編輯推薦
顛覆傳統科普教育,世界各國**科學傢深入淺齣為孩子們講述科學
涵蓋宇觀、微觀、地球、生命、人類等多學科知識,為讀者展示世界上zui前沿的科學發展成果和科技發展趨勢
專題式的講述方式,開啓多角度深入探究學習模式,培養讀者嚴謹的科學態度和科學探究精神
吸納各領域科學傢的多重觀點,培養讀者的多元思維及獨立思考能力
將科學和藝術相結閤,讓科學不再生硬,將讀者帶入一個全新的科學世界
內容簡介
我們生活在地球上,而太陽係就像地球的院子。太陽在46 億年前從一團巨大的星際雲中形成。之後隨著太陽的不斷演化,有瞭行星和其他天體,纔形成瞭今天的太陽係。可以說,我們來自億萬年前太陽係誕生後迸發的塵埃,我們的命運和太陽係的變遷緊緊相連。
作者簡介
小多傳媒成立於2008年,是在紐約和北京共同運營的少兒科學和人文內容齣版公司,正在逐漸成為麵嚮世界的多媒體兒童教育內容提供者、傳播者和實踐者。小多匯集全球各地300多位作者、繪者、譯者和編輯,這支跨國團隊對中西方的文化、社會、曆史、教育有著深刻的理解;具有在西方國傢學習生活和教育孩子的經驗,他們共同為孩子創作高品質讀物,旨在傳遞zui前沿的科技和人文觀點,讓孩子們養成智力活動的習慣和充滿想象力的思維方式,養成獨立思考能力,錶達能力、批判能力,養成社會責任感和公民意識,讓人生有更多可能。
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精彩書摘
製約太陽係萬物的力量
任意兩個質點通過連心綫方嚮上的力相互吸引,引力的大小與質點質量的乘積成正比,與它們距離的平方成反比,而與它們的化學本質、物理狀態或媒介無關。這就是牛頓根據現象推導齣的一切有形物質的規律——萬有引力定律。
在宇宙中,萬有引力讓物質互相吸引並聚集成天體,同時,天體相互吸引形成瞭按軌道運行的天體係統,繼而形成星係。萬有引力定律讓我們可以在自己的想象中俯瞰太陽係。
一個天體繞另一個天體按圓形或橢圓形的軌道運行,一般情況下,中心的天體質量比運轉的天體大。它們之間是靠萬有引力將它們相互拉住的。當然,如果隻有萬有引力,兩個天體就會越來越靠近,以緻撞在一起,但巧的是,天體公轉時會産生一個離心力,離心力的大小剛好跟萬有引力相等而方嚮相反,使得天體運動時的受力達到一個完美的平衡,形成一個穩定的公轉軌道。
太陽係是指包括太陽在內的所有以太陽為中心並受到太陽引力約束的天體的集閤。太陽係包括8 顆行星,按照距離太陽由近及遠的順序依次是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。
在太陽係內,大部分行星(除水星和金星)至少有1 顆衛星。比如,地球有1 顆衛星—月球,而木星已經確認的衛星有13 顆。就像行星繞太陽運行一樣,衛星按軌道繞著行星運行,萬有引力提供瞭這些天體在軌道運行時所需的嚮心力。
《星河遺珍:宇宙的誕生與演化》 一、 黎明前的寂靜:宇宙的起源之謎 在我們仰望星空、驚嘆宇宙浩瀚無垠之時,一個更深邃的問題總會悄然浮現:這一切,究竟是如何開始的?《星河遺珍:宇宙的誕生與演化》將帶領你踏上一段跨越數十億年的史詩旅程,去探尋宇宙最初的模樣。 故事始於一個難以想象的奇點。不是我們日常所見的“點”,而是時空本身無限濃縮、溫度和密度無限高的一個狀態。在這個“奇點”之前,一切都無從談起,時間和空間也失去瞭意義。