地球、太陽系和銀河系的質量是在增加還是在減少?

2020-12-22 天文在線

本文參加百家號 #科學了不起# 天文航天系列徵文賽。

根據廣泛認可的宇宙學模型來看,第一個星繫於130到140億年前形成。在接下來的數十億年期間,我們已知的一些宇宙結構就出現了。

這些結構包括星系團,超星系團和暗條,還有一些銀河的特徵如球狀星團,銀河核球和超大質量的黑洞。

但是,星系,就如同生命體一樣,也一直在進化中。事實上,縱觀它們的生命周期,星系總是在合成和向外噴射物質。

一項的研究表明,有一支著力於計算銀河吸收物質和放出物質速率的國際天文學家隊伍。熱愛天文學的人們通過展示相關的天文詳細數目,突出了這些數據跟我們已知的銀河形成和進化是緊密關聯的。

這項研究是由歐洲空間局的天文學家安德魯·傑·福克斯,來自空間望遠鏡研究所的銀河暈研究小組以及多間大學共同領導的。根據之前的研究成果,他們從銀河周圍高速運動的雲團來測算氣體進出銀河的速率。

因為能捕捉到物質對於研究星系中星體的形成非常關鍵,因此知曉物質進入銀河系和離開銀河系的速率對我們理解星系的進化過程是至關重要的。就像天文愛好者麥可·佛雷總結的那樣,能夠描述物體進入銀河時的速率對於深刻理解銀道噴流的模型是至關緊要的。

跟這個模型一樣,星系中的大多數大質量星體會產生星風,把物質往星系盤外帶走。當星體逐漸變成超新星,走向生命終結的時候,它們也會類似地向外噴出大部分物質。這些噴出來的物質久而久之沉降到星系盤,為新星的誕生提供物質。

這些過程被集體認為是「恆星反饋」現象,這些恆星是要負責把氣體推往銀河外的,佛雷說。「換句話說就是銀河不是孤單的儲存物質的地方;它就像一個儲藏地一樣,因為重力作用和「恆星反饋」現象不斷得到物質同時又失去物質。

另外,這些研究也表明恆星的形成也許跟星系中心的大質量黑洞的體積密切相關。基本上來說,大質量黑洞向外放出大量的能量,可以加熱核區周圍的氣體和塵埃,以此避免自己發生有效的簇聚和引力坍塌而形成新恆星。

與盾牌-半人馬恆星形成區域相關的太陽位置(來自美國國家射電天文臺,比爾·撒克遜;美國航天局,羅伯特·赫爾特)

就此而言,物質進入和輸出星系的速率對確定恆星形成的速率是關鍵的。對於在銀河系裡計算這種速率的工作,福克斯和他的同事查閱了許多來自不同渠道的數據。福克斯今天通過郵件向宇宙公布:「我們採掘了文檔。美國航天局和歐洲空間局依然留有精準的哈勃望遠鏡傳達的的文件數據。我們瀏覽了所有有關類星體的研究數據,這些數據是利用安裝在哈勃望遠鏡的靈敏的宇宙起源攝譜儀收集的,這個攝譜儀可以被用來對捕捉到的來自遠方的紫外線進行分析。我們發現了270個這樣的類星體。起初我們用所得的觀察數據製作了一個關於以高速雲出名的快速移動氣體雲的目錄。然後我們設計出了方法,通過使用都卜勒頻儀,能讓高速雲分裂成粒子流入物和粒子流出物。

另外,這一項調查顯示,銀河在大約70億年前經歷過一段休眠期——這大約持續了20億年。這是由激波所造成的現象,激波使得星際氣體雲變熱,這曾短時間地使進入我們星系的冷氣流停止運動。久而久之,氣體冷卻了,重新流進星系內,重啟第二次的恆星形成運動。

在看完所有數據之後,庫克斯和他的同事可以對我們星系的物質流進速率和流出速率實施限制了:「在對比完氣體流入速率和氣體流出速率之後,我們發現星系中有越多流入物,就越有利於這個星系內的恆星形成運動,這都是因為大量的氣體可以轉化成恆星和星球。我們測量到每年大約有0.5單位太陽物質流入以及0.16單位太陽物質流出,所以太陽物質有淨流入特性。

