黑洞轴心两面将喷射高能粒子流，其宽度比太阳 直径大 20 倍。高能粒子流，天文学称类星体，类星体是宇宙中的重要 天体，有证据说明类星体是产生星系的温床。 黑洞到底是什么?黑洞是神秘天体，在宇宙中黑洞确实存在(附? 图)。有科学家预测黑洞是时空捷径，是通往另一个宇宙的大门，很可 能黑洞是大爆炸的反面，正面大爆炸产生新宇宙，而黑洞是陈旧宇宙消 亡的缩影。 第三集:《宇宙大爆炸》 宇宙大爆炸发生在140 亿前的一瞬间。从那一瞬间起，宇宙诞生了， 能量转变物质，出现了恒星，万物，乃至水和生命。我们的过去、现在、 未来都产生在大爆炸那一瞬间。 让我们回到发现宇宙大爆炸以前的时刻。那时天文学家一致认为我 们的宇宙是一个不变的天体，地球是中心，金木水火土星，甚至太阳都 围绕地球旋转，后来发现太阳不过是银河系的一员，银河系才是宇宙。 1929 年，天文学家哈勃在威尔逊天文台用望远镜观测宇宙恒星时， 发现所有的恒星光谱，在不同时期观测，其红色谱线有后移现象。红色 是热量谱线，后移说明所有的恒星距地球越来越远。这一发现震惊世界! 人们自然联想，宇宙中的恒星既然远离我们，那么在这之前一定与 我们较近，进一步联想，宇宙在膨胀，那在以前的某个时刻一定很小。 于是宇宙大爆炸的理论假说诞生了!宇宙起源于一个比原子还小的奇 这似乎不可理解，偌大的宇宙时空和物质都浓缩在一个比原小还小的粒子中可能吗?怀疑是正常的，因为确实匪夷所思。问题是你必须承 认宇宙万物都是遵循从无到有的规律，既然这样，那么宇宙起始于奇点 的大爆炸就不是不可能。通过宇宙膨胀速度反向推算宇宙大爆炸始于 137 亿年前的某个时刻，一声难以想象的滔天巨响，我们的宇宙诞生了。 据科学家测算，奇点里的温度、密度极高，是一个比原子还小的纯 能量奇点。里面蕴藏着不低于 4000 亿个星系形成所需要的物质。爆炸 时间相当短暂，只有几亿亿亿分之一秒。天文学家卡洛斯在虚拟世界里 用超级计算机，模拟奇点大爆炸时情景，他提出三个方案，一个引力比 较小，一个引力比较大，结果较小引力没有反应，较大引力都变成黑洞， 只有引力恰到好处才可能诱发大爆炸。 宇宙奇点瞬间大爆炸，时空开始，所用的时间仅是几亿亿亿分之一 秒，而宇宙膨胀的速度也是几亿亿亿倍。大爆炸的速度肯定是超光速的， 是光速的十几倍、千万倍?人们无法知道。科学家在计算宇宙大爆炸时， 往往使用普朗克时间常数。 所谓普朗克时间常数约等于一年的秒数乘以140 亿年，即31536000 秒14000，000，000 年。简写:4.415Χ 10(17 次方)之一秒。可见 普朗克时间常数多么短暂。 大爆炸后几个瞬间，宇宙体积由奇点扩大到地球大小; 再过几个瞬间，宇宙体积扩大到太阳系大小，温度极高，仍有几亿 再过几个瞬间，宇宙扩展到银河系大小，温度仍然很炽热;再过几个瞬间，宇宙温度下降，能量开始转换，有亚原子粒子出现; 再过几个瞬间，宇宙中出现物质、反物质粒子互相碰撞湮灭，一部 分物质粒子留存下来。这部分物质组成星系、恒星、行星、卫星、彗星 等天体，这部分质量约占宇宙总质量3%左右; 一秒钟，宇宙留存原始粒子开始聚合; 三分钟，氢、氦、锂原子相继出现。这是宇宙中氢、氦元素最多的 原因; 38 万年，宇宙由混沌开始显现清澈，宇宙中除了氢、氦、锂元素外 一无所有。 为了探测宇宙大爆炸后留下的蛛丝马迹，天文学家彭齐亚斯和普斯 林监测到一种嗡嗡声的宇宙信号，通过施放微波探测装置，科学家获得 完整的宇宙物质分布图。 详见下图: 图中不同颜色表示物质密度，红黄色处表示温暖，物质密度高，蓝 绿色表示冷却，物质密度低。未来宇宙就是在此基础上演变发展而来。 大爆炸2 亿年，氢、氦气团在引力的作用下，不断壮大出现恒星。 恒星给宇宙送来第一束光明; 大爆炸10 亿年，星系出现; 大爆炸50 亿年，太阳诞生; 大爆炸80 亿年，无数星系诞生; 大爆炸90 亿年，太阳系形成; 大爆炸140 亿年，当今的宇宙形成。 大爆炸诞生了宇宙，而且今天的宇宙不断地膨胀，宇宙有开始，就 有灭亡的那一天。 关于宇宙如何消亡的问题，与大爆炸同样令人费解。目前有几种假 说:一是有始无终开放宇宙;二是循环宇宙起始同处一点;三是从膨胀 到停止，大塌缩再回到奇点;四是多个宇宙。 黑洞理论支持多个宇宙的假说; 暗能量的假说，支持宇宙由光明走向黑暗: 千亿年后，恒星的聚变燃料消耗殆尽，宇宙走向黑暗，还是引起一 系列超新星爆炸，产生新的宇宙尘埃和星云?