行星的形成是一个漫长而令人惊叹的过程。

在恒星诞生之后,围绕着恒星的行星盘开始形成。
这个行星盘由尘埃、气体和其他物质组成,其中一个有趣的发现是关于行星形成过程中的碰撞和合并的。
行星形成过程中的碰撞是十分常见的。
想象一下,当行星盘中的尘埃和物质以很高的速度撞击彼此时会发生什么。
这些高速碰撞所释放的能量会导致物质团块的熔融和挤压,最终形成一个更大的物体。
随着时间的推移和碰撞的不断发生,这些物体变得越来越大,它们的引力也开始有足够的力量吸引更多的物质。
形成的行星最初可能是非常热的,因为它们是由撞击和合并过程产生的能量释放而来的。
随着时间的推移,这些行星逐渐冷却,形成了我们现在所看到的行星。
行星的大小和成分可能因其所在的位置而有所不同。
而外行星则位于太阳系较远的地方,它们主要由气体和冰体组成。
通过观察行星的轨道,可以更好地了解它们与恒星之间的关系。
行星绕着恒星进行公转,遵循着椭圆轨道。
每个行星的轨道具有不同的特点,如离心率、轨道倾角和轨道周期等。
行星的密度和质量也是它们轨道特征的关键因素之一。
较低密度的行星倾向于位于太阳系的外围,而较高密度的行星则靠近太阳。
行星的表面也可以有各种颜色、纹理和特殊的地形化石。
通过研究这些表面特征,科学家们可以窥探行星内部结构的一角,并且探讨有关过去和可能存在的生命迹象。
对于寻找适宜人类居住的行星来说,了解表面特征对选择合适的行星非常关键。
行星不仅仅是孤立存在的,它们可能还有自己的卫星。
卫星是相对较小的天体,围绕着行星旋转。
这些卫星可以在行星的轨道时刻陪伴着它们。
卫星的存在会进一步丰富行星系统,并提供进一步的研究资源。
行星是宇宙中引人注目的天体之一,它们的形成是一个复杂而美妙的过程,涉及到碰撞、合并和物质的吸积。

行星的性质取决于其位置、质量、大小和组成。
了解行星的特性是研究宇宙演化和生命起源的重要一步。
恒星是宇宙中最耀眼的存在,在黑暗深邃的夜空中闪耀着自己独特的光芒。
与其他天体不同的是,它们以自身聚变反应提供的强大热量和光线,照亮了它们所属的星系。
深入了解这些璀璨的明星,我们将一窥恒星的奥秘。
恒星是由数百亿个在宇宙空间中自由漂浮的气体和微小颗粒组成的天体。
这些物质聚集在一起的关键因素是恒星的引力。
恒星的自身重力作用将这些物质紧紧地固定在一起,阻止其散失至其他地方。
悬浮在暗黑深渊中的恒星,是如此巨大和密集,以至于其内部温度足以引发核反应。
核反应是恒星内部最引人注目的过程之一,在恒星的核心,极高的温度和压力条件使得氢原子核能够进行核聚变,转化为氦。
这个反应产生了巨大的能量和光辐射,为恒星提供了持续不断的光亮和热量。
正是这样的自发光,使得恒星在黑暗宇宙中成为最引人注目的焦点之一。
恒星不仅仅因为其发光能力而引人注意,它们的大小也是多样的。
从小型的红矮星到巨大的超巨星,恒星的尺寸变化范围广泛。
不同大小的恒星拥有不同的质量、内部结构和化学成分。
质量较小的恒星大约为太阳质量的0.1倍,而包含大量氦和重元素的质量更大的恒星则更容易发生超级新星爆发。
除了尺寸和质量,恒星的年龄也是其演化独特性的重要因素。
恒星的寿命与其质量直接相关,质量较小的恒星可以活上数十亿年,而质量较大的恒星的寿命只有数百万年。
我们已经认识到恒星的运动并不是静止不动的。
就像地球绕着太阳运行一样,恒星也围绕着其所在星系的中心旋转。
太阳的运动模式是恒星运动的一个很好的例子。
正是由于太阳围绕着银河系的巨大黑洞旋转,我们的八大行星和其他太阳系天体才得以稳定地存在和运行。
恒星的奥秘之处在于它们是宇宙中最常见、最重要的天体之一,以其强烈的自发光照亮了我们的宇宙。
