重力如何影响星系和宇宙的演化过程

发布时间: 2023-05-20 23:00:35 来源: 励志妙语 栏目: 经典文章 点击: 87

宇宙星体形成,演变?(着重讲地球)编辑本段地球的演变与生命的诞生,46亿年前,地球诞生了。地球演化大致可分为三个阶段。,...

重力如何影响星系和宇宙的演化过程

宇宙星体形成,演变?(着重讲地球)

编辑本段地球的演变与生命的诞生
46亿年前,地球诞生了。地球演化大致可分为三个阶段。 50亿年以前的太阳系
第一阶段为地球圈层形成时期,其时限大致距今4600至4200Ma【百万年】。刚刚诞生时候的地球与今天大不相同。根据科学家推断,地球形成之初是一个由炽热液体物质(主要为岩浆)组成的炽热的球。随着时间的推移,地表的温度不断下降,固态的地核逐渐形成。密度大的物质向地心移动,密度小的物质(岩石等)浮在地球表面,这就形成了一个表面主要由岩石组成的地球。 第二阶段为太古宙,元古宙时期。其时限距今4200至543Ma。地球自不间断地向外释放能量。由高温岩浆不断喷发释放的水蒸气,二氧化碳等气体构成了非常稀薄的早期大气层---原始大气。随着原始大气中的水蒸气的不断增多,越来越多的水蒸气凝结成小水滴,再汇聚成雨水落入地表。就这样,原始的海洋形成了。 第三阶段为显生宙时期,其时限由543Ma至今。显生宙延续的时间相对短暂,但这一时期生物及其繁盛,地质演化十分迅速,地质作用丰富多彩,加之地质体遍布全球各地,广泛保存,可以极好的对其进行观察和研究,为地质科学的主要研究对象,并建立起了地质学的基本理论和基础知识。 为了证明生命起源与地球,人们在不断通过实验和推测等研究方法,提出各种假设来解释生命诞生。1953年美国青年学者米勒(Stanley L.Miller)在实验室用充有甲烷(CH4),氨气(NH3),氢气(H2)和水(H2O)的密闭装置,以放电,加热来模拟原始地球的环境条件,合成了一些氨基酸,有机酸和尿素等物质,轰动了科学界。这个实验的结果更具说服力地表明,早期地球完全有能力孕育生命体,原始生命物质可以在没有生命的自然条件下产生出来。 一些有机物质在原始海洋中,经过长期而又复杂的化学变化,逐渐形成了更大,更复杂的分子,直到形成组成生物体的基本物质---蛋白质,以及作为遗传物质的核酸等大分子物质。在一定条件下,蛋白质和核酸等物质经过浓缩,凝聚等作用,形成了一个由多种分子组成的体系,外面有了一层膜,与海水隔开,在海水中又经历了漫长,复杂的变化,最终形成了原始的生命。 总之,地球的演变使得生命诞生于地球。
地球经10多亿年就将被正在变成红巨星的太阳吞没

