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天文爱好者

_3 朱进主编(现代)
但在你认定那个理论正确而打算去寻找它们之前,你因该知道两件事。首先,虫洞几乎可以肯定不存在。正如我们上面我们说到白洞时,只因为它们是方程组有效的数学解并不表明它们在自然中存在。特别的,当黑洞由普通物质坍塌形成(包括我们认为存在的所有黑洞)并不会形成虫洞。如果你掉进其中的一个,你并不会从什么地方跳出来。你会撞到奇点,那是你唯一可去的地方。
还有,即使形成了一个虫洞,它也被认为是不稳定的。即使是很小的扰动(包括你尝试穿过它的扰动)都会导致它坍塌。
最后,即使虫洞存在并且是稳定的,穿过它们也是十分不愉快的。贯穿虫洞的辐射(来自附近的恒星,宇宙的微波背景等等)将蓝移到非常高的频率。当你试着穿越虫洞时,你将被这些X射线和伽玛射线烤焦。虫洞的出现,几乎何以说是和黑洞同时的。
物 理 学 家 一 直 认 为 , 虫 洞 的 引 力 过 大 , 会 毁 灭 所 有 进 入 它 的 东 西 , 因 此 不 可 能 用 在 宇 宙 旅 行 之 上 。
黑洞和黑洞之间也可以通过虫洞连接,当然,这种连接无论是如何的将强,它还是仅仅是一个连通的“宇宙监狱”。
虫洞不仅可以作为一个连接洞的工具,它还开宇宙的正常时空中出现,成为一个突然出现在宇宙中的超空间管道。
虫洞没有视界,踏有的仅仅是一个和外界的分解面。虫洞通过这个分解面和超空间连接,但是在这里时空曲率不是无限大。就好比在一个在平面中一条曲线和另一条曲线相切,在虫洞的问题中,它就好比是一个四维管道和一个三维的空间相切,在这里时空曲率不是无限大。因而我们现在可以安全地通过虫洞,而不被巨大的引力所摧毁。
虫洞的存在,依赖于一种奇异的性质和物质,而这种奇异的性质,就是负能量。只有负能量才可以维持虫洞的存在,保持虫洞与外界时空的分解面持续打开。
根据参照系的不同,负能量是十分容易实现的。在物体以近光速接近虫洞的时候,在虫洞的周围的能量自然就成为了负的。因而以接近光速的速度可以进入虫洞,而速度离光速太大,那么物体是无论如何也不可能进入虫洞的。这个也就是虫洞的特殊性质之一。
我们先来看在黑洞中的虫洞,也就是史瓦西喉和奇点周围形成的子宇宙。
黑洞周围的量子真空涨落在黑洞巨大引力的作用下,会被黑洞的引力能“喂”大,成为十分的能量辐射。这种能量会毫不留情地将一切形式的虫洞摧毁。
在没有黑洞包围的虫洞中,由于同样的没有黑洞巨大引力的“喂养”,虫洞本身也不可能开启太久。虫洞有很大几率被随机打开,但是有更大的几率突然消失。虫洞打开的时间十分短,仅仅是几个普朗克时间。在如此短的“寿命”中,即使是光也不可能走完虫洞的一半旅途,而在半路由于虫洞的消失而在整个时空中消失,成为真正的四维时空组旅行者。
而且,在没有物体通过虫洞的时候,虫洞还比较“长寿”,而一旦有物体进入了虫洞,如果这个物体是负能量的,那么还好,虫洞会被撑开;但是如果物体是正能量的,那么虫洞会在自己“自然死亡”以前就“灭亡”掉。而在宇宙中,几乎无时无刻不存在能量辐射通过宇宙的每一个角落,而这些辐射都是正能量的,因此几乎可以肯定,在自然情况下是不存在虫洞的。
虫洞的自然生产机制
虫洞的自然产生机制有两种:
其一,是黑洞的强大引力能;
其二,是克尔黑洞的快速旋转,其伦斯??梯林效应将黑洞周围的能层中的时空撕开一些小口子。这些小口子在引力能和旋转能的作用下被击穿,成为一些十分小的虫洞。这些虫洞在黑洞引力能的作用下,可以确定它们的出口在那里,但是现在还不可能完全完成,因为量子理论和相对论还没有完全结合。
个人假设
I、虫洞像河流,通过的物体像船,船顺河而下;
虫洞体像一个圆柱形磁铁,强力的类磁力线在入口处将通过的物体分解,以波的形式在柱心管道运行,在出口处还原。通过的物体类似一个障碍,造成波的某一部分形变,然后这个形变推移到出口。
可能还涉及到横波、纵波,波的反射、折射、衍射,物质的不均匀、空间的不规则,如同水中气泡般的宇宙空洞。
虫洞: 旅行家的天堂还是探险者的地狱?
