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宇宙的組成部分是什麼??概念、特徵、物質和能量有哪些類型

2024-10-14自然科學636

我們解釋宇宙的可觀測成分及其特徵。另外,物質和能量有哪些類型。

宇宙的組成部分是什麼??概念、特徵、物質和能量有哪些類型

透過望遠鏡觀測到的天體是由重子物質構成的。

宇宙的組成部分是什麼?

宇宙的組成部分,更好地稱為天體或天體,是構成宇宙可觀測結構的不同類型的自然物體,也就是說,它們可以用肉眼或透過觀測設備看到。

宇宙是無限的。因此,內部有巨大的真空,被大量累積的物質和能量所打斷,根據它們的成分和動力學,可以產生不同類型的天體。

從天文物理學的角度來看,宇宙由兩種物質和能量組成:

  • 重子物質(物質),也就是我們所知的地球上可觀察到的物質,它在太空中構成不同的固體液體、氣體和等離子體結構。

  • 輻射(能量),一種由不同基本現象和物質反應發射的粒子(光子)組成的能量。

  • 暗物質(物質),一種無法被觀測到的物質,因為它不會發射電磁輻射,但佔宇宙物質的26.8%。

  • 暗能量(能量) ,一種不精確、不可偵測且密度恆定的能量形式,推動宇宙膨脹。儘管目前它的存在是宇宙論的一部分,但人們認為宇宙中 70% 的能量都屬於這種類型。

可以透過望遠鏡(有些透過自製望遠鏡,有些透過哈伯太空望遠鏡等超強望遠鏡)觀測到的天體是由重子物質(即普通物質)組成的。宇宙的主要可觀測成分如下圖所示。

參見:天體

星系

宇宙的組成部分是什麼??概念、特徵、物質和能量有哪些類型

銀河係是地球所在的星系。

星係是一組圍繞著共同軸旋轉的恆星,它們拖曳著許多其他物質成分,如行星、小行星和彗星,或廣泛 的塵埃和氣體雲(主要是氫和氦),稱為星雲。

星雲賦予星系通常的白色外觀,就像太陽系所在的星系(銀河系)一樣。這個星系之所以如此命名,是因為它的外觀讓人想起溢出的牛奶流,古希臘人在神話中將其歸因於女神赫拉(羅馬人的朱諾)的母乳。

宇宙中大約有 1700 億個星系,分為星系團或局部星系團。每個星系的範圍可以從數百到數百萬光年不等,並且按照或多或少可識別的模式進行組織:螺旋星系、橢圓星系或不規則星系。一個星系平均擁有 2 億到 4 億顆不同的恆星。

更多內容:銀河

恆星

宇宙的組成部分是什麼??概念、特徵、物質和能量有哪些類型

恆星是鍛造新物質形式的大熔爐。

恆星是白熾發光的恆星,由連續燃燒的化學元素組成。恆星可以理解為巨大且連續的空間爆炸,由於自身引力的作用而保持其球形,大到足以阻止其成分擴散到整個宇宙。太陽是恆星的最佳例子。

大多數恆星由氫、氦和其他輕化學元素組成,在重力作用下承受巨大壓力,導致核融合。因此,釋放出大量的能量和輻射,並且還產生了更重的物質,這些物質在恆星生命週期結束時將產生其他類型的天體。從這個角度來看,恆星是巨大的熔爐,新的物質形式在其中不斷被鍛造。

恆星有不同類型,取決於它們的大小、光度和達到的溫度。根據摩根-基南 (MK) 分類系統,有七種類型的恆星或「光譜類別」:O、B、A、F、G、K 和 M。

  • O型星。它們是最熱的,溫度約為 33,000 開氏度 (K)。它們的顏色趨於藍色,其光度相當於太陽的 30,000 倍,同樣,它們的質量通常約為太陽的 16 倍,半徑是太陽的 6.6 倍。

  • B型星。它們是接下來具有最大熱量和亮度的恆星,其光呈藍色或白藍色。它的溫度範圍在 10,000 到 33,000 K 之間,其光度是太陽的 25,000 倍,這些恆星的質量是太陽的 2.1 到 16 倍,半徑是太陽的 1.8 到 6.6 倍。

  • A型星。它們是熾熱而明亮的恆星,發出白光,在遠處會顯得有點藍色。它們是整個尺度上氫線最多的恆星,溫度在 7,500 到 10,000 K 之間,光度是太陽的 5 到 25 倍,平均質量是太陽的 5 到 1.4 倍。倍。

  • F型星。它們是尺度上的「中間」恆星,發出的白黃光強度是太陽的 1.5 到 5 倍,它們的溫度約為 6000 或 7500 K,並且比太陽稍大(在 1.5 到 1.5 之間)。其質量,以及1.15 至1.4 倍其半徑)。

  • G型星。它們是尺度上亮度和溫度最低的第一顆恆星,其淡黃色的光在遠處可以被感知為白黃色。它們的溫度範圍在 5,200 到 6,000 K 之間,與太陽的比較更加平等:它們的質量是太陽質量的 0.8 到 1.04 倍,太陽半徑的 0.96 到 1.15 倍,光度是 0.6 到 1.5 倍太陽的。