现在还不清楚。也许在遥 远的宇宙边缘正上演新旧宇宙交替的大戏也未可知。 总之，大爆炸蕴藏着许多未知的奥秘，过去、现在、未来都隐藏在 大爆炸中，需要我们不断地探索发现。 第四集:《银河系》 宇宙有2000 亿个星系，银河系是亿万星系的一个(见附图)。 银河系乃至亿万星系从哪儿来?它们如何发展，如何走向灭亡?这 些都是科学家关心的问题。据推算，银河系大约有120 亿年历史，有2000 多亿颗恒星。中心隆起呈圆盘状，有两条曲臂成抛物线状，围绕银河系 中心旋转。 众所周知，宇宙中存在着大量尘埃、气体组成的星云，星云中物质 密度有疏密，物质粒子密集的地方聚合在一起，温度使密集的气团旋转， 在旋转中气团吸进大量气体使体积迅速膨胀，久而久之，气团足够大， 内部气体原子在引力作用下高温、高压，将氢原子聚合发生聚变，释放 大量核能并产生光子、氦。从氢原子聚合时发生聚变反应，一颗恒星就 诞生了。 1924 年天文学家哈勃用2.5 米口径观测星空时，发现许多星光不是 一个恒星发出来，而是由众多恒星组成的星云发出来的，这些星云组成 星系。如，蜗状星云估计有16 亿个恒星，M87 是椭圆形星云，发出金黄 色的光，还有草帽星云、马头星云、蟹状星云、鹰状星云等。上述星云 距离地球都非常遥远。有的星云光到达地球需走几十、几百、几万，甚 数千万、数亿光年。1 光年等于 9.46110(12 次方)公里。即 94608 亿公里。 银河系圆盘距离在 10 万光年以内，仙女座星系比银河系大 有20万光年，M87 星系比仙女座星系还大，还有比M87 还大的星系，如 K-110 星系。 星系的形成大约经过2 亿年时间，10 亿年后一些小星系合并成超级 星系。 科学家为观测星系的形成，利用设在智利 5200 米高山上的阿塔卡 马望远镜观测宇宙大爆炸后的微波分布情况，后又发射卫星，用红外线 望远镜对宇宙照相，获得了清晰的宇宙微波分布图。从这些微波分布情 况，获得了宇宙星系大致分布的情况。 恒星诞生初期，星系中的恒星是杂乱无章的，它们后来怎么变成有 序的，按同一中心、同一方向旋转呢?答案是引力促成星系中的恒星变 成有序，引力，将小恒星团拉平，形成旋臂，恒星之间经过数十亿次的 调整磨合才基本完成，大约经过120 亿年，星系才形成今天这个形状。 星系、黑洞、超新星爆炸，是宇宙中最重要的天体运动。超新星爆 炸，从中心将巨大的物质流喷射到太空，这些高能粒子流就是类星体。 银河系没有超新星爆炸，所以没有发现类星体。但银河系中心有个直径 2400 万公里的黑洞，正是这个巨大黑洞促使银河系2000 多亿颗恒星围 绕中心旋转。 太阳在银河系中间地带，偏外，这里恒星密度适中，距银河系中心 2.5 万光年，虽然银河系中心引力强大无比，但因太阳距银河系中心较 远，所以我们是安全的。 现在发现恒星在星系之间没有足够的引力可以维持星系之间的平 衡，是什么力量使星系保持稳定呢?科家家发现恒星之间存在一种叫 “暗物质”的东西，暗物质恰似胶水一般将星系中的恒星固定，防止恒 星逃离星系，保持了星系的形状。 暗物质是什么?我们至今一无所知。但它确实存在，很可能就在我 们周围，就是说空间中无处不有暗物质。据测算暗物质占宇宙总质量 24%。 为证明暗物质存在，科学家观测光线通过某个黑暗处时，光线发生 偏转，好比面前摆个鱼缸，透过水观测鱼缸后面物体，犹如引力透镜那 样使其物体形状扭曲变形。 科学家已绘制出宇宙物质分布图，星系结成丝状网络，充满整个宇 宙。发光部分代表暗物质(见附图)。星系由小到大，变成星系团，再 扩大到超级星系团，星系在碰撞中诞生大的星系团。 银河系在50 亿或60 亿年后，将与附近的仙女座星团发生碰撞，组 成新的仙女-银河系星团，使尘埃、气体向宇宙太空四处飞散。但星系 中的恒星并不发生碰撞，仍然保持原来的距离。 星系从诞生时起，就意味着也有解体消亡的时候，促使星系解体的 力量是宇宙无不处不在的暗能量。在宇宙中，暗能量比暗物质还要多， 占宇宙总质量73%。终究有一天，暗能量会让星系解体，使恒星远离我 们四处逃散。 宇宙中存在亿万个星系，在众多星系中一定会有类似的银河系，也 一定会有恰到好处的太阳系，寻找到类似太阳系，特别是类地行星是科 学家未来的任务。 第五集:《太阳系》 太阳系(图8、图9)，是银河系中数千亿颗恒星中的一员。八大行 星围绕太阳旋转，轨道几乎在一个平面上。