了解恒星的形成、演化和性质的研究一直受到天文学家的关注,他们使用光谱分析和数学模型得出关于恒星乃至宇宙的重要信息。
宇宙浩瀚无垠,无数的星体在其中相互吸引、相互影响。

围绕行星和恒星的卫星就像是宇宙间的守护者,他们既是行星的伴侣,也是恒星的观察者和见证者。
他们以各自特有的方式扮演着宇宙中不可忽视的角色。
卫星的形成奥秘极具想象力,刚刚开始的时候,原始星胚会逐渐收缩形成一个转动的球体。
然后,在引力作用下,它渐渐变成了扁平的星云盘。
最终,在星云盘的中心部分形成了行星本体,而外围的物质则形成了卫星。
这是宇宙中另一种奇妙的创造经过。
天然卫星和人造卫星各自有着独特的特征和存在方式。
天然卫星是在天体之间的引力相互作用下诞生的,如月亮即是地球的天然卫星。
而人类为了多种目的而制造的卫星,如通信、科学研究、气象观测、导航系统等,通过太空飞行载具成功发射到宇宙中。
除了天然与人造的区别,卫星还可以根据形态进行分类。
规则卫星,如月球,轨道与母星平面接近共面,自转方向与母星自旋方向一致,表面上相对平整,寥寥无几的撞击坑也描述了它的安宁。
而与之形成鲜明对比的是不规则卫星,如土卫六,与母星轨道平面相差较大,自转方向可能相反或倾斜,形状也多呈现不规则多面体或碎片形状,整体上则充满撞击坑和裂缝。
关于卫星的运动,也存在着一些特殊的现象和变化。
卫星的自转造成了昼夜交替,而卫星的公转则导致了月相的变化和潮汐现象。
一个卫星的特征和环境也与其他卫星有所不同。
比如月球上存在着月食现象,而土卫二可能存在着液态水的存在,以及海王四内部具备隐藏的地下海洋等等。
不论是天然的还是人造的,卫星数量庞大而多样,供应一定范围的保护和监测功能,它们为行星和恒星的承担重要使命无法被替代。
天然卫星可以减轻岩石行星受到的撞击并稳定行星轨道,而人造卫星则向我们提供了无尽的信息和探索空间。
卫星是宇宙中的伙伴,见证着行星和恒星的演变和生命的诞生。
不同类型和形态的卫星带给宇宙更多的惊喜和奇迹。
其物理属性的独特性,运动所带来的影响,以及不同特征和环境都构成了广阔多样的卫星世界。
我们应当倍加珍视并深入寻求这些卫星的秘密与奥秘。
它说,一个系统的熵只会随时间增加,不会减少。
这也是唯一一条能指明"时间箭头"朝哪走的物理定律。
熵,说白了就是无序的程度:熵越低,结构越有序;熵越高,越散乱。
糖从浓处向淡处扩散、气体膨胀、咖啡放凉,背后都是熵在增加。
人们相信,宇宙的演化也遵循这条定律。
宇宙早年处于低熵状态,一路演化到高熵。
可就在这个过程中,宇宙造出了一些极其复杂的结构——星系就是代表。
星系的熵很低,却是在一个高熵的环境里形成的。
这看起来像是在违反第二定律。
这个存在已久的矛盾,正是物理学家金妮斯特拉·比安科尼想解决的难题。
引力、熵与量子信息的交织,是比安科尼理论的视觉主题(图片来源:Physics World) 在爱因斯坦的广义相对论里,有个叫"度规"的数学对象,描述时空是怎么弯曲的;物质沿着这条弯曲走,就表现成了引力。
而在量子力学里,"算符"是对量子态做变换的数学工具。
比安科尼的关键一步,就是把这个"度规"当成量子算符来用,用量子化的方式描述时空的几何。
这样一来,会冒出两个"度规":一个是"真实"的时空度规,一个是由物质和能量诱导出来的度规。
两者之间"差多少",用量子信息论里的一个量来度量,叫量子相对熵。
正是这两个几何之间的量子相对熵,决定了时空怎么演化——换句话说,它给出的运动方程,就是引力。
在低曲率极限下,这套方程能精确还原爱因斯坦的广义相对论。
可一旦超出这个极限,方程就得被一个叫"G场"的对象修正。
G场生出一个暗能量项,而且是动态的。
暗能量被认为是直接推动宇宙膨胀的东西;在标准广义相对论里,它由静态的宇宙学常数驱动。
