宇宙中有哪些超出常人想像的現象?

問題描述:子問題:地球上有哪些超出常人想像的現象? - 自然 宇宙實在太難想像了……對於我們一般人來說。但是很多人還是非常有好奇心的。 例如二維世界無法想像三維世界能把一張平面的紙捲起來,中間弄個洞,對二維世界來說就是蟲洞啦~好像四維也能這么對三維世界弄蟲洞……
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魔小言:

1、光速。
即使你站在我的對面,你看到的我也不是當時的我,當你抬起頭,看到的是八分鐘前的太陽,一百年前的北斗七星,250萬年前的仙女座大星系……所以當你一個人在夜晚45度仰望星空時,看到的不是恐懼,也不是寂寞,而是滿滿的宇宙的歷史。

2、尺度。
宇宙中最讓人沮喪的是尺度,上面答案中有很多有趣的對比。宇宙中最讓人欣慰的也是尺度。

目前飛得最遠的是旅行者1號,不過是100多億公里;飛得最快的是新視野號,剛剛造訪冥王星。
這是太陽系的尺寸,過一個刻度擴大十倍,最小單位為一個日地距離。
人類在太陽系的影響力也不過是汪洋大海之一滴水。

不過大尺度有大尺度的好處,可以遠離比如致命的超新星爆炸,也就是恆星的死亡。如果離地球很近,滅掉地球分分鐘的事情。

比如距離地球約7500光年外的船底η星雲。這里有一顆質量至少是太陽的90倍的恆星,它可能將終結地球上的生命。船底η星雲是一個即將結束中央核聚變的天體,發生超新星爆發後可對周圍時空產生影響,船底η也被稱為海山二,距離我們7500光年,這個距離是非常近的,正處於發生超新星爆發的邊緣。

3、能力。
人類的科技日新月異超出普通人的想像,不過也就僅僅是登陸過月球,造訪過金星火星土衛六。
人們認為地球是中心,後來認為太陽是中心,再後來認為銀河是中心,再後來發現了地球的大表哥:超級地球。

月球上看地球

土星附近看地球

海王星附近看地球

4、當然最最難想像的是時間空間之外,因為沒有意義。

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有人問我推薦一些好看的紀錄片,就貼在這里吧,供大家參考。

以下兩部是比較短的,都是一集,各有特色,我比較喜歡第一部。
1、旅行到宇宙邊緣,Journey to the Edge of the Universe (2008)
2、宇宙之旅,Cosmic Voyage (1996)

3、宇宙的構造,The Fabric of the Cosmos: What is Space (2011)
Brian Greene做主線講解。空間,時間,量子躍遷,單宇宙或多宇宙,共四集。

4、與霍金一起了解宇宙 Into the Universe with Stephen Hawking (2010)
Stephen Hawking做主線。外星人,時間旅行,一切的故事,共三集。記得最後一集應該比較長。

5、了解宇宙是如何運行的 How the Universe Works Season 1 (2010)
這個比較長,共八集,分別是:恆星,黑洞,大霹靂,星系,太陽系,行星,衛星,超新星。

6、行星旅行指南 A Traveler’s Guide To The Planets Season 1(2010)
這個也比較長,共六集。金星與水星,火星,木星,土星,海王星與天王星,冥王星及其外太空。
這個我下載的資源,字幕的時間不對,一直也沒找到對的,注意一下這個問題。

7、宇宙之美,HDScape StarGaze HD Universal Beauty (2008)
這個就是純哈勃圖片集合了,喜歡的最好找高清的觀看,連在大屏電視上效果更佳。

8、與摩根弗里曼一起穿越蟲洞,Through The Wormhole(2010)
這個就更長了,有四季之多。

除此之外還有很多,不過我感覺看完以上幾部應該會對宇宙有一個比較詳細的了解了。

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圖片資訊:
第一張圖片出自天文攝影師Randy Halverson之手,他拍攝了絕美的「仰望天河」系列。
https://500px.com/dakotalapse
《Plains Milky Way》【MV】輕音樂
-Plains Milky Way-高清MV線上播放

月球上回望地球出自阿波羅登月

土星附近回望地球出自卡西尼號

海王星附近回望地球出自旅行者1號

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1、關於超級地球:
傳送門:


Mandelbrot:

