「首先,EHT這個望遠鏡聯合組織,是一直把銀河系中心黑洞和M87星系中心黑洞,當作重點觀測對象的。而最終公佈的照片只是M87星系中心黑洞的樣子,銀河系中心的那個黑洞沒有,為什麼?
那是因為銀河系中心黑洞的那張照片並不顯著,而且團隊內部還有分歧,所以就沒有公佈。
也就是說,很可能像今天公佈的這樣,正在「大吃特吃」的黑洞在宇宙中佔比不是很高。而我們目前,也只能通過多拍攝這類少數派獲取關於黑洞的更多信息。那種黑洞周圍平平靜靜的情況,即便我們對準了角度,拍出的全黑的照片也是很難用在研究中的。
這一點,有點像我們用引力波探測器「聽」黑洞那樣,它現在也有一個局限——我們只能聽到黑洞或中子星互相環繞著轉,然後突然對對碰產生的大爆炸。哎,只能聽到這一類事件,而不能聽到一個安安靜靜的黑洞獨處的情況。
那為什麼M87星系中心黑洞這麼顯著呢?這主要是因為我們運氣好。這個巨大黑洞周圍很巧,有著大量可供吞噬的物質。
照片里哪些是可供吞噬的物質呢?你可以看看照片,就是那些特別扎眼的黃色、紅色區域。那裡就是正在被黑洞吞噬的物質。
那這些物質為什麼會這麼耀眼呢?因為本來它們可能只是稀薄、低溫的氣體或者塵埃,但很幸運的被黑洞聚攏在一起,並且開始高速旋轉著靠近黑洞了。這就相當於把塵埃顆粒加到極高的速度,在加速過程中就會有摩擦和碰撞,於是就導致溫度升高,以至於當它們接近黑洞時,已經發出了非常耀眼的電磁波。
當然,這個電磁波是我們人眼看不到的。它的波長大約為幾毫米,而人眼只能看到0.5微米左右的電磁波。
其次,這張照片中標注了日期,有4月5日、6日、10日、11日這四天。也就是說,理論上每年最多只有10天的觀測窗口期,在2017年只有4天拍出了這顆黑洞比較完美的照片。
再次,這張照片下半部分特別亮,上半部分比較暗,這又是怎麼回事呢?
其實這並不意味著黑洞的不均勻,而是因為一種叫做「多普勒效應」的因素導致的。這個效應會讓朝著電磁波傳播方向運動的觀測者測到更高的頻率,而遠離電磁波傳播方向的觀測者測到更低的頻率。最通俗的說法就是,火車拉著汽笛經過你身邊是聲音是「嗯~嗯~~~」那樣的。這就是多普勒效應。
所以從圖中來看,明亮部分的物質其實正在圍繞黑洞旋轉,而正好轉向了我們的那一部分;而上半部分比較暗的那些呢,那裡的物質正好在旋轉過程中遠離了我們。
所以,從這張照片中明暗的變化,不但可以讓科學家推測出黑洞的自旋情況,另外還可以估算出吸積盤的尺寸。要知道,吸積理論也是宇宙學的一個分支。
2
單一照片上的細節,咱們就簡單說這麼多,然後呢,我們再看下面一張對比的圖片。
這張對比圖左邊是在這次公佈照片前,利用現有的宇宙學知識,用計算機模擬出來的黑洞周圍物質和黑洞本身的樣子,右邊是這次真實拍到的。
你可以發現,這二者非常接近。這也是為什麼這次公佈照片如此高調的原因,因為它是一次理論的勝利。在始終只有數學工具,而沒有任何直接觀測的基礎上,科學家僅僅通過計算就能預測黑洞大致是什麼樣,這是人類智慧的驕傲。
那理論勝利具體體現在哪兒呢?它體現在一個從未有人涉足過的領域里,又一次驗證了愛因斯坦的廣義相對論。
廣義相對論的最初幾個驗證是怎麼得到的?這些內容在《卓老闆聊科技》2017年4月14日-5月5日的黑洞系列文章里,我們詳細說過,這裡不再重述。如果你感興趣,可以往回翻一翻。
2017年4月14日《黑洞與恆星的命運》
2017年4月18日《受了50年委屈的科學家》
2017年4月21日《瞭解黑洞必備的幾個知識點》
2017年4月25日《四種黑洞與年輕的霍金》
2017年4月28日《時間的終點與霍金的黑洞》
2017年5月2日《宇宙大爆炸的來龍去脈》
2017年5月5日《蟲洞的來龍去脈》
總的來說,那些驗證的實驗,都是在引力強度和地球相仿的那些環境下得到驗證的。
而黑洞邊界附近的引力場,已經遠遠強過地球附近,在引力強度增大了十幾個數量級後,廣義相對論還正確嗎?之前是沒人知道的。而今天這個照片就給了初步的證據——廣義相對論還是有效的。
