太空10大谜团:反物质、黑洞、星系相食…_九个头条网——更少更重要
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太空10大谜团:反物质、黑洞、星系相食…
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量子力学告诉我们，与表面现象相反，真空是虚拟亚原子粒子翻滚的泡沫，不断破灭又不断再生。这种转瞬即逝的粒子使得每立方厘米的空间都充满着某一种能量，根据广义相对论，这些能量产生了一种反引力的力量，能把宇宙空间推开。然而，没人知道究竟是什么导致宇宙加速膨胀。
1.质能等价理论（Mass&energy&equivalence&theory）是爱因斯坦狭义相对论最重要的推论，即著名的方程式E=mC^2，式中为E能量，m为质量，C为光速；也就是说，一切物质都潜藏着质量乘于光速平方的能量。&由此可以解释为什么物体的运动速度不可能超过光速。
2.威尔金森微波各向异性探测器（Wilkinson&Microwave&Anisotropy&Probe，简称WMAP）是美国宇航局的人造卫星，目的是探测宇宙中大爆炸后残留的辐射热，日，WMAP搭载德尔塔II型火箭在佛罗里达州卡纳维拉尔角的肯尼迪航天中心发射升空。
3.红矮星(red&dwarf)：是指表面温度低、颜色偏红的矮星，尤指主序星中比较&冷&的M型及K型恒星，这些恒星质量在0.8&个太阳质量以下，表面温度为2,500至5,000&绝对温度。除太阳外最接近地球的恒星&比邻星（Proxima&Centauri)&便是一颗红矮星。它们也拥有较长的寿命。&质量低于0.35太阳质量的红矮星会有充分的对流，&氦元素会在恒星内部均匀分布，而不会在核心累积，&红矮星不会膨胀成红巨星，而逐步收缩，直至氢气耗尽。&它们会保持稳定的光度和光谱持续数千亿年，由于现在宇宙的年龄有限，还没有红矮星发展到之后的阶段。
4.引力波观测激光干涉仪&(LIGO，Laser&Interferometer&Gravitation&wave&Observatory)，位于美国的&LIGO&观测所拥有两套干涉仪，一套安放在路易斯安娜州的李文斯顿，另一套在华盛顿州的汉福。在李文斯顿的干涉仪有一对封闭在&1.2&米直径的真空管中的&4&公里长的臂，而在汉福的干涉仪则稍小，只有一对&2&公里长的臂。这二套&LIGO&干涉仪在一起工作构成一个观测所。这是因为激光强度的微小变化、微弱地震和其它干扰都可能看起来像引力波信号，如果是此类干扰信号，其记录将只出现在一台干涉仪中，而真正的引力波信号则会被两台干涉仪同时记录。所以，科学家可以对二个地点所记录的数据进行比较得知哪个信号是噪声。LIGO&从&2003&年开始收集数据。它是目前全世界最大的、灵敏度最高的引力波探测所。一系列的升级计划将更进一步提高其灵敏度。
5.激光干涉空间天线（LISA，Laser&Interferometer&Space&Antenna），是一个由美国国家航空航天局（NASA）和欧洲空间局（ESA）合作的引力波探测计划，目前仍在设计阶段，计划于2015年投入运行，这将是人类第一座太空中的引力波天文台。LISA也是美国国家航空航天局的&超越爱因斯坦&（Beyond&Einstein&program）项目的一部分。&超越爱因斯坦&是一组实验上验证爱因斯坦广义相对论理论的计划，其中包含两个空间天文台（HTXS&&X射线天文台和LISA）和数个以宇宙学相关观测为目的的探测器。LISA将利用激光干涉的方法精确测量信号相位，从而对于来自宇宙间遥远的引力波源的低频且微弱的引力波进行探测。这将对引力波天文学的理论和实验研究，广义相对论的一些实验观测以及早期宇宙的天体物理学和宇宙学研究有重要意义。
6.IceCube中微子探测器是位于南极阿蒙森-斯科特站冰盖以下的三维大气簇射阵列，由美德等10国共同建设维护，主要目标用来探测地外高能中微子源，为理解高能宇宙射线打开一扇新的窗口。IceCube单个DOM探测器以分布在冰面上的1平方公里的探测器&(81个站点，324个探测器)&组成的IceTop部分；在冰面下方，是由一系列&绳索&悬吊着的一系列探测器，这些探测器在冰面以下1.45到2.45公里处组成的1立方公里的探测器阵列&(IceCube&Array)，一共有86条&绳索&&，每条上面有60个光学探测器&(称为DOM：digital&optical&modules，数字化光学模块)；其中还有被称为DeepCore的8条&绳索&上面的480个专门为探测低能量中微子优化的探测器子阵列。
