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宇宙暗世界-21世纪.宇宙科学

宇宙暗世界-21世纪.宇宙科学

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  • ISBN:9787110067147
  • 装帧:暂无
  • 版次:1版
  • 册数:暂无
  • 重量:暂无
  • 印刷次数:1
  • 开本:32开
  • 页数:158 页
  • 出版时间:2008-01-01
  • 条形码:9787110067147 ; 978-7-110-06714-7

目录


**章 我所知道的宇宙
第二章 想看你*初的样子
第三章 隐秘的无形天体
第四章 宇宙中的“黑势力”
第五章 宇宙膨胀的未来
第六章 宇宙中的三朵金花
第七章 *激烈的太空表演
第八章 太学中的弹跳
………………
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节选

br />     21世纪是人类全面探测太空、深入研究宇宙的世纪,是交叉科学
全面兴起的世纪。“迈向宇宙,走向太空”已经成为时代的声音。当代人
类的太空探测和宇宙研究,重点是天文、物理和航天探测的结合,这是
一个历史的跨越。这种完美的结合极大地推动了人类宇宙研究的进程,
并刺激了与之相关科学的繁荣。《迈向宇宙的天梯》系列丛书,为国家
“十一五”重点图书规划项目。本人有幸为此系列丛书作出自己的贡献,
在感到荣幸的同时,也深感压力,督促我尽全力写好此书。
    书中非正式地提到太空科学这个概念,相信在不久的将来会成为
现代科学重要的一支。
    太空是指地球稠密大气层之外的空间区域,一般认为距离地面
200千米之外。研究太空、宇宙的学科很多,简单归纳有以下几种:宇宙
学、粒子物理、高能物理、天体物理、天体化学、太空生物学、太阳物理
学、太阳系物理学、行星科学、陨石学、空间科学、探测科学、SETI科学
(探索地外生命)、航天学(宇宙航行)和月球科学等。书中为了方便起见
把这些科学门类统称为太空科学。
    21世纪,太空科学以惊人的速度实现着人类对科学极限的跨越!
毋庸置疑,其中航空航天已经成为我们这个时代的重点话题!来自太
空、宇宙的诱惑如此巨大,具有悠久文明史的中国当然更要作出自己的
贡献:“神舟号”飞船的成功升空,特别是载人飞船的一次又一次的成功
归来,确立了中国已进入航天大国之列。如今“嫦娥工程”的启动,宣布
中国航天将向太空深处延伸,“嫦娥”绕月的成功,更显示我国有能力迈
向宇宙,走进太空。
    今天。“太空热”、“天文和航天热”正在兴起,然而这并不是科学家
们的心血来潮,也并非纯粹是人类对理性的自我完善;我们所说的太空
科学也绝不是一门仅仅拘泥于“象牙塔”之中的学科,相反,它对于人类
的长远发展来说具有极其重大的意义。人类开发宇宙的意义,一方面在
 地球能源不断告急的今天,可设法从太空中获得更多资源;另一方面,
人类还可到宇宙拓展新的生存空间,等等。
    本套系列丛书主要涉及以下一些话题:宇宙、黑洞、反物质、神舟号
飞船、嫦娥工程、超光速,超新星、中子星、夸克星、火星、太阳黑子、中微
子、太阳系外行星、暗物质、暗能量、类星体、太空引力波、巨型射电望远
镜、地外生命、时光隧道(时间机器)、脉冲星、恒星形成,等等。这些都是
在过去几十年,特别是*近几年大家都非常关注的话题,书中试图给读
者满意的答案。
    不积跬步,无以至千里;不积小流,无以成江海。本套丛书的主题
是:“迈向宇宙,走向太空!”为了写好本书,笔者从三年前就开始广泛积
累素材.建立了天文物理科普资料专业数据库和业余数据库。这几年积
累起来的一篇小文章、小图片,如今终于形成了这套比较完整的宇宙太
空科普读物。
    *后谈谈本书的主要素材。本系列丛书的基本素材主要来源于笔
者在学习与科学研究期间听取院士、首席科学家、海内外著名学者前沿
