探秘宇宙星光之中究竟隐藏了什么秘密「探秘宇宙星光之中究竟隐藏了什么秘密」

宇宙空间非常大，似乎无边无际，天体之间彼此相距甚远，光作为宇宙间的信使，穿越浩瀚的宇宙空间才能与人类相见。

因为光的存在，我们才能看到这个世界。太阳之所以会发光，是因为太阳是一颗恒星，宇宙中有许许多多的恒星。夜晚天空中的星星大多数都是恒星，距离我们较近，因此才能看得到。当距离更遥远时，我们就只能看见由恒星构成的星系了。

信息的传递需要时间，我们看到的都是过去。太阳和地球相距1.5亿公里，光在真空中每秒穿行30万公里，这意味着我们每天看到的太阳其实是8分钟之前的太阳。如果哪一天太阳消失了，我们在8分钟之后才能知道。

古人用肉眼探索宇宙，现代人则发明了非常先进的天文望远镜，可以看到上亿光年之外的天体。由于真空中的光速是恒定的，距离我们越遥远的天体，它们的模样也就越久远。宇宙中的物质分布比较稀疏，光在传播过程中衰减较小，因此我们才有机会看见上亿光年之外的星光，这些星光同样拥有上亿年的历史。

（上图为哈勃望远镜拍摄到的130多亿光年外的天体）

如果地球上人类活动场景的光没有发生较大衰减，理论上在一光年以外，我们可以通过一个高灵敏度的望远镜观看到一年前地球上人类的活动场景。

正是因为这种现象的存在，使我们可以研究宇宙在不同历史时期的发展状况。同时也伴随着风险。如果距离地球几百光年远的地方发生伽马射线暴，在地球上的我们将很难提前预警。有限恒定的光速不仅限制了物体的运动速度，还限制了我们了解广阔宇宙的现状。

恒星能够发光发热，地球上物质燃烧时也同样能够发光发热。

寒冷冬天的夜晚，一堆篝火带给我们温暖和光明，火焰的颜色看起来是红橙色的。此时，我们往火堆中投入些许的金属钠，火焰中就会出现一抹黄色。如果将钠换为铜，颜色就会呈现为绿色。这种现象被称之为焰色反应，是一种物理变化。

（五彩斑斓的烟花就是利用了焰色反应）

那么火焰为什么会有颜色呢？为什么不同物体燃烧时的颜色又存在不同？

火焰并不神秘，火焰其实是一种等离子体，火焰是在剧烈燃烧反应状态下产生的发光化热现象。而任何物体都能发光，只不过我们通常所说的发光是指发出可见光。凡是温度在绝对零度（零下273.15摄氏度）之上的物体都会发出红外光，红外光源于物体内部的分子热运动。由于地球上大气对流现象的存在，火焰总是向上；而在外太空，由于失重，火焰则包裹着整个燃烧的物体，阻隔了氧气，因此火焰很容易熄灭。

光和热其实是人体对同一种物质的不同感受，热辐射和光本质上都是电磁波。不管是红外光、紫外光，还是可见光，或者是其它类型的电磁波，本质上都是频率或者波长不同。颜色的本质也只是电磁波的频率不同。人眼对不同频率的电磁波会产生不同的反应，这便形成了颜色的概念。有些动物的眼睛和人类的眼睛不一样，因此它们看到的颜色和人类眼中的颜色也不一样。

不同的物体燃烧时会产生不同颜色的火焰，这是因为不同物体都有各自不同的组成成分。从焰色反应就可以看出，不同元素类型的原子，在高温状态下会发出不同颜色的光芒。物体发光发热，本质上是向外界辐射电磁波。物体之所以会辐射电磁波，这与物体的微观结构有关。物体是由原子构成的，原子由原子核和核外电子构成，而电磁波就是原子受激后核外电子发生跃迁产生的。不同种类的原子，电子结构不同，所辐射出的电磁波的频谱也不同，自然会呈现出不同的颜色。不同元素拥有不同的光谱，就相当于不同的手指拥有不同的指纹。而自然界中的许多物体往往由多种化合物构成，燃烧时火焰的颜色就取决不同元素的种类及比例。