然後,在無可名狀的刹那,一場轟轟烈烈的“大爆炸”拉開瞭帷幕。這不是我們想象中帶有聲音的爆炸,而是一次急劇的膨脹,將構成我們宇宙的一切——能量、物質、甚至時空本身——從一個微小的點嚮外擴散。 在大爆炸的最初幾分之一秒內,宇宙經曆瞭最為劇烈的變化。能量轉化為基本粒子,質子、中子、電子等如同雨後春筍般湧現。隨著宇宙的不斷膨脹和冷卻,這些粒子開始結閤,形成更復雜的結構。誇剋組成瞭質子和中子,電子則在原子核外盤鏇。這個階段,宇宙就像一鍋翻滾的“粒子湯”,充滿瞭不穩定的相互作用。 然而,真正意義上的“物質”開始形成,還要歸功於宇宙冷卻到一定程度後,質子和中子開始結閤,形成最早的原子核,主要是氫和氦。這便是宇宙中最基本的“磚塊”。當時的宇宙依然炙熱且不透明,光子不斷地與帶電粒子碰撞,無法自由傳播。這就像濃霧籠罩的黎明,一切都模糊不清。 大約在大爆炸後的38萬年,宇宙的溫度降至足以讓電子被原子核捕獲,形成中性原子。這一刻,被稱為“復閤並釋放”的事件,標誌著宇宙終於變得透明。光子得以自由穿梭,它們所攜帶的信息,至今仍然在宇宙微波背景輻射中迴響,成為我們窺探宇宙嬰兒時期的珍貴“照片”。正是通過分析這些來自宇宙最古老時代的光芒,科學傢們纔得以推斷齣宇宙的年齡、成分以及最初的結構。 《星河遺珍》將以嚴謹又不失趣味的方式,闡述從奇點到復閤並釋放的整個過程。我們將深入瞭解宇宙暴脹理論,它解釋瞭為何宇宙如此平坦且均勻,又為何存在我們今天觀察到的微小漲落。我們將一同想象,在那片混沌未開的黑暗中,能量如何孕育齣最原始的粒子,物質又如何悄然凝聚,為之後的一切打下基礎。這不是枯燥的科學論證,而是一場關於生命之初、存在之源的宏大敘事。 二、 黑暗中的孕育:第一批恒星與星係的誕生 宇宙變得透明,但這並不意味著光明普照。接下來的漫長歲月,被稱為“黑暗時代”,因為此時還沒有恒星發光,整個宇宙籠罩在昏暗之中。然而,這片看似寂靜的黑暗,卻孕育著即將改變宇宙麵貌的偉大事件。 引力,這位宇宙中最沉默卻最有力量的建築師,開始在物質分布不均勻的區域發揮作用。在大爆炸的最初階段,雖然物質分布大緻均勻,但仍然存在微小的密度差異。這些微小的“漣漪”,成為瞭引力工作的起點。在密度稍高的區域,引力吸引周圍更多的氣體(主要是氫和氦),使它們聚集在一起。 隨著物質的不斷聚集,氣體雲的密度和溫度也隨之升高。當氣體雲中心部分的溫度和壓力達到臨界點時,一種名為“核聚變”的反應被點燃。氫原子核在高壓高溫下發生碰撞,融閤成氦原子核,同時釋放齣巨大的能量。這一刻,宇宙迎來瞭第一批恒星。 這些最初的恒星,被稱為“第一代恒星”或“原恒星”。它們通常質量巨大,燃燒得異常猛烈,壽命也相對短暫。它們是宇宙中最閃耀的燈火,劃破瞭漫長的黑暗時代。這些恒星的誕生,不僅照亮瞭宇宙,更重要的是,它們開始在核聚變過程中,製造齣比氫和氦更重的元素。 當這些巨型恒星走到生命盡頭時,它們會以壯麗的超新星爆發告終。超新星爆發將內部産生的重元素拋灑到宇宙空間,這些元素,如碳、氧、鐵等,成為瞭下一代恒星和行星形成的“原材料”。這意味著,宇宙中的元素組成,也在隨著恒星的生生滅滅而不斷豐富。 成韆上萬顆恒星匯聚在一起,便形成瞭星係。最初的星係可能比我們今天看到的螺鏇星係或橢圓星係要小而混亂,它們由氣體、塵埃和早期恒星組成。這些原始星係在引力的作用下相互吸引、碰撞、閤並,逐漸演化成更大、更復雜的結構。 《星河遺珍》將生動地描繪這一“再電離”和“再黑暗”又“再光明”的漫長過程。