寻找未来家园 五，第二课（1）

按地球上的作息时间，余天明准时来到教室里，教室里已经是座无虚席，同学们的眼睛盯着发光的屏幕，等余天明开始他今天的课程，也是这年级的第二节课，听完了第一节之后，同学们都爱听余天明的课，所以一大早就来到教室抢占坐位，生怕来迟了就没有位置坐，其实位置是刚好够的，人数是提前按座位数来安排的。这节课的内容是讲宇届是如何形成的。

“同学们好”，余天明面向大家

“老师好”，声音洪亮齐整。

“第一节课，我们已经讲过了为什么要学习和了解宇届，也讲了宇届的基本情况，那么这节课再详细地讲一请，可能与上节课有重复的地方，请同学们耐心地听下去。万事该有始，万物亦有源,要想知道人类是哪里来的，就要知道地球是从哪里来的，要想知道地球是从哪里来的，就要知道太阳系是从哪来的，要知道太阳系是从哪里来的，就要知道银河系是从哪里来的，要知道银河系是从哪里来的，就要知道宇届是从哪里来的，宇届是我们目前所知最大的空间了。宇届的直经据测算有960亿光年，大得不可想象，这么大的一个空间，还充满着这么多物质，那宇届是如何产生的呢？”

“按基督教的说法，宇届是上帝创造的，上帝是永恒的，上帝创造了万物，按古代中国人的说法，宇届是由天和地组成的，天和地是原本就存在的，天地之间一片混浊，天和地都是四方的，在天地的边界有4根柱子支撑着。但根据十八到十九世纪科学家的观测，发现了星系的红移和微波背景辐射表明宇届是在不断膨胀成长的，所以科学家提出了大爆炸理论，就是宇届的诞生源于一次大爆炸，那是怎样的一次事件呢？大约138亿年前的某个时刻，我们现在所有能观测到的物质和能量，都聚集在一个比硬币还要小的区域里，根据爱因斯坦的质能方程我们知道，物质和能量是可以互相转化的，物质的最初形式是能量，随后，这个小区域又叫奇点，这个奇点以某种速度膨胀并被冷却，当温度下降到一亿倍太阳核心温度时，自然界的那些基本作用力开始出现，能量转化成了最基本的粒子夸克，基本粒子夸克自由地徜徉在能量的海洋中，接着整个宇届又膨胀到了太阳系那么大，夸克的运动和碰撞组合成了中子和质子，当宇届再膨胀了1000倍后，质子和中子开始组合成原子核，各种不同数量的质子中子对，组成了现在所有原始的物质的原子核，质子中子对少的原子核占了大多数，如氢，氦，氚，氘，氮等气体。以上所有过程都发生在大爆炸后一分钟内，此时的温度还是太高，原子核还是不能捕获电子。”

“那么质子和电子中的电荷是从哪里来的呢？”

“我们知道质子和中子都是基本粒子夸克组合而来的，夸克是由能量转化而来的，而能量的最基本的单位是能量子，光子就是一种能量子，能量子也有带正电子的能量子和带负电的能量子，还有不带电的能量子，光子就是一种中性的能量子，当正能量子组合在一起的时候，就变成了质子，电子是一种带负电的能量子组成的，质子带正电荷，容易和中子紧密结合起来，组合成密度很大和质量很高的原子核，而整个原子核是带正电的，具体的带电量和质量的大小你们在物理学里会学到。此时，原子核和电子的状态是分离的，还没有组合成原子，因为此时的温度仍然过高，电子的运动速度过快，原子核还不捕获到电子，直到宇届持续膨胀了40多万年以后，宇届的尺寸达到了现在的千分之一大，电子被原子核捕获，一个电子被一个质子捕获，组成了一个相对稳定的结构原子，这种中性原子形成了气体云，这些云团慢慢演化成气态恒星。当宇届膨胀到现在的五分之一时，很多的恒星组成了年轻的星系。”

“当宇届的尺度达到现在的一半时，气态恒星在由于转动所产生的内聚力和高温的情况下，发生了原子核间的聚合反应，大量的能量从原子里释放，以光子的形式向外发射，原子核再组成合新的重核，于是大量重元素产生了，这些重的原子核吸收电子，新的大质量原子产生了，原子经过组合，很快形成了比较稳定的分子结构，随着恒星的爆发，将这些重元素抛出去，质量差不多的分子相聚成在一起，组成一个旋转的星球，同时旋转的星球吸附一些没有重组的气体分子，这些还在旋转的星体带着气体分子，由于质量和初始状态的不同，它们所以被甩到了大质量恒星的不同轨道上，加上球体的自转特性，所以自转和公转就形成了。绕恒星转动的星体被称为行星，同时没有跟行星聚合在一起的物质，被行星甩了出去，跑到了行星的不同的能量轨道上，变成了行星的卫星。”

