counterintuitive Astronomy

13 个科学问题 · 天文 Astronomy

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为什么宇宙膨胀可以'超光速'却不违背相对论?

Why can cosmic expansion exceed light speed without breaking relativity?

相对论限制的是物质在空间里运动的速度,而宇宙膨胀是空间本身在拉伸,远处星系是被变大的空间'带走',并非在空间中超光速飞行。
Relativity limits how fast things move through space, but cosmic expansion is space itself stretching; distant galaxies are carried by growing space, not speeding through it.
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Carl Sagan,《Cosmos》Random House,1980;中译《宇宙》

C. Sagan, Cosmos, Random House, 1980; Chinese ed.

#宇宙膨胀 #超光速

'双生子佯谬'说的是什么反直觉的事?

What counterintuitive thing does the 'twin paradox' describe?

一对双胞胎,一个乘近光速飞船远行返回,会比留在地球的另一个更年轻——因为高速运动者时间变慢,且旅途中加速与参照系切换打破了对称。
Of twin siblings, the one who flies near light speed and returns is younger than the one who stayed—time runs slower for the traveler, and acceleration breaks the symmetry.
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Carl Sagan,《Cosmos》Random House,1980;中译《宇宙》

C. Sagan, Cosmos, Random House, 1980; Chinese ed.

#双生子佯谬 #时间膨胀

为什么几乎所有星系都在远离我们,却不是说我们处在宇宙中心?

Why are almost all galaxies receding from us, yet we're not at the universe's center?

因为空间在各个点都均匀膨胀,从任何星系看别人都在远离;就像膨胀气球上的斑点,彼此距离都增大,没有哪个斑点是中心。
Space expands uniformly everywhere, so from any galaxy others recede; like dots on an inflating balloon, all distances grow and no dot is the center.
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Carl Sagan,《Cosmos》Random House,1980;中译《宇宙》

C. Sagan, Cosmos, Random House, 1980; Chinese ed.

#宇宙膨胀 #哈勃

为什么引力也会让时间变慢?

Why does gravity also slow down time?

根据广义相对论,引力越强、时空弯曲越厉害,时钟走得越慢;GPS卫星离地心较远、引力较弱,其钟比地面快,必须事先校正。
Per general relativity, stronger gravity bends spacetime more and slows clocks; GPS satellites higher up feel weaker gravity and tick faster, so they must be corrected in advance.
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Carl Sagan,《Cosmos》Random House,1980;中译《宇宙》

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#引力时间膨胀 #GPS

为什么'同时'也是相对的,不存在全宇宙统一的时间?

Why is simultaneity relative—why is there no universal 'now'?

在相对论中,两个事件是否'同时'取决于观察者的运动状态;不同惯性系对先后顺序会有不同判断,所以不存在对所有人都一致的绝对时刻。
In relativity whether two events are simultaneous depends on the observer's motion; different frames disagree on order, so there is no absolute now for everyone.
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#同时的相对性 #相对论

潮汐锁定是怎么形成的?

How does tidal locking form?

天体间的引力使彼此产生'潮汐鼓包',若自转快于公转,鼓包被拉伸并借摩擦力减慢自转,最终自转与公转同步;对月球而言这一过程发生在数十亿年前。
Mutual gravity creates tidal bulges; if a body spins faster than it orbits, the bulge is dragged and friction slows the spin until rotation matches orbit—for the Moon this locked billions of years ago.
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Carl Sagan,《Cosmos》Random House,1980;中译《宇宙》

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#潮汐锁定 #成因

为什么会有'洛希极限',卫星离行星太近会被撕碎?

What is the Roche limit, and why does a moon too close get torn apart?