這個正確了,那就有其他理論要倒霉了。以至於這幾十年來,關於引力的其他一些假設,可能就要受到挑戰了,也可能就此遭到淘汰。
同樣得到驗證的,還有霍金關於黑洞性質的計算。比如不論通過怎樣的過程,只要最終形成了黑洞,那麼這個黑洞最多就只有3個物理量是可測的,分別是質量、自旋和帶電量。
而在這幅照片中,只有中心處黑洞的陰影是近乎圓形的時候,才能說明愛因斯坦和霍金對黑洞的計算是對的。而實際上呢,這個陰影真的是個圓。
假如今天公佈的照片里,陰影是個桃心的樣子或者是個橢球的樣子,那可能會引起物理界更大的轟動——因為現代物理學的大廈,可能就不得不重新打地基了。
3
最後,我們來說說這次觀測的意義。
它首先是一個極為基礎性的研究,幸運的是,黑洞這個概念通過電影和小說實在是太深入人心,太容易激發大家的關注了,所以才會造成4月10日晚上朋友圈刷屏的效果。
而實際上,其他物理學或者天文學上同等級別的基礎研究,是沒機會映入大家眼簾的。能激發起全球上億人對宇宙的好奇和情懷,這是一次優秀的科學傳播事件。
其次,如果你是一個有文化的人,那麼「我們從哪兒來」這個問題對你一定有吸引力。這個答案從何而來呢?你免不了要學習自己的祖先和民族的歷史,甚至還可以更遠,從考古發掘中瞭解智人的歷史,甚至完全超越民族的界限,學習人類走出非洲的歷史。但其實,還有更遠的歷史可以追溯,那就是地球的形成。
其實在太陽系剛剛形成之初,地球就已經形成了。據說,全部太陽系都是由曾經處於現在太陽系位置附近的一顆超新星,爆炸留下的殘骸形成的。也就是說,當那次爆炸後,無數物質被噴灑到各處,殘存的物質又在「旋轉成核」的作用下慢慢凝聚起來,形成了今天的太陽和系內的其他星體。
而這就是我們追根溯源的最初嗎?也不是。因為昨天的預告中我們說過,每一個星系的中心都存在一顆質量巨大的黑洞,比如我們銀河系的中心那顆黑洞是太陽質量的400萬倍,而今天照片里的黑洞是太陽質量的60億倍。
如果星系中心沒有超大質量的黑洞,可以說整個星系永遠也不會平靜下來,永遠也不會聚合起來。能建立起一個有序的星系,才有可能形成行星軌道的可持續棲息帶。有了可持續棲息帶,才能輪到生命登場。
生命現象在一個行星上維持的時間久了,才有可能出現高智能生命。對銀河系來說,就是我們人類終於出現了。
所以給黑洞拍照,實際上也是科學家們對「我們從哪兒來」這個終極問題的一部分回答。
雖然我們已經付出了這麼多努力,今天還是只能看到這樣一張模模糊糊的圖片,但它已經給科學界很強的信心了。它讓我們相信,之前得到的結果很可能是對的。更讓我們相信,人類從古希臘時期就探索到的那種關於如何獲取真知灼見的方法論,也是可靠的。
我想,這張照片的意義就在於此。」
超新星爆炸溫度 在 小若生活漫旅 Facebook 的最佳解答
黑洞是什麼?
這篇說明昨日公佈的黑洞照片雖不能算真正黑洞照片,卻是人類首次直接見証的第一步。
高科技進步,讓我們得以一窺黑洞神秘面紗,而就算不懂科學的人,這篇說明簡單易懂,好像帶我們在黑洞外圍走一圈,宇宙真的好神奇!黑洞更神秘。
#黑洞
#宇宙視野旅行
【新文章】人類首次拍得黑洞照片 再證愛因斯坦廣義相對論
黑洞帶給人類永恆的神秘感,它是時空的盡頭、連光也擺脫不了的「洞」。即使是理論物理學家,也難以用筆墨形容黑洞的模樣。要派太空人到黑洞附近去看看也不太可能,儘管航行者1號、2號花了近40年,才剛在不久前越過太陽系邊界,但黑洞都在太陽系以外非常遙遠的地方。
2017年,來自世界各地超過60個科研單位的天文學家聯結起位於地球各大洲的眾多個無線電望遠鏡,持續地觀察M87星系。這個名為事件視界望遠鏡(Event Horizon Telescope,簡稱EHT)的無線電望遠鏡網絡,終於直接拍攝到了人類史上首張黑洞「照片」,並於2019年4月10日全球同步發表。
黑洞是什麼?
