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《了解宇宙如何运行》解说词(1…4)

《了解宇宙如何运行》纪录片解说词


(根据记录整理,不准确,供参考)

第一集:恒星

    恒星世界在暴力中诞生,也在暴力中消亡。恒星运动推动了宇宙的运转,也是生命的起源。银河系有2000亿个恒星,太阳是银河系中亿万恒星中的一个,有46亿年的历史,直径为160万公里,在银河系及宇宙中,太阳的体积微不足道。海山二恒星比太阳大800万倍。参宿四恒星比海山二还大300倍,参宿四恒星也不是最大的恒星,有个VY恒星大的惊人,比太阳大10亿倍,直径相当于整个银河系。

    恒星由宇宙尘埃、气体和星云等物质、暗物质和暗能量组成(图12)。

星云是恒星的摇篮。宇宙初期有数百亿个尘埃星云,如马头星云、鹰状星云、草帽星云等(图347)。


2004
年天文学家曾发射“斯皮策”红外太空望远镜,观测新恒星的诞生过程。宇宙早期太空中弥漫着无数的氢气团,物质密度大的地方其温度就高,密度小的地方温度就低。冷热氢气团久而久之就形成旋涡,而且是越转越快。在引力的作用下,氢气团的密度越来越高,吸入气团内的物质越来越多,大约经过50万年的漫长过程,气团中心的温度达到了1500,氢气原子之间发生聚合变成氦,释放巨大的能量而且发光,就这样氢原子在引力作用下升温、高压和极大密度下,发生核聚变反应,释放巨大无比的聚变能,从而诞生了宇宙的第一颗恒星,质量越大的恒星聚变速度越大越快。宇宙从恒星诞生的那天起开始从黑暗走向光明,而且越来越璀璨夺目。宇宙中有数十亿、百亿、千亿、千万亿颗恒星,直至形成现在的宇宙。

    恒星中的能量从哪里来?上个世纪20年代,人们一直不解。直至天才科学家爱因斯坦发现了质能守恒定律,即E=mc2,人们才从愚昧中走出来。

    根据爱因斯坦质能转换定律,科学家发明了原子弹、氢弹。共同认识到太阳内部在分秒之间进行核聚变,从诞生那天起,50亿年来一直未停止过。

    为模拟太阳中心核聚变现场,天文学家在伦敦建了一个托卡马克实验室,设计出一个重3.6吨的仪器,用电流将氢原子加热到3亿℃,这时两个互相排斥的氢原子极不稳定,两个氢原子以1600公里∕秒的速度,在杂乱运动中聚合,产生氦和释放能量,这就是太阳内部的核聚变的真实写照。


为什么太阳不一下子爆炸成尘埃呢?坚持了近50亿年,而且还要继续下去?这个问题提得好。主要原因是太阳的质量太大,犹如一层厚厚的壳,将太阳中心的聚变能约束住,炸不飞太阳。


太阳直径有140万公里,核聚变发生在太阳中心的几十公里区域内,巨大的引力使太阳中心具备核聚变条件(氢原子、1500万℃高温、高压)每分每秒发生核聚变,释放巨大的能量,科学家做过测算,每次聚变相当于广岛原子弹的10亿倍。爆炸力方向与引力相反,互相抵消。几十亿年来,太阳内部的聚变反作用力与向心引力就这样互相较劲消耗着,哪一方都没有退却,势均力敌,达到平衡。


太阳中心的核聚变产生能量和光子,光子在太阳内部开始漫长的旅行。据测算,要几百、几千、几十万年,光子才可能到达恒星光球表面。太阳光子到表面需要160万年,海山二到达地球是8000年前的光,参宿四的光是500年前发出的。光子向太阳表面前进时,路上要与其他粒子撞击数十亿次,经常改变方向,这就是光子为什么那么慢,到达太阳光球表面的原因。


光子到达光球表面立刻加热表面物质,使其温度从1万℃迅速升高到1000万℃,形成闭合磁力线,携带大量高强度粒子流向太空喷发,磁力线互相交汇撞击,在太阳表面形成一股破坏力极强的太阳风。


