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詞彙表

吸收 原子吸收特定波長的光的過程,從而允許通過識別“缺失”波長的光譜來檢測其存在。

α粒子 某類放射性衰變所放出的亞原子粒子,由2個質子和2個中子組成,等同於一個氦原子核。

人存原理 這一原理指出,由於人類已知是一種存在,因此物理定律必然是以生命存在為前提的。在其極端形式下,人存原理指出,宇宙之所以設計成現在這個樣子就是要允許生命存在。

弧分 用於衡量非常小的角度的單位,等於1°的1/60。

弧秒 用於衡量非常小的角度的單位,等於1弧分的1/60,或1°的1/3600。

原子 元素最小的組成部分,由一個帶正電的原子核和周圍帶負電荷的電子構成。核中帶正電的質子數唯一確定了該原子所屬元素的化學性質。例如,每一個含有單個質子的原子是氫原子,而每一個含有79個質子的原子是金原子。

大爆炸模型 目前公認的宇宙模型。根據這一模型,時間和空間都是在100億至200億年前從一個熱的、緻密的小區域裡產生的。

造父變星 一類恆星,其亮度變化具有精確、規則的週期性,通常為1到100天。這種光變週期直接與恆星亮度的平均值相聯繫,因此我們可以由此計算出該恆星的亮度。將這個亮度與地球上觀測到的視亮度作比較,就可以準確確定其距離。因此,這些恆星在確定宇宙的距離尺度上具有重要作用。

CMB輻射 參見宇宙微波背景輻射。

COBE(宇宙微波背景探測器)1989年發射的旨在對宇宙微波背景輻射進行精確測量的衛星。其DMR(較差微波輻射)探測器首次提供了宇宙微波背景輻射變化的證據,表明早期宇宙中的這些區域曾導致星系的形成。

哥白尼模型 以太陽為中心的宇宙模型,由哥白尼於16世紀提出。

宇宙微波背景(CMB)輻射 宇宙中瀰漫的從各個方向看去都幾乎均勻的微波輻射“海”。其歷史可追溯到重組的時刻。按照伽莫夫、阿爾弗和赫爾曼在1948年的預言,這種輻射是大爆炸的“回聲”。1965年,彭齊亞斯和威爾遜發現了這種輻射。這種輻射源於大爆炸的熱,隨著宇宙的膨脹,其頻譜已從紅外延伸到微波波段。COBE衛星測得了這種輻射的變化。

宇宙學常數 愛因斯坦人為添加到他的廣義相對論方程中的一個參數。在此之前,這個方程顯然蘊含著宇宙是膨脹的或是收縮的結果。通過有效地引入反引力項,這個方程變得允許一個靜態的宇宙。

宇宙學原理 即宇宙中不存在任何優於其他地方的地方,宇宙的整體特徵在各個方向上似乎都是一樣的(各向同性性質),不論觀察者處於何處(均勻性)。

宇宙學 研究宇宙的起源和演化的學科。

產生場(C場)穩恆態模型中引入的一個概念。C場通過不斷產生物質來填補因膨脹而引起的物質密度的減小,從而使宇宙的物質總密度保持不變。

截面 粒子物理學裡用來衡量兩個粒子發生碰撞的概率大小的一個量。

暗能量 一種假想的能量形式,被用來解釋最近觀察到的結果。這些結果表明宇宙正在加速膨脹。雖然計算結果表明它可能是宇宙中質量-能量的主要成分,但關於其性質還沒有任何統一的認識。

暗物質 一種假想的物質形式,被用來填補宇宙中的缺失的大部分物質。其存在只能通過其引力來感知,它們發出很少或根本不發射可見光。

均輪 在托勒密模型裡用來描述天體環繞地球運動的大圓。當天體的這種運動與較小的本輪上的運動復合後,可以大致解釋我們在地球上觀察到的行星運動。

氘 氫的同位素,原子核中含有1個質子和1個中子。

多普勒效應 運動波源所發出的聲波或電磁波的波長因波源運動而出現變化的效應。當觀察者運動(而不是波源運動)時同樣會出現這種效應。運動波源發出的向前傳播的波被壓縮,向後傳播的波被拉伸,從而產生出一種類似於救護車在眼前通過時警笛聲從低到高再到低的音調變化。類似的效應會導致退行星系的頻譜出現紅移。