黑洞是愛因斯坦於1915年發表的廣義相對論的方程式的一個數學解。愛因斯坦發現,在我們身處的宇宙中的任意點上,加速度與重力並不能被區分開來,是為「等效原理」。利用等效原理,加上光速不變假設,愛因斯坦推導出一組十式的方程組。廣義相對論取代了牛頓重力定律(或者可說是牛頓重力定律的更新版本),只要知道時空某處存在多少質量,就能夠利用那十條方程式描述時空的演化。
重力的特性是它只會互相吸引,不像電磁力那樣既能相吸亦能相斥。因此,質量越多,重力就越強;重力越強,就更輕易吸引更多物質。物質如果要擺脫更強的重力,就得付出更多能量。例如,在一顆小行星上,輕輕一跳可能就已足夠擺脫其重力;在地球上,卻必須利用火箭加速至最少每秒11.2公里,才能飛進宇宙空間。
早在愛因斯坦以前,物理學家就曾經想像過一顆質量非常高的恆星,其重力強大到必須跑得比光更快才能逃逸。牛頓重力理論中沒有質量的東西不會被重力影響,而光線究竟有沒有質量在當年也是未解之謎,他們想像「如果」光線也會被重力「拉」回恆星表面的情況,就把這種想像中的恆星稱為「暗星」。
廣義相對論中的重力卻能影響一切事物。所有物質,哪管有沒有質量,全都會被重力吸引。天體物理學家發現,當一顆質量巨大的恆星耗盡核反應燃料時,抵抗自身重力的壓力就會在一瞬間消失,恆星會向內坍縮、反彈,引發超新星爆發。超新星爆發後剩下來的核心質量如果足夠高,就會變成一個逃逸速度比光速更高的區域。我們叫它做黑洞。
黑洞不會發光,而且大多數黑洞體積又不大、離地球又遠(幸好)。因此,望遠鏡必須造得夠大,才能收集更多光線和提高解析度。以人類的科技,要探測上述由恆星死亡超新星爆炸所創造出來的細小黑洞(尺寸大多比地球上的城市更小),仍然遙不可及。不過,宇宙間有些黑洞尺寸卻巨大得難以置信。天文學家發現,在每個星系的中心,都存在一個極其巨型的黑洞,質量達到幾百萬個太陽,稱為超大質量黑洞。天文學家認為這些星系中心的黑洞由遠古細小黑洞互相結合而成的,它們同時也影響著星系的演化過程。
星系M87(Messier 87)的中心也有一個超大質量黑洞。它距離太陽系約5千5百萬光年,半徑約為37光時。M87的質量是太陽的65億倍,從地球上觀察,它的事件視界(event horizon)只有大約16微角秒。從地球看,這等於月球上太空人的拳頭大小。事實上,今次EHT的天文學家拍攝的並非M87的事件視界,而是在事件視界外面約40微角秒大小的吸積盤(accretion disk),叫做「黑洞的影子(black hole shadow)」,實際尺寸大概為冥王星軌道的2.7倍。
事件視界望遠鏡(EHT)是什麼?
根據簡單光學定律,望遠鏡越巨大、觀測使用的波長越短,解析度也越高。人類所造的地面望遠鏡之中,無線電望遠鏡建造相對容易,因此普遍來說都較可見光望遠鏡巨大。另一方面,無線電受大氣擾動干擾的影響亦較可見光為低。EHT使用的無線電波段為1.3毫米,經過計算,我們需要的望遠鏡尺寸是⋯⋯地球直徑(即大概13,000公里)!
然而,即使是地球上最巨型的無線電望遠鏡,例如美國的阿雷西博望遠鏡(Arecibo Telescope,直徑305米)、中國的500米口徑球面無線電望遠鏡(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope,簡稱FAST,直徑500米),以及俄羅斯的科學院無線電望遠鏡-600(Academy of Science Radio Telescope – 600,簡稱RATAN-600,直徑600米)等等,也遠遠不夠大。怎麼辦呢?總不能把整個地球改建成一支望遠鏡吧?幸好,物理學家早就發展出一種技術,叫做甚長基線干涉測量法(Very-long-baseline Interferometry,簡稱VLBI)。VLBI技術利用光線的波動特性,把不同地點的光線訊號互相重疊,從而構成更光亮、解析度更高的影像。
世界各地都有很多無線電望遠鏡,因此天文學家組成了一個VLBI望遠鏡網絡,用來加強所拍攝的影像的光度和解析度。EHT就是這個VLBI網絡的一部分,專門拍攝M87。過去兩年間,EHT收集到了足夠的光線,利用干涉分析建構出一幅解析度達20微角秒、足以分辨出M87的黑洞影子的照片。2019年4月10號,我們終於能夠一窺黑洞的廬山真面目!
不發光的黑洞為什麼可以看得到?
咦,不是說過連光也不能離開黑洞嗎?為什麼還會有來自黑洞的訊號?
黑洞本身不會發光(理論上黑洞會放出所謂的霍金輻射(Hawking radiation),但這超出本文討論範疇,我在以往文章中已經討論過)。然而,正被黑洞吸入的星際物質、甚至是被黑洞強大重力扯得支離破碎的恆星碎片,會一邊加速至極高速度、一邊落入黑洞之中。這些物質構成一個溫度極高的吸積盤,會在落入黑洞之前釋放出大量輻射。EHT觀察的就是這些剛好在黑洞邊界發射出來的光。
順帶一提,黑洞邊界是時空中的資訊能夠傳播的最後界線,跨越了黑洞這道邊境的任何資訊都不可能被黑洞外面的宇宙所探知。因此,黑洞邊界又稱為事件視界,象徵宇宙中一切事件的盡頭。EHT的名稱也就很明顯了:事實上它拍攝的並非黑洞「本身」,而是事件視界外的黑洞影子。
愛因斯坦的預言
既然這是人類史上首張黑洞照片,為什麼我們會知道M87中心有個黑洞?
