天體物理趣談

天體物理——09級環(huán)境工程甲班復仇者大學物理拓展之天體物理篇

聰明的你，告訴我，在這宇宙中，什么是無限的？宇宙中唯有兩件事物是無限的:那就是宇宙的大小與人的蠢笨。然而宇宙的大小我卻不能肯定。

天體物理學分為：太陽物理學、太陽系物理學、恒星物理學、恒星天文學、星系天文學、宇宙學、宇宙化學、天體演化學等分支學科。另外，射電天文學、空間天文學、高能天體物理學也是它的分支。太陽風的影響能夠為我們直接感受。日地關(guān)系密切，所以研究有關(guān)地球的科學，必須考慮太陽的因素。 銀河系有一、二千億顆恒星，其物理狀態(tài)千差萬別。球狀體、紅外星、天體微波激射源、赫比格一阿羅天體，可能都是從星際云到恒星之間的過渡天體。天體上特殊的物理條件，在地球上往往并不具備，利用天體現(xiàn)象探索物理規(guī)律，是天體物理學的重要職能。河外星系與銀河系屬于同一天體層次。星系按形態(tài)大致分為五類：旋渦星系、棒旋星系、透鏡型星系、橢圓星系、不規(guī)則星系。按星系的質(zhì)量大小，又可分為矮星系、巨星系、超巨星系，它們的質(zhì)量依次約為太陽的一百萬到十億倍、幾百億倍和萬億倍以上。同銀河系一樣，星系也由恒星和氣體組成三、五個、十來個、幾十個以至成百上千個星系組成星系集團，稱星系群、星系團。通過各種觀測手段，人們的視野擴展到150億光年的宇宙“深處“。這就是“觀測到的宇宙”，或稱為“我們的宇宙”，也就是總星系……眼花了？沒關(guān)系我們要討論的是……面對浩瀚飄渺的宇宙也許災難就在不遠處……DoYouBelieveEndOfWorld?AndWhy?這些都是天體物理學所關(guān)心的，很簡單的問題，但是到現(xiàn)在也沒有答案……所有的所有只是猜測……你知道嗎？地球所處的太空環(huán)境并非我們想象的那樣的安全小行星及天體的撞擊太陽風暴太空射線太空細菌……已知的威脅有：尤其是第一個和第二個，也許你還不以為然，讓我們來看看美國《發(fā)現(xiàn)》雜志曾經(jīng)評出威脅人類生存的21世紀20大危險，其中小天體撞擊地球位于首位。同時在聯(lián)合國認定的世界四大突發(fā)災難中，小天體撞擊地球也居于首位。人類遭遇天災的可能性是存在的……小天體沖擊的強度有可能難以想像。一塊直徑250米的太空巖石，以具代表性的20公里/秒的速度落地，其爆炸力相當于500兆噸TNT炸藥，其能量超過廣島原子彈3萬倍。其威力將是1883年把喀拉喀托島劈開、造成3.6萬人死亡的火山爆發(fā)的兩倍多?！?0000＝

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就小行星而論，250米相對來說不算大。猛擊地球的巖石中，最小只有幾米寬。但是，在其活動期內(nèi)，地球曾經(jīng)被來自外太空的巨大石塊（有些直徑超過10公里）打得一敗涂地。據(jù)說，6500萬年前那次滅絕了恐龍—實際上滅絕了地球上70%生命的事件就是由此引發(fā)。地球被砸簡史

地球從形成至今已有億年了。在這漫長的歲月里，發(fā)生過無數(shù)次小天體撞擊地球的事件。據(jù)統(tǒng)計，近1億年來，地球遭到小天體撞擊造成直徑大于1公里的隕石坑就有1萬處之多。由于地球大氣層的保護，體積和質(zhì)量小的小天體往往在墜落地面之前就已燃燒殆盡，但大的就給地球造成滅頂之災。萬年前，一顆直徑約10公里、質(zhì)量為100億噸的小行星撞到地球表面上，也就是現(xiàn)在墨西哥尤卡坦半島東北沿岸地區(qū)；據(jù)專家估算，這一撞擊釋放的能量相當于廣島原子彈爆炸威力的倍，造成當時全球氣候、環(huán)境、生態(tài)的災變，使稱霸世界的恐龍及其他生物種類滅絕。

