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56則冷知識

56 則太空冷知識:黑洞、月亮與火星

用兩三句話說清每篇文章的核心觀點。想了解細節?打開文章,2 分鐘就能讀完。

黑洞

為什麼光無法逃出黑洞

光無法逃出黑洞,不是因為它太慢,也不是有什麼東西拉住它。它仍以平常的速度前進 - 只是越過事件視界後,所有路徑都不是通往外面,而是通往裡面。那裡根本沒有「遠離」這個方向。

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黑洞邊界發生了什麼事

事件視界不是牆,也不是表面。它是一條界線,越過之後,所有路徑包括光的路徑,都只會通往內部。你可以毫無察覺地穿越它,但從外面幾乎不可能看見這件事。

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黑洞從哪裡來

一般黑洞的形成方式很清楚:大質量恆星耗盡燃料,核心便會塌縮。但位於星系中心的巨大黑洞從何而來,至今仍是個未解之謎--它們質量太大,出現得也太早。

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黑洞裡會發生什麼

老實說:不知道。方程式在某個界限前都能運作,到了那裡就不再產生有意義的結果。但我們知道接近黑洞時會發生什麼,而且已有相當詳細的描述。

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什麼是霍金輻射

這項預言指出,黑洞並不是完全漆黑的:它們會微弱發光,因此緩慢失去質量。目前還無法驗證,因為這種輻射太微弱,無法與背景輻射區分。

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宇宙中的生命

你真的來自星塵嗎

你骨骼中的鈣和血液中的鐵,並不是隨宇宙一起誕生的。它們是在恆星內部鍛造出來的,而你之後才由這些材料組成。

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為什麼我們至今仍沒找到外星人

宇宙中有數不清的恆星,時間也已經過了非常久,按粗略估算,外星生命的蹤跡早該出現了。但我們沒有找到。人們提出了許多解釋,而目前它們都同樣站得住腳:我們沒有足夠的依據從中做出選擇。

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沒有水,生命會是什麼樣子

水之所以重要,不在於水本身,而在於它提供了讓分子相遇並發生反應的介質。理論上,其他液態溶劑也可能取代水,科學家討論過液態甲烷或氨,但每種選項都有重要的缺點。

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在太陽系哪裡尋找生命

沒有人會直接尋找生物,而是尋找水能保持液態、有能量來源且含有碳的地方。最常提到的有4個去處,其中3個的海洋都藏在冰層下。

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太空中的人體

為什麼太空人會變高

在軌道上,身體幾天內就會拉長 - 身高增加最多約 3%:身高 175 公分的人約會多 5 公分。骨頭不會變長 - 是脊椎伸展開來,椎間盤吸收了在地球上會被體重擠出的水分。回到地面後,幾天內就會恢復原狀。

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失重時,身體會怎樣

在失重狀態下,身體不會壞掉 - 它會迅速適應一個沒有「下方」的世界。體液流向頭部,骨骼和肌肉失去負荷,內耳失去依據。最難受的是重力回來的時候。

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在軌道上怎麼睡覺

睡袋固定在牆上,人可以站著、躺著,甚至頭下腳上地睡,沒有差別。更棘手的是:太空站一天會經歷16次日出,你得靠作息和光線維持生理時鐘的規律。

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什麼是太空暈動症

這就像反過來的暈車。在失重狀態下,前庭系統不再告訴你哪邊是下方,但眼睛仍持續看見地板和天花板,大腦便以噁心回應這個矛盾。

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月亮

為什麼月球總是以同一面朝向我們

月球確實會繞著自己的軸自轉,只是自轉一圈的時間,剛好和繞地球一圈一樣長。地球的潮汐力就這樣讓它慢了下來。再加上月球會輕微晃動,所以我們看到的不是恰好一半表面,而是約59%。