我們觀察到來自M87的X射線高能量噴流(jet)。天體物理學模型指出,當吸積盤的物質落入黑洞時,會有一部分物質被高速從黑洞兩極拋走,形成噴流。噴流中的物質溫度極高,加上其速度非常接近光速,因而放出X射線。這些來自M87的X射線能量間接指出其中心必定存在一個能提供物質如此強大能量的能源。根據人類已知物理學,黑洞是唯一解釋。
科學與其他學問的一個分別是,我們能夠利用科學定律來作出極其準確的量化(quantitative)預言。愛因斯坦廣義相對論的預言已經被實驗和觀測所一一證實,包括位於較強重力場中的時間流逝速率相對較慢(全球定位系統人造衛星必須使用廣義相對論作岀修正,所以我們的手提電話已是明證)、空間會被重力場扭曲(人造衛星已經測得地球附近空間扭曲程度與相對論預言一致)、2015年直接探測到去兩個黑洞碰撞結合所釋放出的重力波(重力波觀測亦為黑洞存在的證據)。
EHT這張照片只是人類直接觀察黑洞的第一步。雖然這照片與想像中的電影劇照有頗大出入,卻是愛因斯坦相對論的另一個明證。誰知道未來人類科技會進步到何等程度,帶我們看到什麼?
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發信人: [email protected] (等待下次月圓時), 看板: knowledge
標 題: 絕對零度 到 十億度
發信站: 龍馳璇璣 (Mon Dec 27 20:10:29 2004)
Origin: amebbs.nchu.edu.tw
-273.15℃ 絕對零度
絕對零度,即絕對溫標的開始,是溫度的極限,相當於-273.15℃,當達到這一溫度時
所有的原子和分子熱量運動都停止。這是一個只能逼近而不能到達的最底溫度。人類在
1926年得到了0.71K 的低溫記錄,1957年創造了0.00002K的超低溫記錄,1989我國科學
家創造了2X10 power -9 K的超低溫,目前,人們甚至已得到了距離絕對零度只差六億
分之一的低溫,但仍不可能得到絕對零度。
如果真的有絕對零度,那麼能不能檢測到呢?有沒有一種測量溫度的儀器可以測到絕對
零度而不會干擾受測的系統(受測的系統如果受到干擾,原子就會運動,從而就不是絕
對零度了)?確實,絕對零度無法測量,是靠計算得出來的,研究發現溫度降低時,分
子活動就會變慢,那麼依靠計算得出,當降到絕對零度時,分子是靜止的,所以就得出
了絕對零度的概念。
-270.15℃ 宇宙微波背景幅射
宇宙微波背景幅射是‘宇宙大爆炸’ 所遺留下的布滿整個宇宙空間的熱幅射,反映的
是宇宙年齡在只有38萬年的狀況,其值為接近絕對零度的3K(-270.15℃)。
-260℃ 最頑固的氦被液化
當溫度低至-268℃時,最頑固的氦也變成了液體。
在寒冷的宇宙間,星際塵埃的溫度可低達-260℃。
-250℃ 低溫火箭發動機
相比液體或固體推進系統,低溫火箭發動機動力和效率更為強大,但功藝也更為復雜。
目前,世界上溫度最低的火箭發動機是由印度空間研究組織研制成的,該發動機的燃料
溫度低至-250℃,其動力和效率都極為強大。
-240℃ 氫被液化
科學家1989年在實驗室第一次得到-240℃的低溫,這時,氫氣變成液體氫。
從冥王星上看太陽,太陽只是一個閃亮的光點,它從太陽上所接受到的光和熱,只有地
球從太陽得到的幾萬分之一,因此,冥王星上是一個十分陰冷黑暗的世界。最高溫度是
-210℃,最低的是-240℃,除冥王星以外,海王星上的最低溫度也可達到-240℃。
-230℃ 非金屬的磁性
非金屬材料一般是沒有磁性的,但在-230℃以下的低溫下也能表現出磁性,這種奇妙的
磁體適用於製造新型計算機存儲設備,絕緣設備等,但這些材料在溫度超過-230℃時就
失去磁性,因此,-230℃是非金屬材料表現出磁性的最高臨界溫度。
-220℃ 天王星
天王星自轉一次的‘天王星日’約為17小時14分,因為有快速的自轉和木星一樣地程現
東西向的明顯條紋。因為距離太陽太過遙遠,天王星的大氣層雲上端約在-220℃,表面
顯淡籃色。
在-228℃度低溫時,氖氣被液化。
-210℃ 鯨魚座τ的塵埃盤
鯨魚座τ是除了太陽以外離地球最近的類太陽恆星,距離太陽緊約12光年,亮度約3.5