你有沒有想過宇宙為什麼是黑色的?這個簡單的問題里其實隱藏著你意料之外的宇宙秘密。

18世紀,德國天文學家海因里希·奧伯斯提出了著名的奧伯斯佯謬:假如宇宙是穩定而且無限的,而且有無數的發光星體,那麼無論望向天空的哪一個位置,都應該看到一顆星體,夜空就應該是完全明亮的。

著名作家埃德加 愛倫 坡也提出了類似的想法:

星星是連續不盡的,然後背景的天空將呈現一致的光亮,就像銀河所顯示的——因為不會有絕對的點,在那所有的背景中,星星將不復存在。因此,在那些,在這樣的事態下,唯一的模式,我們可以體會到我們的望遠鏡在無數的方向上發現空隙,將假設無形的背景,因為距離的遙遠,光芒從未能到達我們。

對於這個問題,奧伯斯自己的解釋是,宇宙中存在氣體和塵埃,阻擋了光線,所以不是所有星星的光都能到達地球(和下面評論區的一些看法一樣)。但是,這不是一個有效的解釋。氣體和塵埃吸收了能量以後,會以電磁波的形式輻射出能量。在無限星體和無限空間的前提下,這些輻射還是會讓宇宙變得明亮。

然而,夜空,或者說太空是黑色的。至少說明1)宇宙中沒有無限的星體,或者2)宇宙不是永恆的。宇宙空間可能是無限的,但是有星體的地方卻只是我們周圍有限的空間。這樣,如果你看的足夠遠,你就會看到沒有星體的黑暗虛空。用於描述宇宙大霹靂的暴漲理論表明,宇宙空間各處密度是均衡的;宇宙的幾何結構是平坦的。這意味著1)宇宙是一個無限的空間,2)宇宙中有無限的星體。而對宇宙的觀察也表明,這很可能是正確的。

那麼太空的黑暗是不是因為宇宙的年齡是有限的呢?宇宙從大霹靂到現在大約137億年。那麼距離我們137億光年以外的星體發出的光還在路上,沒有到達我們。也許如果我們等得足夠久,它們的光就會到達地球,讓我們的夜空亮如白晝。然而,這也是不可能的,這是因為宇宙空間每一處都在膨脹。
圖片來自 www.timeone.ca

空間膨脹是均勻的,就是說每一處膨脹的速度是一樣的,但是膨脹的效果是疊加的。從上圖可以看出,距離我們(點B)越遠的地方,離我們的距離增加的越多。這個疊加效果是驚人的。不難算出,離我們足夠遠的地方,空間遠離我們的速度超過了光速。你沒有看錯,我是說超過了光速。相對論告訴我們任何物體都不能以超過光速的速度在空間中運動,但是沒有說空間本身不能超過光速。這個事實的後果是:在這部分空間里的星體發出的光永遠不能到達我們。我們等得再久,夜空也不會亮如白晝

由於空間的膨脹,我們的可視宇宙範圍也在膨脹。現在的可視宇宙半徑也是大於137億光年的(466億光年)。隨著空間膨脹,我們可以看到的宇宙範圍也在增大。但是,邊界之外的宇宙也在以更快的速度遠離。大部分的宇宙我們是永遠看不到的,當然也永遠無法到達。由於光速的限制,我們被困在一個有限的空間內,無法得知外面的宇宙是什麼樣子。這是不是很像黑洞視界的概念。實際上,這也是一種視界,和黑洞正好相反。黑洞是光線永遠出不去,而我們的可視宇宙是光線永遠進不來。

在可視宇宙範圍內,雖然光可以到達地球,但已經不是可見光了。空間膨脹把可見光的波長拉長了,相應的降低了頻率。這種現象叫紅移 – 光紅移成了紅外線或頻率更低的微波。
圖片來自電磁波_百度百科

這里我們忽略了宇宙中的另外一種光。宇宙誕生於137億年前的大霹靂。大霹靂輻射出強烈的能量,它的光應該彌漫整個宇宙空間,為什麼看不見呢?原因是,經過100多億年的空間膨脹,大霹靂的光已經紅移成了微波。人類的肉眼看不見微波,但是如果我們用看得見微波的望遠鏡對著夜空掃描,就可以看到這一副驚人的圖畫:
「WMAP image of the CMB anisotropy」。來自維基共享資源 – File:WMAP image of the CMB anisotropy.jpg根據公有領域授權

