托勒密及地心宇宙体系（上）

自然知识的传承与创新 在前面几篇文章中,笔者介绍了古希腊哲人对于自然和天空的想法,例如泰勒斯认为“万物都是水做的”;阿那克西曼德认为世界万物产生于一种没有固定性质和形状的物质,他称为“无限定”（也称为“无限者”）,他说“无限者”是不生不灭、无穷无尽、无有边际的,从这种无限的、没有规定的东西中,分离出热与冷,干与湿的对立物,形成运动,产生天体万物。毕达哥拉斯及其学派认为万物就是数,宇宙就是数的和谐。到了柏拉图则把人眼看到的经验世界和人的理智才能达到的超感世界区别开来。     

星系的起源与演化

星系的起源与演化许梅在“银河系的的起源与演化”一文（本刊１９９４年第３期第２８页）中，我们介绍了关于银河系的两种学说：气云凝聚说和混沌诞生说，这篇文章将向读者介绍星系起源与演化的气云凝聚说及近２０多年来在此问题上的一些进展：每个星系并不是在宇宙创生大...     

星系探秘：恒星从何而来？（1）

宇宙中的恒星是怎样形成的,这可能是困扰了人类几千年的问题。万有引力定律发现后,包括伊萨克·牛顿（Issac Newton）在内的一些物理学家猜测,恒星可能是由一些弥散的物质凝聚而成的。随后,几个世纪的天文观测也揭示了天空中确实存在不少这样的弥漫物质（如星云）,也就更加支持了这一猜想。第一个对该猜想进行系统的理论研究的人是英国物理学家詹姆斯·金斯爵士（Sir James Jeans,图1）,他通过考虑介质的密度扰动来探寻星云塌缩与恒星形成的可能性。     

星系探秘：恒星从何而来（2）

纷乱的气流和庞杂的星际尘埃,以及恒星形成时的猛烈星风,宇宙中所有最纷繁的元素仿佛都被凝聚于大质量恒星的“育婴室”,所以我们才能欣赏到像猎户座大星云和船底星云那样极尽奢华而又震撼人心的宇宙风景。但同时,混乱而繁杂的环境对天文学家们研究这些大个子恒星的身世之谜平添了诸多障碍。     

锂——大爆炸理论的最后疑难？

取下你的手机电池,你就能“亲密接触”一下已经存在了大约137亿年的一种化学元素。是的,它就是锂,化学元素周期表中排在第3位的化学元素。锂和其他的轻元素,包括氢和氦,被认为是在宇宙诞生之后几乎不到1秒钟的时间内,由原初的核反应过程所形成的。在稍后的5分钟多一点的时间里,宇宙便“制造”出了现今宇宙中所有普通物质的基本成分。在其后的几十亿年的时间里,这些物质会慢慢聚拢成团最终形成我们今天看到的星系和恒星。     

不可视物质的成分及结构

本文评述了宇宙中的不可视物质问题。第一节中我们讨论存在不可视物质的证据,例如,各种天体系统的质光比,不同方法所得到的减速参数q_0等。不可视物质的可能的成分在第二节中加以列举和分析,其中提及有静质量的中微子、有静质量的光微子,原初黑洞及磁单极子等。在第三节中我们指明,可视物质和不可视物质的密度分布是十分不同的。可视物质在星系、星系团及超团尺度上都有明显的成团,而不可视物质的分布是较均匀的。最后一节我们研究了形成这种分布上的差异的可能性。对于两成分宇宙,如果密度扰动的增长时标及衰减时标满足适当的关系,则该扰动能在一种成分中触发增长扰动,而在另一成分中却是衰减的。在中微子为主的宇宙中,上述机制能用来解释为什么不可视物质的分布如此之均匀。     