现在冒出一个动态的暗能量项,就有了被实验检验的机会。
比安科尼又把这套理论用到了弗里德曼-罗伯逊-沃克(FRW)宇宙模型上。
这是广义相对论对宇宙行为的一级近似,假设宇宙各向同性、处处均匀、且在膨胀。
膨胀由宇宙的主导成分驱动——暗物质、普通物质,或辐射。
宇宙膨胀时,体积变大,总熵也跟着变大。
但正因为体积涨得更快,单位体积里的熵——也就是熵密度——反而随时间下降。
总熵在涨,局部熵密度却在降,这就给了星系、甚至生命这类低熵结构一个在膨胀宇宙里被造出来的机制。
那这算不算违反第二定律?比安科尼用非空的 FRW 宇宙算了一遍总熵:要把熵密度在整个时空区域上积分,而因为体积随时间变大,总熵成了时间的函数——膨胀的速度超过了熵密度衰减的速度。
所以对辐射主导和物质主导的宇宙,总熵依然随时间增加,第二定律照样成立,尽管局部熵密度在下降。
比安科尼强调,GfE 理论还很年轻,需要实验来验证。
但这项工作揭示了它内在的热力学本质,为经典引力与量子引力都打开了新路——把引力用"量子信息"和"熵"来表述,也许正是通向"量子化引力"这个百年难题的另一条路径。
引力,也许并不是什么神秘的基本力,而只是信息与熵的必然结果。
若真如此,宇宙为什么要演化、为什么能长出星系和生命,答案也许就藏在这条最普通的第二定律里。
来源:S. Jones, "Could quantum information theory explain universe evolution?" Physics World, 14 Sep 2026. 报道所引研究:G. Bianconi, Physical Review D.
每次模拟都追踪了13.4万亿个暗物质粒子在286亿光年宽度区域内的演化过程。
这一成果有助于科学家研究宇宙暴胀,并为分析大型巡天观测数据提供重要支撑。
左图为百亿亿次级模拟生成的全天空光锥图;右图外圈显示宇宙微波背景辐射,扇区分别展示视线速度(红/蓝)、物质密度(灰)和引力势(绿/蓝)。
图片来源: 美国阿贡国家实验室 宇宙暴胀理论认为,极早期宇宙曾经历一段短暂而剧烈的快速膨胀。
这一过程将微观量子涨落拉伸到宇宙尺度,留下微小的密度差异;随后,引力把这些差异不断放大,最终形成我们今天看到的星系、星系团和宇宙大尺度结构。
然而,暴胀背后的具体物理机制仍未完全确定。
通过研究物质在宇宙中的分布,有望找到更多线索,探索宇宙最早期的秘密。
暗物质无法被望远镜直接看见,却凭借引力主导星系形成,并塑造更大尺度的宇宙结构。
在模拟中,暗物质粒子被用作暗物质密度和速度分布的“示踪剂”,团队由此得以追踪宇宙结构跨越数十亿年的演化轨迹。
标准宇宙暴胀模型预测,早期宇宙的密度涨落服从高斯分布,也就是最简单的一类随机模式。
科学家正努力寻找其中可能存在的微小偏差,即“原始非高斯性”。
一旦发现可测量的偏差,就可能暗示暴胀时期还存在其他场、相互作用或动力学过程,从而帮助区分关于宇宙最初时刻的不同理论。
然而,这类信号极其微弱,还可能被“宇宙方差”掩盖——由于观测只能采样宇宙的有限体积,统计不确定性难以完全消除。
因此,探测此类信号需要覆盖最大宇宙尺度的超大规模模拟。
而如此规模的模拟对算力要求极高。
团队在阿贡国家实验室的“极光”超级计算机上完成了计算。
模拟及大部分数据分析约4天完成,目标正是揭示宇宙暴胀的物理本质。
这些模拟数据将助力分析多项大型巡天项目,包括美国能源部支持的暗能量光谱仪(DESI)和NASA的SPHEREx任务,两者目前均处于数据采集阶段。
模拟与前沿观测相互印证,将共同描绘出更为精细的宇宙图景,推动人类对宇宙起源与演化的探索。
来源:科技日报