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宇宙到底什么樣?這里有你想要的答案

焦毅
原創(chuàng)
航天系統(tǒng)高級(jí)工程師,擅長航天、太空等領(lǐng)域科普文章創(chuàng)作。
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讓人難以忘懷的嗅覺體驗(yàn)

太空聞起來到底是什么味兒?這是一個(gè)令人十分困惑的問題。而且大家可能會(huì)覺得問過太空氣味兒的人估計(jì)都沒有辦法活著回來,所以這個(gè)問題似乎變成了一個(gè)懸案。

事實(shí)上,這個(gè)問題也令科學(xué)家們困惑了很久。不過雖然在太空直接聞味肯定沒有好結(jié)果,但是我們還可以通過間接聞味的方式獲取太空的味道。即當(dāng)宇航員完成太空行走后,在返回艙內(nèi)時(shí)會(huì)短時(shí)攜帶著太空的味道。

美國退休宇航員托尼安東內(nèi)里至今仍記得他第一次在太空中打開艙門的情境。他在接受采訪時(shí)說:“我接受過十年的訓(xùn)練,但打開艙門的那一瞬間我完全被震撼了,沒人告訴我太空味。那種氣味強(qiáng)烈而獨(dú)特,與我以前在地球上聞到的氣味完全不同。我不知道該怎么形容,那是某種金屬混合物的氣味。

美國宇航員唐·裴迪特也曾在2003年描述過太空氣味:每當(dāng)我們打開艙門迎接疲憊的宇航員進(jìn)倉時(shí),我們的嗅覺會(huì)被一股特殊的氣味所襲擊。起初我布置這股味道從何而來,但隨后我注意到,它的源頭就是宇航員們的宇航服、頭盔、手套以及工具等。相比金屬或者塑料材質(zhì)的裝備而言,紡織品上更容易附著這種氣味。裴迪特坦言,這氣味很難描述,我能給出的最佳答案就是金屬味,是一種相當(dāng)令人愉悅的金屬味,聞起來會(huì)讓我聯(lián)想到自己在大學(xué)書架連續(xù)數(shù)小時(shí)的電焊工作。

基于宇航員們的描述,NASA當(dāng)下正在嘗試復(fù)制出太空的氣味以供訓(xùn)練使用,目前已經(jīng)完成了一款太空香水樣品試制,正在通過眾籌的方式募集項(xiàng)目資金,以用于香水的批量生產(chǎn)。從這個(gè)項(xiàng)目來看,大家在不久的將來,也有望或者這種令人難忘的嗅覺體驗(yàn)了。

爭論不休的形狀

宇宙到底有沒有邊界,它是閉合的?還是開放的?它又是什么形狀的呢?是平直空間,還是球狀空間,亦或是其他形狀?

閉合球形論一期

早在1917年,愛因斯坦就開始從場方程出發(fā),研究宇宙的起源問題。愛因斯坦認(rèn)為,在宇宙尺度上,物質(zhì)分布應(yīng)該是均勻和各項(xiàng)同性的。為此,他提出了著名的宇宙學(xué)原理。實(shí)時(shí)證明,這個(gè)原理與后來的天文觀測驚人地一致。在宇宙學(xué)原理的基礎(chǔ)上,愛因斯坦建立了一個(gè)閉合的、有限的靜態(tài)宇宙模型。這也是國際上第一個(gè)比較認(rèn)可的宇宙模型。

開放無限論

1922年,俄科學(xué)家通過求解愛因斯坦場方程,發(fā)現(xiàn),宇宙不一定是靜態(tài)的,也可能是膨脹的。他根據(jù)宇宙學(xué)原理,發(fā)現(xiàn)愛因斯坦的場方程有三種形式的解:膨脹的三維平直空間、膨脹的三維球形空間、膨脹了三維偽球。

隨后眾多的天文觀測表明,宇宙在空間上是非常接近平直的,也就是說可能無論去掉哪一個(gè)維度,得到的都是無窮大的面。1980年,美國科學(xué)家古斯提出暴脹理論,也很好地解釋了宇宙的這種平直性。

盡管暴脹理論加上平直宇宙的標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型深入人心,甚至成為大家的共識(shí),但我們不能排除我們生活在一個(gè)球形或者雙曲線形世界的可能性,因?yàn)楫?dāng)模型足夠大時(shí),我們探測到的尺度占比會(huì)很小,使得無論哪種模型在,在探測到的尺度看起來幾乎都是平坦的。

這就是為什么早期的人們認(rèn)為地球是平的——在他們能夠觀察到的尺度上,地球的曲率太小而無法探測到。

閉合球形論二期

近年來,宇宙膨脹論已經(jīng)得到了人們的廣泛認(rèn)可。但是在2018年發(fā)布的宇宙微波背景譜上,人們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)反?,F(xiàn)象。這個(gè)現(xiàn)象是以動(dòng)態(tài)平直宇宙為基礎(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型所不能解釋的。這促使迪瓦倫蒂諾等三位宇宙學(xué)家重新審視宇宙的形狀問題。他們發(fā)現(xiàn),如果摒棄標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)的動(dòng)態(tài)平直宇宙思想,回到愛因斯坦初期建立的靜態(tài)閉合的宇宙,則不僅可以很好地屆時(shí)這種反常,而且可以大大緩和哈勃常數(shù)危機(jī),可謂一舉兩得。

目前,這一重要思想已經(jīng)在2019年度的《自然文學(xué)》上發(fā)表。

沉寂了多年的宇宙動(dòng)、靜模型之爭,再次拉開了序幕。

不斷變化的顏色

夜晚,當(dāng)你仰望星空時(shí),是否想過宇宙真實(shí)的顏色可能并非眼前單純的漆黑?

