不得了,天文知识增加了!

面对未知的宇宙,

人类永远是个好奇的孩子。

你有关于星星的问题吗?(天文的)

我有答案。(不一定)

一起探索吧!

不得了,天文知识增加了!【第5期】

Q1:

smile霏一般【提问】为什么人类不去探测离太阳最近的水星呢?人类火星探测成功后还会优先探测太阳系哪个行星呢?

A

水星探测一直在人类的地外探测日程中。最早飞掠探测水星的探测器NASA水手10号,它于1973年11月3日发射,绘制了水星的部分地图,同时还险些“发现”水星的卫星(实际上是来自巨爵座31号星的紫外线信号干扰)。虽然已经功成身退,但水手10号至今仍停留在太阳轨道上,每隔几个月还会经过水星一次。

水手十号航行轨道图

NASA在2004年发射了第二颗水星探测器“信使号”,它在2011年3月18日成功进入水星绕行轨道,成为第一颗水星卫星。信使号完成了对水星地图的绘制,对水星的大气、地址和磁场信息进行了探测。

“信使号”在完成任务后因燃料耗尽坠落水星表面。

在这之后,欧空局(ESA)和日本航空航天局(JAXA)于2018年10月20日合作发射了贝比科隆博号”(BepiColombo),它以意大利数学家、物理学家、工程师Giuseppe 'Bepi' Colombo的昵称命名,他曾在水手10号的任务中首次实施行星重力助推(引力弹弓)技术。“贝比科隆博号”预计将在2024年被水星俘获,并展开研究。

“贝比科隆博号”还要再过几年才会到达水星轨道

其实火星探测期间,对其他行星的探测也并不是停滞的,毕竟各个研究机构是可以实现多线程作业的,对于各个行星的探测一直都在人类宇宙探索的日程中

【智能(zhàng)机器人:水星极冠也是地外殖民地候选区域哦,两年才有一次日出,想想都觉得刺激呢。】

Q2:

总会遇到合适的【提问】地球的水会像火星一样蒸发到地球之外吗?

A

地球和火星年龄相仿,成分也大致相近,称为“孪生兄弟”并不为过,研究甚至显示火星早期也存在着液态水与浓厚的大气层。而如今,为什么两兄弟中只有火星失去了一头浓密的大气层变“秃”了呢?这其实跟行星质量和磁场有关

在地球上,大部分太阳风中的带电粒子在地磁场的作用下偏转,只在两极附近同大气粒子碰撞,产生极光;除非强烈的太阳风暴,否则它们很难击穿地球的磁场“装甲”。

太阳风:“未能击穿敌军装甲!”

而火星就不一样了,只有地球质量的10.7%火星对表层大气引力较弱,同时火星没有像地球一样稳定而全球化的巨大行星磁场。火星上的局域磁场杂乱无章,无法对整颗星球形成系统的保护,这就使得太阳风——太阳所喷发出来的粒子流——有了可乘之机。太阳的带电粒子风在火星脸上胡乱地拍,风卷残云般带走了它的大气,裹挟着里面的水蒸气消失在茫茫宇宙中。数据显示,形成以来,火星已经失去了66%的大气。

火星海洋复原想象图 / Ittiz

回看地球上,地磁场其实也并非一成不变。在150年的持续观测中,地磁场强度已经下降了10%至15%,虽然这种阶段性变化并不足以推断磁场演化的整体趋势。不过随着地球地质活动逐渐停止,地磁场最终也会消失——不过这需要数十亿年,而在这一切发生之前,太阳可能已经抢先发展到红巨星阶段,把地球吃掉了。

因此地球上的水并不会像火星一样被吹散到宇宙当中,我们应该不用操心这个问题了。

【智能(zhàng)机器人:火星:“我变秃了,但没变强……”】

Q3:

遁地财神【提问】黑洞的终点真的是白洞吗?

A:

由于我们收到了大量关于黑洞/白洞/虫洞相关的问题,所以决定克服困难,进行一波回答!