等,用肉眼就可以看到。它周遭有塵埃與彗星組成的塵埃盤,這個塵埃盤的直徑比太陽
肖大一些,溫度緊-210℃左右。
-200℃ 土衛六星
到目前為止,我們尚未發現有任何地外生物存活的跡象。但卡西尼號正在探索的土衛六
可能是一個生命起源的實驗室。
由於表面溫度為-200℃,土衛六不是一個能產生生命的地方,但是它的濃密的大氣層中
含有許多碳氫化合物。它們通過太陽的紫外光可產生化學反應。光化學反應產生有機份
子,這些碳基化合物是產生生命的第一步。但是土衛六太冷了,以至無法邁出下一步。
它就象是一個深度凍結了的地球。在50億年後,它將會得到產生生命的熱量,因為太陽
將膨脹成一個熊熊發光的紅巨星。只是那時候由於太陽已進入生命的暮年,生命大約已
經來不及產生了。
-190℃ 低溫下的奇怪現象
低溫世界就象魔術師,各種物質出現奇妙變化。酒精會變成石頭般硬;塑膠會像玻璃一
樣脆;如果把雞蛋放進-190℃的盒子中,它會產生淺藍色的熒光,摔在地上會像皮球一
樣彈起來;鮮豔的花朵放進去,會變成玻璃一樣光閃閃,輕輕一敲發出‘叮當’嚮,重
敲竟然破碎了;從魚缸撈出一條金魚頭朝下於進-190℃的液體中,金魚再取出會變得硬
梆梆,晶瑩透明,仿佛水晶玻璃制成的‘工藝品’ ,再將這‘玻璃金魚’ 放回魚缸的
水中,奇妙的是金魚竟然復活了,又擺動覑輕紗一般的尾巴游了起來。
月球背面的最低溫度可達190℃。
-180℃ 土星雲層
土星上雲層的溫度是-180℃。
被們人稱為‘夢的纖維’ 的凱英拉纖維能在-180℃左右牂連續使用。這種纖維的性能
賽過鋼鐵和合金,其強度是鋼的5倍,鋁的10倍,玻璃纖維的3倍,主要是用作飛機的結
構材料,子午線輪胎,防彈服和繩索等。
-170℃ 生命存活的低溫極限
這樣的溫度己有最簡單的微生物能夠生存了。觀察表明,大腸桿菌,傷寒桿菌和化膿性
葡萄球菌均能在-170℃生存。
-160℃ 水星背面
離太陽最近的水星,它和太陽的平均距離為5790萬公里,是離太陽最近的行星。它表面
的溫差最大,因為沒有大氣的調節,向陽面的溫度最高時可達430℃,但背陽面的夜間
溫度可可降至-160℃,晝夜溫度差達600℃,這可是一個處於火和冰之間的世界,溫度
變化如此巨大,因此水星上是不可能有生命的。
-150℃ 木星
木星離太陽較遠,雲層頂端平均溫度只有-150℃;木星是一個氣態星球,大氣層主要氫
、氦和極少量的甲烷組成。
-140℃ 液氮低溫加工橡膠品
橡膠製品是很難降解的高分子彈性材料,將它粉碎到具有廣泛用途的精細膠粉十分困難
,但採用液氮低溫冷凍法,將橡膠在-140℃的溫度下冷凍成玻璃化狀態再加以粉碎,就
能輕易獲得優良的精細膠粉。
-130℃ 地球最低氣溫
地球上最低溫出現在南極最高峰文生峰,這裡一年平均氣溫-129℃,夏日平均氣溫
-117.7℃。而地球上第一高峰珠穆朗瑪峰夏日平均氣溫也有-45℃,南極地區的冷烈由
此可見一斑。
-120℃ 金星最低溫度
金星日夜溫差最大,金星白天溫度可達480℃;夜晚最低溫可達-120℃,因此,日夜溫
差可達600℃左右。
-110℃ 酒精溫度計
酒精在-117℃才會凝結。因而酒精製成的溫度計在地球上溫度最低的南極也能用。當然
溫度低於-117℃時,酒精溫度計也派不上用場,比如在文生峰上。
在-118℃時,氧氣會被液化,變成美麗的淡藍色液體。
-100℃ 最冷的壓縮機
一個國外的電腦玩家使用了超過4個壓縮機,自製了一套可以降溫到-100℃的壓縮機系
統,來給CPU處理器降溫。
-90℃ 科學家記錄到的地球最低溫
位於南極高原上的俄羅斯東方科學研究基地有-91℃之最低溫記錄,這是迄今為止科學
家在地球上測得的最低溫,但還不是地球上的最低溫。
-80℃ SARS病毒能經受的最低溫
SARS病毒的一個顯著特點是怕熱不怕冷,即使是在-80℃它還能至少生存四天,甚至多
達21天,而在56℃下SARS病毒的生存時間不超過90分鐘。
-70℃ 北極最低氣溫
北極地區年平均氣溫左-15℃~-20℃之間,比南極地區年平均高25℃,在冬季時(1月)
極夜期為180天,最低氣溫在-70℃。低溫可預防某些疾病,生活在北極的愛斯基摩人是
先靠吃海豹肉和海豹油為主,當地人很少有心臟病、心血管、高血壓、關節炎等病。