科学家在实验室摸拟了太阳表面的闭合磁力线爆发情况,强度虽小,但原理相同。

恒星质量虽然很大,它能够诞生,也不可能永远生存下去,一定要走向消亡,这是无法违背的自然规律。

恒星的消亡是内部的聚变原料消耗殆尽,爆炸力量越来越弱,最后因燃料耗尽而终止,在爆炸力与引力的角斗中,引力最终取得全面的胜利。科学家测算,太阳每秒消耗6亿吨氢燃料,大约70亿年后太阳中心将停止热核反应。但外层空间受温度影响迅速膨胀,由现在的140万公里,扩大到1亿公里,成为一颗红巨星。水星、金星将被红巨星太阳吞噬,地球也难幸免,高温将使地球海水全部蒸发掉,大气被吸走,地球完全可能被撕碎,或者被吞噬,成为红巨星太阳的一部分。

红巨星太阳内部也不安静,氦原子聚变仍在继续,变成氧燃烧,最后变成炽热无比碳核白矮星(图16)。体积与地球相仿,但密度是地球的100万倍。1立方厘米的白矮星放在地球表面可以毫不费力从地心穿过,可见白矮星密度之高!

比太阳质量大几倍的恒星死亡,死亡后不变白矮星,而是中子星,又称钻石星(图17),因为钻石就是纯碳晶体组成,硬度非常高。

质量比太阳更大的参宿四恒星死亡,场面壮烈的多,其内部由碳元素与氧继续衰变下去,最后出现铁元素,铁元素是吸收能量的杀手,恒星内部出现铁元素就意味着死亡的开始,铁越积越多,直至将恒星内部能量吸干,引力向铁核挤压,几秒钟之内引起恒星爆炸,天文学将铁核恒星的爆炸,称为超新星爆炸。天文学家已找到一颗超新星爆炸,距地球17万光年,爆炸的火球直径达数万公里。

天文学家用巨型激光器模拟超新星爆炸,即用强大的电能发出136股激光束,攻击一个目标,结果目标气化,存在十万分之一秒向外扩散,冲击波带动下物质冲到表层,产生更重的元素,金银、铀等重元素就是超新星爆炸的产物,因为重金属元素形成的条件苛刻,所以宇宙中贵重金属元素稀少。

超新星爆炸并不是全部变成尘埃,其中子星内核依然存在,中子星直径大约30公里。其外壳残骸送入太空。中子星有个特点,定时向太空喷发Χ射线。根据此特点,寻找到Χ射线源就找到了中子星。

恒星消亡,向宇宙播撒人间万物,有各种元素,也包含生命。因此,可以推断:太阳中的各种粒子也是重复使用的,很可能星超新星爆炸三代、四代的产物。其中包括我们人类身体,组成各种器官的原子可能来自不同的恒星。

宇宙中恒星的燃料总有耗尽的那一天,可能是数万亿年后,但那一天迟早会来。恒星消亡时宇宙又回到黑暗时代。也许黑暗过了相当长的时间,新的大爆炸又开始了,新的宇宙又诞生了!




宇宙物质分布呈丝网络结构

盘状星云

草帽星云

银河系星云,又称银河系

马头状星云

鹰状星云

中子云示意图

黑山于家老爹  初级会员   发表于:2011-07-26 08:21   只看该作者
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2楼

[连载]《了解宇宙如何运行》纪录片解说词(2)