专题报告的笔记;参加中科院“黑洞物理年”会议中涉及到的黑洞相关
前沿内容笔记;还有笔者在投入射电和红外(射电和红外是研究宇宙
早期情况的重要手段,同时射电又是深空探测以及地外文明探测的有
利工具)方面的近两年时间的专业研究工作,与同行在黑洞质量计算、
地外行星方面的专业研究工作积累的素材。笔者在科学研究的过程
中,还有幸接触了美国国家航天局、欧洲空间局,这些经历也使笔者深
人了解了国际国内宏伟的宇宙太空探测计划及其很多背景知识,这些
均为编写这套丛书打下了坚实的基础。
    本丛书还得到了众多老师、同学和朋友的帮助,由于他们的支持
和鼓励使得本书能够顺利与读者见面.这里要对他们的工作表示衷
心的感谢:
    首先要感谢的是陈建生院士,陈老师是北大物理学院天文系的主
任.笔者在求学期间深受老师培养战略科学家这种思想的影响。还有探
月工程的首席科学家欧阳自远院士。我看了很多先生主编的科普作品,
先生认真求实的科学态度、对科普事业的热心,令学生深受感动和教
 育。甘子钊院士是北大物理系老系主任,是物理学院的前辈,记得新生
开学的时候.甘老师的那场讲座.生动地描绘了物理学的美以及其在科
技发展中的重要地位,其中飞秒技术、磁共振,是甘老师为物理学院新
生上的大学物理**课。以上三位院士的支持是笔者坚持到*后的强
大动力。
    为了本书能够让大多数人看懂,引入了另外一位作者石雨祺。小石
就读于北京师范大学,已经出版了几部作品,有比较好的文字水平。小
石在本书的编写过程中作出了大量的工作。也正因为小石的工作,本书
由刚开始的甚至专业人士都难以看懂的文字。到现在只要识字的读者
都可以通过浅显易懂的文字去了解神秘的宇宙。
    除此之外,北京大学的李新叶、李肇聿为本书的编写提供了大量的
资料;清华大学的王少轩、程华为本书的图片收集付出了努力;北大中文
系的刘月悦为本书的名字提出了很好的想法:逸思·好方法教育团队的
陈强先生为作者提供了与北京、上海和广州等地中学生面对面的交流机
会,使得作者能够更好地了解他们在宇宙太空科学上真正感兴趣的地
方:还有网易探索频道的徐超编辑在“嫦娥”探月专题中介绍了为配合
“嫦娥”1号的发射首推出的两本:《伸出地球的手》和《宇宙暗世界》。
    *后要感谢我的导师北大吴月芳教授、探月中心邹永廖主任、嫦娥
工程射电望远镜专家张宏波工程师、欧洲空间局赫歇尔计划中方负责
科学家黄茂海研究员,以及在北大做过天体物理前沿讲座的那些学者
专家们.还有北大天体物理前沿课程的主要组织者刘富坤教授等。书中
引用凝练着他们用智慧和汗水取得的研究成果、学术观点、数据和图片
资料以及在写作的过程中给予的帮助和指导。作为科普读物难以一一
列举他们的名字.在这里谨向他们表示深深的感谢和敬意。人类的进
步,科技的发展离不开这些夜以继日,默默奉献的科学工作者。
    孙彤
    2007年北京未名湖畔
 我们的宇宙,75%的部分是暗能量,21%是暗物质,剩下的4%是正常
物质。暗能量的引入是为了使宇宙膨胀,抵抗引力的作用,Urry教授提
出。假如暗能量的性质在宇宙膨胀到某个时候发生了变化,比如说它提
供的排斥力减弱.那么宇宙的未来就是“大压碎”,而如果暗能量继续保
持现在的性质的话,宇宙将会“不确定膨胀”下去,如果暗能量*后随着
宇宙的膨胀反而增强了排斥力的话,那么宇宙的将来就是“大撕裂”。
    uI-Fu教授的报告
    2007年美国耶鲁大学的Meg Urry教授来北京大学做了一场关于
暗物质和加速宇宙的报告。她向我们介绍了宇宙学研究的发展过程和
目前取得的一些进展以及今后的一些发展计划。正如Urry教授所说,
宇宙学的研究发展很快,尤其是*近的十来年取得了很丰富的研究成
果。人们对宇宙的了解进一步地深入。
    人类对宇宙的关注很早就开始了。但是真正的系统研究还是开始于
20世纪。从20世纪初物理学革命开始到90年代,人们对宇宙的理解迈
上了一个新的台阶。从20年代斯莱弗发现绝大多数星系存在红移到之
