9-1 24 Mar 21 Journey to a Black Hole (120 min)

好久沒看了，重新看，還真有點犯困，主要是大部分內(nèi)容都是重復的，主要還是畫面比較震撼，但是畫面其實很多也是重復的了。

這集主要是那個著名的甜甜圈黑洞照片，節(jié)目里的兩個嘉賓清楚地記得看到照片的時候在做啥。m87 的 jets其實是分段的，就像是一節(jié)一節(jié)顏色不同的高速列車?？茖W家根據(jù)這些變化，就可以測算出噴射的速度，看起來是超過了光速，實際上是因為噴射是朝向地球的，是一種錯覺，實際上就是接近光速的速度。m87里面有大量的紅矮星，red and dead，上億年都沒有形成新的恒星。吸積盤accretion disk上是大量的塵土和氣體，摩擦產(chǎn)生大量熱量，發(fā)光發(fā)熱，達到一定程度就會爆發(fā)能量光束。能量光束穿越星系，撕開大洞。恒星要想形成，必須得有冷卻的塵土和氣體，黑洞爆發(fā)加熱，并不是只是兩束光，雖然這兩束光看起來面積已經(jīng)很大，實際上是泡泡一樣膨脹，周邊的塵土氣體都被加熱，恒星失去了形成的條件。

為什么 m87 看起來這么大？其實就是形成的過程中一直在吃，吃的是別的恒星。關于黑洞吃飯，基本是吃飯打嗝休息，但是有的也比較規(guī)律，一天吃三頓，哈哈，那周圍的恒星真是倒霉了。m87 屬于一直在吃，但是爆發(fā)的比較少。兩個星系的黑洞會不會合并？兩個黑洞會圍繞共同的重力中心旋轉，非常接近以后就不再接近，到達一種 final parsec problem的階段，這時候如果有第三個小一點黑洞在附近出現(xiàn)，跟兩個大黑洞產(chǎn)生互動，帶走一部分能量，兩個大黑洞就會繼續(xù)接近，融合，爆發(fā)，將第三個小黑洞甩走。

黑洞的轉速有多快？一個黑物體邊緣都是發(fā)光的吸積盤，觀測轉速實在是有點難。但是有的科學家比較幸運，他們觀測到有個物體每隔 130秒閃爍一次，通知其他科學家都一起看看，閃了一年多。最終確定這是黑洞吸積盤的轉速，一個恒星被捕獲，這是每一次轉動的時候，地球觀測到的恒星被撕裂和吞噬。sofia 這個在飛機上的望遠鏡，之前看到過。關于物體接近黑洞的時候，會被面條化，是因為對于小型黑洞來說，物體的重力中心范圍非常小，人的腳和人的頭所受到的重力差距可能相差幾百萬倍，那是會被面條化的。但是對于 m87 這種super mass 的黑洞來說，這種只占 1%，重力重心范圍超大，物體可以安全的接近，是真的可以看黑洞啊。但是實際上是不行的，以為實在是太亮了啊，比我們的太陽還要耀眼上億倍，我們?nèi)祟愂歉究覆蛔〉?。關于 event horizon，到底能不能安全通過。廣義相對論認為沒有問題，物體根本意識不到自己已經(jīng)不能回頭。量子力學認為不可能，里面有個能量防火墻，一切都會灰飛煙滅，但是信息會繼續(xù)保存在黑洞中。就像是一本被燒掉的書，只要追蹤每一個原子的軌跡，就可以還原信息。黑洞的中間就是奇點了，有個嘉賓說，不要被名字嚇住，叫這個名字就是因為我們不知道這是啥。一個質量無限大但是卻幾乎沒有體積的地方。到達此處的物體也許會變成能量碎片，加入黑洞，也有可能會繼續(xù)前進，穿越蟲洞，到達黑洞的另外一個出口就是白洞，可能這就是另外一個平行宇宙。奇點收縮后也可能會大爆發(fā)，形成新的宇宙，也許我們的宇宙就是這么產(chǎn)生的。