一. 星空,最后的前沿
探索星空是人类一个恒久的梦想。 在晴朗的夜晚, 每当我们仰起头来, 就会看到满天的繁星。 自古以来, 星空以它无与伦比的浩瀚、 深邃、 美丽及神秘激起着人类无数的遐想。 著名的美国科幻电视连续剧《星际旅行》 (Star Trek) 中有这样一句简短却意味无穷的题记: 星空, 最后的前沿 (Space, the final frontier)[注一]。 当我第一次观看这个电视连续剧的时候, 这句用一种带有磁性的话外音念出的题记给我留下了令人神往的印象。
在远古的时候, 人类探索星空的方式是肉眼, 后来开始用望远镜, 但人类迈向星空的第一步则是在一九五七年。 那一年, 人类发射的第一个航天器终于飞出了我们这个蓝色星球的大气层。 十二年后, 人类把足迹留在了月球上。 三年之后, 人类向外太阳系发射了先驱者十号深空探测器。 一九八三年, 先驱者十号飞离了海王星轨道, 成为人类发射的第一个飞离太阳系的航天器[注二]。
从人类发射第一个航天器以来, 短短二十几年的时间里, 齐奥尔科夫斯基所预言的 “人类首先将小心翼翼地穿过大气层, 然后再去征服太阳周围的整个空间” 就成为了现实, 人类探索星空的步履不可谓不迅速。 但是, 相对于无尽的星空而言, 这种步履依然太过缓慢。 率先飞出太阳系的先驱者十号如今正在一片冷寂的空间中滑行着, 在满天的繁星之中, 要经过多少年它才能飞临下一颗恒星呢? 答案是两百万年! 那时它将飞临距离我们六十八光年的金牛座 (Taurus)[注三]。 六十八光年的距离相对于地球上的任何尺度来说都是极其巨大的, 但是相对于远在三万光年之外的银河系中心, 远在两百二十万光年之外的仙女座大星云, 远在六千万光年之外的室女座星系团, 以及更为遥远的其它天体来说无疑是微不足道的。 人类的好奇心是没有边界的, 可是即便人类航天器的速度再快上许多倍, 甚至接近物理速度的上限 - 光速, 用星际空间的距离来衡量依然是极其缓慢的。
那么, 有没有什么办法可以让航天器以某种方式变相地突破速度上限, 从而能够在很短的时间内跨越那些近乎无限的遥远距离呢? 科幻小说家们率先展开了想象的翅膀。
二. 旅行家的天堂
一九八五年, 美国康乃尔大学 (Cornell University) 的著名行星天文学家卡尔 ? 萨根 (Carl Sagan) 写了一部科幻小说, 叫做《接触》 (Contact)。 萨根对探索地球以外的智慧生物有着浓厚的兴趣, 他客串科幻小说家的目的之一是要为寻找外星智慧生物的 SETI 计划筹集资金。 他的这部小说后来被拍成了电影, 为他赢得了广泛的知名度。
萨根在他的小说中叙述了一个动人的故事: 一位名叫艾丽 (Ellie) 的女科学家收到了一串来自外星球智慧生物的电波信号。 经过研究, 她发现这串信号包含了建造一台特殊设备的方法, 那台设备可以让人类与信号的发送者会面。 经过努力, 艾丽与同事成功地建造起了这台设备, 并通过这台设备跨越了遥远的星际空间与外星球智慧生物实现了第一次接触。
但是, 艾丽与同事按照外星球智慧生物提供的方法建造出的设备究竟利用了什么方式让旅行者跨越遥远的星际空间的呢? 这是萨根需要大胆 “幻想” 的地方。 他最初的设想是利用黑洞。 但是萨根毕竟不是普通的科幻小说家, 他的科学背景使他希望自己的科幻小说尽可能地不与已知的物理学定律相矛盾。 于是他给自己的老朋友, 加州理工大学 (California Institute of Technology) 的索恩 (Kip S. Thorne) 教授打了一个电话。 索恩是研究引力理论的专家, 萨根请他为自己的设想做一下技术评估。 索恩经过思考及粗略的计算, 很快告诉萨根黑洞是无法作为星际旅行的工具的, 他建议萨根使用虫洞 (wormhole) 这个概念。 据我所知, 这是虫洞这一名词第一次进入科幻小说中[注四]。 在那之后, 各种科幻小说、 电影、 及电视连续剧相继采用了这一名词, 虫洞逐渐成为了科幻故事中的标准术语。 这是科幻小说家与物理学家的一次小小交流结出的果实。
萨根与索恩的交流不仅为科幻小说带来了一个全新的术语, 也为物理学开创了一个新的研究领域。 在物理学中, 虫洞这一概念最早是由米斯纳 (C. W. Misner) 与惠勒 (J. A. Wheeler) 于一九五七年提出的, 与人类发射第一个航天器恰好是同一年。 那么究竟什么是虫洞? 它又为什么会被科幻小说家视为星际旅行的工具呢? 让我们用一个简单的例子来说明: 大家知道, 在一个苹果的表面上从一个点到另一个点需要走一条弧线, 但如果有一条蛀虫在这两个点之间蛀出了一个虫洞, 通过虫洞就可以在这两个点之间走直线, 这显然要比原先的弧线来得近。 把这个类比从二维的苹果表面推广到三维的物理空间, 就是物理学家们所说的虫洞, 而虫洞可以在两点之间形成快捷路径的特点正是科幻小说家们喜爱虫洞的原因[注五]。 只要存在合适的虫洞, 无论多么遥远的地方都有可能变得近在咫尺, 星际旅行家们将不再受制于空间距离的遥远。 在一些科幻故事中, 技术水平高度发达的文明世界利用虫洞进行星际旅行就像今天的我们利用高速公路在城镇间旅行一样。 在著名的美国科幻电影及电视连续剧《星之门》 (Stargate) 中人类利用外星文明留在地球上的一台被称为 “星之门” 的设备可以与其它许多遥远星球上的 “星之门” 建立虫洞连接, 从而能够几乎瞬时地把人和设备送到那些遥远的星球上。 虫洞成为了科幻故事中星际旅行家的天堂。