氣泡(來自美國航天局戈達德航天中心)

但是,就像佛雷聲明的那樣,高速雲被認為已經存在有大約1億年的時間。所以,這個淨流入的特性不能像預估的那樣能一直保持下去。

「最後,他們忽略掉了存在於宇宙模型中的高速雲(比如費米氣泡),這個模型是不跟蹤流入和流出的氣體的,」他補充說道。

從2010年開始,天文學家就已經意識到(宇宙中)存在一些出現在星系中心的神秘的結構比如費米氣泡。這些氣泡狀結構的歷史延續了數千光年,它們一度被認為是大質量黑洞消耗星際氣體和噴出伽馬射線的產物。

但是,同時,這些結論提供了關於星系形成和進化的新視角,也激勵了關於「冷氣流合成」的新想法,這個想法最初是阿維賽·迪克教授提出,來自耶魯撒冷希伯來大學拉卡物理學會的同事則解釋了星系如何在它們形成過程中合成來自周圍空間的氣體。

「這些結論表明星系如銀河系是不會一直穩定地進化的,」福克斯總結道,

「這些星系會偶然地合成和損失氣體。這種現象是一個爆炸和捕捉的循環過程:當氣體進入星系,就會有更多的恆星可以形成,但是如果氣體過多,那麼恆星爆炸就會發生得很頻繁以致於所有的多餘氣體都被放出,阻止恆星形成。流入物和流出物的平衡狀態控制著形成恆星的數量。我們得出的新結論可以闡明這個演變過程。」

基於此研究的另外一個有趣的事實是進入銀河系的物質同時也給其他的恆星系統提供物質。比如說,我們的太陽系一直都是依靠流入物和流出物的更替來運行。一些天體比如奧陌陌(彗星)和更近發現的2I鮑裡索夫(星際彗星)已經確實了小行星和彗星是不屬於恆星系統內的,並且被長期列入其他組別裡。

但是氣體和塵埃又如何劃分呢?我們的太陽系和地球(擴展來說)是不是一直都在減少或者增加重量呢?這些對於我們未來的星系和居住的星球又有什麼意義呢?舉個例子,天文學物理家和作家布萊恩·科博爾林在網上對後面的問題發表了言論。通過舉例雙子座流星雨,他寫道:

「事實上,通過衛星對氣象的動態觀察,可以估計每天大約有100到300噸的物質撞擊地球。這些加起來後每年就大約有30000到100000噸物質了。雖然這看上去很多,但是按照一百萬年來計算,這些物質的數量還是比地球總質量的十億分之一還小。」

布萊恩繼續解釋道,地球在進行大量的演變活動時也會經常損失質量。這些演變活動包括地球在地殼運動中的放射衰變,衰變使得能量和亞原子粒子(阿爾法粒子,貝塔粒子和伽馬射線)逸出地球。

第二個損失就是大氣損失,氣體比如氫氣和氦氣會跑到太空。總的來說,這些損失加起來大約每年有110000噸物質流失。

名為「火流星」的小行星在1994年到2013年所造成的影響(美國航天局)

表面上來看,地球似乎每年會淨損失掉大約10000噸物質。加上微生物學家/科學交流學者克裡斯·史密斯和劍橋物理學家戴夫·安瑟爾預測在2012年地球從太空中得到了40000噸塵埃,但它每年會通過大氣和其他途徑損失90000噸物質的記錄,

所以地球也許在以損失10000到50000噸的速率變得越來越輕。但是,地球的到物質的速率並不受此限制,所以(通過比較)也許地球的得到和丟失是可以平衡的(即使地球得到物質似乎可能性不大)

對於我們的太陽系來說,情況是類似的。一方面來說,星際氣體和塵埃流是一直流進的。

另一方面來說,我們的太陽——大約佔據總太陽系質量的99.86%——也在一直丟失能量。通過美國航天航空局信使號探測器所收集到的數據來看,一支由美國航天局和麻省理工學院研究人員組成的隊伍概稱太陽正在因為太陽風和其內部活動損失能量。通過詢問天文學家,得知太陽正以1.3245*10^15的速率丟失質量,即使太陽同時在擴大。