9-2 31 Mar 21 Mission to a Comet

拍個探測器Rosetta到彗星67P去看一看，看看地球上的水是不是來自彗星，還有地球生命之迷。這些彗星通常都是在太陽系的邊緣，那里溫度低，上億年都沒有什么變化，但是可能突然間受到其他行星的影響，主要是 Jupiter，體積大，彗星被吸引到太陽系內(nèi)部。為了跟彗星會和，Rosetta 用了十年的時間，路線非常曲折。而且中間還有 31 個月是休眠狀態(tài)，因為無法充分利用太陽能，不如直接休眠節(jié)省能量。Rosetta 被成功喚醒，科學家第一次看到了 67P 的樣子，像個小鴨子。分析成分表明，之所以是這個奇怪的形狀，是因為兩個彗星低速相撞后，沒有粉碎對方，而是兩個黏在了一起。彗星的主要成份就是塵土和冰，接近太陽的過程中，冰開始融化揮發(fā)，這就是我們看到的彗星的尾巴。探測器分析了彗星上重水的比例，是地球的三倍，不同源。但是彗星上發(fā)現(xiàn)了分子以及生物能夠直接使用的 Phosphorus 磷，磷是恒星死亡的時候產(chǎn)生的物質，比較稀少。探測器釋放了一個著陸器，設定好的計劃都沒用，著陸器著陸就摔倒了，摔倒后非常敬業(yè)地發(fā)了照片。探測器圍著彗星找了三個月都沒看到著陸器在哪里，如果不知道位置，那數(shù)據(jù)就沒有意義。最后還是一位科學家發(fā)現(xiàn)了著陸器的位置。探測器的人物完成后，也撞擊到了彗星上，給地球發(fā)回了更多的近景照片。這顆彗星每 6.5 年就會再來一次，還是挺頻繁的。

9-3 07 Apr 21 Secrets of the Sun

有個嘉賓說太陽就是個簡單的洋蔥，結構確實比較簡單，但是非常有效強大。美國派出了一系列的探測器，24 小時觀測太陽，可以為人類活動提供預警。我一開始想，就八分鐘能做啥，其實并不是，高能量的粒子到達地球可能需要幾天，在外太空的衛(wèi)星以及宇航員需要做好準備，因為他們沒有大氣層的保護。說到探測器，日全食的時候，可以看到太陽的表層，平常的時候看不到因為太陽實在是太亮，科學家說我們又沒有耐心一年等兩次，所以就用個圓盤擋在探測器攝像機前面，哈哈，超級簡單啊?？茖W家說通常的想法可能是研究高端儀器忽略掉不需要的太陽光，但是實際上擋上就行了。太陽的表層是第四種物質 Plasma 等離子，就是液態(tài)的高能量。太陽的表層和下層的轉速不相同，兩極和赤道的轉速也不同，這樣太陽的磁場就長期處于扭曲中，磁場相遇斷裂的時候就是Sun Flare太陽耀斑。1972 年的時候太陽耀斑爆發(fā)差點讓美國軍方認為是太空有人在進行核試驗，幸虧誤會很快解除。太陽大規(guī)模釋放能量的周期是 11 年，1989 年的大爆發(fā)造成加拿大大范圍停電。太陽風的動力也是來自太陽的強大磁場，距離太陽最近的水星竟然是有水的，也是太陽造成的，強大的能量粉碎了巖石，化學反應形成了水，這些水就沉積在深邃的不見太陽的峽谷中。到達地球的太陽風被地球磁場捕獲，磁場引導高能粒子到兩極，就是極光。看起來是很漂亮，實際上是地球磁場和太陽風戰(zhàn)斗的前線。上世紀七十年代發(fā)射的 Voyager 系列已經(jīng)飛出了太陽系，回望太陽系，能看到明顯的太陽磁場，磁場的邊緣就是太陽風和宇宙射線的戰(zhàn)場。太陽在高速運行中，所以磁場一頭比較短，另外一頭比較長。哇，想想看好壯觀啊，我們時時刻刻都漂浮在危險的宇宙中，短短的幾千年，我們?nèi)祟惥蛷膯渭兊奶柍绨?，到探索宇宙的秘密，探索外星球。進步確實是挺快。