原來,夜空是明亮的,只是我們看不見。

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我在另一篇回答中討論了宇宙是否有限的問題,有興趣的Aorquer歡迎前往閱讀。
宇宙是否有盡頭? – Mandelbrot 的回答

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李耳王:

1. 「企鵝護蛋」 ——扭曲的星系NGC 2936

NASA在2013年6月20日公布了一張哈勃太空望遠鏡拍攝的照片,整張照片看上去就像是一隻「企鵝」正在保護它的「蛋」。

「企鵝」形狀的星系是一個正在形成恆星的螺旋星系,名為「NGC 2936」。這個星系呈扁平螺旋盤狀,與我們的銀河系相似。由於與下方「蛋」形狀的星系NGC 2937發生引力潮汐相互作用 ,NGC 2936內恆星的軌道有些混亂。NGC 2937星系通過引力拖拽拉伸NGC 2936星系,導致後者的外形發生徹底改變。

「企鵝護蛋」這個名字不是我起的,是從NASA照片注釋直接翻譯來的——This image shows the two galaxies interacting. NGC 2936, once a standard spiral galaxy, and NGC 2937, a smaller elliptical, bear a striking resemblance to a penguin guarding its egg.)

2. 天鵝圈星雲的「藍色煙霧」——超新星爆炸餘波猶在

2012年3月,NASA利用星系演化探測器(Galaxy Evolution Explorer)拍攝了一幅天鵝圈星雲的紫外圖像, 圖像中的「藍色煙霧」其實是熾熱的塵埃與氣體所發出的光。天鵝圈距離地球約1500光年,它是5000至8000年前一次超新星爆炸的巨大殘骸。那次爆炸的沖擊波至今仍在向外發散,並不斷地對氣體塵埃雲進行加熱,從而顯示出了這個紫外圖像。

3. 黑洞噴射現象

NASA於2009年1月公布了一張照片,清晰地顯示出半人馬座A(Centaurus A)星系中心的一個超大質量黑洞正在不斷向外噴射各種物質。這張圖片的數據來自NASA的錢拉德X射線天文台和歐洲南方天文台。

4. 原恆星

2013年8月,哈勃太空望遠鏡觀測到了一個非常奇特的天體,NASA的科學家形象地喻之為「宇宙毛蟲 」(Cosmic Caterpillar)。這個由氣體和塵埃構成的龐然大物,正處在一個非常早期的原恆星(Protostar)演化階段。它宛如一隻巨大無比的毛毛蟲,舒展飄游於曠宇深空之中,長度達一光年。該天體已經被正式命名為IRAS 20324+4057。

原恆星是在星際介質中的巨分子雲收縮下出現的天體,是恆星形成過程中的早期階段。對一個太陽質量的恆星而言,這個階段至少持續大約100,000年。

5. 木星的極光現象

我們都知道地球存在極光現象,其實極光也會發生在其它行星上,並且同樣發生在磁極附近。

2016年7月,哈勃太空望遠鏡拍攝到了木星的藍色極光(如圖所示)。由於木星磁場比地球磁場強很多(木星赤道地區磁場強度是4.3高斯,相較之下地球只有0.3高斯),所以木星的極光更勝一籌。

6. 土星的「正反面」

土星的正面(面向太陽的一側)大家都比較熟悉了,顏色為土黃色。

但一直以來都沒人知道土星的背面(背對太陽的一側)是什麼樣的。2012年卡西尼-惠更斯號探測器拍攝了一張土星背面的照片,美麗的翠綠色震撼了NASA的科學家們。

7. 強射電源——仙後座A

2006年8月,NASA發布了一張仙後座A(Cassiopeia A,簡稱Cas A)的照片,該照片由哈勃太空望遠鏡拍攝。仙後座A是位於仙後座的強射電源,距離地球約11000光年。它是銀河系內已知的最年輕超新星遺跡,也是我們天空中除太陽外最強的射電源,據哈勃望遠鏡測定其物質以每小時5000萬千米的速度向外膨脹。

8. 強烈恆星風塑造紅蜘蛛星雲

紅蜘蛛星雲(Red Spider Nebula),即 NGC 6537,是一個位於人馬座的行星狀星雲。紅蜘蛛星雲中心的白矮星會產生溫度高達10000 K的強烈恆星風,速度達到每秒300公里,產生振幅1千億公里的震波。這樣的恆星風使星雲的形狀成為獨特的蜘蛛形,並且使星雲擴張。星雲內白矮星表面溫度預估高達50萬K,超過太陽表面溫度的50倍,是目前已知表面溫度最高的恆星之一。該圖片是哈勃太空望遠鏡於2016年10月拍攝的。

