地球和太空中旋转星光的科学原理「地球和太空中旋转星光的科学原理」

苍穹悠远，星光深邃，在地球坚实的土地上，太阳和月亮每天都会升起和落下，周而复始。当太阳被地球挡在身后的时候，漫天的繁星在夜空的天幕中旋转。

在北半球，星空似乎围绕着北极星旋转，而在南半球，恒星似乎围绕着南天极旋转。对于摄影爱好者来说，相机快门打开的时间越长，恒星划过的轨迹就会越长、越壮观。下图：

这背后的原因是什么?这是因为地球在绕轴自转。南北天极都与地轴成一条直线，所以这些恒星以24小时为周期围绕地轴旋转一圈。如果在一个连续24小时天空晴朗的地方，我们可以得到一个完整的、封闭的星光轨迹。

上图是由厄尔·莫泽(Earl Moser)在北极拍摄的，他用三脚架做支撑，让相机在夜间曝光12小时，处理照片时再额外旋转180度。因为三脚架与北天极的位置有轻微的偏差，所以星光轨迹看起来不是很圆。

那么我们去外太空，不受地球表面的束缚，星星看起来是静止的还是在旋转？我们在外太空能否得到星光轨迹呢？我应该去哪里做测试呢！

当然是去国际空间站了!从外面(上图)和里面(下图)可以让国际空间站的宇航员看到地球360度的地平线。

下图左这张照片我们基本上都见过，是很经典的一张照片，那你有没有想过这个航天器是什么外观呢？就是下图右！

让我们先看看国际空间站是怎样在地球轨道上运行的。跟地球所有的卫星一样，国际空间站在离地球表面只有400多公里的地方绕着一个近乎完美的圆形轨道运行。90分钟内就可绕地球一圈，行程超过40000公里。根据万有引力定律，国际空间站以7402m/s的惊人速度绕地飞行。

但这并不是唯一的运动;当这空间站绕地飞行的时候，地球也在你下方自传，周期为24小时!这时空间站将会有两种飞行状态，这将决定我们能否看到的恒星轨迹。

一种选择是像哈勃太空望远镜一样没有自转，对准一个远离太阳系并且不受地球遮挡的目标，在这样的空间站永远看不到恒星的旋转轨迹。

但是国际空间站的建造不是为了眺望外太空，而是为了俯视地球。如果你从国际空间站往下看，你会看到什么?

每隔90分钟，空间站就会从赤道上升到北纬，然后一路下降，穿过赤道，下降到南极洲(但不完全飞越)，然后再向北回到赤道。由于地球的自转，每次国际空间站所经过位置的经度会改变20度左右。

因为国际空间站的设计是向下看地球的，每90分钟会自转一圈，而不是像哈勃那样根本不自转，所以上文中的空间站圆顶总是面向地球。如果我们把相机放在圆顶的侧面上，我们就能看到类似地球上恒星划过的圆形轨迹。

地球上的恒星轨迹需要24小时才能绕一圈，国际空间站上的轨迹只需90分钟就能绕一圈，因为这是国际空间站绕地球的旋转周期也是自转周期。这时我们就想到了总是一面朝向地球的月亮，其实道理是一样的。但国际空间站不是被地球潮汐锁定了，而是空间站的设计要求在自动调整姿态。朝向地球是为了更好的研究地球，这也是空间站的主要科学项目之一。

下面贴出的这些照片就完美的展示了在空间站拍摄的星光旋转。这些照片是由美国宇航员、杰出的摄影师，远征31号的飞行工程师唐·佩蒂特拍摄的，他拍摄了大量的短曝光照片，并将照片叠加在一起，产生了这些来自国际空间站的的美妙景象。

与地球上不同的是，国际空间站的恒星轨迹并不以南北天极为中心。因为国际空间站不随地球旋转!因此,照片中心得点是国际空间站的旋转轴,旋转轴不仅速度非常快，而且因为地球的公转旋转轴再一年中会进动360度。

然而，在每张合成照片中，除了恒星和恒星轨迹之外，我们还可以观察到关于地球的一些非凡影像。

例如，上图中我们可以看到空气中略带绿色的辉光，以及城市灯光的黄色条纹和闪电留下的蓝色斑点。

由于这张片的拍摄方向与国际空间站的运动方向平行，所以恒星轨迹看起来像是在下雨。当把相机移到空间站的两侧时，这种效应开始消失，空间站的旋转效应开始显现。下图：

在地球上方更高的高度上，还有一层暗红色的微弱气体辉光，这是因为氧原子在白天处于激发态，在夜间慢慢变回基态，红色层来自海拔150-300公里，而明亮、薄的绿色层来自海拔90-100公里的空气层。

那么上面这张带有大量蓝色斑点的图片呢?你可能已经想到了，这是由一场短暂的雷暴在延时照片中产生的壮观效果，每一个蓝色斑点都代表了一次闪电。当卫星在地球上快速掠过时，雷暴的位置(以及城市的灯光)在相机镜头中快速移动，就产生了连续的光线条纹。