当卫星靠近到行星的潮汐引力超过自身引力时,就会被拉扯解体,这个临界距离叫洛希极限;土星环可能就来自越过极限的卫星碎屑。
When a moon comes so close that the planet's tidal pull beats its own gravity, it breaks up; that distance is the Roche limit—Saturn's rings may be debris from a moon that crossed it.
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Carl Sagan,《Cosmos》Random House,1980;中译《宇宙》

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#洛希极限 #土星环

为什么太空是黑的,可宇宙里明明布满星星(奥伯斯佯谬)?

Why is space dark when the universe is full of stars (Olbers' paradox)?

若宇宙无限古老且静止,各个方向都该有星光、夜空应全亮;实际宇宙有限年龄且膨胀红移削弱远处星光,所以天空仍是黑的。
In an infinite, eternal static universe every direction would show starlight and the sky would glow; but the universe has finite age and expansion redshifts distant light, leaving the sky dark.
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Carl Sagan,《Cosmos》Random House,1980;中译《宇宙》

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#奥伯斯佯谬 #夜空

为什么引力透镜能帮我们发现看不见的暗物质?

Why can gravitational lensing help us find invisible dark matter?

星系团产生的透镜弯曲程度远超可见物质能解释的范围,多出的弯曲只能由看不见的暗物质提供质量,由此可绘制暗物质的分布图。
Galaxy clusters bend light far more than their visible matter allows; the excess must come from invisible dark matter, letting us map its distribution.
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出处备注:著录含书名,但缺版次 / 出版社 / 年份中的一部分,需编辑补全后才能做独立比对。

Clowe 等人,2006年,《天体物理学报》648卷 L109 页(子弹星系团直接证实暗物质)

Clowe et al. 2006, ApJ, 648, L109 (Bullet Cluster direct evidence for dark matter)

#引力透镜 #暗物质

什么是红移和蓝移,它们为什么能告诉我们天体在远离还是靠近?

What are redshift and blueshift, and how do they reveal motion toward or away?

就像救护车靠近时声音变尖、远离时变低,光波在源远离时波长被拉长为红移、靠近时压短为蓝移,借此可知天体退行或接近的速度。
Like a siren's pitch dropping as it leaves, light from a receding source is stretched to red (redshift) and from an approaching one compressed to blue (blueshift), revealing speed of motion.
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Carl Sagan,《Cosmos》Random House,1980;中译《宇宙》

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#红移 #蓝移

为什么水星没有像地球这样厚实的大气?

Why does Mercury lack a thick atmosphere like Earth's?

水星又小又热、表面引力弱,加上太阳风强劲,气体分子很容易逃逸到太空,所以留不住厚大气,只有极稀薄的'外逸层'。
Small, hot and weakly gravitating, with fierce solar wind, Mercury lets gas molecules escape easily, retaining only an extremely thin exosphere.
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Carl Sagan,《Cosmos》Random House,1980;中译《宇宙》

C. Sagan, Cosmos, Random House, 1980; Chinese ed.

#水星 #大气逃逸

为什么彗星尾巴总是背对着太阳?

Why does a comet's tail always point away from the Sun?

彗星靠近太阳时,太阳风与辐射压把蒸发的气体和尘埃往后吹,形成两条尾(离子尾直指背阳、尘埃尾略弯),所以尾巴总朝远离太阳的方向。
Near the Sun, solar wind and radiation pressure blow vaporized gas and dust backward, forming tails (a straight ion tail and a curved dust tail) that always point away from the Sun.
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Carl Sagan,《Cosmos》Random House,1980;中译《宇宙》

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#彗星 #太阳风

为什么金星有时是'晨星'有时是'昏星'?

Why is Venus sometimes a 'morning star' and sometimes an 'evening star'?

金星在地球内侧绕日运行,只能在日出前或日落后出现在太阳附近,当它跑在太阳前面时是昏星、落在后面时是晨星,来回交替。
Venus orbits inside Earth's path, so it only appears near the Sun after sunset or before dawn; whether it leads or trails the Sun makes it an evening or morning star in turn.
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C. Sagan, Cosmos, Random House, 1980; Chinese ed.

#金星 #视运动