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潮汐為什麼和月亮有關

月亮對地球近側的拉力,比對遠側更強。由於這個差異,海水會在行星兩側各隆起一個水丘。地球在水丘下方自轉,因此每天會出現兩次漲潮。

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月亮是從哪裡來的

月亮太大,不可能只是偶然被捕獲的小行星。最好的解釋是:大約4.5×10⁹年前,一個大小約如火星的天體撞上年輕的地球,月亮便由飛散出去的碎片聚集而成。

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人類在月球留下了什麼

月球上留有超過100噸人類物品:上升段、儀器、工具、旗幟、垃圾袋,甚至還有刻著罹難者姓名的紀念牌。其中有些至今仍在運作。

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什麼是月球錯覺

月亮在地平線附近看起來巨大,到了頭頂上方卻很普通,儘管它在照片中的大小相同。這種知覺錯覺已知存在數千年,但至今仍沒有單一的解釋。

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火星

火星為何是紅的

火星呈紅色不是因為高溫,而是因為生鏽:岩石中的鐵和氧結合,形成氧化物,也就是讓生鏽鐵釘呈現顏色的物質。這層鏽很薄,下面的行星則是深灰色。

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誰發明了火星運河

一位義大利天文學家描述了火星上的細線,並用一個意指水道或河床的詞來稱呼它們。翻譯成英文時,這個詞變成了帶有人造結構意味的字眼,於是整整半個世紀,火星成了一顆擁有工程師的行星。

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是什麼阻礙人類飛往火星

最大的難題不在引擎。我們知道怎麼抵達:太空探測器會定期降落在那裡。問題是,人類得在途中度過數個月,承受輻射,活著完成降落,之後還要返回,而隨身攜帶的燃料不夠支撐回程。

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火星上曾經有水嗎

有 - 而且不是幾灘水,而是河流和湖泊。那大約是 3-4 10億年前的事。如今液態水無法在火星表面維持,但並不是全都消失了:一部分結成冰,一部分與岩石結合,還有一部分逃進了太空。

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太陽

太陽為什麼沉寂了70年

從17世紀中葉起,太陽黑子幾乎完全消失了將近70年。觀測者持續留下紀錄,在通常會有數千個黑子的時候,卻只記錄到個位數。這段時間正好是小冰期中最寒冷的時期。

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太陽為什麼會發生耀斑

耀斑不是燃料爆炸。太陽自轉速度不一,磁場逐漸被扭成緊密的環。當張力大到無法承受時,磁力線會斷裂並重新連接成更簡單的形狀,而累積數週的能量會在幾分鐘內以光、X射線和加速粒子的形式釋放。

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太陽內部正在發生什麼

太陽不是在燃燒 - 那裡沒有東西可燒,也沒有氧氣。在它的核心,氫融合成氦,部分質量轉化成能量。令人意外的是:每立方公尺的核心釋放的熱量比你的身體還少。太陽之所以會發光,是因為這樣的立方公尺多得不可思議。

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太陽風如何影響地球

太陽不斷將帶電粒子流吹向太空。地球磁場會使它偏轉,通常最後只形成極光,但強烈的爆發可能影響衛星、通訊和電力網。

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星星

為什麼看星星就是在看過去

光跑得很快,卻不是瞬間抵達。它抵達你眼睛的途中,時間已經過去,所以你看見的不是現在,而是曾經發生的事。月光只需幾分之一秒,仙女座的光則花了250萬年。

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為什麼星星會閃爍,行星卻不會

造成閃爍的不是星星,而是空氣:不同溫度的空氣層會以不同方式折射光線。星星是點狀的,整道光束會一起偏移;行星則是小小的圓盤,不同部分的波動會彼此抵消。

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星星為什麼有不同顏色

星星的顏色,就是它的表面溫度。紅色星星的表面約有3,000度,藍色星星則有數萬度。黃色的太陽,其實比你想的更靠近這條溫度尺度較涼的一端。

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恆星如何誕生

一顆恆星起始於一片寒冷的氣體與塵埃雲,在自身重力下逐漸收縮。收縮時,它會升溫;當中心熱到足夠高,反應開始,這片雲就成了恆星。

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恆星爆炸後還剩下什麼

會同時留下兩樣東西:中心的高密度殘骸,以及向外飛散的物質雲。中心最後會是中子星還是黑洞,取決於恆星的質量;而這片雲會成為下一代恆星和行星的原料。

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鄰近行星

冥王星為什麼不再是行星

冥王星沒有改變,也沒有消失。改變的是行星的定義,因為人們在海王星軌道外發現了相似的天體,其中一個的質量甚至超過了冥王星。當時只能在訂出新規則和讓行星名單不斷增加之間做選擇。

