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宇宙自然形成最低溫度 離地球只有5000光年

宇宙自然形成最低溫度 離地球只有5000光年

在浩瀚的宇宙中存在著許許多多極端的事物,我們印象之中太陽彷彿就是宇宙中最熱的地方,其實在宇宙中有比太陽還要熱數百倍的地方。然而許多人可能都曾經好奇過,宇宙中既然有最熱的地方,那麼宇宙中自然也有最冷的地方,但是那個地方到底在哪裡?

他就是位於半人馬座方位的行星狀星雲,距地球5000光年。發現於1979年,外形酷似蝴蝶領結,他就是布莫讓星雲,又名回力棒星雲。該星雲溫度僅有零下272℃,比絕對零度(零下273.15℃)僅高1.15℃,是目前已知的唯一一個溫度低於背景輻射的天體,也是目前已知的宇宙中最冷的地方。

它在1980年取名為「布莫讓」,是因為它看上去像加長的變成彎形的「飛去來器」(布莫讓是英文飛去來去的音譯)。這個極度寒冷的行星狀星雲坐落於半人馬星座,距地球5000光年。行星狀星雲在中央明亮恆星進入生命最後階段剝離氣體時形成。

比絕對零度高1度

布莫讓星雲是宇宙中最奇特的地區之一。1995年,天文學家薩哈和尼曼藉助歐洲南方天文台位於瑞典的15米口徑亞毫米波射電望遠鏡發現了布莫讓星雲這個迄今為止發現的宇宙最冷之地。這個星雲的溫度只有零下272攝氏度,只比絕對零度高1度。即使來自大爆炸的背景光溫度也超過布莫讓星雲,前者的溫度為零下270攝氏度。布莫讓星雲是已知發現的唯一一個溫度低於背景輻射的天體。

布莫讓星雲的外形酷似一個蝴蝶領結,由速度達到每小時31萬英里(約合每小時50萬公里)的強風所致。在強風的吹動下,超冷氣體遠離瀕死的中央恆星。天文學家表示這顆恆星在1500年時間裡每年損失的質量相當於太陽質量的千分之一。布莫讓星雲的質量是其他類似天體的10到100倍,快速膨脹使其成為宇宙中已知溫度最低的地區。

如此冰冷的原因

自宇宙大爆炸以後的100多億年時間裡,太空已經成為高寒環境。太空的平均溫度為零下270.3℃,布莫讓星雲的溫度為零下272℃,是目前所知自然界中最寒冷的地方,成為「宇宙冰盒子」。事實上,布莫讓星雲的溫度僅比絕對零度高1度多(零下273.15℃)。絕對零度是自然界中溫度的下限,根據經典物理學,一旦達到這一臨界狀態,原子將停止運動。熱力學第三定律指出,絕對零度是不可能達到的。而且,越接近絕對零度,降溫的難度也越大。那麼,布莫讓為何如此寒冷?我們知道,當一個密封罐子中的液體被迫噴出時,罐子中的溫度就會急劇降低。布莫讓星雲是一氣體和塵埃組成的雲團,雲團是從一顆正在死亡的恆星中以大於150千米/秒的速度噴濺出來的,這正是導致布莫讓星雲急劇變冷的原因。專家推測,該星雲變冷的原因和家用冰箱工作原理相似,即由於氣體快速膨脹的結果。布莫讓星雲急速膨脹需要能量,而周圍沒有任何熱源,只能消耗內能,所以內部溫度不斷下降,最終達到接近絕對零度的狀態。

實驗室溫度可以製造出低於布莫讓星雲的溫度

布莫讓星雲的超低溫度是在自然條件下形成的。然而,實驗室中人們可以做得更好,能進一步地接近於絕對零度,從上個世紀開始,人們就已經製成了能達到3K的製冷系統,並且在10多年前,在實驗室里達到的最低溫度已是絕對零度之上1/4度了,後來在1995年,科羅拉多大學和美國國家標準研究所的兩位物理學家愛里克·科內爾和卡爾威曼成功地使一些銣原子達到了令人難以置信的溫度,即達到了絕對零度之上的十億分之二十度(2×10^-8 K)。他們利用激光束和「磁陷阱」系統使原子的運動變慢,我們由此可以看到,熱度實際上就是物質的原子運動。非常低的溫度是不可以達到的,而且還要以尋求「阻止」每一單個原子運動,就像打撞球一樣,要使一個球停住就要用另一個球去打它。弄明白這個道理,只要想一想下面這個事實就夠了。在常溫下,氣體的原子以每小時1600公里的速度運動著,而在3K的溫度下則是以每小時1米的速度運動著,而在20nK(2×10^-8 K)的情況下,原子運動的速度就慢得難以測量了。在20nK下還可以發現物質呈現的新狀態,這在70年前就被愛因斯坦和印度物理學家玻色預見了。

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