-60℃ 火星的溫度
在遠離地球的火星上,平均溫度是-60℃度。
-50℃ 我國最冷氣溫
在我國有過低於-50℃的地區記錄不多,中國內蒙古自治區大興安領的矣渡河在1922年1
月16日曾觀測到-50.1℃的溫度,是新中國成立前氣溫記錄中的最低。
新中國成立後,新疆北部的一個氣象站在1960年1月20日以-50.5℃的低溫首次打破記錄
,接覑1月21日又以-50.7℃再創全國新記錄。中國最北的氣象站黑龍江省莫河氣象
站1969年12月27日測得了-50.9℃,而在1969年2月13日莫河終於誕生了中國現有氣象資
料中的極端最低氣溫記錄:-52.3℃。
世界上最不怕冷的花,是出產於中國的雪蓮,即使-50℃,也鮮花盛開。
-40℃ 我國莫河最冷的一天
大家都知道我國最北的地方是莫河,莫河在中國有氣象記錄以來最冷的日子是1960年1
月21日,日平均氣溫為-43.8℃。
-30℃國色天香的牡丹花
牡丹原產於我國,喜溫涼高燥,忌炎熱低濕環境。較耐寒可耐-30℃的低溫。
-20℃ 低溫燃料電池組
世界上啟動溫度最低的燃料電池組最近日本開發成功,它可以在-20℃低溫下啟動,與
常溫燃料電池組相比,它的體積大幅度減少,功率更大。配備該電池組的汽車得到日本
國土交通大臣批准後,已經開始公路行駛試驗。
冷凍庫中的溫度一般在-20℃度。
-10℃ 氙氣液化
在-16.7℃時,氙氣被液化。氙氣在大氣中含量極少,它的化學性質也很不活躍,屬惰
性氣體,它具有極高的發光強度,一般用來填充光電管、閃光燈等。
0℃ 水的冰點
地球表面70%是被水覆蓋的,約14億立方米的水量,其中有96.5%是海水,剩下的雖是淡
水,但其中一半以上是冰,所以說地球是水的星球,正是這樣才能孕育出生命,所以水
是生命之源。
既然水能結成冰,水也能變成氣體擴散在空氣中,當水在0℃時結成冰,水就會失去流
動性,不再是液體。所以有0℃是‘水的冰點’之稱。
10℃ 涼爽怡人的赤道城
南美洲的厄瓜多爾國的首都基多城,赤道線恰好通過該城。不少人以為通過赤道線的城
市一定很熱,但事實並非如此,這裡不論春、夏、秋、冬,一年中平均氣溫都在10℃左
右,年平均溫差只有4℃。是一個四季如春,涼爽怡人的赤道城。
這是因為它位於海拔2800米的高原上,我們知道太陽光是一種短波輻射,當它通過大氣
時,只有很少部份給大氣直接吸收,大部份則照射在地球表面。使地球表面增溫。因此
越是靠近地面,由於吸收熱量越多,溫度升得越高,反之,越是在高處,吸收的熱量越
少,溫度越低。所以高原地帶,總是比較涼。
20℃ 雙孢蘑菇菌絲生長溫度
雙孢蘑菇菌絲可在5℃~33℃生長,適宜生長溫度20℃~25℃,最適宜生長溫度22℃~24℃
,高溫至死溫度為34℃~35℃。
30℃ 我是蚊子!
蚊子最喜歡的溫度是30℃左右,太高了也受不了,秋天氣候變冷溫度降到10℃以下時,
它們就會停止繁殖,不食不動進入冬眠,直到第二年春天被激醒後又出來。
40℃ 人體自身的溫度極限
人屬于恆溫動物,一般來說不會超出35℃~42℃范圍,41℃人體器官肝、腎、腦將會發
生障礙,連續幾天的42℃高燒,足以至成年人死亡。
鳥類和哺乳類動物也屬于恆溫動物,一般的說鳥類的體溫較高,在37℃~44.6℃范圍內
,而哺乳類動物的體溫較低,哺乳類動物一般約在25℃~37℃之間。但總體來說都在40
℃上下。與人類的體溫差別不很大,這是因為他們跟我們人類都生活在同一個星球上,
處於大體相同的環境中。
此外,經過科學家長期的研究和觀察對比,認為生活中的理想溫度應該是:居室溫度保
持在20℃~25℃;穿衣保持最佳舒適感時,則皮膚的平均溫度為33℃;飯菜的溫度為46
℃~58℃;飲水時的水溫為44℃~59℃;泡茶的溫度為70℃~80℃;洗澡水的溫度為34℃~
39℃;洗腳水的溫度為50℃~60℃;冷水浴的溫度為19℃~21℃。
50℃~60℃ 沙漠之溫
左沙漠地區,中午最熱的時候,溫度能上升到50℃以,左北菲曾有高達58℃的記錄,這
是因為沙漠雲量少,日照強,又缺乏植被覆蓋,空氣濕度小,因此白天的溫度上升極快
。
但沙漠的夜間較涼,因為整夜無雲,地面的輻射強,散熱快,夜間最低溫度一般在7℃~
