木星、土星、天王星及海王星,是大量气体包围的木星型行星。

最靠近太阳的行星是水星,它是如何诞生的呢?有两种说法:一、由于水星最靠近太阳,科学家认为水星是在原始太阳系星云中的高温区域,由凝固的金属铁及其它富含物质的材料物质堆积而成。
二、水星是在巨大的原始行星互相碰撞的时候,由彼此的金属铁融合而成。
谜之二:木星为什么有大红斑木星是太阳系星之冠,它的直径达14.28万千米,体积是地球的1316倍,质量是地球的318倍。
从地球上看木星,总放射着金色的光芒。
表面有许多连绵不断而明亮的条纹,以及奇妙的大红斑点。
地球人观测位于木星南半球的大红斑,已经有300多年了。
大红斑差不多有两个地球那么大。
大红斑是反时针旋转的高度压云形成的巨大旋涡。
它之所以呈现红色,是因为云下层的磷化氢被搬运到上空,受到太阳紫外线照射而转化为磷的缘故。
大红斑是如何形成的呢?目前科学家还不清楚。
为解开木星之谜,美国于1989年10月18日发射了伽利略木星探测器,开始了对木星的专门探索。
伽利略木星探测器对科学界意义重大,因为科学家认为,了解木星有助于揭开行星系统的起源之谜,找到太阳系形成和演化的模型。
1994年7月22日,伽利略到达距木星一亿多公里的地方,观测到了苏梅克-列维9号彗星的碎片与木星相撞的壮观景象,并发回了第一张相撞的图像。
它还捕捉到最后一块彗星碎片撞击木星的情景。
这在当时轰动了全球。
1998年10月,伽利略发现木星的两颗卫星上存在海洋,因而很可能有生命。
谜之三:金星为什么灼热据人类目前所知,相对于火星来说,金星的自然环境要严酷得多。
其表面温度高达500℃,大气中的二氧化碳占到90%以上,时常降落狂暴的具有腐蚀性的酸雨,还经常刮比地球上12级台风还要猛烈的特大热风暴。

金星的周围是浓厚的云层,以致于20余年(1960~1981年)间从地球上发射的近20个探测器仍未能认清其真实面目。
谜之四:行星为什么有环木星、土星、天王星、海王星全部有环,各不相同。
土星的环又薄又暗,由岩石粒子构成。
土星的环又大又亮,有水冰构成。
环的成因,有几种不同的说法。
其中一种是:过去存在的卫星或彗星被行星的潮汐力破坏,分裂成小碎片,有的碎片进入环绕行星公转的轨道,因而形成了环。
谜之五:3个关于月球的未解之谜谜团在于月球太扁了,美国麻省理工学院地球物理学与行星科学教授玛丽亚·T·朱伯告诉《纽约时报》记者。
20世纪六七十年代,太空探测器发现,处于月球与地球地心连线上的月球半径被拉长,也就是说,如果沿赤道把月球分成两半,截面不是正圆,而是像橄榄球一样的椭圆,球尖指向地球。
但迄今无人能就月球当前形状的成因给出完全令人信服的解释。
质量不均匀一般认为,45亿年前,一个火星大小的天体撞击地球,产生的部分碎片形成月球,但这也仅限于推测。
月球形状的另一个谜团是,月球面对地球一面在物质构成及外貌方面与背对地球一面差异很大:前者地壳比另一面地壳薄许多,并拥有由玄武岩构成的广阔平原,这些平原被称为月海,这是很久以前月球表面火山喷发的结果。
背对地球的一面地壳厚很多,有更多陨石坑,几乎没有月海。
一定程度上,月海中密度较高的玄武岩使月球的质量中心不在几何中心,偏离了约1.6千米。
但是,迁移的发生过程尚不清楚。
月地渐远离法国人拉普拉斯在18世纪末发现月球形状不规则难能可贵,然而,他没有看到的是,月球正在逐渐远离地球。
月球每年远离地球约3.8厘米。
现在的月球自转和公转周期相同,所以它的一面总是朝向地球。
科学家估计,和现在约38万千米的距离不同,早期的月地距离可能只有约2.6万千米。
由于天体运行轨道半径与天体转速有关,按照这一假设,1比1的自转公转周期比可以解释当前月球形状不规则的现象。

还有一些科学家假设,月球形成初期的自转公转周期比为3比2,也就是公转2周期间自转3周,这种情况至多持续了几亿年,最后因为潮汐力而自转降速,自转公转比稳定为现在的1比1。
计算结果表明,这段自转比公转快的时期可能提供足够的力,为月球形成目前的形状准备了条件。
谜之六:真的有火星人吗?(此谜已解)1996年8月美国航空太空总署研究小组发表研究成果说火星曾有生命存在,证据是掉落在南极大陆的火星陨石。
研究小组在陨石中的碳酸盐部分检测出有机物,推断远古时代的火星,应该像30多亿年前的地球。
那时地球已有生命,因此不能否定火星曾有生命的可能性。
谜之七:冥王星以外有什么宇宙探索以前有人主张,冥王星以外可能有第十颗行星星。
1992年夏天,科学发现冥王星轨道外面有一颗直径250公里左右新天体接着41颗轨道长半径大于海王星的天体陆续现身。
此外,1950年,天文学家欧特统计了当时已经观测到的周期彗星的轨道,结果发现绝大多数周期彗星都是从距离太阳几万AU(天文单位)的地方全方位飞来,可能有一个呈球壳状包住太阳系的彗星巢。
整个彗星巢,叫做欧特云。
谜之八:太阳系尽头在哪里科学家说,太阳会喷出高能量带电粒子,称为太阳风。
太阳风吹刮的范围一直达到冥王星轨道外面,形成一个巨大的磁气圈,叫做日圈。
日圈外面有星际风在吹刮,但是太阳风会保护太阳系不受星际风侵袭、并在交界处形成震波面。
日圈的终极境界叫做日圈顶层,这就是太阳所支配的最远端,可以把这里视为太阳系的尽头。
至于日圈层顶距离太阳有多乐?它的形状如何?航海家1号和2号已分别飞到距离太阳66AU和51AU的地方,希望日后能够揭开太阳系最远的面貌。
浩瀚无穷的宇宙,充满了各种神秘。
科学家们在天文物理学中确实发现了很多未解谜团,很显然宇宙中这些谜图案一直困惑人类至今。
当然我们也相信,不久的将来这些谜团终会大白于天下。
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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