太阳或恒星的演变
形成
在宇宙发展到一定时期,宇宙中充满均匀的中性原子气体云,大体积气体云由于自身引力而不稳定造成塌缩。这样恒星便进入形成阶段。在塌缩开始阶段,气体云内部压力很微小,物质在自引力作用下加速向中心坠落。当物质的线度收缩了几个数量级后,情况就不同了,一方面,气体的密度有了剧烈的增加,另一方面,由于失去的引力位能部分的转化成热能,气体温度也有了很大的增加,气体的压力正比于它的密度与温度的乘积,因而在塌缩过程中,压力增长更快,这样,在气体内部很快形成一个足以与自引力相抗衡的压力场,这压力场最后制止引力塌缩,从而建立起一个新的力学平衡位形,称之为星坯。 星坯的力学平衡是靠内部压力梯度与自引力相抗衡造成的,而压力梯度的存在却依赖于内部温度的不均匀性(即星坯中心的温度要高于外围的温度),因此在热学上,这是一个不平衡的系统,热量将从中心逐渐地向外流出。这一热学上趋向平衡的自然倾向对力学起着削弱的作用。于是星坯必须缓慢的收缩,以其引力位能的降低来升高温度,从而来恢复力学平衡;同时也是以引力位能的降低,来提供星坯辐射所需的能量。这就是星坯演化的主要物理机制。 最新观测发现S1020549恒星
下面我们利用经典引力理论大致的讨论这一过程。考虑密度为 ρ、温度为T、半径为r的球状气云系统,气体热运动能量: ET= RT= T (1) 将气体看成单原子理想气体,μ为摩尔质量,R为气体普适常数 为了得到气云球的的引力能Eg,想象经球的质量一点点移到无穷远,将球全部移走场力作的功就等于-Eg。当球质量为m,半径为r时,从表面移走dm过程中场力做功: dW=- =-G( )1/3m2/3dm (2) 所以:-Eg=- ( )1/3m2/3dm= G( M5/3 于是: Eg=- (2), 气体云的总能量: E=ET+EG (3) 灵魂星云将形成新的行星
热运动使气体分布均匀,引力使气体集中。现在两者共同作用。当E>0时热运动为主,气云是稳定的,小的扰动不会影响气云平衡;当E<0时,引力为主,小的密度扰动产生对均匀的偏离,密度大处引力增大,使偏离加强而破坏平衡,气体开始塌缩。由E≤0得到产生收缩的临界半径 : (4) 相应的气体云的临界质量为: (5) 原始气云密度小,临界质量很大。所以很少有恒星单独产生,大部分是一群恒星一起产生成为星团。球形星团可以包含105→107个恒星,可以认为是同时产生的。 我们已知:太阳质量:MΘ=2×1033,半径R=7×1010,我们带入(2)可得出太阳收缩到今天这个状态以释放的引力能 太阳的总光度L=4×1033erg.s-1如果这个辐射光度靠引力为能源来维持,那么持续的时间是: 很多证明表明,太阳稳定的保持着今天的状态已有5×109年了,因此,星坯阶段只能是太阳形成像今天这样的稳定状态之前的一个短暂过渡阶段。这样提出新问题,星坯引力收缩是如何停止的?此后太阳辐射又是以什么为能源?
稳定期
主序星阶段在收缩过程中密度增加,我们知道ρ∝r-3,由式(4),rc∝r3/2,所以rc比 r减小的更快,收缩气云的一部分又达到新条件下的临界,小扰动可以造成新的局部塌缩。如此下去在一定的条件下,大块气云收缩为一个凝聚体成为原恒星,原恒星吸附周围气云后继续收缩,表面温度不变,中心温度不断升高,引起温度、密度和气体成分的各种核反应。产生热能使气温升的极高,气体压力抵抗引力使原恒星稳定下来成为恒星,恒星的演化是从主序星开始的。 哈勃观测到两颗燃烧剧烈的超级恒星
恒星的成份大部分是H和He,当温度达到104K以上,即粒子的平均热动能达1eV以上,氢原子通过热碰撞就充分的电离了(氢的电离能是13.6eV),在温度进一步升高后,等离子气体中氢核与氢核的碰撞就可能引起核反应。对纯氢的高温气体,最有效的核反应系列是所谓的P-P链: 其中主要是2D(p,γ)3He反应。D含量只有氢的10-4左右,很快就燃完了。如果开始时D比3He含量多,则反应生成的3H可能就是恒星早期3He的主要来源,由于对流到达恒星表面的这种3He,有可能还保留到现在。 Li,Be,B等轻核和D一样结合能很低,含量只是H 的2×10-9K左右,当中心温度超过3×106K就开始燃烧,引起(p,α)和(p,α)反应,很快成为3He和4He。 中心温度达到107K,密度达到 105kg/m3左右时,产生的氢转化为He的41H→4He过程。这主要是p-p和CNO循环。同时含有1H和4He是发生p-p链反应,有以下三个分支组成: p-p1(只有1H) p-p2(同时有1H、4He) p-p3 或假设1H 和4He的重量比相等。随温度升高,反应从p-p1逐渐过渡到p-p3, 而当T>1.5×107K时,恒星中燃烧H的过程就可过渡到以CNO循环为主了。 当恒星内混杂有重元素C和N时,他们能作为触媒使1H变为4He,这就是CNO循环,CNO循环有两个分支: 或总反应率取决于最慢的14N(p,γ)15O、15N的(p,α)和(p,γ)反应分支比约为2500:1。 