宇宙大尺度结构数值模拟的研究进展

宇宙的结构是由初始密度扰动发展而成的。在引力和宇宙膨胀的作用下,初始密度扰动不断增长,经过线性和非线性阶段,逐渐演化为现今的宇宙结构。在一个给定的宇宙学模型下,可以用一系列动力学方程来描述宇宙中暗物质和重子物质的运动及演化历史。在过去的几十年间,随着算法的完善和计算机技术的发展,从最初几十个粒子的纯引力模拟到1010个粒子在秒差距量级的多体加流体动力学模拟,大量不同的数值模拟技术被用来研究宇宙结构的形成和演化。在这个过程中,数值模拟的分辨率和精度不断提高,模型中对重子物质物理过程的描述也越来越完善。这些模拟技术与观测结果相结合,使人们对宇宙的大尺度结构以及星系团的形成和演化有了更深刻的理解,也在一定程度上影响了观测的发展方向和设备研发。不同数值模拟结果在纯引力研究方面得到了较好的统一,但不同的星系模型使得流体模拟的结果存在较大的差异。     

“称量”地球

地球是太阳系中惟一有众多生命栖息的行星,数千年来,人类对赖以生存的大地有过种种猜想、探索。在古希腊,亚里士多德根据月食时月面上出现的圆弧影子曾推测大地是球形的。1522年,葡萄牙航海家麦哲伦做了环绕地球的航行,确证地球为球形。1543年波兰天文学家哥白尼提出了著名的日心地动说,认为太阳是行星等天体的主宰中心,地球只是一颗行星,它并不是宇宙的中心。     

“恒星核合成”会议

银河系中有从氢到铀81种元素。这些元素何时形成和怎样形成的问题,是宇宙物理学中极为重要的课题之一。因为元素起源是宇宙、星系和恒星等各种演化的总体反映。一定质量的恒星演化到最后阶段,由于超新星爆发将恒星内合成的重元素抛射到星际空间,问题是不同质量的恒星各自合成那些     

星系形成与宇宙大尺度结构

宇宙大尺度结构的形成与星系形成密切相关,前者的研究把星系基本上视为一质点,而星系形成研究涉及到其内部结构,宇宙大尺度结构形成有两种模式,由小到大与由大到小,这两种模式被交替使用（当然不同简单的重复）很重要的一个原因是星系形成研究的推动。     

宇宙信息

宇宙的年龄：120亿～150亿年自从1929年美国天文学家哈勃发现星系越远,离地球而去的速度越大之后,速度一距离比,也称哈勃常数的确定一直争执不下,用不同的距离计算可得到不同的结果。由27位科学家组成的一个国际小组通过哈勃空间望远镜,用8年时间测出了到far－flung星系的距离。该小组在5月25日宇航局华盛顿总部的新闻发布会上宣布哈勃常数的值为70±7。由这一哈勃常数值估计的宇宙年龄是120亿～150亿年。据此可以推断宇宙中含有多少物质,膨胀速度是否加快。然而卡内基天文台桑德奇等人用不同方法和资料得到的哈勃常数是58士2。许多天…     

是什么推动宇宙加速膨胀

对若干遥远星系中Ⅰa型超新星的观测,以及威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）提供的信息和星系斯隆数字巡天（SDSS）的结果都表明宇宙确实在加速膨胀。宇宙加速膨胀说明宇宙中存在着一种排斥力,这种力在星系尺度内并不重要,但在星系之间的环境下,它的作用就十分明显,大多数天文学家认为这种排斥力源于宇宙内存在着的暗能量。但暗能量究竟是什么？一种建议认为暗能量就是爱因斯坦在用广义相对论说明宇宙时,为使宇宙模型维持静止状态而引进的以宇宙学常数（cosmological constant）λ为标志的暗能量,λ与普遍存在于真空空间内的反引力有关,其主要特征是能量密度在宇宙长河的所有时期保持不变,是一个恒量;另一种建议是斯坦哈特（P.Steinhardt）等人提出的充斥在空间中的精质（quintessence）,这种形式的暗能量不是恒定不变的,因时间和空间而异,一些理论工作者建议修改引力学说来说明宇宙加速膨胀现象。美国费米实验室的宇宙学家科尔布（Rocky Kolb）则认为星系在空间分布的不均匀是导致宇宙加速膨胀的诱因。     