文章来源：> 新型反物质燃料火箭飞船可达到70%光速
新型反物质燃料火箭飞船可达到70%光速驱动之家
责任编辑：卜玄奕 【转载】
    根据一项最新研究发现，一艘采用正、反物质湮灭反应驱动的超级飞船，其在空间航行的速度可以达到光速的70%。如果乘坐这样一艘飞船，从地球出发前往距离最近的一颗恒星比邻星(即半人马座α，距离4.2光年)将需要6年时间。    但是在你背上行囊准备出发之前还有一个问题需要解决，那就是：反物质的供应还很成问题。有一项估算显示，如果利用目前最强大的欧洲核子研究中心的大型强子对撞机(LHC)，花费1000年也只能获得大约1微克反物质，也就是100万分之一克。    美国肯特州立大学高级研究员张伟明(音译：Wei-Ming Zhang)和西储学院学生罗南·基南(Ronan Keane)抛开这些供应问题，对这样一种新型火箭可以达成的性能进行了计算。至于进行这样一次计算的理由，根据他们在arXiv网站上贴出的论文表示，是基于这样一种能源所具有的潜力：每一公斤常规物质与反物质相遇并发生湮灭反应将释放出9×1016焦耳的能量，这比燃烧化石燃料的效率高出20亿倍，甚至比核裂变反应的效率也要高出1000多倍。    他们进行的这一计算得益于一种软件的协助，计算机软件可以帮助我们更好地理解粒子在大型强子对撞机(LHC)中的行为特点。在对撞机内部，一束质子流和一束反质子流发生迎头相撞。这样一款软件让人们可以设计之前无法设计的更加复杂的引擎设备。    计算的结果非常惊人，这样一款反物质推进火箭将可以达到70%的光速，而先前另一个小组进行的类似计算的结果仅是大约33%光速。这样一款引擎采用借助磁场来改变在湮灭反应中产生的带电粒子的运行轨迹，因此现在面临的关键问题就在于这样一个磁场让这些带电粒子发生偏移的效率有多高。现在既然认为这种引擎是有可能出现的，是时候对其使用的燃料进行考察了。他们提出，一种方案是到外太空去寻找，因为有研究指出地球磁场中已经捕获大量的反物质粒子。火箭接近光速已经成为可能（图片来自于网络）    至于之前说到了比邻星之旅，事实上尽管说起来要花费6年时间，但是在这一过程中要考虑另外一个因素：当你的速度开始接近光速时，时间将会减慢，这就是相对论效应。这就意味着，尽管从地球上的钟表计时角度来看这一旅程需要花费大约6年的时间，但是对实际参与执行任务的飞船乘员们来说，他们经历的时间长度仅有大约4.3年左右。
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229用户点评今日凌晨，美国航空航天局公布了开普勒空间望远镜的新发现——开普勒452b，一颗目前为止各方面最接近地球的系外行星。它只比地球大60%，和母恒星的距离非常接近地球与太阳的距离，有很大的可能性会是一颗岩石行星，所有的这些都指向一个可能——这颗地球的孪生行星很有可能存在液态水和生命。但是这一切都只是“可能”，由于不是抵近观察，开普勒空间望远镜所能做的工作其实并不多，那么我们可不可以发射一个像“新视野号”探测器一类的装置，到开普勒452b附近去一探究竟呢？首先我们要知道开普勒452b到地球之间的距离：1400光年。也就是说，即使以光速前进也需要1400年才能到达。人类目前制造出来的最快飞行器是1976年发射的太阳神2号太阳活动探测器，它的速度高达70.22千米/秒，太阳神2号的速度之所以这么快是因为它离太阳足够近，直接运行在水星的轨道之内，作为向太阳系外发射的探测器，速度最快的自然是1977年发射的旅行者1号，它的速度是17.06千米/秒。即使是以70千米/秒的速度来看，与光速的30万千米/秒相比仍是太慢，仅相当于光速的1/4286，太阳神2号需要六百万年才能到达开普勒452b，旅行者1号更是需要三千万年才行。那么，有没有什么黑科技能帮助人类在短时间内抵达开普勒452b呢？核聚变引擎利用核聚变产生动力，推动火箭前进。在核聚变反应中，核子被迫进行聚合从而产生巨大的能量。2009年12月，英国《新科学家》网站，认为这种技术，有可能在数十年之后实现。一旦科学家掌握了受控核聚变，那么他们将控制反应中产生的带电粒子，并让它们从喷口喷射而出。