首先我们必须明确的一件事是,无论黑洞、白洞,还是虫洞,最初都是数学上的结果。在爱因斯坦提出广义相对论之后,德国科学家卡尔·史瓦西发现广义相对论方程存在一个精确解这个解描述了一个奇异的时空——黑洞。科学家们发现黑洞边缘的性质十分奇异(比如无穷大的密度,我们知道无穷大这一性质对于现实世界物理来说是不自然的),因此有人推测或许是因为我们计算时采用了不恰当的坐标系。

为了消除这些奇异性,科学家们扩大(物理学上称之为延拓)了史瓦西计算得到的时空,这就是克鲁斯卡尔-塞凯赖什(Kruskal–Szekeres)时空。而在克-赛时空当中,我们发现有一个和黑洞截然相反的区域——白洞,这是一个只能物质从里面出来却不能有物质进入的区域(熟悉热力学第二定律的同学们已经发现白洞严重违背了这一定律)。而同样在克-赛时空当中,我们发现黑洞的外侧(指在我们的三维空间之外)存在一个新的区域这是一个独立的时空,通过一条隧道同我们相连,这条隧道便被称之为虫洞爱因斯坦-罗森桥),除非速度超过光速,否则我们不能从虫洞的两端离开它的内部。

以上便是黑洞、白洞、虫洞三者最初的由来,要知道这些过程都是纯数学的,不涉及任何物理现象。简单来说,更像是一堆物理学家和数学家用公式不断推导得到的一些猜想

从数学上看,虫洞可以短暂存在,连接两个镜像的宇宙。

然而现实的物理世界是需要物理过程和现象才能得到结论的,除了黑洞之外,目前其余两者均没有任何观测证据,并且由于恒星级黑洞的生成过程需要有一颗坍缩的恒星,考虑这一过程的话白洞区域就可以被一颗正在坍缩的恒星所替代,也正是因此,大部分物理学家认为白洞并不真实存在(尤其是它又违反了热力学定律)。

近几年,也有科学家提出了一些更加有趣的理论猜想。当物质裹挟巨大能量快速掉入黑洞时,会导致奇点爆发,破坏掉整个黑洞,产生所谓的白洞。当然,与上面说的相似,这也仅仅是一种推论而已。

白洞在天体物理过程中可以很好地被坍缩中的恒星所替代。

虫洞因《星际穿越》而为大众所熟知,按照我们目前的了解,它可能不仅存在于黑洞之间,还可以单独以高维通道的方式存在。不过遗憾的是,我们并未从观测上发现它的存在。

事实上由数学推导出来,而现阶段无法从物理上证实的猜想有很多(比如“臭名昭著”的超弦理论),只不过虫洞和白洞等很早就作为科幻作品的常客出现在了公众视野当中,因此广为人知。

【智能(zhàng)机器人:你证明不了它不存在,那就有可能存在嘛(推眼镜)】

Q4:

哞儿【提问】听说水星死了,太阳系还有哪些星球是“活着”的?

A

通常,我们以是否具有地质活动为标准来判断一颗星球是不是还“活着”。

不断燃烧着的太阳自然不必考虑,正是当打之年,而她的几颗行星却似乎不都是那么硬朗。总的来说,行星质量越大,就越有可能更“长寿”(这一点跟恒星是相反的)。

在八大行星当中,质量较小的水星火星早年就丧失了地质活动,金星和地球则依旧保持着旺盛的精力,其余四颗大型气态行星就更不必说,不仅地质活动频繁,表面更伴有猛烈的风暴。不仅如此,很多气态行星的卫星也具有地质活动,比如火山密布的木卫一和水量比地球还多的木卫二,土卫一、二、六也同样具有活跃的地质活动,它们实际上都比地球还要大得多。除此之外,最远处的海王星的卫星海卫一也具有强烈的地质活动,它是一颗年轻的柯伊伯带天体,进行观测的旅行者2号在上面观测到了多个冰火山正在喷发。