不过米斯纳与惠勒所提出的虫洞是极其微小的, 并且在极短的时间内就会消失, 无法成为星际旅行的通道。 萨根的小说发表之后, 索恩对虫洞产生了浓厚的兴趣, 并和他的学生莫里斯 (Mike Morris) 开始对虫洞作深入的研究。 与米斯纳和惠勒不同的是, 索恩感兴趣的是可以作为星际旅行通道的虫洞, 这种虫洞被称为可穿越虫洞 (traversable wormhole)。
三. 负能量物质
那么什么样的虫洞能成为可穿越虫洞呢? 一个首要的条件就是它必须存在足够长的时间, 不能够没等星际旅行家穿越就先消失。 因此可穿越虫洞首先必须是足够稳定的。 一个虫洞怎样才可以稳定存在呢? 索恩和莫里斯经过研究发现了一个不太妙的结果, 那就是在虫洞中必须存在某种能量为负的奇特物质! 为什么会有这样的结论呢? 那是因为物质进入虫洞时是向内汇聚的, 而离开虫洞时则是向外飞散的, 这种由汇聚变成飞散的过程意味着在虫洞的深处存在着某种排斥作用。 由于普通物质的引力只能产生汇聚作用, 只有负能量物质才能够产生这种排斥作用。 因此, 要想让虫洞成为星际旅行的通道, 必须要有负能量的物质。 索恩和莫里斯的这一结果是人们对可穿越虫洞进行研究的起点。
索恩和莫里斯的结果为什么不太妙呢? 因为人们在宏观世界里从未观测到任何负能量的物质。 事实上, 在物理学中人们通常把真空的能量定为零。 所谓真空就是一无所有, 而负能量意味着比一无所有的真空具有 “更少” 的物质, 这在经典物理学中是近乎于自相矛盾的说法。
但是许多经典物理学做不到的事情在二十世纪初随着量子理论的发展却变成了可能。 负能量的存在很幸运地正是其中一个例子。 在量子理论中, 真空不再是一无所有, 它具有极为复杂的结构, 每时每刻都有大量的虚粒子对产生和湮灭。 一九四八年, 荷兰物理学家卡什米尔 (Hendrik Casimir) 研究了真空中两个平行导体板之间的这种虚粒子态, 结果发现它们比普通的真空具有更少的能量, 这表明在这两个平行导体板之间出现了负的能量密度! 在此基础上他发现在这样的一对平行导体板之间存在一种微弱的相互作用。 他的这一发现被称为卡什米尔效应。 将近半个世纪后的一九九七年, 物理学家们在实验上证实了这种微弱的相互作用, 从而间接地为负能量的存在提供了证据。 除了卡什米尔效应外, 二十世纪七八十年代以来, 物理学家在其它一些研究领域也先后发现了负能量的存在。
因此, 种种令人兴奋的研究都表明, 宇宙中看来的确是存在负能量物质的。 但不幸的是, 迄今所知的所有这些负能量物质都是由量子效应产生的, 因而数量极其微小。 以卡什米尔效应为例, 倘若平行板的间距为一米, 它所产生的负能量的密度相当于在每十亿亿立方米的体积内才有一个 (负质量的) 基本粒子! 而且间距越大负能量的密度就越小。 其它量子效应所产生的负能量密度也大致相仿。 因此在任何宏观尺度上由量子效应产生的负能量都是微乎其微的。
另一方面, 物理学家们对维持一个可穿越虫洞所需要的负能量物质的数量也做了估算, 结果发现虫洞的半径越大, 所需要的负能量物质就越多。 具体地说, 为了维持一个半径为一公里的虫洞所需要的负能量物质的数量相当于整个太阳系的质量。
如果说负能量物质的存在给利用虫洞进行星际旅行带来了一丝希望, 那么这些更具体的研究结果则给这种希望泼上了一盆无情的冷水。 因为一方面迄今所知的所有产生负能量物质的效应都是量子效应, 所产生的负能量物质即使用微观尺度来衡量也是极其微小的。 另一方面维持任何宏观意义上的虫洞所需的负能量物质却是一个天文数字! 这两者之间的巨大鸿沟无疑给建造虫洞的前景蒙上了浓重的阴影。
四. 探险者的地狱
虽然数字看起来令人沮丧, 但是别忘了当我们讨论虫洞的时候, 我们是在讨论一个科幻的话题。 既然是讨论科幻的话题, 我们姑且把眼光放得乐观些。 即使我们自己没有能力建造虫洞, 或许宇宙间还存在其它文明生物有能力建造虫洞, 就象《星之门》的故事那样。 甚至, 即使谁也没有能力建造虫洞, 或许在浩瀚宇宙的某个角落里存在着天然的虫洞。 因此让我们姑且假设在未来的某一天人类真的建造或者发现了一个半径为一公里的虫洞。
我们是否就可以利用它来进行星际旅行了呢?
初看起来半径一公里的虫洞似乎足以满足星际旅行的要求了, 因为这样的半径在几何尺度上已经足以让相当规模的星际飞船通过了。 看过科幻电影的人可能对星际飞船穿越虫洞的特技处理留有深刻的印象。 从屏幕上看, 飞船周围充斥着由来自遥远天际的星光和幅射组成的无限绚丽的视觉幻象, 看上去飞船穿越的似乎是时空中的一条狭小的通道。
但实际情况远比这种幻想来得复杂。 事实上为了能让飞船及乘员安全地穿越虫洞, 几何半径的大小并不是星际旅行家所面临的主要问题。 按照广义相对论, 物质在通过象虫洞这样空间结构高度弯曲的区域, 会遇到一个十分棘手的问题, 那就是张力。 这是由于引力场在空间各处的分布不均匀所造成的, 它的一种大家熟悉的表现形式就是海洋中的潮汐。 由于这种张力的作用, 当星际飞船接近虫洞的时候, 飞船上的乘员会渐渐感觉到自己的身体在沿虫洞的方向上有被拉伸的感觉, 而在与之垂直的方向上则有被挤压的感觉。 这种感觉便是由虫洞引力场的不均匀造成的。 一开始, 这种张力只是使人稍有不适而已, 但随着飞船与虫洞的接近, 这种张力会迅速增加, 距离每缩小到十分一, 这种张力就会增加约一千倍。 当飞船距离虫洞还有一千公里的时候, 这种张力已经超出了人体所能承受的极限, 如果飞船到这时还不赶紧折回的话, 所有的乘员都将在致命的张力作用下丧命。 再往前飞一段距离, 飞船本身将在可怕的张力作用下解体, 而最终, 疯狂增加的张力将把已经成为碎片的飞船及乘员撕成一长串亚原子粒子。 从虫洞另一端飞出的就是这一长串早已无法分辨来源的亚原子粒子!