電磁輻射 能量傳播的一種方式,其波長範圍包括可見光、無線電波和X射線。電磁輻射在空間的傳播是以電磁波的形式以光速傳播的。輻射的波長決定了其品質。

電磁波譜 電磁輻射波長的整個範圍,從短波長(高能量)的伽馬射線和X射線,經紫外線、可見光、紅外線,一直延伸到長波長(低能量)的無線電波。

電磁波 電場和磁場的簡諧振蕩,二者交替進行,共同以電磁輻射形式在空間傳播。

電子 帶負電荷的亞原子粒子。電子可以獨立存在,也可以圍繞帶正電荷的原子核做軌道運動。

元素 宇宙的基本物質單元之一,以元素週期表的方式列出。元素的最小單位是原子,並且原子中的質子數確定了元素的類型。

發射 原子被激發(例如通過加熱)並發射出特定波長的光過程。借此我們可以通過光譜來檢測存在哪一種元素。

本輪 托勒密地心模型中所用的疊加在均輪上的小圓,用以解釋某些行星被看成是繞地球旋轉時的逆行。

以太 一度被認為用以傳播光的瀰漫於整個宇宙的物質,其存在被邁克耳孫-莫雷實驗所否定。

指數記法 非常大和非常小的數字的一種簡便記法。例如1200可以寫成1.2×103,因為它等於1.2×(10×10×10);0.0005可以寫成5×10-4,因為它等於5&pide;(10×10×10×10)。

裂變 大的原子核碎裂成兩個較小的核的過程,通常伴有能量的釋放。放射性衰變就是一種自發裂變的過程。

聚變 兩個小的原子核結合在一起形成一個較大的核的過程,通常伴有能量的釋放。例如氫核可以通過多步聚變過程形成氦核。

星系 恆星、氣體和塵埃在引力作用下聚合在一起所形成的集合,通常與相鄰的星系分開,其形狀通常有螺旋狀或橢圓狀。星系的大小範圍從大約一百萬顆恆星到數十億顆恆星不等。

廣義相對論 愛因斯坦的引力理論,為宇宙學提供支撐。廣義相對論將引力描述成四維時空的曲率。

引力 任意兩個有質量物體之間所感受到的吸引力。牛頓最先對引力進行了描述,後來愛因斯坦在他的廣義相對論給出了更準確的描述,即引力取決於時空的曲率。

氦 宇宙中存在的第二種最常見也是僅次於氫的最輕的元素。其核包含2個質子和(通常)2個中子。恆星內部的溫度和壓力可以迫使氦氣通過聚變形成較重的原子核。

哈勃常數(Ho)哈勃定律 可測得的宇宙參數,用以描述宇宙膨脹的速度。其值為50~100km/s/Mpc,即一個相距100萬秒差距遠的星系的退行速度在50km/s到100km/s之間。哈勃常數源自哈勃定律的定義。