这个比值几乎与温度无关,所以在2500次CNO循环中有一次是CNO-2。 在p-p链和CNO循环过程中,净效果是H燃烧生成He: 在释放出的26.7MeV能量中,大部分消耗给恒星加热和发光,成为恒星的主要来源。 前面我们提到恒星的演化是从主星序开始的,那么什么是主星序呢?等H稳定地燃烧为He时,恒星就成了主序星。人们发现有百分之八十至九十的恒星都是主序星,他们共同特征是核心区都有氢正在燃烧,他们的光度、半径和表面温度都有所不同,后来证明:主序星的定量上差别主要是质量不同,其次是他们的年龄和化学成份,太阳这段历程约千万年。 观察到的主序星的最小质量大约为0.1M⊙ 。模型计算表明,当质量小于0.08M⊙时,星体的收缩将达不到氢的点火温度,从而形不成主序星,这说明对于主序星它有一个质量下限。观察到的主序星的最大质量大约是几十个太阳质量。理论上讲,质量太大的恒星辐射很强,内部的能量过程很剧烈,因此结构也越不稳定。但是理论上没有一个质量的绝对上限。 当对某一星团作统计分析时,人们却发现主序星有一个上限,这说明什么?我们知道,主序星的光度是质量的函数,这函数可分段的用幂式表示 : L∝Mν 其中υ不是一个常数,它的值大概在3.5到4.5之间。M大反映主序星中可供燃烧的质量多,而L大反映燃烧的快,因此主序星的寿命可近似用M与L的商标来标志: T∝M-(ν-1) 即主序星寿命随质量增大而按幂律减小,如果整个星团已存在的年龄为T,那就可以由T与M的关系式求出一个截止质量MT。质量大于MT的主序星已结束核心的H燃烧阶段而不是主序星了,这就是观察到由大量同年龄星组成的星团有上限的原因。 现在我们就讨论观测到的恒星中大部分是主序星的原因,表1根据一25M⊙的恒燃烧阶段 点火温度(K) 中心温度(g. cm-3) 持续时间(yr) H 4×107 4 7×106 He 2×108 6×102 5×105 C 7×108 6×105 5×102 Ne 1.5×109 4×106 1 O 2×109 1×107 5×10-2 Si 3.5×109 1×108 3×10-3 燃烧阶段的总寿命 7.5×106 星演化模型,列出了各种元素的点火温度及燃烧所持续的时间。从表上看出,原子序数大的核有更高的点火温度,Z大的核不仅难于点火,点火后燃烧也更剧烈,因此燃烧持续的的时间也就更短。这颗25M⊙的 表1 25M⊙恒星演化模型,模型星的燃烧阶段的总寿命为7.5×106年,而其中百分之九十以上的时间是氢燃烧阶段,即主星序阶段。从统计角度讲,这表明找到一颗处于主星序阶段的恒星几率要大。这正是观察到的恒星大多数为主序星的基本原因。
晚年
主序后的演化由于恒星形成是它的主要成份是氢,而氢的点火温度又比其他元素都低,所以恒星演化的第一阶段总是氢的燃烧阶段,即主序阶段。在主序阶段,恒星内部维持着稳衡的压力分布和表面温度分布,所以在整个漫长的阶段,它的光度和表面温度都只有很小的变化 。下面我们讨论,当星核区的氢燃烧完毕后,恒星有将怎么进一步演化? 恒星在燃烧尽星核区的氢之后,就熄火,这时核心区主要是氢,他是燃烧的产物外围区的物质主要是未经燃烧的氢,核心熄火后恒星失去了辐射的能源,它便要引力收缩是一个起关键作用的因素。一个核燃烧阶段的结束,表明恒星内各处温度都已低于在该处引起点火所需要的温度,引力收缩将使恒星内各处的温度升高,这实际上是寻找下一次核点火所需要的温度,引力收缩将使恒星内各处的温度全面的升高,主序后的引力收缩首先点着的不是核心区的氦(它的点火温度高的太多),而是核心与外围之间的氢壳,氢壳点火后,核心区处于高温状态,而仍没核能源,他将继续收缩。这时,由于核心区释放的引力位能和燃烧中的氢所释放的核能,都需要通过外围不燃烧的氢层必须剧烈地膨胀,即让介质辐射变得更透明。而氢层膨胀又使恒星的表面温度降低了,所以这是一个光度增加、半径增加、而表面变冷的过程,这个过程是恒星从主星序向红巨星过渡,过程进行到一定程度,氢区中心的温度将达到氢点火的温度,于是又过渡到一个新阶段--氦燃烧阶段。 在恒星中心发生氦点火前,引力收缩以使它的密度达到了103g. cm-3的量级,这时气体的压力对温度的依赖很弱,那么核反应释放的能量将使温度升高,而温度升高反过来又加剧核反应速率,于是一旦点火,很快就会燃烧的十分剧烈,以至于爆炸,这种方式的点火称为"闪?quot;,因此在现象上会看到恒星光度突然上升到很大,后来又降的很低。 另一方面,当引力收缩时它的密度达不到103g. cm-3量级,此时气体的压力正比与温度,点火温度升高导致压力升高,核燃烧区就会有所膨胀,而膨胀导致温度降低,因此燃烧就能稳定的进行,所以这两种点火情况对演化进程的影响是不同的。 恒星在发生"氦闪光"之后又怎么演变呢?闪光使大量能量的释放很可能把恒星外层的氢气都吹走,剩下的是氦的核心区。氦核心区因膨胀而减小了密度,以后氦就有可能在其中正常的燃烧了。氦燃烧的产物是碳,在氦熄火后恒星将有一个碳核心区氦外壳,由于剩下的质量太小引力收缩已不能达到碳的点火温度,于是他就结束了以氦燃烧的演化,而走向热死亡。 