（如图所示，电子跃迁释放出电磁波）

燃烧属于化学反应，而恒星依靠核聚变反应发光发热，即使身在太空也不会熄灭。晴朗的午后，从地球上看太阳，太阳是橙黄色的，这是大气分子散射造成的。其实阳光是白色的，通过三棱镜可以将阳光分解成7种色光，彩虹便是最简单的光谱。通过光谱分析技术，我们便能发现隐藏在星光中的秘密。

在引力的作用下，年轻状态的恒星通过将氢聚变为氦维持运转，恒星核心处所释放的能量除了抵抗重力，余下的都转变成了光和热，即电磁辐射。不同物体都有其特定的辐射光谱，恒星也一样。研究发现，不同类型、不同年龄阶段的恒星的光谱也不一样。

通过观测数量恒星的光芒，分析它的谱线特征，就能知道该恒星的化学组成成分。大量的观测，带来了丰富的数据，科学家们发现了恒星的许多特征。天文学家们将光谱类型相似的恒星归为一类，大致分为O、B、A、F、G、K和M七大光谱类型。不同光谱类型的恒星，其在表面温度、颜色、质量等方面存在较大差异。

（太阳就是一颗黄矮星，表面温度约5500摄氏度。）

研究不同恒星之间的化学组成成分的差异，经过大量统计分析，结合核聚变反应理论，科学家们总结出了恒星的演化理论。研究表明，质量越大的恒星，燃烧的越剧烈，其寿命也就越短。举个生活中的例子，柴加得太多、火烧得太旺，燃烧的时间也会变短。质量越大的恒星，其颜色越偏向于白蓝色，表面温度也更高；表面温度越低，越偏向于红色。恒星的质量越大，往往还意味着恒星的体积更大、亮度更高。由此可见，质量决定了恒星的命运。

光谱分析发现，宇宙中大质量的恒星只占少数，大部分都是小质量的红矮星，约占宇宙中恒星总数量的80%。大质量恒星寿命较短也是其中一个原因，像红矮星的寿命就可以缓慢燃烧上百亿年。

处于不同生命阶段的恒星，其化学组成成分也不一样，这在恒星的光谱中便一目了然。聚变反应从氢开始、终结于铁，不过只有大质量的恒星才能完全经历这一变化。参加聚变反应的元素越重，反应所需要的启动温度也就更高，比如碳热核反应就需要大约10亿度的启动温度，小质量恒星内部根本达不到如此高的温度。分析恒星的光谱就能知道恒星究竟演化到了哪一阶段，还能根据恒星的质量和体积，估算出恒星的年龄。

基于这些关系，天文学家将它们绘制在同一张图中，称之为赫罗图。下面这张图就是赫罗图，它描述了恒星的演化规律。中间那条处于对角线位置的恒星带中的恒星都被称之为主序星，太阳差不多位于中间地带，属于中等质量的恒星。随着太阳的衰老、内部氢燃料的耗尽，太阳未来将会演化为红巨星。从右上方那条恒星聚集地带就可以看出，当太阳变为红巨星时，体积会增大、亮度会升高，但是表面温度却会下降。

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光是宇宙中默默传递信息的信使，通过光谱分析技术，我们便能解码这些信息，知晓发出这些光的恒星的秘密。不仅如此，我们还能透过这些星光看到遥远的过去，宇宙的历史历历在目。恒星作为宇宙中最基本的天体，不仅能够孕育出生命，还能够成群结队的在一起构成美丽的星系，很幸运我们能够透过星光了解它们。