话说宇宙学常数

爱因斯坦的引力学说和广义相对论,除对牛顿引力理论做了众所周知的改进外,还在其1919年提出的引力方程式中,首次引进了宇宙学常数∧。这样,便意味着宇宙中存在负的引力质量,产生斥力,以与普通物质的引力相抗衡,使整个宇宙保持静态。但是,在哈勃于1923年发现宇宙膨胀现象之后,爱因斯坦极度后悔,称此事是他一生中所犯的最大错误,又放弃了宇宙学常数项。 20世纪80年代兴起的暴涨宇宙学说却认为正是因为极早期宇宙中∧不为零,导致宇宙在极短时间内急剧膨胀,但在今日的宇宙中∧=0。1998年初,两个天     

探测超新星尘埃工厂

宇宙中的星系其实是一个多尘的地方,而超新星则被认为是这些尘埃的主要来源,尤其是在宇宙的早期。但是,对超新星制造尘埃能力的直接观测证据至今仍很稀少,无法解释在遥远年轻星系中观测到的大量尘埃。不过,这一局面正在变化。     

天才的思想 战斗的一生——纪念G.布鲁诺逝世400周年

欧洲文艺复兴时期是一个需要巨人而且确实产生了不少巨人的时代 ,著名唯物主义思想家和天文学家Ｇ .布鲁诺正是其中的一位。他的天文学思想在宇宙观念发展中谱写了光辉的一页 ,他为捍卫真理而宁死不屈的精神更值得人们纪念和景仰。　　　　　　　　　早年岁月　　 1 548年 ,意大利南部那不勒斯附近的小镇诺拉降生了一个名叫Ｇ .布鲁诺的小男孩。布鲁诺家族原先是贵族 ,但到他父亲这一代已经式微下来。他的父亲靠在那不勒斯总督军队里当下级军官 ,以维持全家生计。1 1岁时 ,布鲁诺离开了小镇诺拉 ,到那不勒斯一家私立人文主义学校求学。 6年…     

从《三体》中的外星人说开去

最近几年。有一部巨著在中华大地上掀起了一股前所未有的科幻狂潮,其影响力不只局限于科幻迷,还进入了主流文学和评论的社线,这就是《三体》三部曲（更准刘）的力作。在这部作品中,三体人作为地球人长达三百年恩怨情仇纠缠的敌人,贯穿了始终。但遗憾的是,作品没有对三体人的具体生命形态进行详细描写,我们只能从只言片语中了解他们很少的特征。这套作品的最后部分,还描写了宇宙中其他一些文明,包括远高于地球乃至三体人科技程度的文明,但对他们就更没有任何具体的描写了。那么,在科学家以及科幻作家的心目中,外星生命究竟会有哪些可能的形态呢？下面就让我结合一些科幻作品,带领大家粗略地看一看吧。     

大星系能否在早期宇宙中形成

据以色列和美国的两位天文学家称,像银河系这样大的星系是在大爆炸后10亿年形成的。 为了回到如此久远的过去,天文学家观测了类星体,宇宙中最亮的天体。来自最遥远的类星体的光在到达地球前要经过数十亿年,因此能提供反映早期宇宙环境的图像。     

行星科学与深空探测（一）——行星科学的起源发展及重要性

行星是在宇宙演化到一定的时间后形成的,它是天体形成的重要类型。与星系宇宙以及恒星不同,行星由于其质量相对较小,因此其演化也有其特殊的过程,比如,总体来讲没有像宇宙、星系和恒星那样,物质与性态变化那么剧烈。行星的形成和演化有其自己独特的规律。行星科学研究是人类在全面认识宇亩演化过程中不可缺少的环节,是天文学的重要分支学科。     

柯伊伯带结构形成动力学

柯伊伯带是指位于海王星轨道外的小天体构成的盘状区域.一般认为柯伊伯带小天体是早期太阳系物质凝聚成各大行星后的残留物,因此这些小天体能够为研究外太阳系的形成与演化提供很多重要的线索.该文首先介绍了柯伊伯带的发现历史及它的主要观测特征,然后回顾了近年来提出的形成这些特征的机制,最后讨论了柯伊伯带中有待解释的主要问题.     

引力：宇宙的大魔术师

宇宙中的富星系团会编织出一张光的蛛网,发光的弧线在其周围会形成同心的图案。乍看之下,就像是有人在望远镜镜面上用了玻璃清洁剂,没擦干净而留下的痕迹。这些光弧是大自然最宏大的幻象,是引力对来自遥远宇宙中的光弯曲、放大并增强之后所形成的。