从核聚变反应堆喷出的粒子能使二级火箭的速度达到光速的12%。核聚变火箭推进的宇宙飞船同采用核裂变火箭推进的星际旅行类似，能很快地飞抵最近的恒星系，但却没有更多潜力可挖。12%的光速虽然是一个很可观的速度，但对于距离地球1400光年的开普勒452b来说仍然太慢。如果燃料足够，核聚变引擎可能会带我们花数十年的时间到达离地球最近的恒星——比邻星，但到达开普勒452b则需要一万多年，这还没有考虑漫长的加速和减速时间。曲速引擎名符其实的黑科技，最早出现在美剧《星际迷航》中，最初只是一个不切实际的幻想，但后来理论物理学家米给尔·阿库别瑞在1994年提出以他为名的阿库别瑞引擎，使得超光速航行变得可能，并且不会违反广义相对论中“没有物体可以局域地比光速还快”。由于原理相近，人们也把阿库别瑞引擎称为曲速引擎，这个概念也在中国著名科幻作家刘慈欣的作品《三体》中出现过。阿库别瑞提出，可以制造一种能够令前方空间收缩而令后方空间膨胀的引擎，以空间的“变形”来推动飞船前进。由于空间膨胀的速度没有任何限制，所以这种飞船的乘客可以感知到自己的速度超过了光速。如果能够实现，飞船将会是被一个“曲率泡”裹挟着前进。它在本地参考系内没有任何加速度，也就不会受到广义相对论的速度制约，而且不会出现时间变慢等相对论效应。假如有一艘这样的飞船以单程两星期的速度飞到潘多拉再回来，其乘员的年龄将比出发前增长四星期，与留在地球上的情形一样，不必担心发生所谓的“双生子悖论”。2012年，物理学家哈罗德·怀特(Harold White)透露了一个堪称惊天动地的消息：他和他的团队正在为美国航空航天局(NASA)研制超光速引擎。驾驶装备着这种引擎的飞船，从地球飞到电影《阿凡达》(Avatar)中的潘多拉星球，仅需要几个星期而已。不过他们公布的只是一个理论上的实物模型。怀特表示，一旦曲速宇宙飞船真正面世，只须两周便能到达距离太阳最近的恒星系南门二。南门二距离太阳约4.37光年远。按照这个速度推算，1400光年也只需6年多的时间即可到达。这比新视野号到达冥王星花的时间都要少。反物质引擎1928年英国物理学家狄拉克首先从理论上提出了存在反物质的假说，认为存在和构成普通物质的基本粒子质量相等但电荷相反的基本粒子，并有由这样的基本粒子构成的反物质。仅仅4年后，这个假说就得到验证。由于反物质和物质如果相遇，将会湮灭，正反物质的质量将全部转化为能量，按照爱因斯坦的质能公式E=mc^2释放巨大的能量。反物质发动机的好处是反物质的湮灭可以自发产生，不需要象核发动机中的核反应那样需要许多条件，所以就不需要很大的反应堆，可以减轻飞船重量。就目前所知道的所有物理反应而言，这是效率最高的燃料。正反物质湮灭所释放的能量巨大，是氢氧化学反应的1百亿倍，太阳核心热核反应的300倍。一片阿司匹林那么大的反物质同物质湮灭产生的能量足以让一艘飞船巡弋数百光年。据科学家测算，以反物质为动力，飞行器的速度则可接近光速，在宇宙空间中可以以光速的70%飞行，那么到达开普勒452b的时间需要2000年。这对人类来说仍然太过漫长，不过足够我们到太阳附近的一些恒星做星际旅行了。虫洞虫洞是在广义相对论中容许存在的一种特殊结构，它可以把时空中的两个点直接连接起来，不管这两点在空间距离上或时间间隔上相距多远。对它的简单理解，就如同一张纸上相隔较远的两个点，通过折叠将两点重合在一起。利用虫洞的特性，我们就有可能在较短的时间内完成远距离的空间旅行，或者进行时间旅行。不过，我们还没有在天文观测中找到虫洞存在的实验证据。在理论上也还存在各种各样的困难。例如，制造和维持虫洞可能需要具有负能量的物质。著名天体物理学家霍金认为，虫洞就在四周，只是小到肉眼很难看见，它们存在于空间与时间的裂缝中。如同在3度空间中，时间也有细微的裂缝，而比分子、原子还细小的空间则被命名为“量子泡沫”，虫洞就存在于其中。不过，霍金表示，这些隧道小到人类无法穿越，但有朝一日也许能够抓住一个虫洞，再将它无限放大，或许将来也可以建造一个巨大的虫洞。如果能真的制造出虫洞，那么通过它来抵达开普勒452b显然是最节省时间的方式，像《星际穿越》一样，可能坐一站公交的时间就到啦。天文地理微信号：tianwendilizhishi专注分享天文知识的订阅号【文章均来源于网络
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