9-4 14 Apr 21 Aliens of the Microcosmos

這集分兩次看的，中間隔了二十天，前面的基本已經(jīng)忘干凈了。人體的一半都不是我們自己，是細菌和病毒，有這么夸張？地球之前是沒有如此高的氧氣水平的，氧氣量的升高引起了森林大火，滅絕了那些不能使用氧氣的生物。微生物之間的合作，有了人類的今天，既是我們的可靠盟友也是我們的危險敵人。全球變暖，凍土融化，之前冷凍在凍土中的人類和動物尸體依然保存完整，其中包含的病毒經(jīng)歷了三萬年的沉睡后，依然可以復蘇，繼續(xù)有效。2016 年凍土中含有的炭疽病毒殺死了一名兒童和 2000 多只馴鹿。人類在地球的活動給自己和其它生物帶來了危險，外太空也不能避免。科幻作品中經(jīng)常描述人類到達一個新世界，被新世界的病菌殺死，但是實際情況可能是我們才是那個殺手。人類從月球探索任務中獲得的樣品上發(fā)現(xiàn)了地球上的病毒，這些病毒在太空中經(jīng)歷了兩年的輻射和氣溫變化，依然還活著。人類在自己星球上保護環(huán)境的記錄不是特別好，在防止滅亡太空其它星球生物滅亡方面，得更加小心。

9-5 21 Apr 21 Curse of the White Dwarf

質量高于 1.4 個太陽死亡的時候變成黑洞，低于這個質量的先變成紅巨星，體積可以達到原來的 100 倍，那恒星附近的行星還能繼續(xù)存在嗎？其實也是有可能的，取決于距離。等到紅巨星脫掉外面的殼，就是一顆白矮星。白矮星相比太陽來說，比較穩(wěn)定，可以提供恒定的熱源，最終經(jīng)歷比宇宙還要長的時間，會變成黑矮星。存在于雙星系統(tǒng)中的白矮星，另外一顆是還沒有死亡的恒星，白矮星會吸收對方的能量，每隔一段時間會爆發(fā)一點，多次爆發(fā)疊加留下多次痕跡，remnants的范圍更加廣闊一些。兩顆白矮星不斷接近最后融合，結果是爆炸釋放出大量射線，但是這個過程需要很長時間。危險的中子星和白矮星的結合，會產(chǎn)生更加危險的磁星，轉速極快，強大的力量可以撕裂原子。白矮星一開始在科學家的眼中是比較奇怪，現(xiàn)在科學家發(fā)現(xiàn)它們雖然小，但是非常重要，參與很多重要事件。

9-6 28 Apr 21 War of the Galaxies 我們銀河系的中心有些大質量恒星來了就走，走了又來，軌道像是一個香腸，這不是我們星系的，而是過去另外一個星系和銀河系相撞后的結果，這些恒星的軌道被改變。銀河系是扁平的，但是邊緣像草帽一樣有起伏，這是銀河系和另外一個矮星系 Sagittarius 相撞后形成的，而且這個矮星系相撞的頻率會越來越快。伴隨著天文望遠鏡技術的進步，會糾正我們過去的看法。以前以為不會跟銀河系相撞的大麥哲倫星系，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)，里面的暗物質是預想的兩倍，這個星系25億年以后會和我們相撞，不過這個比我們小，相撞之后主宰依然是銀河系。有一種情況，如果相撞的時候，在強大引力的互相作用下，太陽系被甩出去，那地球上的我們就可以觀看兩個星系相撞的奇觀了，天空會非常明亮，充滿了星星。40 億年以后我們會和 Andromeda 星系相撞，對方比我們大，這次可是一場硬仗。兩個大質量星系相撞，兩個黑洞都會吸收周圍的氣體和塵埃，會釋放出 Jets，包含強大的能量，一秒鐘釋放出的能量可能就是我們太陽一生釋放的能量。而且這個釋放并不是一秒鐘就結束了，可能會釋放上萬年，上千萬年，在 Jets方向上的生命迎來了終結?？茖W家觀測到有些星系非常巨大，考慮到宇宙的年齡，即使是合并也不能短時間內(nèi)長到這么大。其實是可能的，第一，每次并不一定只有兩個合并，可能是多個星系合并。第二，宇宙是在膨脹中，之前星系互相之間離得更近，合并發(fā)生的更加頻繁。合并并不一定總是好事，科學家發(fā)現(xiàn)有個星系，恒星非常密集，中心的黑洞是理論的五倍大，旁邊就是罪魁禍首。旁邊的星系質量更大，把小小星系外圍的天體都給俘虜帶走了，只留下了一個大本營。星系之間的碰撞，促進了新恒星的形成，注入了活力。如果星系的位置比較特殊，正好在本地星團的重力中心，在重力加速下，自身旋轉會越來越快，沒有辦法跟其他星系相撞。有個星系就是這種情況，已經(jīng)有千萬年沒有形成新的恒星，星系里面一片紅光，只能走向死亡。