  • K型星。它們是該分類中冷光譜的中間恆星,平均溫度為 3700 至 5200 K。它發出的橘色光的強度是太陽光的0.08至0.6倍,其尺寸略小於太陽:是太陽質量的0.45至0.8倍,半徑的0.7至0.96倍。

  • M型星。它們是已知最冷的恆星,溫度低於3700 K。它們的紅色或橙紅色光的亮度僅為太陽光的0.08 倍,是質量為0.45 個太陽質量或更小的小恆星,半徑小於太陽質量的0.7 倍。

此恆星分類中添加了從 0(最大)到 9(最小)的數字,以指示相應類別中恆星的溫度水平。這樣,太陽是一顆G2型恆星,即G類中最熱的恆星之一,恆星越熱,發出的能量和輻射水平就越高;溫度越低,其中沉積的重元素(金屬和稀土)就越多。

更多內容:星星

行星

行星是一種固體、球形和不透明的天體,沿著一條專有軌道(即沒有其他行星或小行星)圍繞另一個質量更大的天體(通常是恆星)運行。 「行星」這個名字來自古希臘語planetes(「流浪」),指的是它們的持續運動。行星最好的例子就是地球。

由於行星是由已經存在的氣體和天塵雲形成的,一顆行星的成分和特徵可能與另一顆行星的成分和特徵有很大不同,並且很大程度上取決於它與恆星的遠近或距離。例如,由於水星靠近太陽,其大氣層非常微弱且稀薄,由輕質氣體組成;而數億公里外的木星大氣層很稠密,由氫、氦和乙烷、甲烷和氨等重有機氣體組成。

對行星進行分類的方法有很多種。最著名的之一是根據其結構進行區分:

  • 類地(類地)行星往往體積小、固體多、岩石多,即密度極高。地球、火星和水星都是這類行星的例子。

  • 木星(類木星)行星往往體積較大,呈氣態且密度低,儘管人們認為它們的氣球中心有一個固體核心。木星、土星和天王星都是這類行星的例子。

除了這兩類之外,還有矮行星或小行星,它們是那些與行星非常相似但尺寸較小、無法行使軌道優勢(即具有排他軌道)的天體。冥王星和穀神星就是這類矮行星的例子。

更多內容:星球

衛星

宇宙的組成部分是什麼??概念、特徵、物質和能量有哪些類型

天然衛星可以是一顆(如地球),也可以是數十顆(如木星)。

天然衛星 是圍繞較大行星運行的天體,因為它被困在其重力場中。衛星的大小、性質和比例各不相同,可以是球形的,如月球,也可以是不規則的,如火衛二,火星最大的衛星之一。

雖然它們有自己的繞行行星軌道,但衛星 在繞恆星的軌道上始終陪伴著它。它可能是一顆衛星,就像地球一樣,也可能是幾十顆衛星,例如木星,迄今已統計到了 92 顆。衛星不應與行星環混淆,行星環是圍繞行星運行的粒子、塵埃和氣體的集合,形成視覺上均勻的圓盤,就像土星一樣。

更多內容:天然衛星

小行星

小行星是一種較小的固體岩石天體,它太小而不能成為行星,太大而不能成為流星體。這些分散的物質碎片具有可變的大小和形狀,通常是不規則的,可以單獨發現或形成小行星場,即或多或少密集的團聚體。在太陽系中,火星和木星軌道之間有一條小行星帶。

嚴格來說,小行星只不過是太空岩石。它們缺乏大氣層,並且不會對自身的引力場做出反應。雖然有些在場或帶內保持穩定,但有些則沿著圍繞恆星的或多或少不穩定的軌道移動,這就是為什麼它們會導致巨大的恆星撞擊。

更多內容請參閱:小行星

彗星

宇宙的組成部分是什麼??概念、特徵、物質和能量有哪些類型

當接近一顆熾熱的恆星時,彗星的冰會蒸發並留下一條痕跡。

彗星是一種移動的天體,通常由岩石、塵埃和冰粒組成,當接近太陽這樣的熾熱恆星時,它們會蒸發並留下一條可識別的痕跡,稱為彗尾。

彗星沿著偏心率很大的長橢圓軌道運動。它們與小行星的不同之處在於,小行星的大小可能相似,它們由於構成其核心或彗髮的材料的磨損而擁有自己的大氣層。彗星的偽大氣層並不像行星的大氣層那樣依賴它的引力。

然而,有些非常古老的彗星繞著太陽運行已經耗盡了它們的冰儲備。在這些情況下,它們被認為是滅絕的彗星,與小行星沒有太大區別。即便如此,彗星和小行星之間的區別仍然是天文學專家爭論的焦點。

更多內容請參考:彗星

流星體

流星體是一種非常小的天體,直徑小於50米,通常是一些較大天體(例如彗星或小行星)破碎的產物。這些碎片由各種礦物和金屬組成,其軌跡不穩定,常常導致它們被困在行星的引力場中。

當流星體進入行星大氣層時,它被稱為流星。通常,大氣摩擦會加熱並分解它,將其還原成無害的灰塵。在其他情況下,固體碎片到達行星表面並被稱為隕石。

更多內容:隕石

標籤: 天文學

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