在国际空间站的侧面我们会得到比较平静的景象。上图中在微弱红光的上方出现的模糊，这是因为国际空间站在轨道上运行时，为空间站提供动力的太阳能电池板会移动和调整，以便最大限度地利用太阳能。

虽然天空中星光比较暗淡，但其中有一个物体非常显眼:那就是月亮。如果我们在地球上观察星空的时候，常常会因为大气对月光的散射造成光污染，让本来就很微弱的星光变的不可见！这就显示了从太空研究天文学的巨大优势，这也是哈勃上天的原因，为了避免地球大气的干扰。

地球上的旋转星空、太空中的旋转星空，现在你知道它们背后的科学原理了吧。

宇宙中的星体为何会旋转？

分类: 理工学科
解析:

宇宙涡流与星体演化及运动的成因

作者：佚名 文章来源：本站原创

现代天文学在解释宇宙星球的成因时，多推崇所谓“宇宙大爆炸”理论。其毫无根据的猜想，和显而易见的荒谬，可谓误人子弟。本文作者根据微观原子理论和电磁学理论，从天体物理学角度分析探讨宇宙和星体的成因。

中国人自古以来有“天人合一”的思想。视天为“大宇宙”，人体为“小宇宙”。人的生命形态与天的生命形态相似，人体内的血液循环，由心脏控制，形成回路，使人运动呈现生命活力。宇宙则以太阳为核心，推动宇宙环流和星球的运行，使宇宙充满血液循环般的生机。 以上只是宏观上形象比喻。从微观上，现代物理学通过对基本粒子的构造和特性的研究，已经能够推导整个宇宙的形态和运动的成因，包括太阳和各种星球运动的成因。
宇宙物质中，200种不同形态和构造的基本粒子，构成宇宙大千世界。它们大多由原子的质子和围绕质子旋转的电子组成。最初应是在弥散的状态下，然后它们的正负电荷形成的电流，形成电场磁场，不断地吸引自己周围的物质，逐渐形成云块状，最终形成球状。并自发产生自身的旋转运动。

在宇宙中，基本粒子形成许多电流。相同方向电流之间，必然产生相互吸引现象，形成磁场；而相反方向电流之间，则形成排斥作用力，形成另一个电流环流中心、另一个磁场区。它们往往形成另一个太阳系的引力场。 在电磁学的理论中，电磁场是独立的实体。磁场沿着闭合线路的线积分只和被包围的电流有关。磁场线一般呈弧线和右螺旋旋转（顺时针方向旋转）。而与相反电流的磁场截面，则形成两个独立对应、径向对称的磁场。宇宙中存在数不清的独立磁场区，因而形成数不清的太阳系。 根据电磁学的理论，放大规模，分析推导宇宙运动模型：宇宙大气环流，其实也是电流层，相当于磁场的磁力线在围绕着磁场中轴旋转。太阳系是大磁场，地球是小磁场，大磁场控制着小磁场，于是我们看到太阳系中九大行星在围绕太阳旋转。小磁场控制着更小的磁场，于是我们看到月亮围着地球旋转。再放大，我们可以知道太阳系受银河系的更大的磁场控制，太阳系也在围绕着银河系旋转。它们都是在遵循带乱含电磁学的规律运动着，旋转着。它们的形成也是产生于电磁场效应。所以所有的形体都几乎是球体。

电学中的旋度理论，最能解释宇宙环流的形成。电子和离子的流动性，决定了原子和分子的流动性。旋转电子和离子的大量叠加，必然造成环流云层和涡流星云的匀速运动，这已是不需多加解释的常识。如同我们在江河中看到的旋涡，而且可以看到大旋涡中套有小旋涡。浴盆中放水时看到的自然形成的环形水流。而漂流在水面上的东西，随水流动时都会在水面旋转。

宇宙中的星球就漂流在带电子的环流云层之中。在静电情况下，电荷不移动，电场为零。但如果电场不为零，电荷受作用力的影响，也必然发生移动。有时还发生反方向流动。如果在闭路径的电子环流中，中间搭桥，则可形成多个电子环流。流动的方向则相反。这也是我们可以解释为什么宇宙中有那么多独立运行的星系，以及有些星系、星球与太阳系、地球运行方向相反的原因。 电场和电磁场对外层空间的相对独立性和排斥性，使其封闭性体系不容易受外部侵犯和干扰。因此，我们能感觉到我们的太阳系、地球运行规律能保持恒久不变。宇宙环流运行的规律性也保证了我们的磁场体系的稳定性不容易受到侵犯和干扰。

太阳在宇宙形成中处于十分重要的地位。了解陪核太阳的诞生过程，对于我们认识宇宙的形成具有重大的意义。我们知道太阳是一个燃烧着的巨大光球火球。它的体积是地球的130万倍，质量是地球的33万倍。外壳的密度很小，稀疏状。而内部的物质密度非常稠密，估计太阳核心的密度高达160克/立方厘米，比钢的密度还要大出近20倍。