1490年4月4日中午，一顆直徑約米的流星體撞到我國甘肅慶陽地區(qū)；當時正逢清明時節(jié)，不少上墳的人被隕石碎塊擊中，據(jù)地方志記載“擊死人以萬數(shù)”。

46650050億5地球被砸簡史

1908年6月30日凌晨，一顆直徑約米的彗星在俄羅斯西伯利亞通古斯地區(qū)上空5公里處爆炸，其爆炸威力相當于顆廣島原子彈爆炸的威力，所產(chǎn)生的沖擊波夷平了幾百平方公里的森林。

2009年10月8日，一顆直徑約米，運行速度為每秒20公里的小行星在印度尼西亞蘇拉西島南部上空的地球大氣層中爆炸，釋放出的能量有顆廣島原子彈爆炸的威力。幸運的是，由于爆炸的高度在地面以上20公里左右，因此沒有造成任何破壞。

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在接近地球軌道的地方，據(jù)NASA近地天體項目辦公室的數(shù)據(jù)，有765顆直徑大于1公里的近地小行星，5886顆各種大小的近地小行星。當你算上近地彗星時，各種大小近地天體的總數(shù)就會達到5968顆。這樣的近地小天體無論是撞上陸地，還是擊中海洋，都將是一場全球性的浩劫。目前已知的對地球威脅最大的近地小天體是“阿波菲斯”小行星，其直徑為400米；一旦它撞上地球，將釋放出比廣島原子彈高10萬倍的能量。據(jù)專家測算，“阿波菲斯”小行星將于2029年和地球“擦肩而過”；由于它的軌道被地球引力改變，它將于2036年重新“光臨”地球，并很可能撞擊地球，相撞的概率高達三十七分之一，是有史以來發(fā)現(xiàn)的小天體中危險等級最高的。目前全球有100多個研究小組在從事“阿波菲斯”的太空任務研究，希望在它接近地球時能降低或排除相撞的可能性。前不久，英國著名理論物理學家、數(shù)學家霍金在接受媒體采訪時就指出：由于近地小天體的威脅，人類必須移民到其他適宜生存的行星以擺脫滅亡的命運。我們可能的應對：核攻擊？擊毀它？改變其飛行方向？在災難片《世界末日》中，布魯斯·威利斯（BruceWillis）所用核武器來終結(jié)殺手小行星。事實上，核爆炸釋放出來的巨大能量會把小行星粉碎成無數(shù)更小的碎片。如果它們的直徑超過30米，那么，就等于你成功地把一顆步槍子彈轉(zhuǎn)變成獵槍散彈。比如用航空器給它施加壓力；在它的表面插入一種像火箭那樣的裝置，利用反作用力推動它改變飛行方向；用鏡子、燈甚至油漆來影響它吸收太陽光和熱量，通過熱能的變化改變其軌道（這種方法見效比較慢，需要20年左右）；還有用火箭把一面巨大的太陽帆發(fā)送到它的上面，張開的太陽帆就吸收由太陽放射的光子，而光子產(chǎn)生的壓力把它逐漸推離原來的軌道……

所有的方法現(xiàn)都停留在理論設想階段；是否可行，還要靠將來的實踐來檢驗......

太陽風暴

太陽風暴的歷史記憶

人類對太陽風暴影響的清晰記憶，始于1859年9月1日。兩位英國天文學家在觀測太陽時看到，在一個大黑子群附近，有一大片新月形的明亮閃光以每秒100多公里的速度掠過黑子群，然后很快消失。不久后，電報聯(lián)絡中斷，地磁臺記錄到強烈的地磁暴。在當天晚上和第二天晚上，地球上高緯度地區(qū)的人們，看到了明亮絢麗的極光。這是人類第一次觀測到太陽耀斑現(xiàn)象。不過，當時的科學家還不知道這就是太陽耀斑爆發(fā)，只是隨后的一連串意外事件使他們感到十分震驚。