9-7 05 May 21 The Next Supernova

超新星爆炸好看有用還很危險，能提前知道那是最好的。1987 年第一次用現(xiàn)代望遠鏡發(fā)現(xiàn)了超新星爆炸，而且還發(fā)現(xiàn)幾個小時前，觀測到了大量的中子nutrino, 爆炸中只有1%的能量體現(xiàn)在了爆炸造成的沖擊波上，剩余的大部分都在中子中，所以世界各地建造了多處可以觀測中子的檢測站。Betelgeuse 參宿四，這顆恒星有太陽的 20 倍大，科學家發(fā)現(xiàn)它在變暗，距離太陽系 550 光年，真的爆炸的話，對我們的影響不會太致命，但是在地球上的觀測得天獨厚，一次難得的近距離觀測的機會。但是對參宿四拍照后對比發(fā)現(xiàn)，溫度沒有下降很多，只是部分變暗了，是恒星釋放的一些物質遮住了恒星。不過這顆還是會爆炸的，預計是 10 萬年以內(nèi)，也可能是明天。恒星能夠保持現(xiàn)狀，是兩種力量均衡的結果，恒星內(nèi)部核聚變產(chǎn)生的向外的能量，恒星本身向內(nèi)的重力，兩種力量一直在拉扯中。質量越大，核心越重，溫度越高，反應越劇烈，壽命越短。等到恒星內(nèi)部開始生成鐵的時候，恒星的生命就走到了盡頭，因為合成這個元素不會產(chǎn)生能量，只會消耗能量，恒星會快速坍塌，然后反彈，這就是超新星。對地球海洋底部觀察，260 萬年前地球上曾經(jīng)有iron-60 沉積，這只能是地球附近有超新星爆炸，當時有三分之一的生物被滅亡。人類的誕生，其實恐怕真的是一種偶然，智慧生命的出現(xiàn)有太多的不可控因素。剛才那個太遠，還有離著我們比較近的，150 光年的 regasi，這是個雙星系統(tǒng)，白矮星和恒星，目前這倆還沒有互動。但是伴隨著恒星走到盡頭，變成紅巨星，白矮星就要開始復活了，吸收紅巨星的氣體，自己加速和發(fā)熱，釋放出能量，只是希望地球不要在這個能量的路上?？茖W家之前認為 8 倍以上太陽質量的恒星就會爆炸，但是實際情況并不如此。有個 20 倍太陽質量的恒星，突然有一天就消失了，研究發(fā)現(xiàn)，這個恒星越過了超新星爆炸的階段，直接形成了黑洞，跟恒星表面的 對流convection 有關，較輕的 hydrogen都被噴發(fā)走了，留下的都是比較重的物質。大概有 30% 的大質量恒星不會爆炸。科學的進步一直在推翻以前的結論，我們對于宇宙的了解還是太少，也許一生都無法窮盡。里面有個嘉賓說，還有很多工作沒有做，多多給我們預算吧。哈哈。