从上述几个简单的数据，我们可以分析出太阳的内部物质结构，多是宇宙中一些重金属元素组成，当然包括许多放射性的物质元素。巨大的质量和超高密度，决定了太阳必然产生巨大的环形磁场和绕着太阳匀速旋转的宇宙环流，从而有效地控制太阳系内的各种星体的公转运动。根据与太阳距离的远近不同，我们可以很容易判断，太阳系内哪一个星球的质量大小、温度高低、元素的构成。很显然，根据基本粒子的质量、重量不同，我们可以肯定，距离太阳近的星体，质量是比较重的，其构成多有金属元素，星体的温度是比较高的，电子速度快，如火星、金星；而远离太阳的蠢笑星体，质量则是轻的，其构成少有金属元素，星体的温度很低，电子很弱，运行速度慢，如海王星、冥王星。科学观测最终将可以证实这种结论。 中国古人在解释天体形成时，常用“上浮者为天、下浊者为地。”“太极生两仪，两仪生四相，四相生八卦”等语句很形象朴素地表达了科学的宇宙观。“太极生两仪”，即宇宙尘埃产生阴阳两种电荷。“上浮者为天，下浊者为地”，即轻元素（氢氧气等）形成大气层，重元素（铁、碳……）形成地球。可见中国古人的睿智已经相当接近现代人的认识水平。

在太阳系内，各大行星及其卫星的自转速度，则主要来自于自身的电磁场的旋转力量。 宇宙中的规律现在看来很明显：磁场是一级控制一级，大磁场控制小磁场，小磁场控制更小的磁场，直到我们人类本身，都是如此！ 而大到银河系，也是如此，银河系也被更大的磁场控制着，缓慢地旋转。银河系磁场的中心一定就在银河系的中心。人们所说的宇宙中的黑洞现象，应该是宇宙环流造成的旋涡，它们也应是星系磁场的中心。

目前，对于太阳表层的一些异常现象，如所谓太阳黑子、耀斑、日冕、日珥、太阳风等现象对地球电离层的影响，专家们往往争论不休，莫衷一是。其实，我们如果从太阳的构造成分方面和宇宙环流的元素成分二者综合起来考虑，应该不是很奇怪的现象。就像地球上有火山、有地震、有海啸、有飓风……。太阳内部的结构成分总不会很均匀，有的元素遇到氢氦能猛烈的燃烧，喷发冲天大火，几十公里几百公里高也很正常。这就是所谓耀斑、日冕、日珥、太阳风。有的元素遇到氢氦不燃烧，于是我们可以看到太阳上密密麻麻的黑点，就像我们在炉火中看到尚未燃烧尽的炭核，这就是所谓太阳黑子。

太阳和地球之间的关系，是一种很特殊的关系。其特殊就在于：在距离上独到好处。既不远，远了温度太低达不到生命产生的条件。也不近，近了温度太高生命也不能成活。而且正是在这样一个独到好处的适中的太空位置，加上地球独特的物质结构和磁场，才在太阳磁场的作用下，形成一圈宝贵的电离层（臭氧层），使地球才能产生生命。

在太阳系中，除了地球，也许再也找不到第二个适于生命诞生的星球了。因为它们不是太热就是太冷。不是离太阳太近就是太远。至于在其它的太阳系中，是否有和我们地球一样处在独到好处位置上的星球，并且物质结构和我们地球相同，我们还难以肯定。如果有，那就一定会有生命存在。而且其环境形态和生命形态不会和我们相差很大。

为何星光能够穿越太空来到地球呢？它是怎样过来的？

这其实就是一种“幸存者偏差”。实际上，也有大量的星光在传播的中途中逐渐的损耗殆尽，没有被我们所发现；换句话说，人类能看到的星光，要么发射源和我们的距离并不遥远，要么量非常大。

我们都知道，二十一世纪颂册，人类在自胡册然科学的道路上已经有了很多进步和突破，诸多科学革新也一直都没有停止。特别是近代天文学和航天科技的发挥发展，让我们欢欣雀跃：毕竟，这代表着我们探索宇宙又往前迈进了一大步。

夜空中，我们抬眼望去，无数的星辰在寰宇中闪耀；有的星星，光芒相当炽烈；有的星星，则黯淡无光，连肉眼都很难对其进行分辨。古人们，认为这些诸天裤樱宏星辰，实际上都代表了天庭中数不胜数的各路神明；

当然时至今日，我们都知道这些星星基本上都是太空中恒古存在的各类行星，恒星；不过，很多朋友可能也会有着这样的疑问：为什么星光能够越过数千，数万光年的距离，传播到地球上呢？

这其实是一个老生常谈的问题，实际上，能问出这种问题的朋友，往往犯了“幸存者偏差”的错误。实际上，能够把光线照射到地球上的各类星体，他们和地球的距离真的很遥远吗？当然不是。据NASA二零一七年提供的数据表示；

夜空中百分之九十八以上的星星，基本上都在太阳系的边缘以内，和地球的距离不过一光年左右而已。

一光年以外的光，往往都是一些质量非常大，能量相当膨胀的恒星发射出来的；光子是一种体积相当小的微粒子，当它们穿过各类宇宙尘埃的时候，虽然会有所损耗，但是，只要量足够大，一样能传播到地球附近。