科学家通过凯克望远镜在众 多星系中寻找到360 多个类太阳系，这些恒星周围也有行星旋转，只是 数量不同而已。通过观察，发现这些行星绕行轨道混乱，有的离恒星较 近速度极快，有的行星比木星还大几倍，有的行星飞向太空，又迅速返 回。目前尚未找到与太阳系相同的恒星。 太阳系有8 大行星，它是如何形成的?这个问题很有趣。事实上太 阳系的形成与其他恒星形成有许多类似的地方。最初是大量星云凝聚在 一起，由于引力使星云聚合，由小变大并旋转，在吸附周围物质过程中 体积越变越大，最后引力将中心的氢原子点燃，发生聚变发光，一颗恒 星就这样诞生了。 行星又是怎么演变的?一直困扰众多天文学家。直至前几年美国发 射的天空飞船上，一位叫唐佩利特的科学家在空间站做试验，他将糖、 盐粉末放在充气的透明塑料袋，观察这些粉末在失重状态下反映，是不 是四处悬浮飘散，令科学家惊奇的是，糖、盐粉末并未悬浮飘散，而是 相互聚合，有成团的趋势。这一发现揭示了行星为什么在太阳周围形成 行星的奥秘(图10)。 太阳形成后，她的周围仍然存在大量宇宙尘埃，各种元素粒子，这 些粒子相互聚合形成岩石，由石子到石块，再到大的固态物体，这些亿 万个物体相互碰撞，形成更大的形状不同天体。当这些天体直径小于800 公里时，它们的形状是有棱有角的多面体，当直径超过800 公里以上时， 随着吸附的物质越来越多，在自转和公转和引力作用下，天体由多面体 逐渐变成球形天体，成为太阳众多行星的一个。 这个过程大约持续了5 亿年之久。当年太阳周围仍然有100 多个比 较大的小行星，这些行星形成八大行星前，经历了无数次的碰撞，那场 面非常惊险惨烈(图11)。一个行星撞上水星发生爆炸，将水星外壳撞 成无数的形状不等的碎片抛向太空;地球也未能幸免，有一颗比地球小 的行星撞上地球，因为撞击的角度不正不斜，恰到好处地撞在 45 地方，将地球的部分外壳撞破，但地球仍然存在，地壳和行星碎片飞向太空，若干年后这些碎片在引力作用下聚合成今天的月球;行星之间这 种撞击时常发生，在太阳系是司空见惯的天体现象。 太阳系八大行星，分为两大类:岩态行星，水星、金星、地球和火 星;气态行星:木星(图 12)、土星(图 13、14、15)、天王星和海王 星。原来的九大行星冥王星本身不具备行星的条件，质量小，是柯伊伯 带的一颗比较大的天体，它的轨道不太规矩，因此被除名。 太阳系内的几个行星(水星、金星、地球、火星)都是岩态行星， 为什么它们靠近太阳先形成呢?天文学家经研究认为，岩态行星经受得 住太阳热量炙烤，所以先形成。气态行星距太阳距离远，接收太阳热量 较少，所以在距太阳较远的地方形成。 天王星、海王星体积比较小，由冰块、尘埃和气体混合而成，它们 为什么远离太阳而在土星外的轨道运用呢?这是非常难以理解的问题， 经过分析，原来是木星、土星体积过于大，其引力也非常强大，尤其是 土星、木星在太阳同侧相近运行时，其引力叠加，天王星、海王星被土 星、木星的强大引力连推带拽，将其推出近日轨道到土星外轨道运行， 而且还有个奇怪现象，天王星、海王星的轨道有时在土星外侧互相交换， 天王星有时在里面，有时又跑到海王星外面，过段时间又恢复正常，追 根寻源都是木星、土星引力共振恶作剧。 也有一种理论，认为气态行星在外层空间先形成，后来鬼使神差运 行到太阳系，被太阳引力俘获，所以成为今天这个样子。 在分析太阳光谱时发现其表面有锂元素，由此科学家推断，在若干 万年前，很可能在行星形成那段时间，有一个岩态行星冲进太阳怀抱， 这个岩态行星正好有大量锂元素，在高温下有锂元素燃烧所至。后来太 阳系内的行星碰撞逐渐平静下来，每个行星都有比较正规的绕行轨道。 地球绕太阳1 年，每小时10.6万公里;水星绕太阳1 周29 土星29 年，海天星 164 年。海王星外是大小碎石组成的柯伊帕带，这 里距太阳有 50 亿公里，光线很暗，温度很低。再向外边延伸叫奥尔特 云，这里几乎看不到太阳光，距离太阳有1 光年的路程，可见非常之遥 虽然太阳系八大行星都比较稳定，但也不是没有危险降临。据考证，6500 万年前有颗小行星撞上地球，使地球70%的生物灭绝，如果此类灾 变经常发生，地球就不会有生命存在。幸运的是地球外围有厐大的土星、 木星，特别是木星保护，使地球免于受天外小行星撞击，木星在客观上 成为地球的保镖。