这就是星际探险者试图穿越半径为一公里的虫洞将会遭遇的结局。 半径一公里的虫洞不是旅行家的天堂, 而是探险者的地狱。
因此一个虫洞要成为可穿越虫洞, 一个很明显的进一步要求就是: 飞船及乘员在通过虫洞时所受到的张力必须很小。 计算表明, 这个要求只有在虫洞的半径极其巨大的情况下才能得到满足[注六]。 那么究竟要多大的虫洞才可以作为星际旅行的通道呢? 计算表明, 半径小于一光年的虫洞对飞船及乘员产生的张力足以破坏物质的原子结构, 这是任何坚固的飞船都无法经受的, 更遑论脆弱的飞船乘员了。 因此, 一个虫洞要成为可穿越虫洞, 其半径必须远远大于一光年。
一光年是个什么概念呢? 它相当于整个太阳系半径 (以冥王星轨道为界) 的一千五百多倍。 如果用地球的线度来衡量的话, 它大约是地球直径的七亿倍。 因此, 科幻电影《星之门》把虫洞的出入口建在地球及其它行星上是完全不可能的, 因为入口如此狭小的虫洞不仅无法让人安全穿越, 而且会把周围的一切在瞬息之间撕裂成亚原子粒子。 在萨根的故事中, 曾有人反对艾丽与同事把外星球智慧生物提供的蓝图付诸实施, 因为他们担心那有可能是一个用来毁灭地球的装置。 他们的担忧其实是很有道理的。
五. 从科幻到现实
但另一方面, 一光年用日常的距离来衡量虽然是一个巨大的线度, 用星际的距离来衡量, 却也不算惊人。 我们所在的银河系的线度大约是它的十万倍, 假如在银河系与两百二十万光年外的仙女座大星云之间存在一个虫洞的话, 从线度上讲它只不过是一个非常细小的通道。 那么会不会在我们周围的星际空间中真的存在这样的通道, 只不过还未被我们发现呢? 答案是否定的。 因为半径为一光年的虫洞真正惊人的地方不在于它的线度, 而在于维持它所需的负能量物质的数量。 计算表明, 维持这样一个虫洞所需的负能量物质的数量相当于整个银河系中所有发光星体质量总和的一百倍! 这样的虫洞产生的引力效应将远比整个银河系的引力效应更为显著, 如果在我们附近的星际空间中存在这种虫洞的话, 周围几百万光年内的物质运动都将受到显著的影响, 我们早就从它的引力场中发现其踪迹了。
因此不仅在地球上不可能建造可穿越虫洞, 在我们附近的整个星际空间中都几乎不可能存在可穿越虫洞而未被发现。
这样看来, 我们只剩下一种可能性需要讨论了, 那就是在宇宙的其它遥远角落里是否有可能存在可穿越虫洞? 对于这个问题, 我们也许永远都无法确切地知道结果, 因为宇宙实在太大了。 但是维持可观测虫洞所需的数量近乎于天方夜谭的负能量物质几乎为我们提供了答案。 迄今为止, 人类从未在任何宏观尺度上发现过负能量物质, 所有产生负能量物质的实验方法利用的都是微弱的量子效应。 为了能够维持一个可穿越虫洞, 必须存在某种机制把量子效应所产生的微弱的负能量物质汇集起来, 达到足够的数量。 但是负能量物质可以被汇聚起来吗? 最近十几年来物理学家们在这方面做了一些理论研究, 结果表明由量子效应产生的负能量物质是不可能无限制地加以汇聚的。 负能量物质汇聚得越多, 它所能够存在的时间就会越短。 因此一个虫洞没有负能量物质是不稳定的, 负能量物质太多了也会不稳定! 那么到底什么样的虫洞才能够稳定的呢? 初步的计算表明, 只有线度比原子的线度还要小二十几个数量级的虫洞才是稳定的[注七]!
这一系列结果无疑是非常冷酷的, 如果这些结果成立的话, 存在可穿越虫洞的可能性就基本上被排除了, 所有那些美丽的科幻故事也就都成了镜花水月。 不过幸运 (或不幸) 的是, 上面所叙述的许多结果依据的是目前还比较前沿 - 因而相对来说也还比较不成熟 - 的物理理论。 未来的研究是否会从根本上动摇这些理论, 从而完全推翻我们上面介绍的许多结果, 还是一个未知数。 退一步讲, 即使那些物理理论基本成立, 上面所叙述的许多结果也只是从那些理论推出的近似结果或特例。 比方说, 许多结果假定了虫洞是球对称的, 而实际上虫洞完全可以是其它形状的, 不同形状的虫洞所要求的负能量物质的数量, 所产生张力的大小都是不同的。 所有这些都表明即使那些物理理论真的成立, 我们上面提到的结论也不见得是完全普遍的。 未来在这一领域中无疑会有更深入的探索, 或许那些新的探索会为我们带来有关可穿越虫洞的新的希望。
【星等】 [本章字数:6288 最新更新时间:2008-05-04 03:47:36.0]
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magnitude(英)
定义
通常即指“视星等”(恒星亮度单位),有时亦包含“绝对星等”(恒星光度单位之一)。
为了衡量星星的明暗程度,天文学家创造出了星等这个概念。它是表示天体相对亮度的数值,记为m。星等值越小,星星就越亮;星等的数值越大,它的光就越暗。
视星等
天体亮度测量直接得到的星等同天体的距离有关,称为视星等,它反映天体的视亮度。一颗很亮的星可以由于距离远而显得很暗;而一颗实际上很暗的星可能由于距离近而显得很亮。上面所说的是星星的视亮度,也就是看起来的亮度。视亮度用星等来表示。我们看到的那些最亮的星一般都定为1等星,正常视力的人用肉眼能够勉强看到的最暗的星定为6等星。天空中的亮星,可能真的是发光能力很强的恒星,但也可能只是因为它离我们特别近,才显得亮。相反,有些暗星也不一定真暗,尽管它们要通过望远镜才能观测到,但它们的发光能力可能极强,只是由于距离我们太远,看起来显得比较暗。
星等
夜空中繁星满布,有明亮的也有暗淡的。为了方便形容他们的光度,天文学家创立了星等(magnitude)用来表示星体光度。要留意,星等的数值越大,代表这颗星的亮度越暗。相反星等的数值越小,代表这颗星越亮。有些光亮的星,它的星等甚至是负数,如全天最亮的恒星--天狼星,它的亮度是-1.45等。人的眼睛在黑暗的地方,可以看到最暗的星是6等左右。
星星亮度的等级最早是由希腊天文学家依巴谷(Hipparchus)于公元二世纪时创立的,他把天上最亮的二十颗星定为1等星,再依光度不同分为2等星、3等星,如此类推到6等星。直到1850年英国天文学家扑逊(Pogson)加以订定其标准,他以光学仪器测定出星球的光度,制定每一星等间的亮度差为 2.512倍(基本上是定义1等星的亮度为6等星的100倍,而其五次方根为2.512,即是(2.512)5=100)。而比一等星还亮的星是0等;再亮的则用负数表示,如-1,-2,-3等。
事实上,星等是分为两种的:目视星等(visual magnitude)及绝对星等(absolute visual magnitude)。
目视星等?是指我们用肉眼所看到的星等。看来不突出的、不明亮的恒星,并不一定代表他们的发光本领差。道理十分简单:我们所看到恒星视亮度,除了与恒星本生所辐射光度有关外,距离的远近也十分重要。同样亮度的星球距离我们比较近的,看起来自然比较光亮。所以晦暗的星并不代表他比较光亮的星细小。
绝对星等?