雖然速率增長緩慢,但是因為太陽有大約1.9885*10^27的質量,所以它不會很快隕落掉。

但是隨著太陽的質量在減少,它對地球和其他星體的萬有引力作用會減弱。然而,等太陽已經到了主序末期,它將會驚人地擴張,並且完全吞噬掉水星、金星、地球甚至火星。

所以當我們的星系也許在可預見的未來不斷增加質量,但似乎我們的太陽和地球正在減少質量。這種現象不應該被認為是壞消息,但是長期來看,的確是有啟示在內。

同時,有些需要被知道的是即使是在宇宙中最老的以及質量最大的星體也都會像生物一樣變化。

無論我們在談論星球,恆星抑或是星系,它們在出生,發展以及消失的期間,都被認為是有得到或者失去一些物質的。以此來看,生命周期的確存在於宇宙中!

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3. sciencealert-盧曉怡- MATT WILLIAMS

如有相關內容侵權,請於三十日以內聯繫作者刪除

轉載還請取得授權,並注意保持完整性和註明出處

相關焦點

  • 地球圍繞太陽旋轉,太陽系圍繞銀河系旋轉
    地球繞著地球旋轉,周期為365天或一年從太陽形成之初,太陽就由產生高溫高壓中心的引力坍縮形成,然後吸收周圍的宇宙塵埃,引力坍縮的中心正在高速旋轉,當太陽形成時,一些被拋出的宇宙星雲和塵埃形成了地球,雖然這些宇宙塵埃是被拋出的,但由於太陽引力的存在和高速運轉,因此這些宇宙星雲和塵埃形成的地球仍然圍繞太陽旋轉,太陽引力並沒有消失
  • 地球圍繞太陽旋轉,太陽系圍繞銀河系旋轉,銀河系繞什麼轉?
    由於宇宙中存在萬有引力,各種天體都會圍繞其中心的母體旋轉,地球的母體是太陽,因此地球圍繞太陽旋轉已經成為一個非常常識。地球圍繞太陽旋轉如上所述,宇宙中任何物體都有一個中心,太陽系也不例外,作為地球的母星系,太陽系也圍繞其中心旋轉,這個中心是銀河系的中心,簡稱銀心,為什麼太陽圍繞銀河系的中心旋轉?
  • 地球繞著太陽轉,太陽系繞著銀河系轉,那銀河系繞著什麼轉呢?
    ,太陽引力一直沒消失,所以地球一直圍繞太陽在公轉至今,在太陽系中還有七顆像地球那樣的行星在圍繞太陽公轉,這八顆行星及其衛星,還有部分小行星、隕石和太陽共同組成了太陽系。太陽系圍繞銀河系中心黑洞公轉,公轉周期為2.5億年不僅僅地球擁有公轉中心,太陽系其實也有一個公轉中心,這個公轉中心就是銀河系的中心,根據科學家觀測和分析,在銀河系中心存在一個超大質量的黑洞,太陽系受到這個黑洞引力的影響,於是圍繞這個黑洞進行公轉,我們知道地球圍繞太陽公轉周期為365天,也就是一年,那你知道太陽系的公轉周期是多少呢
  • 太陽系和地球很特殊,像是被精心設計過
    或者是這些生命它們沒有拜訪地球呢?這個問題其實就是費米悖論想要問的。    也許誕生生命,甚至誕生像人類這樣的智慧生命,真的非常困難,雖然我們現在發現的潛在宜居的星球它們是巖石星球,與主恆星的距離合適(處在宜居帶),上面有大氣和液態水;但是想要誕生生命還必須具備一些太陽系和地球所具有的特殊條件。這些條件讓人覺得,太陽系和地球像是被精心設計過的一樣。
  • 地球繞著太陽轉,太陽系會繞著銀河系轉嗎?轉一圈要幾年?
    我們都知道地球繞著太陽公轉,公轉周期為365.24219天,也就是一年。 太陽系包括太陽、8大行星(金星、木星、水星、火星、土星、天王星、海王星和地球)、近500個衛星、超過1200000個小行星以及矮行星和彗星。
  • 太陽系繞著銀河系轉,銀河系繞著什麼轉呢?事實原來是這樣的!