1993 年的苏梅利克彗星撞击木星，就是这种保护的实 例演示，如果没有木星保护，苏梅利克彗星很可能与地球发生撞击，真 要如此地球末日真的来临了。地球距太阳不远不近，远处有木星，近处 有月球保护，又有不多不少的水，所以地球是颗幸运行星。 银河系里有形形色色的太阳系。科学家观测到距地球 20 光年的太 空中有一个类太阳系，而整个宇宙中观测到的有420 个行星，经过分析 多数是像木星那样的气态行星，而且距恒星较近，要不就是距恒星太远， 尚未发现一个是岩态行星。有个名叫葛利斯581 的行星，是地球的2 大，距恒星远近适中，但距离我们很遥远，无法预知这颗行星上是否有水和生命存在。其他行星大气有的是甲烷，有的是氮气，没有一个与地 球的条件相同。 太阳系跟其他恒星一样，有诞生、成长，必然也会走向毁灭。据推 算，50 亿年后太阳内的氢、氦燃料将耗尽，高温使太阳体积膨胀变成红 巨星，太阳内核蜕变成一颗白矮星，形状有地球大小(图16)。内太阳 系的岩态行星，如火星仍然绕白矮星运行，也发光，引力极大，但每时 刻给行星的能量大大减少，太阳系内将变暗。也许由于太阳质量的缩小， 引力不足控制尚存的几颗行星，出现轨道错乱，也许会发生火星撞地球、 撞木星的壮观场面，无论是不是发生行星再次碰撞，太阳系的毁灭是自 然规律，无法逃避。 太阳(恒星)形成初期，周围有一团浓厚的物质云团包围着 太阳系的行星犹如这些糖、盐碎末，在真空条件下互相吸引，逐渐 形成行星 太阳系形成中期，周围有百多个行星，经过无数次碰撞劣散合成， 最后形成八大行星 行星之间的碰撞惨烈状态示意图 地球在形成之前不断吸收周围的大小碎块 木星这个气态行星也曾不断吸收周围物质 木星周围浓厚的大气 美丽的土星环，它是由亿万颗冰晶、碎石形成的 太阳的结局--变成一颗形如地球般大小的白矮星 比太阳质量大几倍的恒星，最后的结局--变成一颗脉冲中子星 比太阳质量大百倍的恒星消亡，最后变成一颗磁性中子星 比太阳质量大千百倍的恒星消亡将在内部形成各种重元素，最后核 心处变成一个黑洞并越长越大 各种物质元素在特定条件下形成并在爆炸的瞬间向四处扩散 黑洞吸入周围的一切物质，包括光线 黑洞吸收的物质饱和后从两极向外喷射高能粒子流(类星体)又称 射线暴 第六集:《行星》 行星也是尘埃、碎石构成的。太阳系有八大行星，其形成过程非常 惊险，非比寻常。太阳系的行星在宇宙中为沧海一粟，非常渺小。宇宙 中有数以亿计的星系，每个星系中有数亿颗恒星，每个恒星又有数量不 等的行星，所以，宇宙中行星的数量也非常庞大。科学家利用各种卫星、 仪器设备在太空中寻找类太阳系，寻找类地行星，但因距离遥远，效果 并不明显，只找到400 多类地行星。这些行星形状、大小、质量、轨道 各不相同，有的比木星体积还大，有的行星几倍地球，其运行轨道很狂 乱，旋转的方向不同，有的距恒星很近，有的转速很高，还有的行星以 极快的速度向太空冲去，不久又俯冲下来，总之，在寻找到的行星中没 有一个跟地球相同的。但有一点相同，这些行星也是由尘埃、碎石、金 属元素在引力作用下聚合而成，并由小到大，经过剧烈碰撞，聚合成行 星。岩态行星一般在恒星附近，气态行星距恒星比较远。因为固体碎石 距恒星比较远的地方比较稀少，也不容易形成巨大的岩态行星。 行星在旋转和引力作用下，由小变大，当直径超过800 公里以上时， 行星吸入周围物质能力越强，在小行星碰撞时容易保留本体不被撞碎， 并逐渐变成球形。行星内核在引力和高压作用下，变成炽热密度极大的 固体内核，而在内核外部形成液态炽热的熔岩(地幔)，行星外部形成 坚固的外壳。火星在形成时曾经受一次小行星撞击，至今痕迹尚存，南 极地壳比北极薄些，就是撞击留下的证据。撞击使行星的数量减少，为 留存下来的行星创造生存条件。 地球的内核是密度极高的金属铁，外面是高温液态熔岩形成的地 幔，外层是岩石组成的地壳。地球在自转的情况下由于金属内核与液态 熔岩摩擦产生磁场。正因为地球有磁场保护，所以保护了地球大气、海 水和万千生物的生存。 太阳每时每刻都通过闭合磁力线向太空喷发高能带电粒子，形成太 阳风，由于地球有磁场保护，使太阳风偏离方向，从地球大气外面穿过， 并在地球南北极与太阳风交汇，形成游弋不定的美丽极光。 太阳风有较大的杀伤力，宇航员受太阳风袭击可致命，因此发射载 人飞船进太空前要观测太阳的活动情况，尽量避免太阳风强劲时发射载 人飞船。 