一位天体物理学家揭示了空间的真正构成

当您想到太空时，您会想到什么？想象一下，一个朋友吹嘘他们最近参观了一座宽敞的建筑、体育场或博物馆。您认为这座建筑是巨大而广阔的吗？它只是非常大，还是看起来空无一物？

spacious 这个词并不一定意味着空的。它只是表示有足够的空间在其中的物体周围移动。同样，外太空也不是完全空的。它很大，而且永远在扩大，但里面有很多东西。

小时候，我经常想一些问题，比如云有多远，地球之外有什么，以及太空有多广阔。这种好奇心促使我攻读天文学硕士和博士学位。二十年来，我一直在教授这些概念物理教学教授在德克萨斯大学阿灵顿分校。

太空从哪里开始？

地球被不同层次的各种气体包围。在海平面，地球的大气层包含每立方厘米约 1000 亿个分子。随着我们的上升，大气层变得越来越稀薄。

在大约 50 到 62 英里（80 到 100 公里）的高度，没有足够的空气用于飞机飞行.这个将地球大气层与外太空分开的边界是称为 Kármán 线，以匈牙利裔美国工程师和物理学家的名字命名Theodore von Kármán.卡门线以上的一切都称为空间。

空间的密度可以变化，但平均而言，它只有每立方厘米 1 个原子左右。试想一下 - 一个骰子大小的地球大气立方体包含数十亿个空气颗粒。但在太空中，相同大小的立方体只包含一个或两个粒子。

星际介质和辐射

太空或外太空是一个巨大的、近乎完美的真空，基本上没有物质.与地球大气层相比，这种真空包含的颗粒非常少。然而，它并非完全空。

太空中点缀着散落的物质称为星际介质，其中包括氢原子和氦原子。这些是太空中最常见的元素，它们以带电和中性形式存在。星际介质也包含宇宙尘埃– 散布在整个太空中的各种元素的微小颗粒，包括碳和硅。

高能粒子称为宇宙射线 – 它们是主要是质子和原子核– 以接近光速穿越太空。宇宙射线来自各种恒星，包括我们的太阳，以及来自超新星、材质掉进黑洞,星系碰撞和更多。

太空中充满了各种形式的辐射，包括宇宙微波背景辐射.这是来自宇宙起源的残余热量。高能宇宙事件，如超新星和黑洞也发射 X 射线和伽马射线.

磁场由恒星、行星和许多其他天体产生的天体也渗透到太空中。这些场通过像磁铁一样吸引或排斥带电粒子来影响带电粒子的运动。

暗物质和暗能量

科学家预测尚未看见的物质形式不发光或不能量的称为暗物质，占宇宙质量的很大一部分。研究人员猜测它存在，因为他们可以看到它对其他可见物质的引力。

同样，科学家预测一种神秘的能量形式称为暗能量正在推动宇宙的加速膨胀。与暗物质,暗能量与物质或引力无关，但它是空间本身的一种属性。

把宇宙想象成一个气球。暗物质就像气球的材料，影响它的形状，而暗能量就像被泵入其中的空气。它不会更改气球的材质，但会影响气球的膨胀速度。

空间会扭曲吗？重力可以弯曲空间吗？

空间也会扭曲。想象一下，那个空间就像一个大而有弹性的蹦床。如果你把一个沉重的球，比如保龄球，放在蹦床的中间，它会向下倾斜很大。这种下降类似于太空围绕大物体（如行星或恒星）的扭曲方式。球越大，重力越强，下沉越深。

如果您在蹦床上滚动较小的弹珠，保龄球位于其中心，则弹珠可能会开始绕过保龄球重力造成的凹陷。弹珠沿着下降的曲线，就像行星沿着太阳周围的空间曲线一样。

想象一下，你用手电筒照在蹦床上。如果光线靠近保龄球产生的凹陷，它在行进时可能会稍微弯曲。这就像光在经过太空中非常大的物体（例如星系）时如何弯曲。

想想黑洞，它具有巨大的重力，作为蹦床中更大、更深的倾斜。如果你把弹珠滚得离这个超深的浸入太近，它就会掉进去然后消失，就像东西被拉进黑洞在太空中，无法逃脱。

因此，空间可以在具有大量重力的大型物体周围扭曲或弯曲，就像当你将沉重的球放在蹦床上时，蹦床会弯曲一样。

空间不仅仅是空虚。它包含粒子、辐射、磁场以及物质和能量的神秘形式。将太空想象成一个 3D 游乐场，其中存在恒星、行星、星云和星系等物体，共同构成了我们迷人而复杂的宇宙。

Nilakshi Veerabathina， 物理教学教授，德克萨斯大学阿灵顿分校

本文转载自对话根据 Creative Commons 许可。阅读原创文章.

宝宝起名