均勻性 空間所有各處均相似的特性。

氫 一條用以描述星系的退行速度正比於其距離的經驗法則:v=H0×do式中的比例常數(Ho)即為哈勃常數。

暴脹 宇宙中最簡單和最豐富的元素,其原子核由一個質子構成,核外有一個電子繞核做軌道運動。

紅外 宇宙在前10-35秒所經歷的極速膨脹階段。儘管暴脹是假設性的,但它可以解釋宇宙的一些特點。

同位素 電磁波譜中波長比可見光波長稍長的那部分波段。

各向同性 同種元素的一種變體,以核內中子數的不同來區別。例如,氫有三種同位素,分別具有0個、1個和2個中子,但是所有這些同位素都只包含1個質子。

光波光年 空間各個方向上性質相同。

邁克耳孫-莫雷 見電磁波。

實驗 光在一年中走過的距離,大約為9460000000000千米。

微波輻射 19世紀中後期進行的一項實驗,旨在通過對平行於地球運動方向上和垂直於地球運動方向上光速的測量來檢測地球相對於以太的運動。該實驗否決了以太的存在。

銀河系 電磁波譜中波長為幾毫米或幾厘米的那部分。它通常被認為是射頻波段的一個子波段。

模型 我們太陽系所在的星系的名稱。銀河系是一個包含大約2000億顆恆星的螺旋星系,太陽位於其一條旋臂上。

多重宇宙 數學上用於描述現實世界的某些特徵的一套自洽的法則和參數。

星雲 有別於單一宇宙的另一種宇宙模型,其中許多不同的宇宙並存,各有一組不同的物理定律,每個宇宙都與其他宇宙完全隔絕。

中子 銀河系內由氣體(更多的是塵埃)構成的雲。在夜空中表現為光線模糊的斑塊,與點狀星星相區別。在20世紀裡,隨著大辯論的解決,很多在1900年以前標示為星雲的天體被確認是獨立的星系。

新星 原子核內發現的一種粒子。中子的質量幾乎與質子相同,但不帶電荷。

核物理學 在幾天內其亮度增大到原先的(通常是)50000多倍的恆星。然後經過幾個月的時間,其亮度逐漸回到原先的亮度。新星的能量來自其近距伴星的質量流。

核子 研究原子核的學科。主要研究核的相互作用和核結構。

核合成 質子和中子的通用術語,這兩個粒子是原子核的基本構件。

原子核 元素通過核聚變的形成過程,特別是在恆星和超新星爆發時期。最輕的原子核的核合成是在大爆炸之後瞬間發生的。

奧卡姆剃刀 原子中心的一種緻密結構,內含質子和中子,具有至少99.95%的原子質量。

視差 一條經驗法則,它指出,在對現象有多種可替代的、充分的解釋時,較簡單的一種更有可能是正確的。

秒差距 當觀察者的位置改變時,觀測對象的位置的表觀移位。在天文學裡,恆星視差被用來測量最近的恆星的距離。

完美宇宙學原理 天文學中使用的距離單位,約等於3.26光年,簡稱“秒差距”,即恆星視差為1角秒時對應的距離。100萬秒差距的距離稱為1個百萬秒差距(Mpc)。

等離子體 宇宙學原理的延伸,它指出,宇宙不僅是均勻的和各向同性的,而且在時間上也是不變的。這一原理是穩恆態模型的基礎。

原始原子理論 物質的高溫狀態,在此狀態下,原子核與其核外電子呈分離狀態。

視運動 喬治·勒邁特提出的一種早期宇宙大爆炸的模型,即在宇宙之初,所有原子都擠在一個緻密的“原始原子”內。原始原子的爆炸創生了宇宙。

質子 恆星在天空中的表觀運動,這種運動由其相對於太陽的真實運動引起,其效應非常微弱,直到1718年才被檢測到。

宇宙的托勒密模型 原子核內帶正電的亞原子粒子。

類星體 有缺陷的地心說模型。該模型認為,所有其他天體都圍繞著地球做軌道運動,這些軌道由稱為均輪和本輪的完美的圓構成。

准穩態模型 一種極為明亮的天體,看上去像一個恆星(“類星體”),但目前已知它實際上是在宇宙早期就已存在的高亮度的年輕星系。今天可觀察到的類星體都處於宇宙最遙遠的地方,因為它所發出的光——當時宇宙還非常年輕——要從遙遠的宇宙的另一端經過如此漫長的時間才到達我們這裡。

徑向速度 穩恆態模型的修訂版,它試圖修補原模型的一些不自洽的缺陷。

放射性衰變 恆星或星系飛向地球或飛離地球的速度。恆星的這個速度份量可以從恆星或星系所發出的光或其他電磁波的多普勒效應來確定。

放射性 原子核自發衰變並釋放出能量的過程。通常情況下它會變成一個更輕、更穩定的核。

射電天文學 某些原子(例如鈾)具有的放射性衰變的傾向。

射電星系 利用射電望遠鏡而不是光學望遠鏡來研究天體發出的無線電波(射電波)的學科。

射電望遠鏡 以發射強大的無線電波(射電波)為特徵的星系。這類星系所發出的射頻波的強度大約是普通星系(如銀河系)的100萬倍。在100萬個星系中大約只有一個屬於這類星系。