由于引力塌缩与质量有关,所以质量不同的恒星在演化上是有差别的。 M<0.08M⊙的恒星:氢不能点火,它将没有氦燃烧阶段而直接走向死亡。 0.08<M<0.35M⊙的恒星:氢能点火,氢熄火后,氢核心区将达不到点火温度,从而结束核燃烧阶段。 0.35<M<2.25M⊙的恒星:它的主要特征是氦会点火而出现"氦闪光"。 2.25<M<4M⊙ 的恒星:氢熄火后氦能正常地燃烧,但熄火后,碳将达不到点火温度。这里的反应有: 在He反应初期,温度达到108K量级时,CNO循环产生的13C,17O能和4He发生新的(α,n)反应,形成16O和20Ne,在He反应进行了很长时间后,20Ne(p,γ) 21Na(β+,ν) 21Na中的21Na以及14N吸收两个4He形成的22Ne能发生(α,n)反应形成24Mg和25Mg等,这些反应作为能源并不重要,但发出的中子可进一步发生中子核反应。 4<M<8→10M⊙的恒星,这是一个情况不清楚的范围,或许碳不能点火,或许出现"碳闪光",或许能正常地燃烧,因为这是最后的中心温度已较高,一些较敏感的因素,如:中微子的能量损失把情况弄得模糊了。 He反应结束后,当中心温度达到109K时,开始发生C,O,Ne 燃烧反应,这主要是C-C反应,O-O反应,以及20Ne的γ,α反应: 8→10M⊙<M的恒星:氢、氦、碳、氧、氖、硅都能逐级正常燃烧。最后在中心形成一个不能在释放能量的核心区,核心区外面是各种能燃烧而未烧尽的氢元素壳层。核燃烧阶段结束时,整个恒星呈现由内至外分层(Fe,Si,Mg,Ne,O,C,He,H)结构。
终局
现在我们已经知道,对质量小于8→10M⊙的恒星,它会因不能到达下一级和点火温度而结束它的核燃烧阶段;对于质量更大的恒星,它将在核心区耗尽燃料之后结束它的核燃烧阶段,在这以后,恒星的最终归宿是什么? 小质量的恒星(如太阳),起先会膨胀,在这个阶段的恒星我们称之为红巨星,然后会塌缩,变成白矮星,再成为黑矮星,最终消失。 大质量的恒星,≥7个太阳密度(8→10M⊙<M)的恒星则会变成超级太阳(超新星),它会选择以超新星爆发的形式结束生命,最终会成为黑洞(古代有记载,一颗超新星爆发,连续几个月都可以在晚上看书) 一旦停止了核燃烧,恒星必定要发生引力收缩,这是因为恒星内部维持力学平衡的压力是与它的温度相联系的。因此,如果恒星在一?quot;最终"的平衡位形,它必须是一个"冷的"平衡位形,即它的压力与它的温度无关。 主序星核心H耗尽后,离开主序是阶段开始了它最后的历程。结局主要取决于质量。对于质量很小的星体由于质量小,物体内部的自引力并不重要,固体内部的平衡是正负离子间的净库仑引力于电子间的压力来达到平衡的。 当星体质量在大些,直到自引力不可忽略时,这时自引力加大了内部的密度和压力,压力的加大是物质发生压力电离,从而逐渐是固体的电约束瓦解,而过渡为等离子气体。加大质量,即加大密度,此时压力于温度无关,从而达到一种"冷的"平衡位形,等离子体内电子的动能一大足以在物质内部引起β衰变: 这里p是原子核中的质子,这样的反应大致在密度达到108 g. cm-3的时候,它将逐渐地是负离子体中的原子核变为富中子核,原子核中出现过多的中子,导致核结构松散,当密度超过4×1011g. cm-3是中子开始从原子核中分力出来,成为自由中子,自引力于中子间压力达到平衡。如果当质量变大使中子气体间压力已不能抵御物质自引力,而形成黑洞,但由于大多数恒星演化后阶段使得质量小于它的初始质量,例如恒星风,"氦闪光",超新星爆发等,它们会是恒星丢失一个很大的百分比质量,因此,恒星的终局并不是可以凭它的初始质量来判断的,它实际上取决于演化的进程。那么我们可以得出这样的结论。8→10M⊙以下的恒星最终间抛掉它的一部分或大部分质量而变成一个白矮星。8→10M⊙以上的恒星最终将通过星核的引力塌缩而变成中子星或黑洞,也就是说,质量在太阳1.44倍——到2两倍的恒星,最终成为中子星,质量在太阳两倍以上的恒星,最终成为黑洞。 现在观测到的恒星质量范围一般为0.1→60M⊙。质量小于0.08M⊙的天体不能达到点火温度。因此,不发光,不能成为恒星。质量大于60M⊙的天体中心温度过高而不稳定,至今仅发现20个以下。
大爆炸——强子时代——温度下降,粒子改变——温度温度在降,出现原子(氢,氦)——粒子混合,形成星云(恒行之母)——产生星系(恒星集合)——产生太阳——在太阳作用下,宇宙粒子和物质,通过万有引力,形成地球
大爆炸——强子时代——温度下降,粒子改变——温度温度在降,出现原子(氢,氦)——粒子混合,形成星云(恒行之母)——产生星系(恒星集合)——产生太阳——在太阳作用下,宇宙粒子和物质,通过万有引力,形成地球
点击《新自然辩证法》自然科学部份-“特殊的行星。”
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宇宙的演化是如何的?