    太陽系繞著銀河系轉,銀河系繞著什麼轉呢?這是筆者在網絡上看到的一個關於宇宙的問題,這個問題筆者還真是了解一些,於是就來簡單的回答一下。或許說的不對請天文愛好者給予正確的解答,在此先行謝過了。,黑洞的質量也會不斷的增加,目前這個黑洞的質量已經達到了太陽質量的400萬倍,而且恐怖的是銀河系中不僅僅有這一個超級大黑洞,而是有著多達上千個大小各異的黑洞,甚至數量更多,她們也在不斷地吞噬著周圍的天體星球,不斷的增大自己的質量,增強自己的吸引力,但是這些小黑洞最終的結果也會成為這個大黑洞的食物。
  • 太陽系在銀河系邊緣還是中心
    目前比較確認的是,在已經觀察到的這些球狀星團裡,還沒有發現新形成的活躍恆星,這裡面住的往往都是些老年恆星,如果說疏散星團是恆星的「幼兒園」,那麼球狀星團就是恆星的「養老院」,當然這個比喻並不準確只是打個比方,球狀星團中會存在像地球一樣的有生命的行星嗎,雖然球狀星團內恆星很多,但是目前來看
  • 地球繞太陽一圈需要365天,太陽系繞銀河系一圈要多少時間?
    從哥白尼提出日心說開始,我們就知道其實我們的地球時一直圍繞著太陽轉的。正因為有了公轉,地球才有了四季和晝夜。然而整個宇宙中並非只有地球和太陽,就跟地球只是太陽系的一顆小行星一樣,太陽系也不過是銀河系中的一個普通星系。
  • 太陽系在轉,銀河系也在轉,宇宙是否也在旋轉呢?
    就像我們看到的那樣,無論是我們所在的地球,還是身旁的月球,都因受到更大天體的引力作用而進行著一種名為「公轉」的運動。 地球的質量是月球的81倍,所以月球在地球的引力作用之下圍繞地球進行公轉,而太陽的質量是地球質量的
  • 太陽系和地球都很特殊,像是被精心設計的,這種猜測或許是對的!
    也許誕生生命,甚至誕生像人類這樣的智慧生命,真的非常困難,雖然我們現在發現的潛在宜居的星球它們是巖石星球,與主恆星的距離合適(處在宜居帶),上面有大氣和液態水;但是想要誕生生命還必須具備一些太陽系和地球所具有的特殊條件。這些條件讓人覺得,太陽系和地球像是被精心設計過的一樣。
  • 太陽系和地球很特殊,像是被精心設計過?這種猜測或許是對的
    截至現在我們已經發現了大約4500顆系外行星,其中有像天王星這樣超級地球,有像木星這樣的巨型氣態世界,有像地球這樣的巖石世界。在這些世界中我們已經篩選出了大約55個行星它們是可宜居世界,如果把這個比例擴展到整個銀河系,科學家認為就光銀河系中就有不少於3億顆行星上可以誕生生命,這還是最保守的估計。
  • 新的銀河系地圖表明,地球更靠近銀河系中心的超大質量黑洞
    看來地球已經放錯了地方。根據銀河系的新地圖,太陽系的位置不是我們想像中的位置。它不僅更接近銀河系中心,還更接近中心的超大質量的黑洞Sgr A *, 它的軌道處在一個更快旋轉速度的軌道上。沒什麼可擔心的。
  • 地球繞太陽一圈是一年,那麼太陽系繞銀河系轉一圈要多少年?
    太陽系繞銀河系的公轉速度,大約是250公裡每秒,公轉周期約2.2億年,目前公轉了約20圈。如此算下來,玉帝修煉歷經了2.268億年,這和太陽系繞銀河系的周期巧同,不過艾伯菌相信這純屬巧合。我們銀河系非常廣袤,在寧靜的夜空,我們肉眼看到的每一顆星星,幾乎都是銀河系內的恆星,最遠的距離地球7000多光年,再遠的恆星就需要藉助望遠鏡才能看見。
  • 銀河系的質量大約是多少,它的質量是如何計算的?科學家給出解釋