第二集:黑洞
    黑洞蕴藏着巨大的能量,但人们肉眼和仪器却看不到它,因为光线靠近黑洞都被它吞噬,所以得名“黑洞。”宇宙中确实存在这样的神秘天体。黑洞引力惊人,恒星、行星及星际物质靠近它都被黑洞吸进,所以,黑洞是宇宙的统治者、终结者。现已查明,银河系中心存在着巨大的黑洞。
左图是天鹰座一个恒星被黑洞吞噬的照片。
用瀑布形容黑洞中心吸进物质的过程很贴切。当小船在河上游时,划船者可任意上行,但当小船靠近瀑布边缘时,无论划船者怎么用力都逃脱不了被急流吸进瀑布的命运。小船相当恒星天体,瀑布相当黑洞。巨大的引力使一切宇宙物质都无法逃逸,甚至光线都被吸进黑洞。
    假设黑洞光顾太阳系,太阳系的行星、卫星、彗星、将被巨大的引力吸引偏离固定的轨道,在太阳系内互相撞击引起混乱。地球的大气、海水相继被黑洞引力吸走,地表(壳)被引力剥离,最后地球液态地幔、铁质地心被吸进黑洞,同样太阳也逃脱不了消亡的命运。十倍以上巨型恒星当她消亡时就会形成超新星爆炸(图19),更大的恒星消亡时形成超超新星,黑洞在超新星的爆炸中诞生。
宇宙中恒星、超级恒星、超超级恒星密布,她们消亡时会产生许多大小不同的黑洞。如大犬座VY超大型恒星爆炸,产生一个直径30亿公里的黑洞。黑洞越大,引力越大,每秒钟吸进的物质越多、速度越快,但因物质吸进的太多,又不均匀,有时黑洞也“咳嗽”,出现噎着引起黑洞颤抖。当黑洞内部吸进物质能量饱和时,黑洞将从轴心两侧同时爆发γ射线暴,其威力仅次于宇宙奇点大爆炸。γ射线暴能量奇高,速度极快,破坏力极大,γ射线暴喷发途中可以摧毁任何星系、星团和恒星。幸运是γ射线暴没在银河系发生,多发生在河外星系。观测γ射线暴,可以窥测宇宙的奥秘。
天文学家发射一枚斯维夫特卫星探测器,拍到γ射线暴(下图)。γ射线暴与黑洞关系密切,发现γ射线暴,动摇了天文学的基础。
宇宙中有数十亿个黑洞,理论计算黑洞几乎无处不在。但我们却不能直接观测黑洞,对黑洞的物理特性一无所知。用发射飞船用人观测黑洞太危险,不现实,但现在有了机器人,我们完全可以利用机器人操纵探测器对黑洞进行观测,并将探测器、机器人做的足够结实坚固,当探测器接近黑洞事件视界时将图像、信息发回来,我们就可以了解黑洞视界外和黑洞内部的情况。现在这只是设想方案,并没有真正实施。
如果银河系中心确实存在超大型黑洞,因为距太阳太遥远,所以,地球是安全的。
银河系有数千亿颗恒星,围绕中心旋转,并有两个旋臂。是什么力量促使数亿颗恒星绕银河系中心旋转?天文学家想象:银河系中心必然存在一个超大型黑洞。
为观测银河系中心黑洞,天文学家在智利莫纳亚克山上建了一个直径9米的红外线望远镜,科学家历经15年,拍摄数千张银河系中心的照片,经过分析发现在银河系中心有个恒星团,几十颗恒星围绕中心高速旋转,速度高达每小时几百万公里。因此断定银河系中心确实存在一个巨大黑洞。
星系越大,星系中心的黑洞越大。仙女座星系黑洞比太阳大1.4亿倍。M87黑洞是太阳的200亿倍。
早期宇宙,第一批出现的恒星质量都比太阳质量大的多,都是超级恒星,当这些超大恒星消亡时往往引发超新星爆炸,出现一系列大小不一的黑洞。这些黑洞互相碰撞形成更大的黑洞,当尘埃、恒星、星团、星系都被黑洞吸收时,黑洞轴心两面将喷射高能粒子流,其宽度比太阳直径大20倍。高能粒子流,天文学称类星体,类星体是宇宙中的重要天体,有证据说明类星体是产生星系的温床。
黑洞到底是什么?黑洞是神秘天体,在宇宙中黑洞确实存在(图21、22)。有科学家预测黑洞是时空捷径,是通往另一个宇宙的大门,很可能黑洞是大爆炸的反面,正面大爆炸产生新宇宙,而黑洞是陈旧宇宙消亡的缩影。


黑洞喷射高能粒子

黑洞吸噬周围物质

r射线暴

r射线暴

中子星

脉冲中子星

中子星

磁性中子星



[ 本帖最后由 黑山于家老爹 于 2011-7-26 08:32 编辑 ]

黑山于家老爹  初级会员   发表于:2011-07-26 08:35   只看该作者
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3楼

[连载]《了解宇宙如何运行》纪录片解说词(3)