宇宙是如何起源的?空间和时间的本质是什么?这是从2000多年前的古代哲学家到现代天文学家一直都在苦苦思索的问题。经过了哥白尼、赫歇尔、哈勃的从太阳系、银河系、河外星系的探索宇宙三部曲,宇宙学已经不再是幽深玄奥的抽象哲学思辩,而是建立在天文观测和物理实验基础上的一门现代科学。 目前来说,最为普遍的是“大爆炸宇宙论”是1927年由比利时数学家勒梅特提出的。但是,宇宙大爆炸仅仅是一种学说,是根据天文观测研究后得到的一种设 想。 大约在150亿年前,宇宙所有的物质都高度密集在一点,有着极高的温度,因而发生了巨大的爆炸。大爆炸以后,物质开始向外大膨胀,就形成了今天我们看到的宇宙。大爆炸的整个过程是复杂的,现在只能从理论研究的基础上,描绘过去远古的宇宙发展史。在这150亿年中先后诞生了星系团、星系、我们的银河系、恒星、太阳系、行星、卫星等。现在我们看见的和看不见一切天体和宇宙物质,形成了当今的宇宙形态,人类就是在这一宇宙演变中诞生的。 科学家认为它起源为137亿年前之间的一次难以置信的大爆炸。这是一次不可想像的能量大爆炸,宇宙边缘的光到达地球要花120亿年到150亿年的时间。大爆炸散发的物质在太空中漂游,由许多恒星组成的巨大的星系就是由这些物质构成的,我们的太阳就是这无数恒星中的一颗。原本人们想象宇宙会因引力而不再膨胀,但是,科学家已发现宇宙中有一种 “暗能量”会产生一种斥力而加速宇宙的膨胀。 大爆炸后的膨胀过程是一种引力和斥力之争,爆炸产生的动力是一种斥力,它使宇宙中的天体不断远离;天体间又存在万有引力,它会阻止天体远离,甚至力图使其互相靠近。引力的大小与天体的质量有关,因而大爆炸后宇宙的最终归宿是不断膨胀,还是最终会停止膨胀并反过来收缩变小,这完全取决于宇宙中物质密度的大小。 理论上存在某种临界密度。如果宇宙中物质的平均密度小于临界密度,宇宙就会一直膨胀下去,称为开宇宙;要是物质的平均密度大于临界密度,膨胀过程迟早会停下来,并随之出现收缩,称为闭宇宙。 问题似乎变得很简单,但实则不然。理论计算得出的临界密度为5×8^-30克/厘米3。但要测定宇宙中物质平均密度就不那么容易了。星系间存在广袤的星系间空间,如果把目前所观测到的全部发光物质的质量平摊到整个宇宙空间,那么,平均密度就只有2×10^-31克/厘米3,远远低于上述临界密度。 然而,种种证据表明,宇宙中还存在着尚未观测到的所谓的暗物质,其数量可能远超过可见物质,这给平均密度的测定带来了很大的不确定因素。因此,宇宙的平均密度是否真的小于临界密度仍是一个有争议的问题。不过,就目前来看,开宇宙的可能性大一些。 恒星演化到晚期,会把一部分物质(气体)抛入星际空间,而这些气体又可用来形成下一代恒星。这一过程中气体可能越来越少(并未确定这种过程会减少这种气体。)。以致于不能再产生新的恒星。10^14年后,所有恒星都会失去光辉,宇宙也就变暗。同时,恒星还会因相互作用不断从星系逸出,星系则则因损失能量而收缩,结果使中心部分生成黑洞,并通过吞食经过其附近的恒星而长大。(根据质能守恒定律,形成恒星的气体并不会减少而是转换成其他形态。所以新的恒星可能会一直产生.) 10^17~10^18年后,对于一个星系来说只剩下黑洞和一些零星分布的死亡了的恒星,这时,组成恒星的质子不再稳定。10^32年后,质子开始衰变为光子和各种轻子。10^71年后,这个衰变过程进行完毕,宇宙中只剩下光子、轻子和一些巨大的黑洞。 10^108年后,通过蒸发作用,有能量的粒子会从巨大的黑洞中逃逸出。宇宙将归于一片黑暗。这也许就是开宇宙“末日”到来时的景象,但它仍然在不断地、缓慢地膨胀着。(但质子是否会衰变还未得到结论,因此根据质能守恒定律。宇宙中的质能会不停的转换。)闭宇宙的结局又会怎样呢?闭宇宙中,膨胀过程结束时间的早晚取决于宇宙平均密度的大小。如果假设平均密度是临界密度的2倍,那么根据一种简单的理论模型,经过400~500亿年后,当宇宙半径扩大到目前的2倍左右时,引力开始占上风,膨胀即告停止,而接下来宇宙便开始收缩。 以后的情况差不多就像一部宇宙影片放映结束后再倒放一样,大爆炸后宇宙中所发生的一切重大变化将会反演。收缩几百亿年后,宇宙的平均密度又大致回到目前的状态,不过,原来星系远离地球的退行运动将代之以向地球接近的运动。再过几十亿年,宇宙背景辐射会上升到400开,并继续上升,于是,宇宙变得非常炽热而又稠密。 在坍缩过程中,星系会彼此并合,恒星间碰撞频繁。 宇宙大爆炸至今已有约200亿年的历史,时至今日。宇宙目前正处于繁星期中期。在这个时期,恒星和星系保持较高的能量,因此夜空中呈现一片繁星闪烁的景象。天文学认为,太阳是一个已经45亿岁的黄矮星。再过数十亿年以后,当它的能量逐渐消耗完的时候,它将先衰变为红巨星,然后进一步变成白矮星。这时候的太阳只有地球一般大小,而且由于它散发出的巨在热量,它将使地球上的一切生命无法存在,那时人类将不得不在宇宙中另寻栖身之地。有一种叫做红矮星的恒星不会衰变成红巨星,但它们的燃料也只能维持10万亿年。当红矮星最后也开始逐渐黯淡下去的时候,宇宙就开始进入衰落期。
衰落期 亚当斯等人认为,宇宙的衰落期将从距今1000亿年以后开始。在这个时期,宇宙中到处都是失去燃料的星体残骸,它们包括白矮星、褐矮星、中子星和黑洞。这个时期的一个特点是,原来巨大的恒星坍塌到相对较小的空间之内,可能只有原来恒星的核心部分那么大。由于这些物质无法再利用氢为原料进行核聚变,因此它们完全失去了光辉。这时的次原子微粒也失去了以往的物理特性。 在衰落期,星系开始逐渐解体。衰变的星体相互碰撞,一些将从此漫游于广阔原星际空间,一些便滑向星系的中心部分。在此过程中,一此星体残骸将被黑洞吞噬,而两颗褐矮星也有可能相撞形成新星。这时宇宙中的文明将不得不适应衰落期的现实,而新的生命将不会自动产生。研究人员通过计算发现,衰落期的白矮星将吸收宇宙中游离的“弱相互作用质量微粒”,这一过程将给黯淡的宇宙增添一丝热量。
黑洞期 恒星的残骸开始解体,这时宇宙的演变将慢慢进入黑洞期。衰落期终结时光子开始丧失(光子存在于每一个电之之中),光子的丧失将导致白矮星和中子星的解体,使宇宙中绝大部分质量转化为能量,同时标志着衰落期的结束。随着光子从电子中逃逸出来,一切以碳为基础的生命将不能在宇宙中继续生存。由于黑洞具有极大的引力,它能将一切靠近它的物质吸引到其中而成为它的一部分。但根据量子力学理论,黑洞的周围部分也会损失一些能量。这些微小的损失在经典物理学中几乎可以忽略不计,但经过亿万年的过程,黑洞最终也逃脱不了解体的结局。
黑暗期 黑暗期是指整个宇宙处于一片黑暗。亚当斯等天文学家们认为,当宇宙中最后一个黑洞也烟消云散之后,整个宇宙的景像是茫茫宇宙陷入一片黑暗,所有的星星早已燃烧殆尽,一切有机生命形式都归于沉寂,黑暗之中仅存的是由一些基本粒子构成的薄云。一片由正电子、负电子、光子和中微子组成的云雾散布在无边无际的时空当中。在大约100个宇宙年代(10的100次方年)之后,光的波长将变得相当长,亮度也变得相当暗,那时的宇宙将成为一个当今人们无法了解的世界。
这幅由亚当斯和劳林描绘的图画,也许是目前人们能得到的关于宇宙终结的最具体的描述。
大物都是小物演化而来。宇宙也是微观粒子经过一步步演化和质变而最终形成。全息多维的宇宙必须全息多维的思维来分析,人体的演化,人体由受精卵细胞一步步演化而来的过程,也是宇宙演化的参照与缩影。简单思维很难理解,全息多维思维却能够无师自通的认识到微观粒子以致各层宏观天体都同时具有人体全息要素结构。天地作证,无间隔因素的以宇宙真象本身为第一真理师傅,谁又能超越呢。有兴趣可以参考我相关问题的回答。
越来越散开

