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1700874182 大历史,小世界:从大爆炸到你 [:1700873092]
1700874183 大历史,小世界:从大爆炸到你 第5章 临界点4:地球和太阳(46亿—35亿年前)
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1700874185 从现在开始,我们的宇宙故事慢慢变成了局限于地球的历史。虽然宇宙中其他地方或许也存在着生命,但目前已知唯一有生命存在的地方就是地球。那么,到底是地球的哪些特点,让生命在此诞生呢?
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1700874187 前几章中,我们了解到,亚原子粒子总是处于运动中。在本章,我们会认识到,更大尺度上的物体也总是处于运动中。打个比方,世间万物都在心醉神迷地舞动着。请系好你的安全带,再打个比方。
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1700874189 我们居住的行星——地球,绕地轴自转,赤道上的速度可达每小时1600千米(1000英里)。(计算方法是:用地球赤道周长4万千米除以24小时等于赤道自转速度。)地球还以每小时10.6万千米(6.6万英里)的速度绕太阳公转,同时,地球还与太阳和太阳系的其他行星一道,绕银河系的中心旋转,速度为每小时79.2万千米(48.3英里)。太阳系绕银河系一周,大约需要2.25亿年的时间,有人称其为“银河年”。太阳和地球形成后,我们已经绕银河系中心旋转了约20周。
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1700874191 太阳的形成
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1700874193 人类居住的行星叫地球,地球绕太阳这颗恒星公转。银河系中有上千亿颗恒星,太阳只是其中一颗。那么,太阳到底处在银河系的什么位置呢?太阳绕银河系中心的黑洞旋转的轨道在哪里呢?
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1700874195 还记得吧,银河系结构是经典的扁平圆盘状的星系结构,中间凸起,而且中间可能有一个黑洞。星系盘还有恒星、气体和尘埃组成的旋臂,向外伸出,产生一种螺旋状的效果。太阳就坐落在银河系的一个旋臂上,并非位于星系盘所在的平面上,大约在其上方20光年处。
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1700874197 天文学家将星系中适宜生命存在的区域称为“宜居带”,这里距银河系中心既不太近,也不太远。太近,超新星爆发频繁,会破坏行星;太远,超新星爆发太少,生命产生所必需的更重的元素也就无法形成。
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1700874199 太阳连同其行星称作太阳系。它的形成是由于引力将银河系这片宜居带中的一大片松散、旋转的物质云团集聚在了一起。这个物质的云团从何而来?
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1700874201 你猜对了吗?由于地球上存在最重的自然元素——铀,因此我们可以推断,最初形成太阳系的原子云团,一定来自附近的某次超新星爆发,因为只有超新星爆发才能形成像铀这样的重元素。用拟人手法描述的话,这颗假想中的超新星就是我们的“老祖奶奶星”。
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1700874203 引力将物质云团拉得越来越紧密。大约100万年后,中心温度越来越高,氢原子开始发生核聚变,形成氦。太阳像恒星一样开始燃烧起来,当时的亮度比现在暗25%~30%。这一系列事件大约发生在45.68亿年前。
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1700874205 今天的太阳是一颗常见的中年恒星,其正式分类属于“黄矮星”。太阳看起来比其他恒星要大,是因为太阳离地球比离别的恒星近得多——平均只有1.5亿千米(9300万英里)。(地球绕太阳公转的轨道是椭圆形的,所以这个距离并不固定。)太阳光到达地球平均需要8分18秒,而距离我们最近的另一颗恒星的光到达地球,则需要4年多的时间。
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1700874207 月球是地球的卫星,本身不发光。月球反射太阳的光,反射的光从月球表面到达地球需1秒多一点。虽然月球比太阳小得多,但二者看上去大小差不多,这似乎有点奇怪。之所以这样,是因为太阳虽然比月球大400多倍,但是它离地球也比月亮远得多。
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1700874209 太阳燃烧自己,给整个太阳系输送能量。每秒钟,太阳把自身500万吨的物质转换成能量,以光的形式释放出来。太阳很大,已经以这样的速率燃烧了45.68亿年,未来燃料耗尽之前,差不多还能燃烧这么久。
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1700874211 在20亿年后,太阳的亮度会比现在高15%左右,而地球表面的温度,也会比现在高很多,大约相当于现在金星表面的温度。太阳之所以越来越热、越来越亮,是因为随着氢融合成氦,太阳核心的氦越来越多。氦比氢密度大,因此氦会施加更大的压力,使温度升高。更高的温度导致氢变成氦的核聚变反应加快,释放能量的速率也就加快,这使得太阳的亮度增加。
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1700874213 在30亿~40亿年的时间里,太阳将会耗尽上面的氢。接下来它会开始燃烧氦,并开始膨胀。其外层可能膨胀到地球轨道的位置。从现在起40亿~50亿年后,太阳会爆炸,喷射出碳原子,坍缩成一颗白矮星。再往后,它冷却成一颗黑矮星,不再释放能量。太阳体积不够大,不会成为超新星。
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1700874215 行星的形成
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1700874217 太阳和它的行星几乎是同时形成的,这发生在约45.68亿年前。旋转的云团中,并非所有物质都陷入中心形成了太阳,大约有1‰的物质,继续在一个圆盘里绕着正在形成的太阳旋转。为什么太阳的引力没有把它们都吸引过去呢?没有人能给出完善的答案。或许是旋转的圆盘的惯性,有驱使物质远离中心的倾向吧。
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1700874219 太阳开始燃烧后,会释放出辐射和粒子,就像风一样,这种现象叫作“恒星风”,也叫“金牛座T型风”。恒星风将气体云从内部的微星(婴儿期的行星)周围吹开,最终形成了太阳系内部的4颗岩态行星,从太阳向外依次排列为:水星、金星、地球和火星。4颗行星形成后,绕太阳公转,引力将附近的物质吸引过来,这样就把轨道附近的物质清理干净了。天文学家称这个过程为“吸积”:大块物质与行星相撞,随后与之聚集在一起,使行星体积不断增大。接下来的时间里,行星继续“吸积”,但速度比形成阶段慢了许多。
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1700874221 太阳系外围的温度始终低于靠近内部的部分,这使得更轻的化学元素可以凝结在一起。最终,太阳系外围出现4颗大的气态行星:木星、土星、天王星和海王星。虽然这4颗行星大部分是由冰冻气体构成的,但它们都有较重元素构成的核。
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1700874223 从1930年被首次发现,直到2006年,冥王星一直被看作太阳系的第9颗行星。但是,现在人们将它视作矮行星,它的体积太小,无法清理掉其他天体碎片而形成自身的轨道——这一点被视作真正的行星的标准。冥王星的体积仅是地球的卫星——月球的2/3。
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1700874228 太阳系
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1700874230 从左向右数,地球是距离太阳第三远的行星。除了天王星之外,其他行星的自转轴差不多都是垂直的。这幅图不是按比例绘制的。
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