第三集:大爆炸
宇宙大爆炸发生在140亿前的一瞬间。从那一瞬间起,宇宙诞生了,能量转变物质,出现了恒星,万物,乃至水和生命。我们的过去、现在、未来都产生在大爆炸那一瞬间。
让我们回到发现宇宙大爆炸以前的时刻。那时天文学家一致认为我们的宇宙是一个不变的天体,地球是中心,金木水火土星,甚至太阳都围绕地球旋转,后来发现太阳不过是银河系的一员,银河系才是宇宙。
1929年,天文学家哈勃在威尔逊天文台用望远镜观测宇宙恒星时,发现所有的恒星光谱,在不同时期观测,其红色谱线有后移现象。红色是热量谱线,后移说明所有的恒星距地球越来越远。这一发现震惊世界!
人们自然联想,宇宙中的恒星既然远离我们,那么在这之前一定与我们较近,进一步联想,宇宙在膨胀,那在以前的某个时刻一定很小。于是宇宙大爆炸的理论假说诞生了!宇宙起源于一个比原子还小的奇点。
这似乎不可理解,偌大的宇宙时空和物质都浓缩在一个比原小还小的粒子中可能吗?怀疑是正常的,因为确实匪夷所思。问题是你必须承认宇宙万物都是遵循从无到有的规律,既然这样,那么宇宙起始于奇点的大爆炸就不是不可能。通过宇宙膨胀速度反向推算宇宙大爆炸始于137亿年前的某个时刻,一声难以想象的滔天巨响,我们的宇宙诞生了。
据科学家测算,奇点里的温度、密度极高,是一个比原子还小的纯能量奇点。里面蕴藏着不低于4000亿个星系形成所需要的物质。爆炸时间相当短暂,只有几亿亿亿分之一秒。天文学家卡洛斯在虚拟世界里用超级计算机,模拟奇点大爆炸时情景,他提出三个方案,一个引力比较小,一个引力比较大,结果较小引力没有反应,较大引力都变成黑洞,只有引力恰到好处才可能诱发大爆炸。
宇宙奇点瞬间大爆炸,时空开始,所用的时间仅是几亿亿亿分之一秒,而宇宙膨胀的速度也是几亿亿亿倍。大爆炸的速度肯定是超光速的,是光速的十几倍、千万倍?人们无法知道。科学家在计算宇宙大爆炸时,往往使用普朗克时间常数。
所谓普朗克时间常数约等于一年的秒数乘以140亿年,即31536000秒×14000,000,000年。简写:4.415Χ10(17次方)之一秒。可见普朗克时间常数多么短暂。
大爆炸后几个瞬间,宇宙体积由奇点扩大到地球大小;
再过几个瞬间,宇宙体积扩大到太阳系大小,温度极高,仍有几亿亿℃;
再过几个瞬间,宇宙扩展到银河系大小,温度仍然很炽热;
再过几个瞬间,宇宙温度下降,能量开始转换,有亚原子粒子出现;
再过几个瞬间,宇宙中出现物质、反物质粒子互相碰撞湮灭,一部分物质粒子留存下来。这部分物质组成星系、恒星、行星、卫星、彗星等天体,这部分质量约占宇宙总质量3%左右;
一秒钟,宇宙留存原始粒子开始聚合;
三分钟,氢、氦、锂原子相继出现。这是宇宙中氢、氦元素最多的原因;
38万年,宇宙由混沌开始显现清澈,宇宙中除了氢、氦、锂元素外一无所有。
为了探测宇宙大爆炸后留下的蛛丝马迹,天文学家彭齐亚斯和普斯林监测到一种嗡嗡声的宇宙信号,通过施放微波探测装置,科学家获得完整的宇宙物质分布图。
详见下图:
图中不同颜色表示物质密度,红黄色处表示温暖,物质密度高,蓝绿色表示冷却,物质密度低。未来宇宙就是在此基础上演变发展而来。
大爆炸2亿年,氢、氦气团在引力的作用下,不断壮大出现恒星。恒星给宇宙送来第一束光明;
大爆炸10亿年,星系出现;
大爆炸50亿年,太阳诞生;
大爆炸80亿年,无数星系诞生;
大爆炸90亿年,太阳系形成;
大爆炸140亿年,当今的宇宙形成。
大爆炸诞生了宇宙,而且今天的宇宙不断地膨胀,宇宙有开始,就有灭亡的那一天。
关于宇宙如何消亡的问题,与大爆炸同样令人费解。目前有几种假说:一是有始无终开放宇宙;二是循环宇宙起始同处一点;三是从膨胀到停止,大塌缩再回到奇点;四是多个宇宙。
黑洞理论支持多个宇宙的假说;
暗能量的假说,支持宇宙由光明走向黑暗:
千亿年后,恒星的聚变燃料消耗殆尽,宇宙走向黑暗,还是引起一系列超新星爆炸,产生新的宇宙尘埃和星云?现在还不清楚。也许在遥远的宇宙边缘正上演新旧宇宙交替的大戏也未可知。
总之,大爆炸蕴藏着许多未知的奥秘,过去、现在、未来都隐藏在大爆炸中,需要我们不断地探索发现。

 

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黑山于家老爹  初级会员   发表于:2011-07-26 08:37   只看该作者
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4楼

[连载]《了解宇宙如何运行》纪录片解说词(4)

