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56条冷知识

56 条宇宙冷知识:黑洞、月球与火星

用两三句话讲清每篇文章的核心观点。想了解细节?打开文章,2 分钟就能读完。

黑洞

为什么光无法逃离黑洞

光无法从黑洞中逃出,不是因为它太慢,也不是因为有什么东西拦住了它。它仍以正常速度前进 - 只是穿过事件视界后,所有路径都不再通向外面,而是通向里面。那里根本没有“远离”的方向。

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黑洞边界上会发生什么

事件视界不是墙,也不是表面。它是一条界线,越过它,所有路径 - 包括光的路径 - 都只会通向内部。你可以毫无察觉地穿过它,但从外部看见这一幕几乎不可能。

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黑洞从何而来

恒星级黑洞的形成机制很清楚:大质量恒星耗尽燃料,核心随之坍缩。而那些位于星系中心的超大质量黑洞,其起源至今仍是未解之谜:它们质量太大,而且出现得太早。

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黑洞内部会发生什么

诚实的答案是:不知道。方程在某个点之前都能正常运作,到了那里就不再给出有意义的结果。我们知道的是接近黑洞时会发生什么,而且这部分已经有相当详细的描述。

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什么是霍金辐射

霍金辐射预言,黑洞并非完全漆黑:它们会发出极其微弱的光,并因此缓慢损失质量。目前还无法验证这一点,因为这种辐射太微弱,无法与背景辐射区分开来。

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宇宙中的生命

为什么我们至今还没找到外星人

恒星数量极其庞大,时间也过去了很久,粗略估算来看,外星生命的踪迹本该已经出现。可我们没有找到。人们提出了许多解释,而目前它们都同样说得通:我们没有依据在它们之间做出选择。

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没有水,生命会是什么样

水本身并不是关键,关键是它能提供一个让分子相遇并发生反应的环境。理论上,另一种液态溶剂也可以替代水,科学家讨论过液态甲烷或氨,但每种替代物都有重要缺陷。

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太阳系里哪里在寻找生命

没人会直接寻找生物。人们寻找的是水能保持液态、有能量来源、并且含有碳的地方。最常提到的有4个这样的地点,其中3个的海洋都藏在冰层下面。

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太空中的身体

为什么宇航员会变高

在轨道上,身体会在几天内伸展开-身高最多增加约3%:对于身高175厘米的人,大约是5厘米。骨头并不会变长-脊柱会伸直,椎间盘则吸收水分;在地球上,这些水分会被体重挤出。回到地面后,几天内就会恢复原状。

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失重时身体会发生什么

在失重状态下,身体不会垮掉 - 它会迅速适应一个没有“下方”的世界。体液流向头部,骨骼和肌肉失去负荷,内耳也失去了参照。最难受的是重力恢复时。

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人在轨道上怎么睡

睡袋固定在墙上,人无论站着、躺着还是倒挂着睡,都没有区别。更难的是:空间站一天会经历16次日出,只能靠作息安排和光线来维持生物钟。

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什么是太空病

这就像反过来的晕车。在失重状态下,前庭系统不再告诉你哪里是下方,而眼睛仍然看到地板和天花板,于是大脑接收到相互矛盾的信息,便以恶心作出反应。

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月球

为什么月球总是用同一面朝着我们

月球确实绕自身轴线旋转,只是旋转一周所需的时间,恰好等于绕地球运行一周的时间。地球的潮汐力就这样让它逐渐减速。再加上月球会轻微摆动,我们实际能看到的不是恰好一半表面,而是大约59%。