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為什麼金星熱得像地獄

金星表面約 +460 °C,比水星還熱,雖然水星離太陽不到金星的一半。關鍵不在距離,而在大氣:它造成的壓力比地球大 90 多倍,而且幾乎全是二氧化碳。光線能穿過去,熱卻幾乎無法逸出。

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土星為什麼有光環

光環是無法聚集成衛星的冰塊碎片。它們離行星太近,行星的引力會把任何聚集體拉散,力量甚至超過碎片彼此維繫的力量。所以最後形成的不是衛星,而是一片旋轉的碎屑盤。

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為什麼天王星會側躺

天王星的自轉軸幾乎傾斜成直角,因此這顆行星像輪子一樣沿著軌道滾動,而不是像陀螺一樣旋轉。最可能的原因是早期的一次撞擊:某個大型天體撞上年輕的天王星,把它撞翻了。

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木星上的那個斑點是什麼

大紅斑是一場旋轉得比攝影術的歷史還久的風暴。地球可以整個塞進去,邊緣的風速比任何颶風都強,而最大的謎團不是它從何而來,而是為什麼至今還沒有結束。

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氣態行星有堅硬的表面嗎

那裡沒有可以降落的邊界。越往下,氣體會在沒有突然變化的情況下變得更密,逐漸轉變成液體,再往深處則變成表現得像金屬的物質。探測器還沒遇到任何類似表面的東西,就會先解體。

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宇宙的起源

為什麼夜空是黑的,而不是白的

如果宇宙是無限、永恆且靜止的,任何一條視線最終都會落在一顆恆星上,整片天空也會像太陽表面一樣發亮。天空之所以是黑的,是因為宇宙有一定年齡,最遙遠恆星發出的光還來不及抵達。

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為什麼宇宙會膨脹

膨脹的不是從某個點飛散出去的物質,而是星系之間的空間本身。因此,膨脹沒有中心:從任何一個星系看出去,景象都一樣,彷彿其他星系全都在遠離自己。

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反物質哪裡去了

按照方程式,物質和反物質應該等量生成,而它們相遇時會彼此湮滅。那麼宇宙中就不會剩下任何東西,只有輻射。我們既然存在,就表示某處一定出現了失衡。沒有人知道它從何而來。

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我們怎麼知道宇宙的年齡

宇宙的年齡有3種彼此獨立的估算方式:根據早期宇宙留下的古老輻射、宇宙的膨脹速度,以及最古老恆星的年齡。3種方法都得到約14十億年,而這個一致性就是最有力的證據。

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大爆炸之前是什麼

誠實的答案是:沒有人知道,而且這個問題本身可能就有問題。如果時間和宇宙膨脹同時開始,「之前」這個詞就沒有可以指向的對象。雖然有一些假說,但目前還無法驗證。

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大爆炸究竟是什麼

這不是通常意義上的爆炸。沒有一個位於空無一物之中的點突然爆開,也沒有碎片向外飛散。曾經有一個極度高溫、密度極高的階段,當時一切同時存在於各處,之後萬物之間的距離開始增大。爆炸是在空間中向外擴散。這裡增大的是空間本身。

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太空人

太空人怎麼選出來的

太空人選拔就像漏斗:多數階段不是在找優點,而是在找淘汰理由。表面上看學位、經驗和身體條件。更常決定結果的,是你能不能和那些無法回家避開的人並肩工作半年。

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太空人如何回到地球生活

身體要透過復健計畫,花上數週才能恢復。更難的其實是回到這樣的生活:凡事都要自己做決定,身邊人潮擁擠,而你投入多年心力的工作已經結束。

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在軌道上吃什麼

太空站上的頭號敵人是碎屑。在失重狀態下,碎屑不會掉落,而是四處飄浮,跑進儀器和肺部。因此,菜單會以不會碎裂的食物為主,普通麵包也不會帶上太空站。

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太空人在空閒時做什麼

最常做的事是從舷窗向外看。幾乎每個太空人小組都會提到這件事,而太空站也設有一個配備大窗戶的獨立艙段。其他活動和地球上的休閒很像,只是在失重狀態下進行。

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什麼是太空人的總觀效應

這是人們用來稱呼太空人從軌道返回後所描述的感知轉變:一眼看見整顆行星、薄薄的大氣層,以及那些曾經顯得至關重要、如今卻完全看不見的邊界。

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