第四集:银河系
    宇宙有2000亿个星系,银河系是亿万星系的一个(图6)。
    银河系乃至亿万星系从哪儿来?它们如何发展,如何走向灭亡?这些都是科学家关心的问题。据推算,银河系大约有120亿年历史,有2000多亿颗恒星。中心隆起呈圆盘状,有两条曲臂成抛物线状,围绕银河系中心旋转。
    众所周知,宇宙中存在着大量尘埃、气体组成的星云,星云中物质密度有疏密,物质粒子密集的地方聚合在一起,温度使密集的气团旋转,在旋转中气团吸进大量气体使体积迅速膨胀,久而久之,气团足够大,内部气体原子在引力作用下高温、高压,将氢原子聚合发生聚变,释放大量核能并产生光子、氦。从氢原子聚合时发生聚变反应,一颗恒星就诞生了。
    1924年天文学家哈勃用2.5米口径观测星空时,发现许多星光不是一个恒星发出来,而是由众多恒星组成的星云发出来的,这些星云组成星系。如,蜗状星云估计有16亿个恒星,M87是椭圆形星云,发出金黄色的光,还有草帽星云、马头星云、蟹状星云、鹰状星云等。上述星云距离地球都非常遥远。有的星云光到达地球需走几十、几百、几万,甚数千万、数亿光年。1光年等于9.461×10(12次方)公里。即94608亿公里。
银河系圆盘距离在10万光年以内,仙女座星系比银河系大2倍,有20万光年,M87星系比仙女座星系还大,还有比M87还大的星系,如K-110星系。
星系的形成大约经过2亿年时间,10亿年后一些小星系合并成超级星系。
科学家为观测星系的形成,利用设在智利5200米高山上的阿塔卡马望远镜观测宇宙大爆炸后的微波分布情况,后又发射卫星,用红外线望远镜对宇宙照相,获得了清晰的宇宙微波分布图。从这些微波分布情况,获得了宇宙星系大致分布的情况。
恒星诞生初期,星系中的恒星是杂乱无章的,它们后来怎么变成有序的,按同一中心、同一方向旋转呢?答案是引力促成星系中的恒星变成有序,引力,将小恒星团拉平,形成旋臂,恒星之间经过数十亿次的调整磨合才基本完成,大约经过120亿年,星系才形成今天这个形状。
星系、黑洞、超新星爆炸,是宇宙中最重要的天体运动。超新星爆炸,从中心将巨大的物质流喷射到太空,这些高能粒子流就是类星体。银河系没有超新星爆炸,所以没有发现类星体。但银河系中心有个直径2400万公里的黑洞,正是这个巨大黑洞促使银河系2000多亿颗恒星围绕中心旋转。
太阳在银河系中间地带,偏外,这里恒星密度适中,距银河系中心2.5万光年,虽然银河系中心引力强大无比,但因太阳距银河系中心较远,所以我们是安全的。
现在发现恒星在星系之间没有足够的引力可以维持星系之间的平衡,是什么力量使星系保持稳定呢?科家家发现恒星之间存在一种叫“暗物质”的东西,暗物质恰似胶水一般将星系中的恒星固定,防止恒星逃离星系,保持了星系的形状。
暗物质是什么?我们至今一无所知。但它确实存在,很可能就在我们周围,就是说空间中无处不有暗物质。据测算暗物质占宇宙总质量24%。
为证明暗物质存在,科学家观测光线通过某个黑暗处时,光线发生偏转,好比面前摆个鱼缸,透过水观测鱼缸后面物体,犹如引力透镜那样使其物体形状扭曲变形。
科学家已绘制出宇宙物质分布图,星系结成丝状网络,充满整个宇宙。发光部分代表暗物质(图1、2)。星系由小到大,变成星系团,再扩大到超级星系团,星系在碰撞中诞生大的星系团。
银河系在50亿或60亿年后,将与附近的仙女座星团发生碰撞,组成新的仙女-银河系星团,使尘埃、气体向宇宙太空四处飞散。但星系中的恒星并不发生碰撞,仍然保持原来的距离。
星系从诞生时起,就意味着也有解体消亡的时候,促使星系解体的力量是宇宙无不处不在的暗能量。在宇宙中,暗能量比暗物质还要多,占宇宙总质量73%。终究有一天,暗能量会让星系解体,使恒星远离我们四处逃散。
宇宙中存在亿万个星系,在众多星系中一定会有类似的银河系,也一定会有恰到好处的太阳系,寻找到类似太阳系,特别是类地行星是科学家未来的任务。
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