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科学松鼠会

让我们剥开科学的坚果

 
 
 

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什么是科学松鼠会? 我们认为,对于部分人来说,科学就像一枚枚难以开启的坚果,虽味美却不易入口。 我们希望自己能够像松鼠一样,打开科学的坚硬外壳,将有营养的果仁剥出来,让人们能够领略到科学的美妙。 我们试图让科学传播并且流行起来。

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[what if]第83期:星际沙滩  

2014-02-19 14:41:06|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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本文作者:一起剥坚果

提问:

如果将银河系中各颗恒星按大小比例缩小成沙粒,那么这些沙粒堆成的沙滩会是什么样的?

—— Jeff Wartes

回答:

玩沙子可有意思了。[来源请求]

"这世上的所有沙子有天空中的恒星多吗?"这个问题已经烂大街了,许多人也都已经回答过这个问题。要点在于在可见宇宙中恒星的数量极有可能比地球上所有沙滩上的沙子要多。

当人们计算这些东西的时候,他们通常会挖掘关于恒星数量的很不错的一些数据,然后捣鼓一番沙粒的大小,最后得出世界上所有沙粒的数量。[1]我们今天就不讨论这个话题了,但为了回答Jeff的问题,我们确实需要了解一下沙子。[2]特别的,我们需要了解粘土、淤泥、细沙、粗沙和沙砾分别对应的大小范围,这样我们就能理解,要是我们的银河系是一个沙滩的话,它看上去和感觉上去会是什么样子的。[3]

幸运的是,美国地质调查局制作的一张很赞的图表能够回答所有的这些问题,它还能提供许多额外的信息。出于某些原因,我对这张图表十分满意——这就像是电磁光谱的地质侵袭版本。

根据对沙子的调研[4],我们发现沙滩上的沙子大小一般在0.2毫米到0.5毫米之间(细沙在最上面)。这些沙子在图表中相对应的是中等大小的沙子到粗沙之间。单个沙粒的大小差不多如下图:

如果我们把太阳假想成一个正常大小的沙粒,然后乘上银河系中恒星的数量,我们就能得到一大盒的沙子。[5]

不过这么算是不对的,原因在于恒星的大小并不都是一样的。

YouTube上有许多广为流传的比较恒星大小的视频,他们很好地表现出了一些恒星极其惊人的大小。虽然这些视频很有可能一会儿就看晕了并且对数量级失去概念,但很明显我们的沙盒宇宙中有一些沙子看上去更像是大卵石。

主序星[6]所代表的沙子的大小如下图:

这些沙子绝大多数都能算入"沙子"的范畴,不过更大一些的Daft Punk星就要进入"沙砾"或"小鹅卵石"之列了。

不过那也只不过是主序星罢了,别忘了快要死亡的恒星会变得非常非常大。

当一颗恒星的燃料耗尽时,它会膨胀成一颗红巨星。即使是一颗普普通通的恒星也能变成巨大的红巨星,而当一颗本来就质量巨大的恒星进入这一阶段后,那它可就真的是一个怪物了。这些超级红巨星是宇宙中最大的恒星。

海滩球大小的沙子所代表的恒星十分罕见,但葡萄大小或棒球大小的沙子所代表的红巨星倒是非常普遍。虽然它们在数量上没有像太阳这样的恒星或者红矮星多,但它们庞大的体型意味着它们会占据我们的沙盒的很大一块。也许我们会有一大沙盒的沙子……以及绵延数里的一片沙砾。

那可怜的小沙堆可能会拥有99%的沙子总数,但总体积也许只占不到1%。而太阳不是星际沙滩中的一个小沙粒,相反整个银河系就像是一个大卵石堆,只不过其中夹杂了一些沙子罢了。

不过别忘了正是在石头堆中不起眼的小沙子上,才有这个纷繁复杂的世界。

注1:从实际角度来看,地质和土壤科学可比宇宙物理学复杂多了。

注2:I like sand because  I don't really know what it is and there's so many of it. ——@darth mouth

注3:不是随便抓一把沙子放进去哦。

注4:很显然沙子很多种

注5:我的意思是,你得到的应该是一个很大的数字,但用想象力把它想象成一个沙盒。

注6:在整个生命周期中处于壮年的那些恒星。

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