    科學家給出解釋引言:地球是一顆行星,而且地球圍繞太陽轉動,所以地球在太陽系中,太陽系中質量最大的天體就是太陽了,太陽的質量佔到了太陽系總質量的百分之98左右,剩下的天體佔到了太陽系總質量的百分之2左右,太陽系在銀河系中,銀河系的直徑達到了10萬光年的距離,那麼銀河系的質量是多少呢?
  • 地球繞太陽有一年四季,大陽繞銀河系有什麼?
    月亮圍繞著地球轉,地球圍繞著太陽轉,而太陽系則圍繞著銀河系銀河系轉,地球圍繞太陽一周需一年的時間,但是太陽圍繞銀河系公轉一周,需要約2.5億年的時間。太陽是太陽系的核心,它佔據了太陽系絕大多數的質量,太陽系的其它天體,都在太陽的強大引力作用下圍繞著太陽運轉,而太陽本身既有自轉,也有圍繞著銀河系中心的公轉。太陽的自轉周期目前的說法還不一致,有說25天的,也有說27天的,對於太陽的公轉周期也是一樣,目前還不能確定,有說2.5億年的,也有說2億年的。
  • 太陽系在銀河系的什麼位置?是郊區嗎?
    我們的地球位於太陽系,而太陽則是一顆普通的恆星,在銀河系太陽這樣的恆星也是非常普遍的。根據目前的天文觀測,銀河系是一個螺旋星系,而且有著一個棒狀的核心結構。這就意味著太陽系的位置就在旋臂上,這也是現代天文學的觀測結果。銀河系的旋臂數量至少有兩條,由於銀心的遮擋,我們很難觀測到銀河系另一端的樣子。
  • 太陽系繞銀河系轉一圈要幾年呢?
    太陽系就是以太陽為中心帶領八個大行星以及衛星,矮行星,小行星和彗星的天體,銀河系和太陽系是怎樣的關係,那就讓我們一起去銀河系看看吧。太陽系太陽系就是以太陽為中心帶領八個大行星以及衛星,矮行星,小行星和彗星的天體。太陽離銀河系中心大約2.6萬光年,離銀河系的邊緣也有2.3萬光年。
  • 太陽系繞銀河系一周需2.3億年?你不能不知的銀河系相關事實
    仰望夜空,我們所看到的一切都在銀河系中。銀河系是宇宙中的一個星系。太陽系在銀河系中,而地球在太陽系中!如果此時你有外星朋友,你可以告訴他們,銀河系是我們的母星系。今天分享一下關於銀河系的一些有趣事實。5、儘管許多人認為我們處於銀河系的中心,但事實並非如此。我們距離銀河系中心超過25,000光年。6、我們已經知道銀河系中有500多個類似的太陽系,天文學家估計可能還有數十億個類似的太陽系。7、目前為止,天文學家推測銀河系有數千億個行星。甚至有人猜測像地球這樣行星,有數十億顆,很有可能有生命存在。
  • 太陽系位於銀河系的內側邊緣,為何只有它才適合居住?
    本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文宇宙是非常廣袤的,但是所有的天體都不是雜亂無章的,而是遵循著一定的運動規律,一個套著一個的,如地球圍繞太陽系旋轉,太陽系又圍繞著銀河系旋轉,太陽系在銀河系中的位置很巧妙,距離銀河系中心位置大概有26,000光年,而我們知道銀河系有三個旋臂,我們正好位於獵戶臂的螺旋臂的內側邊緣,根據科研人員的計算,太陽圍繞銀河系公轉大概是24,000萬年周期,所以說,太陽算是距離銀河系中心比較遠的了,但是也不至於太過於邊緣,距離銀河系邊緣大概也有24,000萬年左右,因此,太陽系算是處於不太靠近中心,但也不太靠近邊緣的位置
  • 太陽系圍繞銀河系旋轉,會不會與其它恆星系碰上或者被影響到?
    太陽系處在銀河系的四條旋臂之一的獵戶座旋臂上,距離銀心約2.5萬光年,圍繞銀心的公轉線速度為240公裡左右,大約2.5億年會繞銀河系旋轉一圈。那麼,銀河系擁有這麼多星體,太陽系在圍繞銀河系中心旋轉的過程中,會不會與其它恆星系統碰撞上或者被影響到呢?