科学家通过仿照地球内核、地幔液体及外壳进行145 公里秒高速 反向运转，就形成了磁场，虽然强度比地球磁场低很多，但磁场产生的 原理相同。 火星与地球体积略小，形成的机制也大体与地球相同，但地球不仅 有大量的水、生物，而火星却是荒漠一片死寂的行星。为什么火星与地 球同时期形成，后来分道扬镳，走的是截然不同的发展道路呢?答案就 是火星磁场由活跃到消亡，彻底改变了火星的命运。 美国前几年向火星发射了两个探测器:“勇气号”和“机遇号”，发 回的照片表明，火星表面也曾有过河流冲积留下的印迹，也有稀薄的大 气，相当地球的1%，有火山、有水，总之，与地球初期时大体相同。 火星的现时景象，其根源是火星磁场由强转弱，直至消失是根本原 因。火星比地球体积小些，地表没有地球大量的水比较干燥，火星的自 转速度又比地球慢，距太阳较远，由于上述原因火星地慢中的液体由于 温度降低，热量散失而逐渐凝固，直至整个地幔与火星球心都变成固态 金属，火星磁场从而消失，这时强大的太阳风袭击火星，破坏了火星大 气层，蒸发了火星本来有限的水，从而导致火星今后的地貌，变成荒漠 一片死寂的大地。 距恒星较远的外层空间气态行星命运不同，以太阳系行星为例，木 60多个卫星，土星有巨大的环，这些环是由数不尽的岩石碎片和 冰晶组成，宽度达8 万公里，土星引力很强，旋转的形体较大的冰晶、 碎石都被引力撕碎，特别是冰晶经常变化形态，出现新的断面，在太阳 光反射下，土星环鲜艳清晰，非常新鲜，犹如刚刚形成那样。 木星、土星体积庞大，气体密度很高，有数万公里的大气，人们无 法用仪器观测这两颗气态行星内部的庐山面目，美国发射的卡西尼卫星 将向木星大气施放过探测器，但探测器深入木星6.4万公里大气的浅层， 只观测到云中有闪电雷鸣，压力比坎球高 23 倍，风速很高达 260 公里 小时，温度达到300，探测器下降到200 公里就被压碎，木星的核 心情况至今是个三速，连物理定律在这里也受到挑战。 木星、土星都有强大的磁场，太阳风也奈何不了这两颗行星，更奇 怪的是木星、土星两极也有极光。 科学家为探索木星内核的秘密，用192 束激光束射击氢原子目标， 结果出乎人们意料，氢原子聚合变成液态氢，升高压力后，氢气由液态 变成固态，成为金属氢，不仅导电，而是有其他金属的共性。正因为木 星、土星内核有金属氢，加上外层液态氢，在旋转时产生了磁场，从而 揭开了大体积行星有磁场的秘密 太阳系行星从诞生那天起，从未停止过演变。地球上的水量占总质 量O.06%，就是这些水造就了生命。地球上的水不是自产，而是来源于 很久以前一颗带水的彗星击地球而形成的，多少有些幸运成分。如果地 球的水不是恰到好处，也就没有地球如今的丰富多彩了! 宇宙中已发现的类地行星，没有一个发现有水。假以日下日，我们 终究会找到与地球一样条件的行星，有待于科学继续。 第七集:《卫星》 卫星也是太阳系的一员，卫星上除有比地球的海洋外，还有甲烷和 其他气体、液体。木星有 60 多颗卫星，这些卫星形状大小、密度、气 压各不相同，有一点相同都是围绕母行星的轨道平稳运行。 卫星的形成机制，与行星相同，也是由尘埃、碎石、气体云和微粒 聚合，经过无数次大小碰撞而幸运留下来，并在行星周围旋转。这已经 被宇航员在太空的实验证实。行星、卫星吸附周围尘埃、碎石使自身体 积增大的过程，有个专业名词叫吸积。 木卫3，大约经过1 万年的吸积才变成今天的模样，它距木星较近， 大约 42 万公里。木卫 没有陨石坑，并不是因为小行星没撞过它，而是因为木卫1 有几十座活火山，火山爆发频繁，气体迸发320 公里高， 熔岩掩埋陨石坑，使其表面光滑。 为什么木卫3 那么多的火山?这是因为木卫3 在木星、土星中间运 行，两大行星一边拉，一边拽，几乎要将木卫3 扯碎，木卫3 外壳受不 住木星、土星两大天体的拉扯，致使外壳伤痕累累，地幔中的熔岩从缝 隙中喷出，形成火山。 远离木星，那里温度很低，达到-112，表面不是熔岩，而是厚厚的冰层，也许冰层下面有汪洋，有生命迹象，并受到地心热量而 繁衍生殖。木星的众多卫星中其他卫星的引力相对较弱，都处在荒漠状 态，上面有许多陨石坑。 土星环有32 万公里宽，它由10 亿颗岩石碎片和冰晶组成。过去说 木星环有8 个，实际不止，而有30 多个，木星环瑰丽无比，令人惊叹! 木星环中物质有 40 亿年历史。木星环始终保持常态常新，唯一解释是 环中冰晶经常发生碰撞，冰晶表面常新，在太阳光反射下永远那么鲜艳 夺目。