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为什么潮汐与月亮有关

月球对地球近侧的引力比对远侧更强。由于这种差异,海水被拉成两个隆起,分别位于地球两侧。地球在它们下方转动,所以每天会出现两次高潮。

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月亮从何而来

月亮太大了,不可能是偶然捕获的一块岩石。最好的解释是:大约4.5亿年前,一个大小约等于火星的天体撞上了年轻的地球,月亮由被撞飞的碎片聚集而成。

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人类在月球上留下了什么

月球上留着超过100吨人类物品:舱段、仪器、工具、旗帜、垃圾袋,甚至还有一块刻着遇难者姓名的纪念牌。其中一些至今仍在工作。

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什么是月亮错觉

月亮在地平线附近看起来巨大,到了天顶却很普通,尽管它在照片中的大小完全一样。这种知觉错觉已为人所知数千年,直到今天仍没有统一的解释。

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火星

火星为什么是红色的

火星变红不是因为热,而是因为生锈:岩石中的铁与氧结合,形成了氧化物,就是让生锈铁钉呈现这种颜色的物质。这层锈很薄,下面的星球其实是深灰色的。

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谁“发明”了火星运河

一位意大利天文学家描述了火星上的细线,并用一个表示水道或河道的词来称呼它们。这个词被译成英语后,变成了暗示人造结构的词--于是整整半个世纪,火星成了一颗仿佛有工程师的行星。

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人类为何难以飞往火星

最大的难题不在发动机。我们知道怎么飞到那里:探测器经常能在火星着陆。问题是,人类得在途中飞行数月,承受辐射,活着着陆,然后返回,而飞船上没有足够的返程燃料。

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火星上曾经有水吗

有过,而且不是几滩水,而是河流和湖泊。那大约发生在3-4亿年前。如今,液态水无法在火星表面保持,但水并没有全部消失:一部分结了冰,一部分被岩石束缚,还有一部分逃逸到了太空。

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太阳

太阳为何沉寂了70年

从17世纪中叶起,太阳黑子几乎消失了近70年。观测者持续记录,通常有数千个太阳黑子的时期,他们只能记录到个位数。这与小冰期最寒冷的阶段恰好重合。

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太阳为什么会发生耀斑

耀斑不是燃料爆炸。太阳自转速度不一,磁场逐渐被拧成紧绷的环路。当张力过大时,磁力线会断裂并重新连接成更简单的形态,积累了数周的能量在几分钟内以光、X射线和加速粒子的形式释放出来。

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太阳内部发生了什么

太阳并不是在燃烧,那里没有可燃物,也没有氧气。太阳核心中的氢聚变成氦,其中一部分质量转化成能量。令人意外的是:按每立方米计算,太阳核心释放的热量还不如你的身体。太阳之所以发光,是因为这样的立方米多得不可思议。

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太阳风如何影响地球

太阳不断把带电粒子流吹向太空。地球磁场会使它偏转,通常最终只形成极光,但强烈爆发会影响卫星、通信和电网。

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星星

为什么看星星就是在看过去

光传播得很快,却不是瞬间抵达。在它到达你眼睛的这段时间里,时间已经过去了,所以你看到的不是此刻的样子,而是它曾经的样子。月光只晚到几分之一秒,仙女座的光则晚了250万年。

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为什么星星会闪烁,而行星不会

制造闪烁的不是星星,而是空气:温度不同的气层对光的折射方式不同。星星是一个点,因此整束光会一起偏移;行星是一个微小的圆盘,不同部分的波动会相互抵消。

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为什么星星有不同的颜色

星星的颜色就是它的表面温度。红色星星的表面约有3000度,蓝色星星则有几万度。黄色的太阳其实比你想象的更靠近温度较低的一端。

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恒星如何诞生

恒星始于一片冰冷的气体和尘埃云,它在自身重力作用下不断收缩。收缩过程中,云团逐渐升温;当中心足够热时,反应启动,云团就变成了恒星。

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恒星爆炸后还剩下什么

会同时留下两样东西:中心的致密残骸,以及向外飞散的物质云。中心最终是中子星还是黑洞,取决于恒星的质量;而这片云会成为下一代恒星和行星的原料。

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我们的行星邻居

冥王星为什么不再是行星

冥王星没有改变,也没有消失。改变的是行星的定义,而之所以需要重新定义,是因为人们在海王星轨道之外发现了相似天体,其中一个的大小并不小于冥王星。面对的选择,是制定新规则,还是让行星名单不断变长。