12℃之間,也有出現薄霜的日子。
70℃ 味道感覺
生理和心理學家的研究表明,人們食用食物時所獲得的多種多樣的味道感覺,實質上是
由於味道和嗅覺協同作用的結果。
一些可以熱喝的飲料,如咖啡和熱牛奶,其溫度在70℃時才味美可口。熱菜的溫度在70
℃左右時最好吃。有些油炸類食品,比如油炸大蝦,溫度應保持在70℃左右,雖然吃起
來時還有點燙,但這時的味道最美。
80℃ 溫泉微生物
許多微生物一般都靠光合作用生存,這些依靠光合作用生存的微生物一般在72℃以下才
能生存。然而在1967年,印度安那大學的布洛克博士發現,在他放在一個叫做‘磨菇塘
’ 80℃泉水中的載玻片上,附覑一層微生物細胞。這是首次發現活在72℃以上的生物
,這種嗜熱微生物屬於細菌類,布洛克博士將它命名為‘水生嗜熱菌黃石一類’ 。
90℃ 海底火山口微生物
1979年,科學家造訪了太平洋深處的一個海底火山口,這裡溫度常年保持在90℃,也是
陽光不能到達的地方。但科學家驚奇地發現這裡到處是生命多毛蟲、蝦、蟹和其它
生物。那些從來沒有見過日光的微生物處在食物鏈的最底端。
多毛蟲沒有口,沒有胃或者其它消化器官,當周圍水域的化學物質滲透進多毛蟲的體內
後,細菌就把這些化學物質轉化為它們能利用的食物。
100℃ 水的沸點
上面我們了解水的冰點,那麼水的沸點是100℃在一個大氣壓下,當水開時,它的溫度
是100℃而且只能保持100℃。但是人們在海拔8000多米的珠穆朗瑪峰上煮雞蛋時開水最
高只有80℃,那是因為在8000多米高的地方氣壓低了所以水的沸點也降低了。
火鍋濃湯的溫度可高達120℃,最容易燙傷口腔粘膜。所以常常有人吃了火鍋後會發生
口腔潰爛甚至牙齒發炎腫脹。
200℃ 地下熱岩發電
在英國一個溫度最高的熱岩地帶,深處的熱岩可以把水加熱到200℃,英國從1987年開
始進行岩漿了電實驗,將200℃水的熱能再轉為電能。
300℃ 變質岩
變質岩的變質過程所要求的溫度和壓力分別為300℃和100 兆帕。地殼中的岩石,由於
地殼活動或岩漿活動的影響,受到高溫高壓的作用和岩漿的化學作用,使原來岩石的內
部礦物成份,結構和構造上發生變化,從而形成一種新的岩石,稱之為變質岩,這種變
化稱為變質作用。
400℃城市的污泥處理
一個450℃的蒸餾器可以幫助處理城市污泥。在城市中,有工廠的地方污泥比較多,有
些河流受污染後也沉積了大量的污泥。科學家為了解決這污染問題,通過研究發現了污
泥中含有可燃物質。加拿大則為此專門建立了一個實驗工廠,進行污泥轉化為新型燃料
的研究工作。他們通過機械方法先將污泥中的大部份水和無用泥沙去掉,再將污泥烘乾
,然後將乾泥放進一個450℃的蒸餾器中,在與氧隔絕的條件下進行蒸餾,就可產生可
燃物質。
500℃ 聚光式太陽灶
聚光式太陽灶可獲得500℃高溫,這種太陽灶是利用拋物面形的反射鏡聚光獲得較高溫
度,直徑一般為1.2米。由於能量集中,因而熱效率較高。在我國農村的一些家庭中,
這種太陽灶用來做飯、炒菜、煮飼料、燒水等。
600℃ 高效燃料電池
日本產業技術研究所與名古屋大學的聯合研究小組開發出工作溫度為600℃、平均每平
方厘米發電量0.8瓦、比現有同類電池發電量高出一倍以上的固體電解質型燃料電池。
700℃ 骽頭、蚊香的溫度
骽頭的表面溫度雖然只有250℃~300℃,骽頭中心溫度一般在700℃~800℃左右,蚊香的
燃燒溫度也達700℃。
800℃ 火山熔岩
火山爆發時,總會噴出大9量紅色的火山熔岩。剛噴出時一般是液態,通常溫度在800℃
~1200℃左右,火山熔岩在流淌的過程中,不斷向大氣和大地表面散熱,產生大量的骽
霧。所以火山熔岩在冷卻時凝固都是由外向裡進行的。
900℃礦石的熔化
礦石是較輕的、更活潑的金屬物質,只能在950℃以上的溫度中通過電解熔化。
1000℃ 鑽石形成
地球上的鑽石是在100至300公里深,溫度接近1000℃的地底形成,其後因火山爆發而帶
至地面。
常言道:‘鑽石是女人最佳的良伴’。有趣的是,鑽石原來只是純碳,而碳是緊次於氫
、氦、氧的宇宙間第四種最常見的化學原素。因此,鑽石罕有並不源自其化學元素成份
8,而是在於它形成的方法和地點。
一般火焰的溫度約為1000℃左右。