土星环中的冰晶很可能来源于早年一颗彗星与土星相撞，大量碎 片、冰晶被撞进土星大气，在引力作用下形成的。 卫星形成有两种类型:一是行星俘获较大的天体，直径在 2700 里以上称卫星，小于这个数量称小行星;另一种情形是从尘埃、碎片互相撞击，在吸积中形成的。两者共同的特点是围绕行星绕行，否则称为 行星。 月球的形成是一个叫哈特曼的小行星撞击地球，并将地球外壳撞碎 喷向太空，漫长岁月这些碎片经过吸积、碰撞过程，形成今天的月球。 支持这一论断的佐证，是美国阿波罗登月从月面取回的岩石样本，分析 岩石样本成分与地球相近，并有高温炙烤的痕迹。因此论断月球缘于灾 变。月球形成时距地球较近，地球的自转速度也比今天快，由于月球的 拑制，地球的自转速度越来越慢，变成今天 24 小时一圈，由于引力的 降低，月球轨道越来越远，以至形成今天 38 万公里的几近圆形的同步 轨道。 为验证小行星撞击地球将地壳撞成碎片飞向地球大气层外，科学家 曾做过模拟实验，从正面、侧面和45角三个方向撞击，结果正面撞击 地球被撞碎，斜向没有足够的地球碎片，只有45角撞击，才可能出现 地球不碎，而有足够的碎片飞向太空。结果实验也支持月球形成于灾变 假说。 月球的存在，对地球上万物的诞生发展十分重要，正是月球引力产 生的潮汐力，使海水动荡，海水中的营养成分混合，才促成海洋生物的 孕育发展。 卫星并不是生物的理想场所。木卫2 有冰层和冰晶喷发，可能孕育 着生命;土卫6 有水，其他卫星上也有，这些是孕育生命的条件。 但生命形式不一定依赖水，其他有机物也可以孕育生命。深海中的 生物没有阳光、氧气照样繁衍生息，充分说明生命的多样性。 第八集:《超新星》 超新星爆炸场面壮观惨烈，其宽度超过银河系，即使距离地球几十 亿光年，如果发生也可以将地球烤焦，其强大无比的γ 射线将使地球食 物链断裂，造成生物灭绝。超新星爆炸是宇宙中头号杀手! 但超新星爆炸也有另外一个功能，即正是超新星爆炸才造就了宇宙 中各种物质，才有了万千生物的诞生和生命的出现，其中也包括人类的 存在。 宇宙中恒星有千万亿个，但一般像太阳大小的小型恒星消亡时并不 会发生超新星爆炸，只有超级恒星，比太阳质量大几十倍的恒星才有可 能发生超新星爆炸。 巨大恒星消亡时，其核心好比一座巨大的元素加工厂，由氢原子聚 变向氦原子聚变，再向氧气、碳、铁、钴、镍元素、金、银、铀等重元 素一齐生成。 太阳质量大小恒星消亡，变成白矮星;8 倍太阳质量的恒星消亡， 变成中子星;30 倍太阳质量的恒星消亡变成磁电中子星，磁场强大无比， 人体中血液含铁元素，将被磁场吸干;大于太阳质量100 倍的恒星消亡， 将产生黑洞，并发生超新星爆炸，发生γ 射线暴。 射线暴比太阳亮度亮100亿倍，可以照亮整个宇宙。海山二、WR104等巨大恒星消亡时都可以引发黑洞和γ 射线暴。我们无法预知γ 射线暴 何时发生，一旦发生这样的天体运动，我们知道后也悔之晚矣，因为那 时太阳系里的一切将不复存在。 科学家发现，超新星爆炸需要巨大的能量，可是宇宙中找不到促使 超新星爆炸需要的能量。1987 年天文学家寻找是什么物质在宇宙大爆炸 中带走了大部分的能量，结果寻找到了中微子，原来是中微子带走了大 爆炸99%的能量。 中微子是何方神圣?经过科学家测定，中微子是一种比原子还小几 万亿倍的微小粒子，正是这些极小的粒子带走了大爆炸的大部分能量。 原子弹、氢弹爆炸都产生中微子。这些中微子犹如游魂一样在宇宙中乱 窜，任何物体都挡不住中微子的运动，我们的身体里无时无刻都有中微 子穿过，但我们一无所知。 引力无法控制中微子，反而会被中微子将恒星的内核撕碎。 超新星爆炸是一股神秘力量，其力量强大无比。 宇宙从140 亿前大爆炸中产生，经过不断膨胀才呈现今天的样子。 白矮星形成后继续发光发热吸附周围尘埃气体，当它达到太阳质量1.4 倍时，白矮星将发生爆炸。 宇宙终究会有一天停止膨胀。星系、恒星将彼此分离，宇宙中的恒 星逐渐消亡，直至全部恒星燃料消耗殆尽，宇宙将再次陷入无穷的黑暗 之中。 促使星系分离的力量是一种摸不着、看不见又的确存在的暗能量， 这种神秘能量将促使宇宙从光明走向黑暗，直至新宇宙诞生。 《了解宇宙如何运行》纪录片解说词今天全部发完。当你读完这九 篇短文时，一定对宇宙如何运行有了全貌的了解。其实集中到一句话概 括:宇宙虽然浩瀚无垠，无比深奥广大，她也和人一样有生死，遵循生 死循环往复的运行规律。