由于目视星等并没有实际的物理学意义,于是天文学家制定了绝对星等来描述星体的实际发光本领。假想把星体放在距离10秒差距(即32.6光年,秒差距亦是天文学上常用的距离单位,1秒差距=3.26光年)远的地方,所观测到的视星等,就是绝对星等了。通常绝对星等以大写英文字母M表示。目视星等和绝对星等可用公式转换,公式如下:
M=m+5-5 log d
M为绝对星等; m为目视星等; d为距离
下列是一些我们熟悉的明亮星体光度:
星体 目视星等 绝对星等
太阳 -26.7 4.8
月球(满月) -13 不适用
金星(最亮时) -4.6 不适用
天狼星(全天最亮恒星) -1.45 1.43
织女星 0.03 0.5
牛郎星 0.77 2.19
请注意:水星、金星、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星、月球及彗星等太阳系内的天体,并不会自己发光的,他们是靠反射太阳的光线。
绝对星等
为了比较不同恒星的真实发光能力,应该把它们放在与我们距离相同的地方进行比较,就像赛跑必须站在同一起跑线上一样。恒星的这条“起跑线”定为10秒差距(10 pc),即32.62光年。规定恒星在这个标准距离处的亮度为它的绝对亮度,用绝对星等来表示。一个恒星的绝对星等是通过计算得出来的。太阳的视亮度是无与伦比的,但如果把它放到比现在远206万倍远的10秒差距处,它的绝对星等只有+4.75等,是一颗很暗的星星了。
发展历史
早在公元前2世纪,古希腊有一位天文学家叫喜帕恰斯Hipparchus),他在爱琴海的罗得岛上建起了观星台,他对恒星天空十分熟悉。一次,他在天蝎座中发现一颗陌生的星。凭他丰富的经验判断,这颗星不是行星,但是前人的记录中没有这颗星。这是什么天体呢?这就引出了这位细心的天文学家一个重要的思路。他决定绘制一份详细的恒星天空星图。经过顽强的努力,一份标有1000多颗恒星精确位置和亮度的恒星星图终于在他手中诞生了。为了清楚地反应出恒星的亮度,喜帕恰斯将恒星亮暗分成等级。他把看起来最亮的20颗恒星作为一等星,把眼睛看到最暗弱的恒星做为六等星。在这中间又分为二等星、三等星、四等星和五等星。
喜帕恰斯在2100多年前奠定的“星等”概念基础,一直沿用到今天。到了1850年,由于光度计在天体光度测量中的应用,英国天文学家普森(M.R.Pogson)把我们的肉眼看见的一等星到六等星做了比较,发现星等相差5等的亮度之比约为100倍。于是提出的衡量天体亮度的单位.一个星等间的亮度比规定为五次根下100即约2.512倍,一等星比二等星亮2.512倍,二等星比三等星亮2.512倍,依此类推。它是天体光度学的重要内容。当然,现在对天体光度的测量非常精确,星等自然也分得很精细,由于星等范围太小,又引入了负星等,来衡量极亮的天体,把比一等星还亮的定为零等星,比零等星还亮的定为-1等星,依此类推,同时,星等也用小数表示。星等又分视星等和绝对星等,视星等是地球上的观测者所见的天体的亮度,比如,太阳的视星等为-26.75等,满月为-12.6等,金星最亮时为-4.4等星,全天最亮的恒星天狼星为-1.45等星,老人星为-0.73等星,织女星为0.04等星,牛郎星为0.77等星。而绝对星等是在距天体10秒差距(32.6光年)处所看到的亮度,太阳的绝对星等为4.75等;热星等是测量恒星整个辐射,而不是只测量一部分可见光所得到的星等;单色星等是只测量电磁波谱中某些范围很窄的辐射而得的星等;窄频带星等是测量略宽一点的频段所得的星等;宽频带星等的测量范围更宽;人眼对黄色最敏感,因此目视星等也可称为黄星等。
在晴朗而又没有月亮的夜晚,出现在我们面前的恒星天空中,眼睛能直接看到的恒星约3000颗,整个天球能被眼睛直接看到的恒星约6000颗。当然,通过天文望远镜就会看到更多的恒星。中国目前最大的光学望远镜,物镜直径2.4米,装上特殊接收器,它可以观测到23-25等星。美国1990年4月24日发射的绕地球运行的哈勃太空望远镜,可以观测到28等星。
五十五颗最亮恒星表
中文名   英文名 所属星座 目视星等    与地球距离(光年) 绝对星等
1 天狼星 Sirius       大犬座    -1.45      8.6 1.45
2 老人星 Canopus      船底座    -0.73     80 -5.53
3 南门二 Rigel Kentaurus   半人马座   -0.10      4.3 4.20
4 大角星 Arcturus      牧夫座    -0.06     30 -0.30
5 织女星 Vega       天琴座     0.04      25 0.58
6 五车二 Capella      御夫座    0.08      40 0.48
7 参宿七 Rigel       猎户座    0.11      700 -6.69
8 南河三 Procyon      小犬座     0.35      11 2.70
9 水委一 Achernar    波江座     0.46      80 -2.77
10 马腹一 Hadar      半人马座    0.60      330 5.1
11 牛郎星 Altair       天鹰座     0.77      16 2.21
12 参宿四 Betelgeuse   猎户座     0.80   500 -5.13
(长周期不规则变星,0.2--1等,周期2000天)
13 毕宿五 Aldebaran     金牛座     0.85      60 -0.63
14 十字架二 Acrux      南十字座    0.90      450 -4.00
15 角宿一 Spica      室女座    0.96      350 -3.52