“整个宇届变成了一个相对稳定的结构:起本星系→本星系→星系→恒星→行星→卫星，其中恒星是发光发热的，恒星燃烧完后，可能变成白矮星，中子星，超新星，或黑洞。这是根据恒星的质量来决定的。一般说来，如果一颗恒星的质量大不到太阳质量的9倍，最终会形成白矮星，9-25个太阳质量左右的恒星会演化成超新星爆发，再最后塌缩为中子星，而约25个太阳质量之上的恒星会形成黑洞。白矮星顾名思义就是颜色是白色的，是因为恒星的质量和温度以及颜色的不同，低质量和中等质量的恒星最终会变成白矮星；中子星顾名思义就是星体是由中子构成的，电子和质子都飞出去了，星体变成非常坚硬。当质量超大的恒星收缩到某一临界半径时，其表面上的引力变成得超强，时空弯曲得厉害，当光线经过时被弯曲，绕着星体飞行，所以远处的观测者观测不到，被称之为黑洞。同时当其他的星体经过黑洞附近时，也会补吸附住，很难逃出黑洞的时空，最后被黑洞吞噬。在此过程中黑洞的质量变得越来越大。由恒星组成的星系一般都绕着一个质量巨大的黑洞旋转，比如太阳系是绕着银河系旋转的，但银河系的中心就是一个黑洞，被命名为Sgr+A,也称为人马座，质量是太阳的400万倍，吸积盘暗淡，吸积盘的作用是黑洞在吸积其他星体物质形成的一个发光的盘状物，在室女座中心有一个黑洞，被命名为M87，则是一个贪婪的食客，质量是65亿倍的太阳的质量，它不仅有一个明亮的吸积盘，而且还喷射出明亮的快速的带电粒子流。在已知的天体中，质量最大的单体被命名为TON618，这是一个位于10亿光年外的超大质量黑洞，它的质量为660亿倍的太阳的质量，也只有超大质量黑洞可以成长到如此质量，因为它们可以不断地吞噬周围的物质而逐渐增加自身的质量。另一方面，恒星的质量不会无限地增长，最大的恒星的质量只有太阳的几百倍，远小于超大质量黑洞。根据目前的理论，最大的超大质量黑洞应该只是能成长到太阳质量的数百亿倍，超大质量黑洞是通过吞噬周围吸积盘中的物质而逐渐长大的。但质量增加到太阳的数百亿倍后，吸积盘中的气体云在黑洞的引力作用下，而坍缩成恒星，它们不会落入黑洞，所以黑洞的成长也会停滞。”

“很多星系不止一颗恒星，在很河系中，只有太阳系是一个恒星体系，如距离地球2.2光年的天蝎座中，其中最小的一颗恒星的质量只有地球的两倍，这也是科学目前发现的质量最小的恒星，被科学家命名为6GC，在这个恒星的附近，科学家找到了七颗绕它运行的行星，其中有三颗就位于“宜居带”，NGC6052星系距地球2.3亿光年，是由两个星系碰撞后组合而成。”

“同学们，人类是在太阳系中出现的，那么了解太阳系是我们首要的任务，认识太阳系也是我们认识宇届的开始，人类至今也没有离开过太阳系。太阳系也只是宇届中很渺小的一个星系。我们今天的任务是要走出太阳系，寻找人类的第二家园，我们的责任光荣而重大，艰巨而具有挑战性。太阳系位于银河系中，银河系是本星系，直径20万光年，银河系呈旋翼状，大约有1000亿到4000亿颗恒星，含50个星系，只有仙女座星系和太阳系是最大的两个星系，其他星系都是矮星系，而银河系这个本星系群又属于室女座这个超本星系群，直径可达1亿光年。在室女座中心有个超大质量的黑洞M87，银河系就是围绕着这个黑洞旋转的，旋转一周的时间大约是一千亿年。旋转速度约为300公理每秒。”

“整个宇届只有138亿年的历史，银河系只是宇届中一个小点而已，银河系的历史只有100亿年，银河系绕室女座旋转还不到十分之一圈，在未来的30亿年里，银河系和仙女座会相撞融合，所以银河系永远也不会绕着室女座旋转一周。银河系的中心上下两侧有两个巨大的球状结构，它向四周延伸了数万光年，形状犹如气泡，人们将这个结构称为费米气泡。费米气泡是伽马射线流，在银河系形成之初就存在，只不过当时它的体积还很小，随着时间的推移，它不断地膨胀，用了100亿年的时光才到达今天的大小，科学家通过计算得出，费米气泡的膨胀速度为300万千米每小时。中国的神话故事中银河系中有一座桥，每年的七月七日，牛郎织女在桥上相会。其实也真实地反应了费米气泡的存在。费米气泡形成的原因有两种：第一种解释是银河系中心的黑洞人马座A有关，当人马座附近的物质被人马座A的巨大吸引力吸附时，这些物质会以接近光速跑向表面，这个时候会产生漩涡状的磁场，同时会释放出大量的高能粒子流，这些粒子流向同一方向喷射，最终形成气泡结构；第二种可能性是费米气泡与超星星爆发有关，在银河系中心附近，随时都会有超星星爆发，一颗大质量的恒星在燃料耗尽后，会释放出大量的能量，这些能量撑出了一个巨大的气泡。”