1.恒星

我们的太阳只是银河系超过1000亿颗恒星中微不足道的一颗，论大小也是微不足道——参宿四是太阳的1500万倍大，大犬座VY星（人类截止2010年发现的最大恒星）比太阳大10亿倍。

恒星起源于尘埃和气体构成的星云——万有引力将他们吸入一个巨大的漩涡，中心的气体被压缩成浓密而炽热的球体，气流从中央喷涌而出；随着压力的增加，中央不断吸收着尘埃和气体，它们互相挤压产生更多热量，经过50多万年的演变，中央年轻的恒星越来越小而亮，气体原子开始在1500万华氏度的高温下发生聚变——恒星由此诞生。驱动恒星的能源也来源于万有引力——引力压缩恒星使其产生能够激发核聚变的高温，同时也跟核聚变产生的向外的爆发力形成了动态平衡。

光子从太阳内部逃逸到太阳表面需要成千上万年的时间（会跟其他原子发生碰撞）。巨大的磁环在恒星表面发生碰撞，释放的能量让温度猛增，激发了太阳风，将带电粒子喷射到宇宙中，会对飞船和卫星造成有害影响。

恒星内部的氢元素逐渐消耗，核聚变速度放缓，万有引力向内压缩的能量占了上风，但是聚变让恒星外层升温，使恒星膨胀成为红巨星。红巨星持续膨胀，最后从内到外逐渐崩溃，只剩下一个炽热致密的内核。此时的恒星进入了进入白矮星阶段，已不再进行核聚变。白矮星密度很高，内核是一颗巨大的纯碳晶体——巨大的钻石。比太阳质量大10倍的恒星（如参宿四）在产生铁元素后会引发超新星爆炸。爆炸将新的元素喷射到宇宙中，而这些较重的元素（氢碳氧硅铁等）正是生命诞生的源泉，这些星尘会产生新的恒星和行星；爆炸还会留下恒星的残骸，即密度极高的中子星。

We live in the age of stars, but it will come to an end. 当宇宙中的氢元素都消耗光后，将不会有新的行星诞生；而原有的恒星会逐渐熄灭，宇宙将重新回到黑暗当中。

2.黑洞

黑洞密度极高——相当于把地球压缩到一个高尔夫球那么大。当一个质量相当于太阳100倍的恒星消亡时，引力使恒星坍缩，在内部形成黑洞，在极短的时间内从内到外吞噬了整个恒星，并产生两束强烈的伽马射线爆——幸好这种猛烈的爆发通常发生在银河系外部——这就是黑洞的诞生过程（理论之一）。因此，科学家们可以通过观测宇宙中的伽马射线爆发来估计宇宙中新生黑洞的数量。

黑洞的边界称为“事件视界”[Event Horizon]，外部的观测者永远无法看到物体（比如一个钱包）坠入黑洞通过视界的过程，从外面看，钱包坠向黑洞的速度越来越慢最后停留在了视界边缘。而实际上，钱包可能会坠向其中心“奇点”——在这里一切现有的时间和空间的概念都失去了意义。

大多数星系都围绕着其中心的超大黑洞旋转，包括银河系和我们的邻居仙女座星系。这些超大质量的黑洞可能是宇宙诞生之初形成的——黑洞互相吞噬、吸收周围物质，变得越来越大，周围吸引了无数尘埃和气体，从中诞生了恒星和行星，形成了最初的星系。物质在快速落向中心黑洞的过程中以类似“摩擦生热”的方式释放出巨大的能量，形成了类星体——宇宙中最耀眼的天体。 黑洞吸收气体，而类星体喷射气体——每分钟可以吹走相当于十个地球的物质。诞生恒星的气体用尽后，星系会停止生长，类星体喷射会减弱停止，因此一个星系能形成的最大规模和中心黑洞的质量密切相关。

补充：2019年科学家们首次发布了黑洞的照片。

EHT此次公布的发现，来自梅西耶87（M87）黑洞。黑洞会在周围吸积气体的辐射构成的“背景墙”上投下一个剪影。之所以会形成这样一个“阴影”，是因为黑洞会把从它背后发出并射向观测者的光线全部吞噬。与此同时，从黑洞背后发出又刚好擦过视界的其他光线，会使“阴影”周围增亮而形成一片明亮区域。强大的引力透镜效应会弯折光线，就连处在黑洞正后方的物质发出的光线，都能被弯折到黑暗区域的周围贡献一部分“光亮”。

由此产生的黑色剪影就是所谓的“黑洞大头照”——在这张照片上，黑洞完全是一团漆黑，可谓名副其实。这个阴影不会是一个对称的圆盘，这主要是因为周围气体的旋转速度极高，几乎要接近光速。如此高速运动的物质发出的辐射会发生多普勒频移，辐射方向也会向物质运动的方向汇聚而形成一个狭窄的光锥。因此，在旋转气体朝向我们运动的一侧，辐射会大大增强，而在背向我们运动的另一侧，辐射会大幅减弱。这样一来，出现在圆盘状黑暗剪影周围的就不会是一个完整的亮环，而是一个新月状亮弧。只有在我们的视线恰好与吸积盘旋转轴重合的情况下，这样的不对称才会消失。

3.大爆炸

宇宙大爆炸前是一片虚无吗？我们只知道，奇点爆发后，我们熟知的宇宙才开始形成，时间和空间也在那之后才有了意义。大爆炸发生后的几个普朗特时间内的纯粹能量爆发，其速度比光速还要快（一秒内的普朗克时间的数量是一年的秒数乘以宇宙的寿命137亿年）。