16 心宿二 Antares      天蝎座     1.00      500 -4.71
17 北河三 Pollux       双子座    1.15      35 1.09
18 北落师门 Fomalhaut    南鱼座     1.16      22 1.75
19 天津四 Deneb       天鹅座     1.25      1800 -8.73
20 十字架三 Mimosa      南十字座    1.26      500 -4.02
21 轩辕十四 Regulus     狮子座    1.35      70 -0.52
22 弧矢七 Adhara       大犬座    1.52      600
23 北河二 Castor       双子座    1.58      50 0.58
24 十字架一 Gacrux     南十字座   1.63      80
25 尾宿八 Shaula       天蝎座    1.63      300
26 参宿五 Bellatrix     猎户座    1.64      400 -2.72
27 五车五 Elnath       金牛座    1.65      130
28 南船二 Miaplacidus    船底座    1.68      50
29 参宿二 Alnilam      猎户座    1.70      1300
30 鹤一 Al Nair      天鹤座    1.74      70
31 参宿一 Alnitak      猎户座    1.76      1300
32 玉衡 Alioth       大熊座    1.77      60
32 天枢 Dubhe       大熊座    1.79      70
33 天社一 Regor       船帆座    1.78      1000
34 天船三 Mirfak       英仙座    1.79      500
35 天枢 Dubhe 大熊座 1.79 86
36 弧矢一 Wezen       大犬座    1.84      2800
37 箕宿三 Kaus Australis   人马座    1.85      120
38 海石一 Avior       船底座    1.86      80
39 摇光 Alkaid       大熊座    1.86      150
40 尾宿五 Sargas       天蝎座    1.87      200
41 五车三 Menkalinan     御夫座    1.90      60
42 轩辕十二 Algieba 狮子座 1.90 85
43 三角形三 Atria      南三角座   1.92      100
44 井宿三 Alhena       双子座    1.93      80
45 孔雀十一 Peacock     孔雀座    1.94      300
46 军市一 Mirzam       大犬座    1.98      700
47 星宿一 Alphard      长蛇座    1.98      110
48 娄宿三 Hamal       白羊座    2.00      70
50 斗宿四 Nunki       人马座    2.02      200
51 天社三 船帆座 2.02 65
52 土司空 Diphda       鲸鱼座    2.04       60
53 壁宿二 Alpheratz 仙女座 2.07 100
54 奎宿九 Mirach 仙女座 2.06 84
55 参宿六 Saiph 猎户座 2.06 2100
56 奎宿二 Diphda 仙女座 4.08
57天记          船帆座 2.21
天空中的星星
天空中有一等星20颗,二等星有46颗,三等星134颗,四等星共458颗,五等星有1476颗,六等星共4840颗,共计6974颗。
【维空间】 [本章字数:3555 最新更新时间:2008-05-04 02:53:12.0]
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【不同的维空间是怎样的?】
点是零维的,无参数
线是一维的,参数是点
面是二维的,参数是线
体是三维的,参数是面
以此类推,以体为参数构成的空间就是四维空间,通常理解为时间,从很多科幻小说中可以看到类似的说法。
那么以时间为参数构成的空间应该就是五维空间,在科幻中好像是要联系到黑洞、虫洞这些东西,比较难理解。
我们人类能够感知的只有四维了。
【其中的规律】
你有没有发现这个规律:
一维的东西能够容纳所谓的零维(直线是由点构成)
二维的东西能够容纳一维(纸上可以画条直线)
三维的东西能够容纳二维(盒子里放个纸片)
那么四维的东西就理所当然的容纳三维了。我们人体算三维的。我们的世界就是四维了,为什么是四维的呢?因为我们的世界有这样四个元素:长宽高和时间。
有没有五维的?就是说能够容纳我们世界的介质?那得看看我们这个世界的外面是什么了,这个宇宙的外面是什么了。
【维空间的起源】
一维、二维、三维空间最早源于数学概念研究。数学家们,想使度量能规范化、严格化、整体化、普适化,所以定义各种一维、二维、三维、四维空间与其它多维空间。
在其中生成了拓扑学分支,去看看最新的基础几何拓扑学,你会有很大的收获。如果,你看代数拓扑学书籍,则难度大又浪费时间。如果,你只是要了解,那么就看看介绍一维、二维、三维、四维空间与以上维空间的科普书籍就完全足够,也可速成。有时合适的科普书籍,介绍的理论容易懂又很深,一些专业书籍反而难度不够。
【高维模型的概念】
四维空间与以上,属于高维模型。