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宇宙为啥是黑的，宇宙还隐藏着哪些大秘密？

在夜晚的星空下，我们可以轻易地发现，天空中除了月亮和星星以外，其他的地方全都是一片漆黑。根据这个现象，我们的脑海里很容易就会冒出过一个问题：为什么宇宙是黑的呢？

这个看似简单的问题，却隐藏着宇宙的大秘密，放在200年前，这是一个难以解释的谜题。1823年，德国天文学家海因里希.奥伯斯（Heinrich Olbers）提出了著名的“奥伯斯佯谬”，他指出既然宇宙是无限的，并且还拥有无穷无尽的能够发光的恒星，那么我们无论向宇宙中的哪个地方看，都可以看到无数的星光汇集而来，因此宇宙应该是明亮的，但我们观测到的现象却恰恰相反。

可能有人会说，这个问题很简单，因为虽然宇宙中有无穷无尽的恒星，但是这些恒星通常都离我们非常遥远，以至于它们发出的光还没有到达地球，就已经宇宙空间中的那些弥散状态星际物质（如气体、尘埃等）吸收殆尽，既然我们看不到这些光，那么宇宙当然就是黑的了。

然而事情却不是这么简单，这是因为这些星际物质并不是只吸收能量而不释放能量，事实上，当诸如气体和尘埃等星际物质吸收了能量之后，又会以电磁波的形式向外释放能量，因此可以说，在宇宙无限和恒星数量无限的前提下，这些星际物质获得的能量会不断地累积，其辐射出的电磁波能量也会持续升高，在达到了足够的强度以后，这些辐射还是会将宇宙变得明亮起来。

“奥伯斯佯谬”提出之后，科学家们给出了各种各样的解释，有说宇宙不是永恒的，有说宇宙空间不是有限的，还有说宇宙中的恒枯滚星数量不是无限的，然而这些都不能对“奥伯斯佯谬”作出完美的解释。

事实上，直到1929年美国天文学家爱德文.哈勃（Edwin Hubble）发现了一个宇宙的大秘密——宇宙膨胀现象，“奥伯斯佯谬”才得到彻底的解决，也就是说，科学家用了100多年才找到这个问题的答案。

为什么说宇宙膨胀导致了我们看到的宇宙是黑的呢？

根据哈勃定律，宇宙的膨胀速度会随着距离的增加而变快，具体表现在每增加326万光年的距离，宇宙膨胀的速度就会提高大约70公里/秒。需要注意的是，这个速度是可叠加的，这就意味着那些与我们距离非常遥远的恒星，其因为宇宙膨胀而远离我们的速度将会超过光速，正因为如此，它们发出的光郑败扰线就永远都到不了地球。

那些与地球距离相对较近一点的恒星所发出的光线，是可以到达地球的，但遗憾的是，由于宇宙膨胀的关系，它们其实也在做远离我们的运动（只是没有超过光速），在这种情况下，根据多普勒效应，它们发出的光线的波长将会不可避免地出现拉伸（即红移），这会导致这些恒星的光线到达地球时，其波长早就在我们能看到的范围（可见光）以外了，因此站在地球的视角上来看，这类恒星发出的光线也无法将宇宙照亮。

于是就只剩下那些距离更近的恒星才能够给我们提供光明了，但这些恒星的数量其实并没有想象中的那么多，我们也没有想象中的看得那么远，实际上我们人类的肉眼能够看到的恒星，绝大多数都在下图所示的那个小小的圆圈以内。

我们可以看到，虽然理论上来讲宇宙是无限的，并且还拥有无穷无尽的能够发光的恒星喊旦，但是由于宇宙膨胀的关系，位于可观测宇宙之外的恒星所发出的光线永远到不了地球，还有大量的恒星光线又因为红移现象不会被我们感知的，而剩下的那一点点星光，就只能作为夜空中的点缀，根本就不可能帮助我们照亮宇宙，正是因为这些原因，我们所看到的宇宙才是黑的。

宇宙的另一边一课中星光的秘密是什么？