北京青少年科技俱乐部科普报告会.doc

今天我要讲的是“探寻宇宙深处的神秘爆炸”，副标题是“神舟号上的空间天文观测”。包括了以下几个方面的内容： 1，我们所了解的宇宙广阔无垠。 2，来自宇宙空间的信息却是非常微小的“粒子”。 3，高能电磁辐射和空间天文。 4，地球上的核爆炸、太阳耀斑、超新星和宇宙伽玛暴。 5，为什么对宇宙伽玛暴的研究那么有吸引力。 6，神州二号上的宇宙伽玛暴探测。 7，神州二号上怎样实现对伽玛暴的捕捉。 8，对观测数据我们做了什么？得到了什么？ 最后讲一点体会：永远不要放弃对探索未知世界的兴趣。 第一个问题，我们所了解的宇宙广阔无垠。 我们现在知道太阳和地球之间的距离，我们用一个天文单位来表述，就是1AU，这一个天文单位相当于1.496×10的13次方厘米，太阳光从太阳发出来到达地球，因为是光速传播，需要八分钟，我们地面上的光是8分钟以前太阳发出来的，这里有一个距离和时间的关系。 银河系当中有1000亿个太阳质量，总的质量。秒差距是什么意思？相当于3乘10的18次方厘米的距离，等于3.26光年。光年是天文当中经常用的一个单位，学术上比较习惯的是秒差距。一个光年就是一个光子按光速传播走一年所走的距离，所以光年是一个距离的概念。光从银河系中心到我们的太阳系，因为那个时候地球在（太阳系的）哪里，木星、金星在哪里已经不重要了。这个时候要走多少年呢？要走两万八千年，是8.5千秒差距乘以3.26，就是28000光年。银河系是一个星系，离我们最近的类似银河系的漩涡星系是236万光年。离我们最近的星系大麦哲伦星云，虽然跟银河系不太一样，比银河系要小的一个星系距离16万光年，直径是银河系银盘直径的二分之一。想一想，从最近的星系到达我们这儿要花16万年。倒过来想，现在在地球附近看到来自这个星系的一个光束或者一个光子，相当于16万年以前在它来的那个地方，比如说在那个时候、在那个地方发生的天文现象。 除了星系以外，宇宙若干个星系可以组成一个星系团，聚合在一起。如果说一个视见的宇宙，它的物质也不是均匀分布的，有很多“空”的地方，密度不均匀。星系集合在一起，我们把它的叫做“星系团”，或者叫“星系群”。最近的一个“星系团”或者“星系群”是室女座星系团， 距离16个Mpc，M代表10的6次方，叫兆秒差距，乘3.26相当于五千万光年。离银河系所处的星系团最近的外面的一个星系团距离我们五千万光年，含2500个星系。由若干个星系团聚合在一起，又组成超星系团，超星系团的太阳质量相当于10的15次方到17次方倍。同学们可以看到这里有几点，一个是距离的概念，另外一个是数量，都是在10的肩膀上，都是按指数往上涨的，10倍的，这个时候小数点已经不重要了，1乘10的15次方还是5乘10的15次方，在我们的脑子里都是同样的数量级内，一个量级就是10倍。 我们现在认知的宇宙有多大？我们经常讲宇宙是广阔无垠的，但是我们认知的宇宙总是有限的。以前叫总星系，宇宙的大小是一百亿光年。我们要了解这些，主要要了解距离代表着时间，代表着宇宙演化的过程。也就是说如果我们在地球附近测到不同距离的天体发射出来的光，就相当于知道了这些天体在不同时间段的演化过程，相当于同类天体不同时间的辐射。比如我们要研究星系，有遥远的星系，有邻近的星系，如果能看到远处的，就是多少光年以前发生的事情。所以，天文当中的研究一定要知道天体的距离，就能知道你现在研究的是发生在什么时候的事情。天文的现象不断重复，要研究同类的东西，可以从近处、远处、中处，研究整个演变过程，时间演化过程。还有一个是同样光强，在地球附近测到的同样光强的流量F，代表着不同的原始的总流量L，它等于我们观测到的流量F乘以4πD2，D就是天体离我们这儿的距离。研究一个伽玛暴在哪儿产生，关键是从多远的距离到了我们这儿。我们从地球附近一个很小的地方看它，知道了距离，就可以知道总能量，假定伽玛暴是一个球形发射，观测的值很小，每平方厘米每秒多少，但是乘以4πD2，距离越远就代表着总流量越高，这是我们必须要知道的基本知识。 有几张图，比如在银河系的边缘看银河系，还有最近的和银河系一样漩涡星系，就是右边的图叫仙女座，大的叫大麦哲伦星云，小的叫小麦哲伦星云。 第二点，来自宇宙空间的物质却是十分微小的粒子。虽然大家不一定都学过物质结构，但是要知道一点，物质由分子、原子组成，一个原子的尺度到了10的负8次方厘米，叫一个埃。用A上加一个小圈来表示。电子绕着原子核转，实际上原子很空，为什么很空呢？里面的原子核是10的负13次方厘米，也就是说原子核是原子大小的十万分之一倍，电子在外头，绕着原子核转的时候，有很大的空间。从天体微观的无限小到宏观的宇宙，都是按10的方幂讲