后哈勃提出的膨胀模型以及彭齐亚斯与威尔逊发现微波背景辐射,人们
逐渐建立起来了宇宙的大爆炸模型。如今。我们有了更加先进的观测设备
来进行宇宙学的研究,但同时也发现了更多需要解决的问题。
    我们的宇宙究竟是在加速还是减速膨胀呢?要解决这个问题必须
很好地测量出星系的红移。而距离我们太近的星系因为受到本地运动
的影响很难真实反映其退行的速度。这就需要我们观测那些遥远的星
系。但测定遥远星系的距离又十分困难。因此,选取一个很好的标准烛
光就成为首要的问题。经过多年的摸索,人们发现Ia型超新星的爆发
具有一定程度上固定的内禀光度变化规律,从而可以作为标准烛光使
用。在用哈勃太空望远镜观测了数个超新星事件后,我们得到了哈勃
图。从图上可以看出宇宙确实在经历一个加速膨胀的阶段,这也印证了
人们对暗能量的预期。暗物质的存在还是宇宙的膨胀加速,目前已经是
研究得非常热的一个宇宙学课题。
 宇宙加速膨胀的测定
  暗物质和暗能量是宇宙学中*神秘的两种物质,我们叫它们“暗”,
英文名是"dark”,意思是"Wedon’tknow”,对它们的研究是当前宇宙学
中的热门话题。Urry教授的报告由于是一个非正式的报告.因此她只是
简要地介绍了自己的小组成员在宇宙学方面的工作,其中包括了
GOODS计划对宇宙加速膨胀的测定以及未来一些研究暗能量和暗物
质的计划。
    我们想测量宇宙的大小,那么使用Ia型超新星作为标准烛光是*
直接的一种方法了,因为超新星爆发时的光度变化曲线是恒定的,因
此,当我们接收到SNIa的信号后,对它进行连续观测 ,然后作出光度
变化曲线,就可以推算出爆发时的真实光度是多少了。这样我们也就
能知道它离我们的真实距离.然后再根据观测得到的超新星的光谱来
推算出它的宇宙学红移。利用这些结果我们可以对各种宇宙学模型进
行限制
超新星惊奇
Urry教授这次报告的一个小标题叫做“超新星惊奇”。其中有一幅
 图,横坐标是红移z,从左到右增大,纵坐标反映了光度的大小,从下往
上是下降方向。假如宇宙是减速膨胀的话,那么在这幅图上的理论曲线
是初始水平,在高红移处下降。而对于纯粹是按照哈勃理论的关系膨胀
的宇宙(velocity distance),在图上显示是一条水平的直线。在加速宇
宙模型下,低红移处的曲线会向上,也就是暗的方向偏移,然后在高红
移处又向下偏移。有了这副理论预计图,那么只要我们能做到观测到高
红移的样本,就可以实现对理论的限制。
      的超新星巡天t-k划
    在GOODS的超新星巡天计划里。他们利用HST发现了很高红移
的 型超新星.发现它是处于高光度的范围,因此基本上肯定了宇宙加
速膨胀的理论,而且肯定了我们所在的宇宙是平坦的。GOODS是一个
大天文台宇宙起源深空巡天计划。通过大口径空间望远镜联合对宇宙
天区进行巡测。GOOGS超新星巡天是其中一个比较重要的巡天,主要
是研究宇宙起源问题中的超新星。本章节后小知识部分对于GOODS计
划作了简单介绍。
  加速的宇宙
  现代宇宙学是爱因斯坦创立广义相对论后,把广义相对论应用于
宇宙学研究而开创出来的。现代宇宙学的核心内容是大爆炸(Big
Bang),而哈勃膨胀(Hubble Expansion)、宇宙微波背景辐射(CMBR,
C0smic Microwave Background Radiation)和大爆炸核合成(BBN,Big
Bang Nucleosynthesis)则是大爆炸宇宙学的三大基石。
    一些明亮的超新星使得宇宙学家可以用之确定宇宙在不同时期膨
胀的速度。科学家们惊讶地发现宇宙正加速膨胀着,膨胀速度越来越
快,而不是像先前认为的减速膨胀。减速膨胀理论是广义相对论的自然
结果,曾得到天体物理学家的普遍相信。这就是神秘的“暗能量”的首次
登场.一种未知的力量抵抗着引力并把星系相互分开。



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