宇宙是怎样形成的?

星球的形成从形式上来看大致分为两种情况,第一种是形成天体的物质相互聚集,不断发生碰撞摩擦,最终形成星球。
由各种物质组成的巨型球状天体,叫做星球(Planet)。
星球有一定的形状,有自己的运行轨道。恒星定义:恒星由炽热气体组成的,能自己发光的球状或类球状天体。离地球最近的恒星是太阳,其次是半人马座比邻星。
行星定义:天体;围绕恒星运转;自身引力足以克服其刚体力而使天体呈圆球状;能够清除其轨道附近的其它物体。
自从人类具有理性思维以后,冥冥星空便成了人类注目的神秘之地。人们常常要问:宇宙究竟是什么?宇宙有多大?宇宙是怎样诞生的?它经历了什么样的过程,才演化成今天所见到的这个样子?以后又将会怎样?……无限的宇宙,蕴藏着无数未解之谜。
我们的祖先曾经用许多美丽的神话来解释一些他们当时无法解释的自然现象。关于宇宙的起源,有这样一个传说:起初天地没有分开,活像一个大鸡蛋。在这个鸡蛋里睡着开天辟地的鼻祖盘古。盘古在鸡蛋里睡了一万八千年,才不断长大了。有一次盘古伸腿,蛋壳碰痛了他的脚趾,他疼醒了,发现自己四周被围,十分生气,便找来神斧,对准一个薄弱处,奋力砍去,他又砍又撑,使尽全身力气,终于使蛋壳破裂。随着蛋壳崩裂的巨响,轻的东西向上飘,变成了天,重的东西向下沉,变成了地。位居天地之间的盘古一日九变,长高一丈。又过了一万八千年,天升到最高处,地降到最深处,盘古也长到了头,终于精疲力尽,像山崩一样倒塌下来,他的肢体化成了山岳,肌肉变成了良田,血液化为江河,筋脉变成了大陆,齿骨变成了矿物,皮毛变成了草木。
神话终究是神话。科学家们为了揭开宇宙形成之谜,进行了大量的研究,提出了种种假说。本世纪20年代,天文学家J.E.勒梅特首先提出“宇宙是由一个非常小的物体爆发而成”的看法,40年代,物理学家乔治•伽莫夫把这个爆炸叫做“大爆炸”,建立了“宇宙大爆炸”学说。
“大爆炸”理论认为我们的宇宙原是一个不大的、但密度极高、温度极高的火球。如果把现在生成的地球比喻为一只乒乓球,那么宇宙的圆球直径就好比足球场。大约在150亿年前,这个原始火球突然发生了惊天动地的大爆炸,把物质抛向四周,从此产生了宇宙。从那时起,宇宙开始膨胀,温度也随着空间的扩大而降低。当宇宙年龄为10-44秒时,温度高达1032℃,在这以后一刹那,即经过10-34秒后,宇宙突然“暴胀”,就像大气球突然被大人猛烈一吹那样,宇宙发生了巨大的爆炸,爆炸使宇宙在刹那间扩大了1029倍。大爆炸后0.01秒,宇宙温度下降为1011℃;0.1秒后,温度降到300亿度;在13.8秒后温度进一步降到30亿度;35分钟时,温度已降到3亿度。大爆炸后30万年,温度已下降到3000℃,宇宙开始变得透明了,在这期间也开始形成了化学元素。
150亿年来,宇宙在不断膨胀,温度在逐渐降低,与此同时,产生和繁衍了生物。
有人像按比例尺画地图那样,将这150亿年的宇宙进化历程浓缩在一年里,使我们得到了一个极为直观有趣的“宇宙日历”:
1月10日,大爆炸,宇宙脱颖而出;5月1日,浩瀚的银河系诞生;9月9日,太阳系问世;9月14日,地球形成;9月24日,地球上出现了原始生命;11月12日,绿色植物破土而出;12月26日,更高级的哺乳动物出现;12月31日0时22分30秒,原始人类站在地球上;23分46秒,北京猿人创造了火;23分59秒,中国历史衍续到春秋……宋代;24分,全球进入了迄今仍在继续的现代化社会。可见人类历史只是宇宙岁月中极其短暂的一瞬。
大爆炸宇宙论的创立,标志着人类用科学的思辨推开了通向宇宙的门扉,成为人类文明史上的重要里程碑。
1964年,彭齐亚斯和威尔逊用射电天文望远镜在太空中发现了“大爆炸的遗物” 3K微波背景辐射,证实了“大爆炸”理论的正确性,因此获得了1978年诺贝尔奖学金。
80年代,诺贝尔物理奖获得者丁肇中领导的研究小组在瑞士建造了名为“莱泼”的超级加速器来模拟宇宙爆炸。该加速器周长有27千米,它的庞大身躯将从邻近瑞士日内瓦的平原,一直延伸到法国紫罗山下,所有的电缆、机器都深埋在地下50~100米深处。研究小组将约10亿伏特电子输入粒子加速器后,去和同样高压的反电子对撞。这亿分之一秒的撞击,将激发出相当于太阳表面温度几百亿倍的高温,模拟天地初开时那一刹那:宇宙爆炸。
1989年11月,美国发射了“宇宙背景探测者号”(COBE)卫星(简称“科勃”),12月,“科勃”首次探查深空时,看到了一个完美的宇宙,既无形状亦无变异,大爆炸的余辉是浩瀚、均匀的背景,以仅高于绝对零度的温度向四方空间辐射。“科勃”证实宇宙始于一次猛烈的大爆炸而均匀扩张并冷却至现在的状态。美国科学家最近又观测到一距离地球150亿光年的云团,这是迄今为止所观测到的最大最遥远的物体,这些云团的产生和存在,是由于大爆炸造成的。美国宇航局的宇宙背景探测器(COBE)还发现了宇宙诞生中原始火球的残留物,该小组的最新结果表明,大爆炸宇宙学通过了最严峻的考验。
宇宙的形成