9-8 12 May 21 Secret Lives of Neutrinos

上世紀有一次科學家觀測到太陽變暗，以為是太陽要爆炸了。雖然我們有觀測太陽的探測器，但是只能觀測表面，但是表面的粒子并不是最新的粒子。太陽核心的粒子產(chǎn)生后，由于內(nèi)部密度太大，從中心到表面平均要經(jīng)過 30 萬年，各種菜都涼了。但是 Nutrino 不受這個影響，接近光速，產(chǎn)生就可以逃出來?？茖W家測算中微子，但是結果又讓他們嚇一跳，中微子只有預測值的三分之一，難道太陽真的要死了？進一步觀測發(fā)現(xiàn)，原來中微子在告訴運行過程中會變形，有三種 Flavor，分別是 Electron，Muon 以及 Tau，科學家只是針對一種進行觀測，所以是三分之一，調整參數(shù)以后，太陽是正常的，危機解除。中微子質量非常小，接近光速，可以穿越一切物體，每 100 億個中只有一個會被地球觀測到，用的方法是觀測中微子和水分子反應后，生成的 Argon 的數(shù)量。世界上最干凈的水在南極洲，在那里設置了一個有九個足球場那么大的觀測站?？茖W家觀測到了一個中微子跟水分子碰撞后依然有接近光速的速度，根據(jù)中微子的飛行軌跡，找到了 60 億光年外的一個強大黑洞 Blazar，這個黑洞產(chǎn)生的能量束正好是地球的方向。大質量恒星死亡的時候，核心快速坍塌，形成了中子星，產(chǎn)生了大量的中子和中微子，這些中微子帶有99% 的能量，以接近光速向外飛出，飛出的過程中點燃了恒星周圍的氣體和塵埃，溫度達到一定程度就引起了爆炸。沒有中微子就有沒超新星，也就沒有人類，我們身體中的鐵和鈣都來自于超新星。宇宙誕生后一切都是對稱的，有物質就有反物質，兩種物質的數(shù)量早期是一致的，在相遇湮滅的過程中，由于中微子改變狀態(tài)，讓物質相對于反物質有了一點點的優(yōu)勢，累積下來就是目前所有的物質，只占到宇宙質量的 5%，剩余的都是暗物質。那么暗物質究竟是什么？中微子看起來是個可能。中微子不可見，數(shù)量巨大，存在的時間久，但是測算發(fā)現(xiàn)不是，所有中微子的數(shù)量加起來不過是暗物質質量的 0.5 到 1.5 之間，暗物質依然非常神秘。費米實驗室認為中微子還有第四種狀態(tài)，Sterile，叫這個名字，是因為這種中微子跟所有物質的互動更加少。費米實驗室的實驗還沒有被其他實驗室重復，但是已經(jīng)給其他實驗室提供了研究方向。

9-9 19 May 21 Birth of the Monster Black Holes

宇宙早期的大黑洞，能達到太陽質量的上億倍，這種怪物是如何形成的？黑洞大概可以分成三個等級，小的 stellar 黑洞，中間類型，以及1000倍太陽以上的超大黑洞，宇宙中比較常見的是第一種和第三種，就像人類中只有兒童和成年人沒有青少年，確實有點奇怪?？赡苁浅蠛阈撬劳龊笮纬傻暮诙?，不太可能，沒有那么大的恒星，而且超新星爆炸后大部分物質都會被噴發(fā)出去，只有少量物質會形成黑洞?？赡苁翘囟l件下，氣體直接坍縮形成了黑洞，這種情況要求兩個臨近的星系，一個還沒有形成恒星，另外一個已經(jīng)形成恒星，年長的釋放輻射干擾年輕星系中恒星的形成，當氣體累積到一定程度的時候，會直接快速坍塌形成黑洞。即使是這種沒有損失質量的也無法直接形成超級黑洞。引力波的發(fā)現(xiàn)，讓科學家確信，兩個星系是可以融合的，兩個星系的黑洞也是可以融合的。即使是這樣，黑洞要長到超級黑洞也很費事，而且黑洞的融合并不是那么容易的。兩個黑洞圍繞共同的重力中心旋轉，它們必須降低速度才可以繼續(xù)靠近，方法就是把星系中的其他形體一批一批扔出去，直到速度降下來兩個黑洞靠近。這個過程可能要持續(xù)幾十億年，而且即使是所有其他形體都被扔出來了，二者之前的距離可能還有三光年，這叫 parsec 問題。解決的方法就是再來一個小黑洞，在互動過程中，小黑洞被兩個大黑洞拋出去，失去的能量讓兩個大黑洞的速度進一步降低，完成融合。還有一種方式就是黑洞靠吸收氣體長大，其實這種也不太可能長太快，因為吃的太快要打嗝，會減緩長大的速度。最后一種磁場力量的比較可行。宇宙誕生后，充滿了帶電的粒子，有電就有磁場，而且是強大的磁場。這些磁場構成了宇宙的骨架，引導物質向磁場更強的節(jié)點沉積，所以在這些節(jié)點上就堆積了大量的物質，形成了超大黑洞。