根据90年代提出的M理论(超弦理论的一种),宇宙是11维的,由震动的平面构成的。在爱因斯坦那里,宇宙只是4维的(3维空间和1维时间),现代物理学则认为还有7维空间我们看不见。科学家们对我们已认知的维与可能存在但未被认知的维之间的区别是如何解释的呢?他们打了一个比方:一只蚂蚁在一张纸上行走,它只能向右或向左,向前或向后走。对它来说高与低均无意义,这就是说,第3维的空间是存在的,但没有被蚂蚁所认识。同样,我们的世界是由4维构成的(3个空间维,1个时间维),但我们没有觉察到所有其他的维。根据物理学家的看法还应该有7个维。尽管有这么多的维,但这些维是看不见的,它们自身卷在了一起,被称为压缩的维。为了弄清这种看法,让我们再以蚂蚁为例展开我们的想像。我们可以设想一下,将蚂蚁在上面行走的那张纸卷起来,直到卷成一个圆筒形。如果蚂蚁沿着的纸壁走,最后它又会回到出发点,这就是压缩维的一个例子。如果能沿着著名的麦比乌斯带走,也会发生上述现象,当然,它是3维的,但如果沿着它走过,总是会回到出发点的。麦比乌斯带从维的角度讲是压缩的,按照物理学它有3个维,但谁在上面行走,都只能认知人一个维。这就有点像左图上的人:上行或者下行,但永远不会走到尽头。如果蚂蚁不是沿着纸筒弯曲的壁行走,它就永远不会返回到原出发点。这就是2维(或者说被我们所感知的那种维)的例子,沿着它一直走,就不可能返回到原来的出发点。
高维模型,分数学与物理两个概念。
在数学上,多维有很多模型。理论上,维数可以很高。模型很多。但是满足交换不变性质的很少,所以,有人认为四维空间是物理上限。但是,也有人认为会有更高维数物理。去思考,有益智力,因为只受到数学条件约束。
在物理上,多维有很多模型。理论上,维数不可以很高。为了解释,宇宙整体的有限无边的性质,必须引入多维,一般是四维时空(一对相对组成性质),也有一些其它有限可数的维数,可能在物理上成立的模型不多。去思考难度很大,因为要受到物理现象的约束
一:零维,一维,二维,三维。
零维度空间是一个点,无限小的点,不占任何空间,点就是零维空间。当无数点集合排列之后,形成了线,直线就是一维空间,无数的线构成了一个平面,平面就是二维空间。无数的平面并列构成了三维空间,也就是立体的空间
二:第四维:时间
三维的世界是静止的,当三维世界以时间为基准发生变化时,四维空间就产生了,如果把时间看作一根轴线,则这个轴线上的任意一个点,都是一个三维空间,也就是说无数个三维空间依据时间轴线集合,构成了四维空间。
在四维空间中,时间呈线性进行,虽然未来不可预测,但源头只有一个,将来也只有一个,不管下一秒将发生什么,即将发生的未来只有一个。
同样,忽略了三维属性后,我们将会发现,任意一个四维物体在时间轴上都表现为一条线段。
三:第五维:时间平面
假设无数的时间轴线集合起来,会构成什么呢?
一个时间平面。这个时间平面就是五维空间,它是由无数个四维空间根据某一轴线集合而成的。
但是,请不要问这条轴线的标准是什么,因为人类是一个四维的生命体,人类无法为一个我们人类根本观察不到的现象制订标准。
但是我们可以想象,一个五维空间的物体,应该是跨越不同时间轴线的。在任意一个时间轴线上,你只能观察到它的一部分。
四:时间轴线间的跳跃
假设说一个四维生命体想要跳跃到其他时间轴线上,那么它就必须先成为一个五维的生命体,很显然,在跳跃的过程中,它会同时出现在两条时间轴线上,这时它已符合了五维生命体的要求。
这个事实用另一句话来表述就是:在四维空间中,时间是线性的,方向和进程不可改变。只有在五维空间中,你可以改变时间的方向和进程。
所以:与其说你改变了历史,不如说你改变了自己当前所处的时间轴线。
五:无限与永恒
虽然人类可以想象出无限的概念,但是我们却无法看到五维世界是什么样子。虽然人类可以明白永恒的概念,可我们却无法创造出一个永恒的事物。
六: 怎样寻找更多维的空间?
空间是无限维的,但是我们怎么样才能寻找到概念上多维空间呢?用你的大脑去想一下:
以"维"作为空间的参照标准,我们可以想像得到,一维空间是一条无限长的直线。
二维空间,我们可以想像得到,第二条维是与第一条维相垂直的直线,在纸上我们就可以画出,而且再也无法找到第三条与这两条垂直的直线,这就是一个平面。
三维空间,也就是我们现在的空间,很容易看出,其实还有一条线可以与前两条线相垂直,那就是第三条维。
第四维空间,我们就很容易理解了,只要再找到一条与前面那三条直线相垂直的直线,那就是第四维了。
但是我们根本不可能找到第四条与之垂直的直线,就像在纸上无法找到第三条垂直的直线一样,我们的思维因我们所存在的空间而被蒙蔽了!如果真能找到,那以此类推,第五维就是五条相垂直的直线,第六维就是……
所以,不要被现实所蒙蔽,因为我们无法看到的东西,还有很多……
这里我给你们一点思路,和你们做个有趣的实验:
请先拿出一张纸,在纸上画两条相互垂直的直线(也就是一个"十"字,写大点),试着在纸上画出第三条与这两条相垂直的直线.
怎么样?画不出吧?
从纸上看,我们无法画出第三条垂直的直线,因为我们把纸当成了平面,平面只有两条维,就是我们现在画的那两条相垂直的直线.
当我们把纸当成一个实体,就可以发现了:第三条维其实是穿透这张纸,与纸的平面垂直的.
我们来试一下:看准那两条垂直线的交叉点,用一根笔芯或一根针,穿过这个中心点,并且放正.再来看一下这根针,是不是同时与那两条直线相垂直了?
没错!这就是第三维,在纸上永远不可能画出的第三维!
我们再来看一下这张纸,发现纸上的第三维就是一个点,不管这根针有多长,在纸上立着的也就一个点.
吸取前面的教训,我们能不能找到第四维呢?
猜想:
如果第三维在二维空间中是一个点,那可想而知,第四维在三维空间也是一个点.如果四维空间中的东西有无限大,那么这个点的密度也就是无限大,唯一的解释就是:能通往第四维空间乃至更多维空间的只有黑洞!