太陽風暴

當“2012”成為口頭禪，2013似乎成為一個新的時間“劫點”——美國宇航局(NASA)警告，2013年地球可能遭遇強烈的太陽風暴，到時候全球?qū)⑾萑氪笸ｋ?，網(wǎng)絡電子通訊將全部癱瘓。如果惡夢成真，人類生活將發(fā)生歷史性的大倒退——當然，像《先知》這樣的末日說，按照中科院地質(zhì)和地球物理所研究員萬衛(wèi)星的說法，情節(jié)“過于荒誕”。

太陽風暴發(fā)生時會向周圍空間輸出三種影響：電磁輻射直接影響地球向日面的大氣層和電離層，對短波通訊造成干擾；耀斑爆發(fā)噴射出的大量高能粒子，會嚴重危及宇宙飛行器內(nèi)的宇航員和儀器的安全；日冕物質(zhì)拋射，則會引起地球強烈的磁場變化，即磁暴，屆時地表電網(wǎng)可能過熱，航空運輸可能中斷，而電子設施、導航裝置和主要的衛(wèi)星可能失去功能。

太陽風暴

太陽表面釋放著大量的等離子體——高能量粒子，它們從太陽表面逃逸以太陽風的形式在太空中穿梭。有時太陽風會攜帶著數(shù)十億噸的等離子球，如果大量的等離子球進入地球磁場，將釀成毀滅性的災難。

等離子進入地球大氣層將導致地球磁場結(jié)構(gòu)的快速改變，誘導地面上較長電線的電網(wǎng)產(chǎn)生電流，其結(jié)果是導致變壓器的銅線快速加熱并被融化，電流失去控制。1989年3月，加拿大魁北克省就發(fā)生了類似的停電事件，600萬居民在沒有電的狀況下度過了9小時。

太陽風暴

在歷史上最嚴重的太空天氣事件發(fā)生在1859年，這就是著名的卡林頓事件，該事件是以英國業(yè)余天文學家理查德－卡林頓（RichardCarrington）的名字命名的，此次是由于太陽黑子造成的，持續(xù)了8天的惡劣太空天氣。

2009年，美國科學家就太陽風暴的經(jīng)濟和社會影響，向國家科學院遞交了一份報告，以提高人們對太陽風暴危害的認識，并倡議政府和私人企業(yè)為應對強烈太陽風暴做好準備。

“美國科學家在這方面比較敏銳，他們在評估如果出現(xiàn)1859年這樣的太陽風暴會有什么樣的后果。這不是寫科幻故事，而是相對嚴謹?shù)目茖W報告。”汪景琇介紹說，在我國，目前中國科學院國家天文臺有一支研究太陽預報的團隊，中國科學院空間科學和應用中心有空間天氣的研究和預報中心，中國氣象局有國家空間天氣監(jiān)測預警中心，國防部門也有相應的研究工作在進行。

不過……

根據(jù)歷史記錄和科學預測，小天體與地球相撞只是時間問題。直徑10公里的小天體平均每隔1億年會與地球相撞一次，直徑1公里的小天體撞擊地球的概率是10萬年一次，直徑100米的小天體撞擊地球的概率是每1萬年一次。也就是說基本不會發(fā)生……

不過……

關(guān)于太空射線和細菌之類的東西，我們的大氣層和臭氧層可以攔截99％以上的有害物質(zhì)也就是說基本無害……

至于剩下的，由于與空氣的摩擦，基本灰飛煙滅……不過……

到目前為止，人類對太陽黑子數(shù)量較為完整的記錄積累了23個周期。即使到了太陽周極大年，還要看相關(guān)太陽活動是不是對地影響有效(每個太陽活動周期間都會發(fā)生數(shù)十次強太陽風暴，多數(shù)沒有直接撞擊到地球而已，超級太陽風暴更屬于低概率事件)，其危害如何，還需要具體討論和評估。但即便超級太陽風暴來襲，也并非意味著世界末日來臨。普通民眾對