為了更真實(shí)地向我們展示宇宙的形象,NASA已經(jīng)通過哈勃望遠(yuǎn)鏡對(duì)宇宙進(jìn)行了整整26年的觀測。通過不斷回傳的照片,我們看到了五彩繽紛的宇宙天體圖像,但是宇宙宏觀的整體顏色到底是什么呢?

天文學(xué)家們對(duì)拍攝到的20萬個(gè)星系所放射光線的顏色進(jìn)行了研究,以分析如果將整個(gè)天空涂抹混合后會(huì)得到什么顏色,答案是柔和的拿鐵咖啡色。

但科學(xué)家認(rèn)為對(duì)宇宙顏色的分析需要對(duì)無數(shù)顆恒星進(jìn)行紅移調(diào)查,因?yàn)榛诂F(xiàn)有的理論,現(xiàn)在宇宙處于加速膨脹狀態(tài),各大恒星的距離都在不斷變化,這種變化將會(huì)影響望遠(yuǎn)鏡接收到的光的波長,而恒星光在很大程度上可以影響宇宙的顏色,除了宇宙膨脹的影響之外,由于恒星光的顏色是其自身溫度的一個(gè)表征,熱恒星趨于藍(lán)色,冷恒星則趨于紅色。隨著壽命較短而異常活躍的藍(lán)色恒星的加速死亡,那些發(fā)出偏紅光芒的穩(wěn)定恒星的顏色比重逐漸增加,因此在數(shù)十億年間,宇宙的顏色一直在逐漸發(fā)生變化,就目前而言,我們的宇宙包含著大量紅和藍(lán)顏色為主的恒星,而且還有許多色彩繽紛的塵埃和氣體,混合起來酷似拿鐵咖啡的顏色。

難以捕捉的聲音

我們都知道聲音的傳播是需要介質(zhì)的,而從常識(shí)上來講,太空中是一個(gè)真空的狀態(tài),所以我們很難在太空捕捉到聲音,如果僅從聽覺上來講,在太空中可以近似認(rèn)為是寂靜無聲的。

但太空中并非空無一物,而是存在少量的粒子。只是密度與我們熟悉的地球表面大氣相比,要低得多。具體要低到什么程度呢?地球表面有大量空氣,平均每立方厘米的地面上便含有3×1020個(gè)氣體分子。而在太空中,同樣大小的空間中平均只有5個(gè)質(zhì)子。因此,想在太空中獲取聲波十分困難?,F(xiàn)在主要的手段是通過科研設(shè)備對(duì)太空中的各種波束進(jìn)行采集、轉(zhuǎn)化、放大,最后還原出我們可以聽到的太空聲音。

其實(shí)太空也是十分嘈雜的,每個(gè)星球都有屬于自己的聲音。根據(jù)NASA目前發(fā)布的音頻,比如太陽系中,各個(gè)天體的聲音就都有著自己的特色。其中火星、天王星、冥王星屬于“風(fēng)系”:火星的像是東北冰冷大地上呼嘯寒風(fēng)的聲音,天王星則是在火星的寒風(fēng)基礎(chǔ)上增加了一些回旋,冥王星則像是一根矗立在風(fēng)中的光禿旗桿振動(dòng)的聲音;太陽、金星屬于金屬系:太陽發(fā)出的像是一種細(xì)長金屬振動(dòng)的回聲,金星的聲音則比太陽更加低沉;水星、地球、海王星屬于機(jī)械系:水星像是摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的轟鳴聲,地球的像是飛機(jī)低空掠過后留下的轟鳴,海王星像是老式黑白電視機(jī)沒信號(hào)時(shí)雪花的聲音;土星和木星屬于恐怖系:其聲音時(shí)那種令人不寒而栗的恐怖片的背景音。

對(duì)于聲音每個(gè)人的描述方式都不太相同,所以去聽一聽這些奇怪的太空聲音吧,只有你才知道自己究竟聽到了什么。

評(píng)論
演繹無限精彩
大學(xué)士級(jí)
對(duì)于宇宙的研究,歷經(jīng)了一代又一代科學(xué)家的努力。隨著研究的深入,越發(fā)覺得人類如此之渺小,宇宙的一切越來越廣闊,越來越難以預(yù)測。
2023-09-20
華科普
大學(xué)士級(jí)
宇宙的真實(shí)面貌是個(gè)謎,人類一直在探索,希望不久的將來可以揭開其神秘的面紗……
2023-09-20
二嘎子
大學(xué)士級(jí)
宇宙之大難尋邊際,它是空洞的,也是實(shí)際的,更是暫未可細(xì)知的。
2023-09-20