射電波 設計用來探測射電源天體所發出的射電波的儀器。射電望遠鏡是一種高靈敏的無線電接收器,它有一副呈拋物型或碟形的天線。

復合期 波長在毫米量級(包括微波波段)的電磁輻射。研究天體發出的射電波的學問稱為射電天文學。

紅移 宇宙充分冷卻使得電子被原子核俘獲的時期。此時宇宙中的物質形態從等離子體態轉化為整體上不帶電的原子。這個階段發生在宇宙年齡大約為30萬年的時刻,此時溫度大約為3000℃。從那一刻開始,電磁輻射便能夠幾乎無阻礙地在宇宙中穿行,這就是我們今天所探測到的宇宙微波背景輻射。

相對性 波源因退行引起的所發射的光的波長的增加(多普勒效應)。在宇宙學裡,這個術語通常指遙遠的星系所發出的光波因宇宙膨脹而抻長的效應。這種紅移不是因為星系在空間上退行,而是因為空間本身的擴張造成的。

逆行 請參閱廣義相對論和狹義相對論詞條。

天琴RR型星 火星、木星和土星運動的視方向的臨時改變。它是從地球上觀察這些行星的結果,源自地球具有較高的繞日軌道速度。

相似三角形 一類光度略遜於造父變星的變星,其光變週期為9~17個小時之間。在20世紀40年代之所以無法在仙女座星系檢測到天琴RR型星的一個很重要的原因,是該星系比以前設想的更為遙遠。

索爾維會議 任何一對形狀相同、但大小不同的三角形。這兩個三角形的所有三個角均相同,其相應的邊之間成相同的比例。

時空 每隔幾年進行一次的一系列著名的受邀出席的會議。會議主題是討論物理學前沿問題。

狹義相對論 由三個空間維度加上一個時間維度(第四維)構成的統一結構。它是我們這個宇宙的基本框架。時空的概念是愛因斯坦的狹義相對論和廣義相對論的一個組成部分。時空的曲率導致我們所理解的重力的力。

分光鏡 愛因斯坦提出的一種基於光速不變原理的理論。所謂光速不變是指對任何觀察者,不論其自身是否在運動,光速都是一樣的。這一理論的一個最著名的結果是能量與物質的等價性,用公式表達為E=mc2。它也意味著,我們對時間和空間的感知取決於觀察者。該理論之所以稱之為“狹義”,是因為它不涉及對象的加速度或引力,對於後者,愛因斯坦後來發展出了廣義相對論。

光譜學光速(c)將光波分解成其各組分波長以便用於分析的儀器。通過分析某種原子所發出的光及其紅移,我們就可以識別該原子。通過將光分解成其各組分波長以便瞭解其波源的性質的學問。

恆星 一個物理學常數,數值等於299792458米/秒。根據狹義相對論,對於所有觀察者,不論其是否在運動,光速都是一樣的。

穩恆態模型 主要由氫構成,因自身引力而聚集在一起的天體,恆星有足夠大的質量,其內部的溫度和壓力啟動核聚變。恆星通常誕生於星系的形成時期。

恆星視差 一種未能得到廣泛認可的宇宙模型。在該模型中,宇宙膨脹造成的星系間真空由不斷生成的新物質來填補,從而使得宇宙維持一個持續到永恆的近似不變的物質密度。

超新星 近距恆星的位置相對於遙遠的恆星的視在位移。這種位移由地球上的觀察者因地球圍繞太陽轉動而造成觀測位置的變動所引起。

思想實驗 恆星因其氫燃料源耗盡而造成的災難性爆發。對於構成生命至關重要的較重的元素就是在這種導致超新星爆發的過程中生成的。

紫外線(UV)可見光 通過一系列事件的邏輯鏈的思維活動構成的實驗。當進行實際實驗的條件尚不具備時,這是一種非常有用的思考問題的方法。

波長 波長比可見光稍短的電磁輻射。

電磁波譜中人眼可見的那部分電磁輻射。其波長範圍從0.4微米(紫色)到0.7微米(紅色)。

波的兩個連續峰(或谷)之間的距離。電磁輻射的波長決定了它屬於電磁波譜的哪部分及其整體性質。