我們將探索引力如何在數億年的時間裏,將稀薄的氣體凝聚成團,又如何點燃第一批恒星的熊熊烈火。我們將追隨第一束星光穿透黑暗,見證原始星係如何從混沌中凝聚,並最終演變成我們如今所見的宏偉星河。我們還將瞭解,正是這些早期恒星的“死亡”,為宇宙播下瞭更豐富元素的種子,為後續更復雜生命的誕生鋪平瞭道路。 三、 星係的交響麯:宇宙結構的形成與演化 宇宙並非均勻分布著孤立的恒星,而是由無數的星係組成的壯麗圖景。星係的形成和演化,是宇宙宏偉畫捲中至關重要的一筆,它們在引力的指揮下,上演著一麯恢弘的交響樂。 我們所處的銀河係,隻是宇宙中數韆億個星係中的一個。星係的形態多種多樣,有的像巨大的漩渦,擁有美麗的鏇臂,如我們的銀河係;有的呈橢圓形,如一顆巨大的宇宙塵埃球;還有一些形狀不規則,通常是由於星係間的碰撞和閤並造成的。 星係的形成是一個漫長而復雜的過程。最初,宇宙中的物質分布存在微小的密度漲落。在引力的作用下,這些密度較高的區域會吸引更多的物質,逐漸形成“暗物質暈”。暗物質作為宇宙中看不見的骨架,為可見物質(主要是氣體和塵埃)提供瞭聚集的場所。當氣體被吸引到暗物質暈中,並冷卻到一定程度,就會開始形成恒星。 而星係之間的相互作用,則是塑造宇宙結構的關鍵。星係並非獨立存在,它們在引力的作用下相互吸引,進行著或近距離的“舞蹈”,或劇烈的“碰撞”。小星係可能會被大星係吞並,而兩個規模相當的星係相撞,則會引發大規模的恒星形成,並改變彼此的形態。這些碰撞和閤並的過程,是星係演化的重要驅動力,它們塑造瞭星係的形狀、大小和恒星的分布。 我們所在的本星係群,就是一個由銀河係、仙子座星係等數十個大小星係組成的“鄰裏”。而本星係群又屬於一個更大的結構——室女座超星係團。這些超星係團並非孤立存在,它們之間也通過引力相互連接,形成瞭宇宙網狀結構,其中包含著巨大的空洞和密集的星係團。 《星河遺珍》將帶領你深入探索這些宇宙尺度上的“宏偉建築”。我們將瞭解星係是如何形成的,以及暗物質在其中扮演的關鍵角色。我們將觀察不同形態的星係,並理解它們形成的原因。我們將模擬星係之間的碰撞和閤並,感受宇宙尺度上的“宇宙級”災難與新生。我們將一同繪製宇宙的“地圖”,從本星係群到超星係團,再到宇宙網狀結構的奇觀,理解宇宙的宏觀組織方式。 四、 恒星的生命周期:從誕生到死亡的壯麗輪迴 如果說星係是宇宙的舞颱,那麼恒星就是舞颱上最耀眼的演員,它們以截然不同的生命姿態,譜寫著宇宙中最動人的篇章。恒星的生命周期,是一個從誕生、成長、繁榮到最終消亡的完整輪迴,這個輪迴不僅僅是恒星自身的演變,更是宇宙元素循環與更新的關鍵環節。 恒星的誕生,始於星際空間中巨大的分子雲。這些分子雲富含氫、氦以及少量重元素,在引力坍縮的作用下,開始聚集。當雲團的密度和溫度達到一定程度,中心區域就會發生核聚變反應,一顆新的恒星便誕生瞭。 恒星在其一生的大部分時間裏,都處於“主序星”階段。在這個階段,恒星的核心通過氫核聚變産生氦,並釋放齣巨大的能量,維持著恒星的穩定。恒星的質量決定瞭其在主序星階段的壽命。質量越大的恒星,燃燒得越快,壽命也越短;質量越小的恒星,燃燒得越慢,壽命則越長。 當恒星核心的氫燃料耗盡時,它的生命便進入瞭下一個階段。對於質量與太陽相似的恒星,核心會收縮,外部氫層會膨脹,恒星變成一顆“紅巨星”。紅巨星的體積巨大,錶麵溫度降低,呈現齣紅色的光芒。在此之後,核心可能會繼續發生氦核聚變,産生碳和氧。 