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为什么金星热得像地狱

金星表面约为+460 °C,比水星还热,尽管水星离太阳几乎近一倍。关键不在距离,而在大气:金星表面的大气压是地球的90多倍,而且几乎全是二氧化碳。它让光线通过,却几乎不让热量逃出去。

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为什么土星有环

土星环是无法聚成卫星的冰屑。离行星太近时,行星的引力会把任何碎片聚集体拉散,力量超过它们自身维持整体的能力。所以形成的不是卫星,而是一圈旋转的碎屑盘。

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为什么天王星横躺着

天王星的自转轴几乎倾斜成直角,因此它沿着轨道像轮子一样滚动,而不是像陀螺一样旋转。最可能的原因是早期的一次撞击:某个大型天体撞上了年轻的天王星,把它撞翻了。

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木星上的斑是什么

大红斑是一场比有照片记录的历史还长的风暴。地球可以整个装进它里面,边缘风速超过任何飓风,而最大的谜团不是它从何而来,而是为什么至今还没有结束。

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气态行星有固体表面吗

那里没有可以降落的边界。越往下,气体越稠密,没有明显突变,逐渐变成液体,再往深处则变成表现得像金属一样的物质。探测器还没遇到任何类似表面的东西,就会先解体。

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宇宙的起源

为什么夜空是黑的,而不是白的

如果宇宙是无限、永恒且静止不变的,那么每一道视线最终都会落在一颗恒星上,整个天空都会像太阳表面一样发光。天空之所以是黑的,是因为宇宙有年龄,最遥远恒星发出的光还没来得及抵达我们。

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宇宙为什么在膨胀

膨胀的不是从某个点飞散开的物质,而是星系之间的空间本身。因此,膨胀没有中心:从任何一个星系看,景象都一样,仿佛其他星系全都在远离自己。

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反物质去哪儿了

根据方程,物质和反物质本应等量产生,而它们相遇时会相互湮灭。这样一来,宇宙中就不会剩下任何东西,只有辐射。我们既然存在,就说明某个地方一定出现了偏差。没人知道它从何而来。

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我们怎么知道宇宙有多老

宇宙年龄有3种相互独立的估算方法:看早期宇宙留下的古老辐射,看膨胀速度,还可以看最古老恒星的年龄。3种方法都指向约140亿年,而这种一致性正是最有力的证据。

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大爆炸之前发生了什么

诚实的答案是:没人知道,而且这个问题本身可能就问得不对。如果时间和宇宙膨胀同时开始,那么“之前”根本无从谈起。假说是有的,但目前还无法验证。

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大爆炸究竟是什么

这不是通常意义上的爆炸。没有一个位于空旷空间中的点突然炸开,也没有碎片向外飞散。曾经存在过一个极其炽热、致密的阶段,所有地方同时如此,之后,万物之间的距离开始增大。爆炸是在空间中向外扩散。这里增长的是空间本身。

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宇航员

宇航员是怎么选出来的

宇航员选拔像个漏斗:多数环节找的不是优点,而是拒绝你的理由。书面上看学历、经验和身体条件。更常决定成败的,是你能否和一群没法回家躲开的人成天并肩工作半年。

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在轨道上吃什么

空间站上最大的敌人是碎屑。在失重状态下,碎屑不会掉落,而是四处飘浮,进入设备和肺部。因此,菜单围绕不易散落的食物设计,普通面包不会带上空间站。

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宇航员闲暇时做什么

最常见的消遣是看舷窗外。几乎每个乘组都会提到这一点,空间站还设有一个配备大窗户的专用舱段。其他活动和地面上的休闲差不多,只是在失重状态下进行。

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什么是宇宙总览效应

人们用这个词来称呼一种认知转变,许多从轨道返回的人都曾描述过:一眼望见完整的地球、细薄的大气层,以及那些曾经看似至关重要的边界,却全都不见了。

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