太阳系与银河系：超炫漫话第七节

1811年，意大利物理学家、化学家阿伏伽德罗提出了分子假说，1803年英国科学家道尔顿提出原子论，1897年约翰·汤姆逊发现原子、电子，1919年卢瑟福通过散射实验发现原子由原子核和核外电子构成以及原子核内的质子，查德威克发现中子。1964年盖尔曼首次提出强子由夸克组成，弗里德曼等人于1967年利用电子直线加速器做非弹性散射发现了夸克。总是有人不厌其烦地追问：夸克是由什么组成的？自从1968年维尼齐亚诺开创了弦理论以来，人们对物质层次的认识又深化了一步。弦是由什么组成的？答曰：弦就是物质的最基本单元了，不能再分了！一位哲学先生理直气壮地辩驳：“××伟人曾经说过，物质无限可分，你为什么说弦就不能继续分下去呢？”

事实上，任何个体、任何具体事物都是有限的，而不是无限的。无限大、无限小只是数学概念。无限远，是一个具体的点，有明确的定义。珠穆朗玛峰很高，山顶终年积雪，号称第三极，但是只有8848米。地球上人口众多，大约67 亿，是有限的。太阳距离地球很远，是有限的，大约1.49 亿千米。沙粒很小，但是其质量可以测量。1 摩尔的氢气，质量只有2 克，却含有6.022×1023个氢气分子根据量子力学，宇宙之内的最小长度就是普朗克长度，1Lp=1.6×10-33cm。

曾经有一段时间，人们认为九天最高，五洋最深，有诗句“可上九天揽月，可下五洋捉鳖”为证。有一天，一只蚂蚁带领着它的儿子散步，在一个桌面上爬呀爬，两个小时过去了，也没有爬出桌面。蚂蚁感慨地说：“孩子们，天地太大了，真是无边无际啊！”其实，地球的质量、体积、表面积都是有限的，只不过蚂蚁的视野太小。

图2.4　太阳系和银河系

人类的视野比蚂蚁开阔多了，人类能够看到太阳和太阳系，银河系和河外星云，甚至整个宇宙。图2.4 就是人类观测到的太阳系和银河系。(www.xing528.com)

太阳很大，体积大约是地球的130 万倍，质量m=1.989×1030kg，半径R=6.969×105km，表面温度为5770K，年龄大约46 亿年。太阳的内部由内核、辐射层、对流层组成。内核中时刻发生着氢聚变成氦的热核反应，核心温度高达1500 万度。这一层的质量约占太阳总质量的50%，厚度占半径的25%。辐射层将内核中的热量辐射出去，该层的温度、压力和密度由内向外递减。对流层内的气体沿半径上下对流。太阳外部分光球层、色球层、太阳日冕三层。光球层厚度500km，太阳黑子就发生在这一层；色球层厚度8000km，这是发生日珥现象的区域；太阳日冕处于太阳的最外围，是日冕、太阳风爆发的地方。太阳系包括太阳和围绕太阳公转的八大行星。这八大行星由内到外依次是：水星、金星、地星、火星、木星、土星、天王星、海王星。最外围的海王星，距离太阳最远也就4537×106km，平均距离为4496.6 ×106km。太阳在自转，同时也在以250km/s的速度围绕银河系的中心公转，公转一周大约需要2.5 亿年。

银河系太大了，即使你乘坐宇宙飞船以光速穿越银河系的直径，也需要十万年。我们的银河系中有2000 亿多颗恒星，包括超新星、普通恒星、气体、尘埃、中子星、白矮星、黑洞；整体形状像个大铁饼，这个铁饼的直径（厚度）达十万光年。银河系有四条大尺度旋臂：人马臂、英仙臂、猎户臂和3kPc（3 千秒差距）臂，我们的太阳系位于最外围的一条旋臂上，距离银心2.6 万光年。我们在晴朗的夜空看到的闪烁的星都是恒星，距离地球有近有远，但大多数都在银河系中。现代天文观测证明，银河系是由银盘、核球、银晕和银冕四部分组成的盘状星系，其半径为15～20kPc。（kPc 称为千秒差距，是个长度单位；1 秒差距=3.2616 光年）。核球位于银河系的中心——银心，半径为2.5kPc，这里恒星密集，质量集中，中心存在超大质量黑洞。

上述星体都在银盘内。银盘之外是银晕，该区域主要由亚矮星、贫金属星、球状星团组成，密度远低于银盘。银晕之外是银冕。

太阳系、银河系何其大哉！但是它们只占宇宙之一角。银河系所在的星系叫作本星系团，还有更大的本超星系团。所有这些，都是由费米子和玻色子构成的。

费米子和玻色子那么小。而银河系、太阳系如此大，小微粒是如何形成大宇宙的呢？标准宇宙学理论告诉我们，宇宙诞生于“无”。自从诞生以来，它生存了138.2 亿年。100 亿年前，宇宙是高门高压的气体球。这时宇宙温度高达100 亿度以上，后来发生了一次大爆炸，体积迅速膨胀，温度下降到10 亿度左右。这时宇宙的主要物质是质子、中子、电子、光子，并形成氢原子和氦原子。宇宙继续膨胀，温度继续下降，出现了锂、铍、硼等较重的元素，进而形成星系。太阳形成于46 亿年前，地球诞生了37 亿年，人类不过200 万年。