土卫二南极冰火山的喷发会间断给土星环提供物质

有趣的是,被行星踢出群的冥王星上面或许也有着强烈的地质活动, NASA观测到冥王星北边冰原因为地质作用不断变化,同时其表面也没有明显的陨石坑。要知道冥王星地处柯伊伯带,被陨石砸都是家常便饭,而只有频繁的地质变动才能将这些陨石坑重新埋没。

如果冥王星没有地质活动,应该会像月球那样千疮百孔,但新视野号拍摄到的冥王星似乎并没有那么“磕碜 ” / NASA

但是更多的天体,比如我们的月球宝贝儿,也早早没了动静,除了偶尔被陨石砸时会发出一些回音(月震),就再也不吭声了,小行星带上的谷神星虽然也被怀疑具有地质活动,但从它陨石坑遍布的小脸来看,这一可能性已经日渐熹微。

【智能(zhàng)机器人:你不要死,要好好活。】

Q5:

苏格拉没有底【提问】如果一个人无防护措施地待在几大行星上,哪颗星球的存活时间最长/短?

A

让我们首先把地球扔掉,显然地球作为选项实在太赖皮了。现在假设我们有一位可以无限重生的勇士菜月·Jojo·昴(以下简称勇士),他将赤身裸体闪现到太阳系所有行星的大气层内体验一下生活(除了一生一次的闪现之外他没有任何其他能力)。

首先他来到了水星,不幸正巧落在了水星背面。他在-172℃的低温下迅速被冻成冰棍,不过这时候他还算不上真正的死亡,我们都知道速冻起来的人体组织只要以适当的方式解冻还是可以继续生存的。在足足等了一整个水星年(约88地球日)后勇士终于看到了日出,但是此时温度急剧升高,勇士最终正午高达432℃的高温中燃烧殆尽在水星存活时间:约90个地球日

水星上的勇者(卡兹)停止了思考

接下来勇士闪现到了金星。在浓厚的温室气体中,这颗行星的表面平均温度达到了462℃,勇士还来不得及惨叫一声,就在充满硫酸液滴并且高温高压的金星大气中瞬间蒸发金星存活时间:1秒(不到)

金星“炼狱”想象图

现在勇士瞬移到了火星上,看了看身旁的好奇号,他知道这里正是火星赤道。正午时分28摄氏度的气温还算宜人,但是空气(缺氧)令人窒息。10秒钟之后,不到地球1%的气压让他感到身体发胀,减压症让他头晕目眩,勇士的血液在低压下逐渐沸腾,伴随着缺氧造成的窒息感,他再一次闭上了眼睛。火星存活时间:2分钟

下一站木星,由于这是一颗气态行星,因此勇者到达木星“表面”之后就开始下坠。木星的表面温度只有67℃左右,因此他只是感到四周空气滚烫,但高于地球十倍至多的气压瞬间击穿了他的鼓膜,让勇者吐出了肺内的所有空气。下坠了近2500米之后,气温慢慢升高至人体组织燃点,勇者被点燃了!木星存活时间:10秒

木星风暴 / NASA

在同为气态行星的土星,勇士只来得及看了一眼瑰丽的土星环便向下坠去,不过这次他在100级的暴风(风速500米/秒)中曲线下落,虽然-23℃的气温不算太低,但狂风下体感温度骤降还是让他马上失去了意识,然后在坠落过程中再度被点燃土星存活时间:小于一分钟。

由于在天王星和海王星的经历相近,本着人道主义精神,我们决定一并描述。这两颗“冰巨行星”表面呈现为极低温(低于零下200℃)的流体,勇者刚一“落地”便被冻结,然后下坠,最终在100千米下的深处,被数十倍大气压的压力碾碎天王星和海王星存活时间:几小时内

太阳系生存指南 /

综上所述,我们推断勇者在水星(有可能)存活时间最长,而在金星会被瞬间蒸发,存活时间最短

【智能(zhàng)机器人:最后一次勇士来到地球,度过了平凡而不平静的一生。Happy Ending——】

收获知识,收获快乐~

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