最初三分钟

宇宙最初源头是一个奇点,即所谓的“宇宙蛋”,它凝聚了所有的时空质能,孕育着未来物质世界的一切,包括天体和生命。约150亿年以前,宇宙蛋在一场无与伦比的大爆炸中猝然爆发。大爆炸震撼出时空,物质世界破壳面出,宇宙史的纪元从此开始。

刚诞生的宇宙,空间从无到有并急剧猛增,仅仅10-32秒后,就暴胀到约1光年的直径。在1 秒钟时,由于大爆炸产生的极强高能辐射均匀地充满整个空间,宇宙成为100亿k高温的熔炉,所有物质被熬成一锅基本粒子汤。紧接着一场肆虐的原始宇宙风暴开始了,基本粒子之间发生猛烈撞击,中子熔入质子形成了氦核。这个过程延续了大约三分钟,直至所有的中子消耗殆尽为止。有约22%质量的物质聚合成氦核,余下的物质几乎为没有聚合的质子,仅有十万分之几属于同位素氦3和氘,百亿分之几归之于锂。原始星云形成。

星系形成

构建原始宇宙的原生物质主要是约78%的氢和22%的氦的产生过程,在宇宙史的最初三分钟便告完成;在此后宇宙由于膨胀面冷却,如此大规模的核合成过程再也不可能发生了,而小规模的核合成也只有等到恒星产生以后。初生宇宙的空间充斥着极强壮的高能辐射,炽热惊人。原生物质氢核和氦核均匀分布在整个太空,它们之间的引力微弱,远不足以克服巨大的扩散压力和辐射压,因此凝聚成团。光阴一年年地流逝着,30万年后宇宙的温度温度隐降到了4000K,然而其均匀状态依然如故;1000万年过去,宇宙中高能辐射冷却变成微波背景辐射,氢核和拟核形成了各自的原子,原子间的引力也终于战胜扩散压力和辐射压,在它的作用下渐渐形成了一个个物质密度较大的地区,并继续向中心收缩;原始星云就这样形成了。在宇宙诞生1000万年以后,由氢拟两种元素构成的巨大原始星云弥漫着太空,虽然非常稀薄,却表明宇宙物质不再处于均匀分布的状态,这预示了宇宙星光灿烂的未来。

恒星形成

原始星云在引力的作用下继续向中心聚集,并因星云间的潮汐作用开始旋转,渐渐形成一双凸透镜的形状。星云收缩使引力不断增强,从而促使旋转不断加速,而旋转加速又导致星云缘不稳定,从而裂成两个旋臂。旋臂上发生局部的凝结,每个凝块具有适当体积,可以在我们所见的恒星狭小限度内形成恒星。以上过程不断进行着,整个星云最终演化成星系。宇宙中最初形成星系的时间大约是大爆炸后十亿年。通过哈勃太空望远镜,可以发现在我们星系以外的遥远空间里正在形成的其它星系,那正是几十亿年前形成这些星系的情形。目前用天文望远镜观测的星系总数须以10亿来计算,我们所在的银河系只是其中的普通一员而已。这些星系都是庞大的恒星集团,且距离我们极其遥远,因此称之为“岛宇宙”。十几个或几十个星系由引力维系在一起,组成星系团;随着宇宙的膨胀,星系团间正彼此远离。

