天体物理趣谈

天体物理——09级环境工程甲班复仇者大学物理拓展之天体物理篇

聪明的你，告诉我，在这宇宙中，什么是无限的？宇宙中唯有两件事物是无限的:那就是宇宙的大小与人的蠢笨。然而宇宙的大小我却不能肯定。

天体物理学分为：太阳物理学、太阳系物理学、恒星物理学、恒星天文学、星系天文学、宇宙学、宇宙化学、天体演化学等分支学科。另外，射电天文学、空间天文学、高能天体物理学也是它的分支。太阳风的影响能够为我们直接感受。日地关系密切，所以研究有关地球的科学，必须考虑太阳的因素。 银河系有一、二千亿颗恒星，其物理状态千差万别。球状体、红外星、天体微波激射源、赫比格一阿罗天体，可能都是从星际云到恒星之间的过渡天体。天体上特殊的物理条件，在地球上往往并不具备，利用天体现象探索物理规律，是天体物理学的重要职能。河外星系与银河系属于同一天体层次。星系按形态大致分为五类：旋涡星系、棒旋星系、透镜型星系、椭圆星系、不规则星系。按星系的质量大小，又可分为矮星系、巨星系、超巨星系，它们的质量依次约为太阳的一百万到十亿倍、几百亿倍和万亿倍以上。同银河系一样，星系也由恒星和气体组成三、五个、十来个、几十个以至成百上千个星系组成星系集团，称星系群、星系团。通过各种观测手段，人们的视野扩展到150亿光年的宇宙“深处“。这就是“观测到的宇宙”，或称为“我们的宇宙”，也就是总星系……眼花了？没关系我们要讨论的是……面对浩瀚飘渺的宇宙也许灾难就在不远处……DoYouBelieveEndOfWorld?AndWhy?这些都是天体物理学所关心的，很简单的问题，但是到现在也没有答案……所有的所有只是猜测……你知道吗？地球所处的太空环境并非我们想象的那样的安全小行星及天体的撞击太阳风暴太空射线太空细菌……已知的威胁有：尤其是第一个和第二个，也许你还不以为然，让我们来看看美国《发现》杂志曾经评出威胁人类生存的21世纪20大危险，其中小天体撞击地球位于首位。同时在联合国认定的世界四大突发灾难中，小天体撞击地球也居于首位。人类遭遇天灾的可能性是存在的……小天体冲击的强度有可能难以想像。一块直径250米的太空岩石，以具代表性的20公里/秒的速度落地，其爆炸力相当于500兆吨TNT炸药，其能量超过广岛原子弹3万倍。其威力将是1883年把喀拉喀托岛劈开、造成3.6万人死亡的火山爆发的两倍多。×30000＝

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就小行星而论，250米相对来说不算大。猛击地球的岩石中，最小只有几米宽。但是，在其活动期内，地球曾经被来自外太空的巨大石块（有些直径超过10公里）打得一败涂地。据说，6500万年前那次灭绝了恐龙—实际上灭绝了地球上70%生命的事件就是由此引发。地球被砸简史

地球从形成至今已有亿年了。在这漫长的岁月里，发生过无数次小天体撞击地球的事件。据统计，近1亿年来，地球遭到小天体撞击造成直径大于1公里的陨石坑就有1万处之多。由于地球大气层的保护，体积和质量小的小天体往往在坠落地面之前就已燃烧殆尽，但大的就给地球造成灭顶之灾。万年前，一颗直径约10公里、质量为100亿吨的小行星撞到地球表面上，也就是现在墨西哥尤卡坦半岛东北沿岸地区；据专家估算，这一撞击释放的能量相当于广岛原子弹爆炸威力的倍，造成当时全球气候、环境、生态的灾变，使称霸世界的恐龙及其他生物种类灭绝。

1490年4月4日中午，一颗直径约米的流星体撞到我国甘肃庆阳地区；当时正逢清明时节，不少上坟的人被陨石碎块击中，据地方志记载“击死人以万数”。

46650050亿5地球被砸简史

1908年6月30日凌晨，一颗直径约米的彗星在俄罗斯西伯利亚通古斯地区上空5公里处爆炸，其爆炸威力相当于颗广岛原子弹爆炸的威力，所产生的冲击波夷平了几百平方公里的森林。

2009年10月8日，一颗直径约米，运行速度为每秒20公里的小行星在印度尼西亚苏拉西岛南部上空的地球大气层中爆炸，释放出的能量有颗广岛原子弹爆炸的威力。幸运的是，由于爆炸的高度在地面以上20公里左右，因此没有造成任何破坏。