9-10 26 May 21 Gravitational Waves Revealed

引力波，看各位嘉賓的激動和重視程度，這是個非常強大的新工具，相當于給人類多了一種 vison，有個嘉賓說想想看你生在多么幸運的一個時代。不得不說，你們天文工作者，真是太容易滿足了。ligo探測到的是170 億光年以外，兩顆黑洞的融合，融合后形成了一個 140 倍太陽質量的黑洞。宇宙中能量巨大的 gamma 射線，通常只會出現(xiàn)幾秒鐘就消失了，因為發(fā)光，所以不是黑洞融合造成的。通過引力波去研究，確實是兩個在合并，是兩個質量巨大磁場強大的中子星，合并的過程中磁場扭曲，卷入其中的粒子的速度接近光速就爆發(fā)射線。大質量的物體運動和合并都會產(chǎn)生引力波，數(shù)量非常多，但是到達地球的時候會非常微弱，探測困難，有個辦法就是檢測脈沖星的活動。脈沖星的閃爍非常穩(wěn)定，如果出現(xiàn)了波動就是受到了引力波的影響?？茖W家發(fā)現(xiàn)了一個區(qū)域內(nèi)幾十個脈沖星都有波動，他們是受到了幾百個引力波的影響，這些黑洞融合處于不同的階段，兩個黑洞融合可能需要上億年的時間。大爆炸之后宇宙快速增大，速度超過了光速，這是空間的速度，稱為暴脹 inflation，這個理論尚未被證實。南極的觀測站認為他們觀測到了暴脹的證據(jù)，天文學家非常振奮，幾個月后發(fā)現(xiàn)了問題，那些看起來的分布證據(jù)是宇宙中的星云的扭曲效果。暗物質究竟是什么，是一種物質還是多種物質？有一種猜測是他們是非常小的黑洞，這個也需要引力波去研究證明。還真是個非常萬能的工具。

9-11 02 Jun 21 Mystery of Alien Worlds

目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了4000多顆地外行星，有沒有適合居住的？嘉賓說就跟那約會軟件一樣，這個太熱，那個太冷，這個太遠，那個太近，這個水太少，那個水太多。我們是按照我們地球和太陽系的模式去找地外行星，結果發(fā)現(xiàn)宇宙還真是很有多樣性，各種個樣的。太陽系中只有地球是有一個衛(wèi)星的，其他的星球都有多個。有個木星那么大的氣態(tài)行星離著自己的恒星特別近，而且還潮汐鎖定了，正面是4000度，足以融化鋼鐵，背面是2700度，由于巨大的溫差，背面的天空下的是iron rain。一位嘉賓說我小時候看到科幻小說說天空下鐵雨，我想肯定不可能，現(xiàn)在看來，對于宇宙來說，一切皆有可能。地球上最高風速是每小時250英里，在這個星球上是每小時11000英里，瘋狂的世界啊。我們地球如此正常，才是不正常的。有的恒星周圍有三個super-puff的行星，密度非常低，扔到大海里能飄起來的那種，固態(tài)核心很小，外面都是氣體。推測之前這三個應該是在遠離恒星的地方形成的，形成以后受到強大引力的影響，向恒星靠近，靠近的過程中，外層的氣體會被大量快速蒸發(fā)。想想看，我們看到的是行星漫長生命中的一個片段，星系并不是一直穩(wěn)定不變的。太陽系剛剛形成的時候，是有上百個行星的，相互碰撞融合，才形成了現(xiàn)在八個的局面。地球叫這個名字還是名副其實的，因為確實是巖石星球，水只占地球質量的0.05，科學家發(fā)現(xiàn)了一個水占70的星球，這個就有點太多了。太陽死亡的時候會變成紅巨星，會吞沒周圍的行星包括地球，那有沒有辦法擺脫？科學家觀測到有個幸存的行星，進一步研究發(fā)現(xiàn)，這顆行星可能本來就不在爆發(fā)范圍，紅巨星變大以后，吸引了這顆行星靠近，躲開了危險，從此以后就只能靠白矮星取暖了，感覺前景不是很樂觀。