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最後,也讓拍攝這些美麗圖景的「大功臣」們露一下臉(由於「功臣」太多,就讓知名度比較高的哈勃和卡西尼代表一下好了)。

哈勃太空望遠鏡(第二張圖中有兩個宇航員正在對哈勃進行修理維護工作)


卡西尼-惠更斯號土星探測器


當然,真正的功臣是致力於探索宇宙奧秘的眾多科學家們。


Belleve:

果殼畫的真實比例月食示意圖
源:Sina Visitor System【刷屏醒目】真實比例的月食示意圖


趙大餅:

來來來,做個掃盲啟蒙教育。看圖說話:
理論上來說,任何有質量的物質,只要它的「自然半徑」小於它的「史瓦西半徑」,就可以變成黑洞。

假設使用外力作用將我們的太陽擠壓到只有一個小城鎮那麼大,那麼開始擠壓吧:

一下變小了好多,但是你以為這樣就夠了嗎?

又變小了好多,但是你以為這樣就夠了嗎?

剛剛才擠壓到能匹配地球的尺寸,還早呢。那麼繼續。

壓的比已經比地球要小了,但是還要繼續。

差不多壓倒這么大。

我們的太陽就變成黑洞了。

或者是將我們的地球擠壓到花生殼這么大,地球也會變成黑洞。

現在我們對一個物質的自然體積尺寸和黑洞體積尺寸已經有了初步的概念,接下來,開始腦洞大開。
這時,飄來一個叫做XTE J1650-500的黑洞。

實際上它也就是和曼哈頓城區的大小差不多,是目前我們已知的最小黑洞。

這個小黑洞的質量大約是我們太陽的3-4倍。

讓我們繼續腦洞大開,縮小視圖,忽略這個小黑洞吧。

結果就飄來這么一個東西,名叫M82 X-1的黑洞。

這個黑洞的體積和火星的大小差不多。根據之前的史瓦西半徑的比例來進行反推的話,它的質量是。。。

等於多少個我們的太陽質量呢?

其實還沒有完。。。


這個黑洞的自身質量相當於1000個太陽,而它的體積只是和火星相當。這個黑洞在我們人類的認知領域中還只算是中級黑洞。那麼,更牛逼的是什麼呢?

中級黑洞,拜拜吧。我們來點擊「Bai度地圖」上的「減號」按鈕,拚命的縮小視圖。

點擊幾百次的「減號」按鈕,好像還是沒有任何反應,所以繼續點擊,縮小視圖,擴大視野範圍。

。。。
。。。

不知道點擊了多少次的「減號」按鈕。等等,好像有東西來了。

來了來了,就是這么個東西。來自鳳凰星雲團中心的超大黑洞。它到底有多大呢?

是的,你沒看錯。中間那一小片就是我們的整個太陽系。這個黑洞的直徑是太陽到冥王星距離的19-20倍。這傢伙的體積尺寸實在是太。。。。太大了。

再次根據「史瓦西半徑」比例來進行反推,你能想像到這個超級黑洞的質量有多大嗎?
來吧,放飛你的想像力:
你以為這樣就完了嗎? 拿衣服!

相當於我們多少個太陽的質量?不知道。但是,你以為這樣就完了嗎?
拿衣服!!

自覺點,接著去拿衣服。

你們就靜靜的看著我繼續裝逼。

結束了,真的結束了。
這個超級黑洞的質量相當於20000000000個(200億)太陽的質量。

而這個黑洞只是茫茫超級黑洞中的其中一個而已。。。

我們太陽系所位於的銀河系中央也有一個黑洞,它的質量相當於400萬個太陽。

上圖為人類探索到的已知超大黑洞排行榜的前10名,剛剛那個200億的鳳凰星系中心黑洞,也不過剛剛排到老六的位置而已。。。

掃盲啟蒙普及結束,我也是現學現賣。請各位毫不吝嗇地贊美吧。
原視訊百度盤下載:http://pan.baidu.com/s/1sjACm41
線上視訊原始鏈接:https://www.youtube.com/watch?v=QgNDao7m41M

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