2000℃ ‘剛玉’
1924年,德國人魯夫用純氧化鋁粉末成型,在2000℃左右的高溫爐中燒結,得到了世界
上第一塊純氧化鋁製品,但一直到1933年才由西門子公司正式命名,中國人取其堅硬不
凡將定譯名為‘剛玉’ 。
地球電離層的頂部是大氣層中溫度最高的區域,可達2200℃左右。
白熾燈泡燈絲發光時的溫度可達到2000℃左右。
3000℃ 玻璃碳
玻璃碳是一種類似玻璃的碳,它同有玻璃及碳材料的雙重性能。這種物質如果在真空或
非氧化性氣氛下的工作溫度可達3000℃,而且耐熱震性能好,可以作為熔煉高純物質坩
堝爐,半導體外延爐感應加熱板等,在科學上應用很廣泛。
4000℃ 太陽黑子
太陽黑子其實並不黑,它們中心的溫度在4000℃以上,亮度仍可與上下弦時半個月亮的
光相比。只不過在更明亮的太陽光球反襯下就顯得很黑。
使用氫氧吹管進行焊接時火焰的溫度可達4000℃。
5000℃ 日珥
日珥的溫度在5000℃~8000℃之間,一般可以擴散到幾十公里、形狀千奇百怪。日珥是
一種太陽邊緣的活動現象,它們比太陽圓面暗弱得多,在一般情況下被日珥淹沒,不能
直接看到,只有在日全蝕時通過望遠鏡才能看到、密度相差800倍,何以能長期共存,
科學家們正在研究。
地球的中心部份的地核溫度為5000℃。
6000℃ 太陽表面
太陽的表面溫度達到6000℃。太陽大氣中有90多種化學原素,其氫的含量最多,大約佔
太陽質量的71%,氦佔27%,其它元素約佔2%,包括鈉、鈣、鐵、氧等。正因為這些化學
原素每天都在製造核爆炸,放出大量的光和熱,給我們生活帶來生機。但太陽的能量是
有限的,終有一天能量用完後。太陽也就會消失。
7000℃ 較大恆星的表面
質量是太陽1.5倍的恆星的表面溫度是7000℃。
8000℃ 牛郎星
中國古代傳說中的牛郎星,在夜空中象一塊寶石閃閃發亮。它的表面溫度比太陽表面還
要高2000℃,也就是8000℃。
9000℃更大恆星的表面
質量是太陽2倍的恆星的表面溫度是9000℃。
10000℃ (一萬度) 織女星
在夜裡我們能觀看到和牛郎星相伴的織女星,其溫度有10000℃。
100000℃ (十萬度) 星雲
在星際當中物質分布是不均勻的,有的地方氣體和塵埃比較密集,形成各種各樣的天體
。這些雲霧狀的天體就叫做星雲。環狀星雲是一顆很有名的行星狀星雲,它的中心星是
一個接近演化終點的白矮星,溫度有10萬℃,密度也非常高。
1000000℃ (一百萬度) 日冕
太陽日冕的溫度高達一百萬℃。
俄羅斯科學院聖彼堡技術物理大學成功地研制出一種溫度計,可以快速測量熱核反應堆
中等離子體溫度。科研人員在該溫度計中使用了特殊結構的激光光源,從而在訸間就能
測量出高達一百萬℃的等離子體的溫度。
10000000℃ (一千萬度) 中子星表面
質量和太陽相當的中子星,表面溫度約為一千萬度℃。
核聚變的發生必須具備一千萬℃以上甚至幾億攝氏度的高溫。
100000000℃ (一億度) 人類創造的最高溫度
人類所能產生的最高溫度是5.1億攝氏度,約比太陽的中心熱30倍,該溫度是美國的普
林斯頓等離子物理實驗室中的托卡馬克核聚變反應堆利用氘和氚的等離子混合體於1994
年5月27日創造出來的。
超新星爆發時的溫度可以高達一億攝氏度。
1000000000℃ (十億度) 及以上 宇宙大爆炸
宇宙大爆炸那一刻,溫度達無窮大;宇宙大爆炸後的 10 power –44 秒,溫度約為 1
億億億億 度;宇宙大爆炸後的 10 power –36 秒,宇宙溫度繼續下降,當時的 10000
億億億 度;宇宙大爆炸後的 10 power –32 秒,溫度約為 1億億億 度;宇宙大爆炸
後的 10 power –12 秒,溫度達到 1億億 度;宇宙大爆炸後的 10 power –6 秒,溫
度達到 10000億 度;宇宙大爆炸後的 10 power –4 秒,溫度達到 1000億 度,這也
是超新星爆發時期星核的溫度;宇宙大爆炸後的 1秒,溫度降低為 100億 度;在大爆
炸後的約 3 秒,溫度降低到 10億 度,這也是最熱的恆星內部的溫度。
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