然而,對於質量更大的恒星,它們的故事則更為跌宕起伏。在耗盡氫燃料後,它們會經曆更復雜的聚變過程,産生更重的元素,如氮、氧、矽,直至鐵。當恒星核心積纍瞭足夠多的鐵時,核聚變反應將停止,因為鐵的聚變不再釋放能量,反而需要吸收能量。 此時,恒星的核心將發生災難性的坍縮。巨大的引力會讓核心迅速收縮,釋放齣衝擊波,將恒星的外層物質猛烈地拋射齣去,形成一場驚天動地的“超新星爆發”。超新星爆發是宇宙中最劇烈的事件之一,它不僅能照亮整個星係,更能將恒星在核聚變過程中製造齣的各種重元素,如金、銀、鈾等,播撒到廣闊的宇宙空間。 超新星爆發的殘骸,會形成兩種不同的天體:一種是“中子星”,它是由超高密度的中子組成的緻密天體;另一種是“黑洞”,如果恒星的質量足夠大,引力會戰勝一切,將所有物質壓縮到一個無限小的奇點,形成一個連光都無法逃脫的天體。 《星河遺珍》將以圖文並茂、生動形象的方式,展現恒星生命周期的各個階段。我們將跟隨一顆顆恒星的誕生,瞭解不同質量恒星的演化路徑。我們將親眼目睹紅巨星的膨脹,感受超新星爆發的震撼,並理解這些恒星的“死亡”,是如何成為孕育下一代恒星和行星的關鍵。我們將深入探討,構成我們身體的每一個原子,很可能都曾是某顆恒星的一部分,是宇宙宏大輪迴的見證。 五、 宇宙的未來:從冷卻到可能的終結 我們對宇宙的探索,不僅僅是對過去的追溯,更是對未來的審視。宇宙正處於不斷的演化之中,而它的最終命運,是科學傢們孜孜不求的終極謎題之一。 當前,對宇宙演化的主流理解是,宇宙正在經曆加速膨脹。這意味著,星係之間的距離正在以越來越快的速度增加。這種加速膨脹的背後,是被稱為“暗能量”的神秘力量。暗能量占據瞭宇宙總能量的絕大部分,它的存在使得宇宙的膨脹不僅沒有減緩,反而愈演愈烈。 根據不同的宇宙模型和暗能量的性質,宇宙的未來可能走嚮幾種不同的結局。 一種可能性是“大凍結”(Big Freeze)或“熱寂”(Heat Death)。在這種情景下,宇宙將持續膨脹,星係將越來越遠,恒星將逐漸耗盡燃料並熄滅,黑洞將通過霍金輻射逐漸蒸發,最終,宇宙將達到一個極其寒冷、稀薄且均勻的狀態,所有的能量都將分散開來,沒有活動,沒有變化,一片死寂。 另一種可能性是“大撕裂”(Big Rip)。如果暗能量的強度隨著宇宙膨脹而增加,那麼它最終會強大到足以撕裂星係、恒星,甚至原子本身。宇宙的一切結構都將被徹底摧毀。 還有一種更具推測性的可能性,即“大擠壓”(Big Crunch)。如果宇宙中的物質和能量密度足夠高,並且暗能量的作用不足以抵消引力的吸引,那麼宇宙的膨脹可能會在未來某個時刻停止,並開始收縮。最終,所有物質和時空將坍縮迴一個奇點,與大爆炸的起點相似。 然而,這些都隻是基於我們當前認知水平的推測。對暗能量、暗物質的進一步研究,以及對宇宙學常數的精確測量,將有助於我們更好地理解宇宙的真實命運。 《星河遺珍》將深入探討這些關於宇宙未來的猜想。我們將瞭解暗能量和暗物質的最新研究進展,以及它們對宇宙演化的深遠影響。我們將模擬宇宙不同命運的可能性,並探討科學傢們如何通過觀測和理論模型來探究這些終極問題。我們還將反思,在浩瀚的宇宙演化圖景中,人類文明的短暫存在,以及我們對宇宙的求知欲,又意味著什麼。 這不僅僅是一本科普讀物,它是一次心靈的遠航,一次對宇宙最根本問題的哲學思考。它將激發你對未知的好奇,對存在的敬畏,以及對我們所處的這個宏大宇宙的深深眷戀。