宇宙中的物质都是由大爆炸时爆发的能量转化而来的（E=MC2）——不仅形成了物质，还形成了反物质。在这两者互相湮灭的战争结束后，多出来的那部分物质形成了我们今天的宇宙。

在宇宙刚爆发的几个普朗克时间内，它还是一锅炙热混乱的亚原子浓汤；后来温度逐渐下降，原子开始形成。一开始形成的元素是氢，三分钟后开始形成氦和锂。 随着宇宙膨胀、冷却，离子和电子几乎在瞬间复合形成中性粒子，从此光子开始在宇宙中畅通无阻，而不是不断被等离子体散射。这一事件称为光子退耦，宇宙在这一刻突然变得透明，此时宇宙的年龄是38万年。光子退耦时从混沌中走出来的光子，就带着创世的信息，一直穿行在宇宙中，直到撞上人类的探测器。这种辐射就是“宇宙背景辐射”，就像大爆炸的遗产，所以又被称为或者“遗留辐射”。2003年，美国发射的威尔金森微波各向异性探测器对宇宙微波背景在不同方向上涨落的测量表明，宇宙的年龄是137±1亿年，在宇宙的组成成分中，4%是一般物质，23%是暗物质，73%是暗能量。宇宙目前的膨胀速度是每秒71公里每百万秒差距，宇宙空间是近乎于平坦的，它经历过暴胀的过程，并且会一直膨胀下去。

4.星系

我们的银河系约120亿岁，其直径超过10万光年。隔壁的仙女星系直径超过20万光年；而迄今为止发现的最大星系直径超过600万光年。银河系和仙女星系都是处女座超星系团的一部分。

星系中心一般有超大质量的黑洞，驱动周围的恒星围绕它旋转。但计算显示，仅凭黑洞是无法使星系聚集成形的，暗物质可能也在其中起到了关键作用。

暗物质可以通过引力透镜效应被间接观察到——例如观测星空时一些星系图像出现了扭曲，那正是其光线受到了暗物质的引力影响。

当我们开始以完整规模观察宇宙时，发现了宇宙丝状结构，每个丝状结构中都包括了数百万个星系团，被暗物质束缚在一起。暗物质就像胶水一样维持着整个宇宙的构造。而暗能量是一种将宇宙中的物质向彼此推开的力，将其他星系推得离我们越来越远。

星系不仅会随时间变化，还会移动。两个星系可以发生碰撞和融合。50亿或60亿年后，银河系也会和仙女星系发生碰撞；虽然恒星之间直接撞击的几率几乎相当于0，但它们之间的气体尘埃会升温燃烧，使碰撞的星系发出白热的光芒。经过一场星系碰撞的双人舞后，两个星系会逐渐融合成一个椭圆星系。

5.太阳系

太阳系的行星诞生于由尘埃气体组成的巨大碟状物。真空中的宇宙尘埃会发生碰撞，粘在一起成为更大的尘埃粒子，越滚越大最终形成行星。

46亿年前的太阳系十分动荡，数百个行星互相碰撞，有些成为碎屑，有些会融合成更大的行星。月球就是其他星体撞击地球时产生的碎屑聚集而成的。粉碎的新生行星最终形成了小行星带——大多数撞击都发生在太阳系内圈层（水金地火）。太阳系外层的行星都是气态行星（或冰巨星），由岩石（或冰）核心形成后，气体在其周围聚集形成。再往外是科伊伯带，由围绕太阳旋转的冰块和小行星组成（冥王星属于其中的矮行星）。距离太阳约一光年的奥尔特星云是太阳系的边界。

海王星可能在诞生时比天王星更靠近太阳，它们受到了土星和木星的引力叠加影响（土星绕太阳一周的时间恰好是木星的两倍）而变化了轨道。

形成行星的星云碟状物旋转残留的动量让所有的物质围绕太阳旋转，直至如今。离太阳越远公转周期越长——海王星绕太阳一圈要164年。幸运的是，我们太阳系的行星围绕太阳的公转轨道都近似圆形，因此能维持相对稳定的结构。

太阳系的行星轨道可能依然会发生变化，互相发生碰撞。但不管怎么说，50亿年内，太阳会燃尽燃料变成红巨星，升温膨胀并吞没内层行星（包括地球）。最终，红巨星也会逐渐崩溃，只剩下一个小小的恒星残骸——白矮星。内层行星的残骸会继续围绕白矮星旋转，而外侧的气态行星依然保持完好。

6.行星

我们都是宇宙小小的存在，能够在地球上停留一瞬间，并且了解一点点宇宙的知识，是莫大的幸运！
我觉得昨天的我，和今天的我是完全不同的。昨天的我简直就像文盲一样傻×，今天的我是全新的我，懂得宇宙如何运作的我（←其实是一知半解的0.1%），看纪录片真是能提高智商啊！
这个纪录片是那种看着会让人想哭的佳作，犹记得女科学家说在70亿年后，太阳会变成白矮星，然后吞噬地球，尽管无比遥远，仍莫名伤感。每一集的结尾音乐都震撼而感人。
从地球脉动，与霍金一起了解宇宙，到这部，深深感谢那些优秀电视台创造出如此好看的纪录片！