宇宙的终结

宇宙的未来命运如何?科学家、哲学家和神学家都提出了自己的观点。一个目前被普遍认同的观点是:宇宙作为物质世界的全部,也就遵守物质自身和规律;而根据热力学第二定律,得出的结论实在令人难以接受:宇宙将在遥远的未来走向死亡——永恒的死亡。
设想在非常遥远的未来,所有恒星因缺乏燃料而熄灭,宇宙一片黑暗。在这漆黑的浩瀚太空中,潜伏着许多带自转的黑洞、离散的中子星和黑矮星,另外还有一些行星级的天体,它们在引力的作用下进行着一场战争,战争的结局是星系解散了,绝大多数天体被引力弹弓抛入星系际空间,永远漫游在膨胀着的太空中;而星系中心的黑洞取得了兼并战的局部胜利,它吞并了百分之几的天体,形成了更大的黑洞。这场战争持续时间长得超乎想象,大约是今天宇宙年龄的十亿倍。
在又一段长长得超乎想象的时间里,当宇宙背景辐射由于膨胀降至足够低的程度时,所有的黑洞最终都会在一阵快辐射中一下子化为乌有,在宇宙永恒夜幕中划出一道道瞬现即逝的闪光;而其它天体也将在这漫长和时间里发生衰变而渐渐蒸发,直至完全消失,变成正电子或其它粒子;宇宙变成一锅令人难以置信的稀汤,其中有光子、中微子及数量正在逐渐减少的电子和正电子。宇宙曾经拥有的辉煌,包括闪烁的群星及智慧生命创造的无数奇迹,都湮没在这荒凉而又空虚的宇宙中,不留下任何记忆,只有时间在无休止地流逝,空间在无止境地膨胀……

我们的太阳系

太阳是太阳系的中心天体。太阳系质量的99.87%都集中在太阳,它强大的引力控制着大小行星、彗星等天体的运动。它孕育了地球文明,并且始终影响着地球生物。

水星

九大行星中水星最靠近太阳,水星和太阳之间的视角距不超过28度,我国古代称其为“辰星”。

金星有浓密的大气层,为了揭开这层面纱,20世纪60年代美国和苏联开始竞相发射探测器到金星上去,仅在1978年12月4日到25日,美苏就各有两个考察船在进行着陆。

这是地球,是我们的家园,她在茫茫宇宙中是个很不起眼但又得天独厚的星球。地球是太阳系中唯一适宜生命存在的天体。

土星的一个明显的特征就是有一个美丽的光环,我真想长大当个宇航员去太空一睹土星那美丽的光环。

火星是一个冷酷的,没有生命的世界,表面75%是由硅酸盐,褐铁矿等铁氧化物构成的沙漠,一片橙红和棕红色的戈壁景象。
火星表面重力加速度是地球的2/5,难以束缚很多气体分子,因而大气非常稀薄,主要成分是二氧化碳,约占95%。赤道附近中午温度20摄氏度左右,昼夜温差超过100摄氏度。两极地区有随季节变化的极冠,北极冠主要由水冰构成,南极冠是由二氧化碳干冰组成。火星极冠中的水若全部融化,火星表面将覆盖一个平均10米厚的水层。

彗星形成探源

关于彗星的来源有许多学说:1、来自奥尔特云。这种学说认为宇宙中存在着一个彗星大本营枣奥尔特云,该云离太阳系很远(约一光年的地方),彗星云宽达15万天文单位。那里大约有1000亿颗彗星。

2、来自太阳系边缘彗星带。这种学说(以奥大利亚天文学家提出)认为大阳系边缘有个彗星带,那里大约有100亿颗彗星,它们可能是在50亿年前在天王星、海天星和冥王星形成时剩下的物质云形成了彗星,并定期地向太阳系地球飞来。

当它们从大行星附近飞过时,由于行星引力作用,轨道受到摄动,于是轨道变成椭圆形,成了周期彗星。因此,它也就成为太阳系的固定成员了。如哈雷彗里。它就是椭圆形轨道,周期为76年,周期性地因归太阳系。这种说法实际上是“浮获”说。

3、来自木星喷发物。这种假说认为大多数周期彗星的轨道远日点都在离木星轨道不远处,由此可推测彗星很可能是由木星内部向外喷发一些物质而形成的。彗星的化学成分确实也与木星大气成分相近,这一点支持了喷发说。要想喷发,必须达到60公里/秒的速度才可能使喷发物摆脱木星引力而飞向太阳系的轨道。但这一速度对木星上的温度来说,又似乎很困难。所以此假说是否站得住脚,还待有更多证据来证实。

4、碰撞说。此假说认为彗星是由太阳系内某两个天体碰撞或太阳系内天体爆炸形成许多碎片(彗核)及更多的彗尾物质尘埃。许多同一轨道的碎片结合到一起就形成彗核,伴随的尘粒在接近太阳时就形成彗头和彗尾。可见周期彗星是太阳系内产物。此说更易被人接受。

5、复仇星发出彗星。这种学说认为太阳有一颗姐妹星,叫复仇星,复仇星在绕太阳旋转的轨道上周期性地把致命的彗星释放到地球上,使地球上扬起弥漫持久的尘埃,环境发生剧烈变动,以至使生物从地球上消亡。且每隔 2600万年复仇星离太阳最近时,引力使彗星从奥尔特云中飞出,其中一部分便飞到地球大气层来。至于复仇星的来历,有人认为它与太阳同期形成;有人认为它是后来被太阳浮获的。当它闯入太阳系时,可能挤走了某颗行星,并由于摄动力而引起地球上的一场大浩劫。至于复仇星是否存在?它是一颗恒星?还是一颗行星?还是一颗黑星(黑洞)?到目前还一无所知,什么也没观测到。所以关于彗星来源问题,目前仍处于假说研究证实阶段,最后打开彗星之谜的金钥匙还没有拿到手。

十万个冷知识

本文标题: 重力如何影响星系和宇宙的演化过程
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    李世民是李渊的亲儿子嘛想选考古要多少分
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