502000万103我们的周围：

在接近地球轨道的地方，据NASA近地天体项目办公室的数据，有765颗直径大于1公里的近地小行星，5886颗各种大小的近地小行星。当你算上近地彗星时，各种大小近地天体的总数就会达到5968颗。这样的近地小天体无论是撞上陆地，还是击中海洋，都将是一场全球性的浩劫。目前已知的对地球威胁最大的近地小天体是“阿波菲斯”小行星，其直径为400米；一旦它撞上地球，将释放出比广岛原子弹高10万倍的能量。据专家测算，“阿波菲斯”小行星将于2029年和地球“擦肩而过”；由于它的轨道被地球引力改变，它将于2036年重新“光临”地球，并很可能撞击地球，相撞的概率高达三十七分之一，是有史以来发现的小天体中危险等级最高的。目前全球有100多个研究小组在从事“阿波菲斯”的太空任务研究，希望在它接近地球时能降低或排除相撞的可能性。前不久，英国着名理论物理学家、数学家霍金在接受媒体采访时就指出：由于近地小天体的威胁，人类必须移民到其他适宜生存的行星以摆脱灭亡的命运。我们可能的应对：核攻击？击毁它？改变其飞行方向？在灾难片《世界末日》中，布鲁斯·威利斯（BruceWillis）所用核武器来终结杀手小行星。事实上，核爆炸释放出来的巨大能量会把小行星粉碎成无数更小的碎片。如果它们的直径超过30米，那么，就等于你成功地把一颗步枪子弹转变成猎枪散弹。比如用航空器给它施加压力；在它的表面插入一种像火箭那样的装置，利用反作用力推动它改变飞行方向；用镜子、灯甚至油漆来影响它吸收太阳光和热量，通过热能的变化改变其轨道（这种方法见效比较慢，需要20年左右）；还有用火箭把一面巨大的太阳帆发送到它的上面，张开的太阳帆就吸收由太阳放射的光子，而光子产生的压力把它逐渐推离原来的轨道……

所有的方法现都停留在理论设想阶段；是否可行，还要靠将来的实践来检验......

太阳风暴

太阳风暴的历史记忆

人类对太阳风暴影响的清晰记忆，始于1859年9月1日。两位英国天文学家在观测太阳时看到，在一个大黑子群附近，有一大片新月形的明亮闪光以每秒100多公里的速度掠过黑子群，然后很快消失。不久后，电报联络中断，地磁台记录到强烈的地磁暴。在当天晚上和第二天晚上，地球上高纬度地区的人们，看到了明亮绚丽的极光。这是人类第一次观测到太阳耀斑现象。不过，当时的科学家还不知道这就是太阳耀斑爆发，只是随后的一连串意外事件使他们感到十分震惊。

太阳风暴

当“2012”成为口头禅，2013似乎成为一个新的时间“劫点”——美国宇航局(NASA)警告，2013年地球可能遭遇强烈的太阳风暴，到时候全球将陷入大停电，网络电子通讯将全部瘫痪。如果恶梦成真，人类生活将发生历史性的大倒退——当然，像《先知》这样的末日说，按照中科院地质和地球物理所研究员万卫星的说法，情节“过于荒诞”。

太阳风暴发生时会向周围空间输出三种影响：电磁辐射直接影响地球向日面的大气层和电离层，对短波通讯造成干扰；耀斑爆发喷射出的大量高能粒子，会严重危及宇宙飞行器内的宇航员和仪器的安全；日冕物质抛射，则会引起地球强烈的磁场变化，即磁暴，届时地表电网可能过热，航空运输可能中断，而电子设施、导航装置和主要的卫星可能失去功能。

太阳风暴

太阳表面释放着大量的等离子体——高能量粒子，它们从太阳表面逃逸以太阳风的形式在太空中穿梭。有时太阳风会携带着数十亿吨的等离子球，如果大量的等离子球进入地球磁场，将酿成毁灭性的灾难。

等离子进入地球大气层将导致地球磁场结构的快速改变，诱导地面上较长电线的电网产生电流，其结果是导致变压器的铜线快速加热并被融化，电流失去控制。1989年3月，加拿大魁北克省就发生了类似的停电事件，600万居民在没有电的状况下度过了9小时。

太阳风暴

在历史上最严重的太空天气事件发生在1859年，这就是著名的卡林顿事件，该事件是以英国业余天文学家理查德－卡林顿（RichardCarrington）的名字命名的，此次是由于太阳黑子造成的，持续了8天的恶劣太空天气。

2009年，美国科学家就太阳风暴的经济和社会影响，向国家科学院递交了一份报告，以提高人们对太阳风暴危害的认识，并倡议政府和私人企业为应对强烈太阳风暴做好准备。

“美国科学家在这方面比较敏锐，他们在评估如果出现1859年这样的太阳风暴会有什么样的后果。这不是写科幻故事，而是相对严谨的科学报告。”汪景琇介绍说，在我国，目前中国科学院国家天文台有一支研究太阳预报的团队，中国科学院空间科学和应用中心有空间天气的研究和预报中心，中国气象局有国家空间天气监测预警中心，国防部门也有相应的研究工作在进行。

不过……

根据历史记录和科学预测，小天体与地球相撞只是时间问题。直径10公里的小天体平均每隔1亿年会与地球相撞一次，直径1公里的小天体撞击地球的概率是10万年一次，直径100米的小天体撞击地球的概率是每1万年一次。也就是说基本不会发生……

不过……

关于太空射线和细菌之类的东西，我们的大气层和臭氧层可以拦截99％以上的有害物质也就是说基本无害……

至于剩下的，由于与空气的摩擦，基本灰飞烟灭……不过……

到目前为止，人类对太阳黑子数量较为完整的记录积累了23个周期。即使到了太阳周极大年，还要看相关太阳活动是不是对地影响有效(每个太阳活动周期间都会发生数十次强太阳风暴，多数没有直接撞击到地球而已，超级太阳风暴更属于低概率事件)，其危害如何，还需要具体讨论和评估。但即便超级太阳风暴来袭，也并非意味着世界末日来临。普通民众对