【星云和星团新总表】 [本章字数:25826 最新更新时间:2008-05-04 03:51:31.0]
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星云和星团新总表(NGC,全名为New General Catalogue)是业余天文学中最广为人知的深空天体目录之一。它包括了近8000个天体,这些天体被称为NGC天体。NGC是最全面的目录列表之一,它包括了所有类型的深空天体(并非只包括星系)。
该列表最初由J. L. E. Dreyer在威廉?赫歇耳观测的基础上于1880年代制作出,随后,它增加了两个目录列表的内容(IC I & IC II),令列表一下增加了将近5000个天体。
位于南天的天体的分类并不完善,但它们中的大多数都被约翰?赫歇耳观测过。NGC内也有很多错误,但它们中的大部分已经被RNGC改正。
补充:此表后面接着 星云和星团新总表(2)
列表
1─99
NGC 1 ─ 这是一个漩涡星系,在飞马座
NGC 2 ─ 这是一个漩涡星系,在飞马座
NGC 3 ─ 这是一个星系,在双鱼座
NGC 4 ─ 这是一个非常黯淡的星系,在双鱼座
NGC 5 ─ 这是一个椭圆星系,在仙女座
NGC 6 ─ 这是一个星系,在仙女座,同时亦是NGC 20
NGC 7 ─ 这是一个漩涡星系,在玉夫座
NGC 8 ─ 这是一个双星,在飞马座
NGC 9 ─ 这是一个罕有的漩涡星系,在飞马座
NGC 10 ─ 这是一个漩涡星系,在玉夫座
NGC 11 ─ 这是一个漩涡星系,在仙女座
NGC 12 ─ 这是一个漩涡星系,在双鱼座
NGC 13 ─ 这是一个星系,在仙女座
NGC 14 ─ 这是一个星系,在飞马座
NGC 15 ─ 这是一个漩涡星系,在飞马座
NGC 16 ─ 这是一个漩涡星系,在飞马座
NGC 17 ─ 这是一个星系,在鲸鱼座,同时亦是NGC 34
NGC 18 ─ 这是一个双星,在飞马座
NGC 19 ─ 这是一个漩涡星系,在仙女座
NGC 20 ─ 参见NGC 6
NGC 21 ─ 这是一个漩涡星系,在仙女座,同时亦是NGC 29
NGC 22 ─ 这是一个漩涡星系,在飞马座
NGC 23 ─ 这是一个漩涡星系,在飞马座
NGC 24 ─ 这是一个漩涡星系,在玉夫座
NGC 25 ─ 这是一个星系,在凤凰座
NGC 26 ─ 这是一个漩涡星系,在飞马座
NGC 27 ─ 这是一个漩涡星系,在仙女座
NGC 28 ─ 这是一个椭圆星系,在凤凰座
NGC 29 ─ 参见NGC 21
NGC 30 ─ 这是一个双星,在飞马座
NGC 31 ─ 这是一个漩涡星系,在凤凰座
NGC 32 ─ 这是一个恒星,在飞马座
NGC 33 ─ 这是一个双星,在双鱼座
NGC 34 ─ 参见NGC 17
NGC 35 ─ 这是一个星系,在鲸鱼座
NGC 36 ─ 这是一个漩涡星系,在双鱼座
NGC 37 ─ 这是一个星系,在凤凰座
NGC 38 ─ 这是一个星系,在双鱼座
NGC 39 ─ 这是一个漩涡星系,在仙女座
NGC 40 ─ 这是一个行星状星云
NGC 41 ─ 这是一个星系,在飞马座
NGC 42 ─ 这是一个星系,在飞马座
NGC 43 ─ 这是一个星系,在仙女座
NGC 44 ─ 这是一个双星,在仙女座
NGC 45 ─ 这是一个漩涡星系,在鲸鱼座
NGC 46 ─ 这是一个恒星,在双鱼座
NGC 47 ─ 这是一个漩涡星系,在鲸鱼座,同时亦是NGC 58
NGC 48 ─ 这是一个漩涡星系,在仙女座
NGC 49 ─ 这是一个星系,在仙女座
NGC 50 ─ 这是一个星系,在鲸鱼座
NGC 51 ─ 这是一个星系,在仙女座
NGC 52 ─ 这是一个漩涡星系,在飞马座
NGC 53 ─ 这是一个星系,在杜鹃座
NGC 54 ─ 这是一个漩涡星系,在鲸鱼座
NGC 55 ─ 这是一个漩涡星系,在玉夫座
NGC 56 ─ 不存在(错误标识)
NGC 57 ─ 这是一个椭圆星系,在双鱼座
NGC 58 ─ 参见NGC 47
NGC 59 ─ 这是一个漩涡星系,在鲸鱼座
NGC 60 ─ 这是一个漩涡星系,在双鱼座
NGC 61 ─ 这是一个星系,在双鱼座
NGC 62 ─ 这是一个星系,在鲸鱼座
NGC 63 ─ 这是一个漩涡星系,在双鱼座
NGC 64 ─ 这是一个漩涡星系,在鲸鱼座
NGC 65 ─ 这是一个星系,在鲸鱼座
NGC 66 ─ 这是一个漩涡星系,在鲸鱼座
NGC 67 ─ 这是一个椭圆星系,在仙女座
NGC 68 ─ 这是一个星系,在仙女座
NGC 69 ─ 这是一个星系,在仙女座
NGC 70 ─ 这是一个漩涡星系,在仙女座
NGC 71 ─ 这是一个星系,在仙女座
NGC 72 ─ 这是一个漩涡星系,在仙女座
NGC 73 ─ 这是一个漩涡星系,在鲸鱼座
NGC 74 ─ 这是一个星系,在仙女座
NGC 75 ─ 这是一个星系,在双鱼座
NGC 76 ─ 这是一个星系,在仙女座
NGC 77 ─ 这是一个星系,在鲸鱼座
NGC 78 ─ 这是一个漩涡星系,在双鱼座
NGC 79 ─ 这是一个星系,在仙女座
NGC 80 ─ 这是一个星系,在仙女座
NGC 81 ─ 这是一个星系,在仙女座
NGC 82 ─ 这是一个恒星,在仙女座
NGC 83 ─ 这是一个椭圆星系,在仙女座
NGC 84 ─ 这是一个恒星,在仙女座
NGC 85 ─ 这是一个星系,在仙女座
NGC 86 ─ 这是一个星系,在仙女座
NGC 87 ─ 这是一个星系,在凤凰座,是Robert's Quartet的一部分
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