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早前科学家认为宇宙的时空并不是光滑的,而且存在一系列类似泡沫状的特点,每一次量子涨落都代表着一次微小的能量起伏,研究量子泡沫可以对宇宙时空进行探索。目前,科学家设计出一种实验,通过遥远星光研究量子泡沫机制,由于量子泡沫是时间和空间和微小尺度上的涨落,科学家认为如果遥远宇宙的光子穿过长距离的宇宙空间,我们能够观测到量子泡沫产生的效应。佛罗里达研究所物理学和空间科学教授埃里克-帕尔曼为本项研究论文的第一作者。
埃里克-帕尔曼教授认为这就像飞机飞过看起来非常光滑的海洋上空,如果你飞得足够低,就能够看到海面上的浪花,这就像是宇宙时空的量子涨落。如果使用船舶穿过海洋表面,那无法观测到任何可测量的影响,除非这艘船舶非常非常小,尺度达到普朗克级别才有可能观测到,因此我们使用观测遥远光子的方法能够有所发现。根据量子泡沫的理论模型,从地球上观测遥远的星光,可能会察觉到微小的空间扭曲,因此帕尔曼的小组希望观测到时空扭曲的证据。
帕尔曼的小组选择了类星体作为观测对象,这是宇宙中最为明亮的天体之一,其中央拥有超大质量黑洞,被大量的气体、尘埃和其他物质所包围。研究小组构建的计算机模型,展示量子泡沫如何对类星体的观测产生影响。科学家动用了三大功能强大的天文望远镜:钱德拉X射线空间天文台、费米伽玛射线太空望远镜以及辐射成像望远镜阵列等。科学家将通过望远镜观测找出模型中所预示的空间扭曲。
最新的研究结果显示,量子泡沫处于质子直径的千分之一尺度上,甚至更小。科学家之所以花费大力气寻找量子泡沫的证据,原因在于该问题是现代物理学中的最大谜团之一,有助于广义相对论和量子力学之间的统一。至少到目前为止,量子力学和广义相对论是两个伟大的成就,但两者之间还无法统一。
这颗系外行星自带防晒层:可挡紫外线
随着系外行星发现数量的增加,科学家也正在研究系外行星的大气环境,来自马里兰州的NASA科学家发现系外行星Wasp-33b有个奇怪的大气结构,它拥有一个高度较高的平流层分布,在这里温度会随着高度的增加而增加,能够阻挡来自恒星的光线,于是科学家将其称为系外行星Wasp-33b的“防晒层”。平流层也被称为同温层,地球大气中也有类似的结构,同温层顶部的温度比下面要高,有助于保护地球表面的生物,Wasp-33b上的同温层也有此种功能。
Wasp-33b同温层的发现使得科学家进一步关注这颗系外行星的可居住性,但这颗行星的类型使得科学家并不指望其拥有生物,因为这是一颗气态行星,质量是木星的4.5倍,表面温度为3200摄氏度,约为5800华氏度。这一发现来自美国宇航局戈达德太空飞行中心,科学家使用了哈勃太空望远镜对系外行星进行了分析,观测到Wasp-33b同温层的光谱信号,发现平流层底部的温度较低,较高高度上的温度较高。
Wasp-33b的轨道周期非常短,每1.22天就能完成一次公转,轨道半径仅为日地距离的百分之三,如此严酷的环境显然不适合我们已知的生命存在。类似Wasp-33b这样的系外行星数量较多,它们被称为热木星,不过太阳系之外的热木星有点奇怪,它们的轨道距离恒星非常近,轨道周期为数天。这意味着在这样的行星上一年仅为数天,热木星为什么拥有如此短的轨道周期是科学家目前研究的方向之一。
地球上的同温层能够吸收紫外线,如果这样的结构存在于系外行星上,那么能够对地面起到保护作用,首席科学家科里-海恩斯博士认为寻找这一发现很重要,到目前为止我们发现的多数行星为热木星,而且是太阳系内所没有的行星类型,而同温层的发现有助于我们了解系外行星大气是如何运作的。地球上的平流层能够抵挡紫外辐射,但太阳系中气态行星在这个高度上并不是臭氧,而是碳氢化合物。Wasp-33b则为氧化钛,因为Wasp-33b的温度达到3300摄氏度,这是我们从未见过的光谱特征。
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