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作者
Nilakshi Veerabathina
德克萨斯大学阿灵顿分校物理教学教授
当你想到太空时，你会想到什么?想象一下，一个朋友吹嘘他们最近参观了一个宽敞的建筑、体育场或博物馆。你认为这座建筑是巨大的吗?它只是非常大，还是看起来很空?
“宽敞”这个词并不一定意味着空。它只是表明有足够的空间来移动里面的物体。同样，外层空间也不是完全空无一物。它是巨大的，永远在膨胀，但里面有很多东西。
当我还是个孩子的时候，我常常想知道云有多远，地球之外有什么，太空有多大。这种好奇心促使我攻读天文学的硕士和博士学位。作为德克萨斯大学阿灵顿分校的一名物理教学教授，我教授这些概念已经有二十年了。
在哪儿空间从何开始?
地球被不同层的各种气体所包围。在海平面上，地球大气层每立方厘米含有大约1000亿个分子。随着我们的上升，大气层变得越来越稀薄。
在大约50到62英里(80到100公里)的高度，没有足够的空气让飞机飞行。这条将地球大气层与外太空分开的边界被称为Kármán线，以匈牙利裔美国工程师和物理学家西奥多·冯Kármán的名字命名。Kármán线以上的一切都称为空间。
空间的密度可以变化，但平均来说，每立方厘米大约只有1个原子。想象一下，地球大气层的一个骰子大小的立方体包含数十亿个空气颗粒。但在太空中，同样大小的立方体只包含一个或两个粒子。
星际介质和辐射
太空或外太空是一个巨大的、近乎完美的真空，基本上没有物质。与地球大气相比，这个真空中包含的粒子很少。然而，它并不完全是空的。
太空中散布着被称为星际介质的散射物质，其中包括氢原子和氦原子。这些是空间中最常见的元素，它们以带电和中性的形式存在。星际介质中还含有宇宙尘埃——各种元素的微小颗粒，包括碳和硅，散布在太空中。
被称为宇宙射线的高能粒子——主要是质子和原子核——以接近光速的速度穿越太空。宇宙射线来自包括太阳在内的各种恒星，也来自超新星、落入黑洞的物质、星系碰撞等等。
宇宙中充满了各种形式的辐射，包括宇宙微波背景辐射。这是宇宙起源时的余热。像超新星和黑洞这样的高能宇宙事件也会发射x射线和伽马射线。
恒星、行星和许多其他天体产生的磁场也渗透到太空中。这些场通过像磁铁一样吸引或排斥带电粒子来影响它们的运动。
暗物质和暗能量
科学家们预测，一种尚未见过的不发射光或能量的物质，即暗物质，构成了宇宙质量的很大一部分。研究人员猜测它的存在是因为他们可以看到它对其他可见物质的引力作用。
同样，科学家预测，一种被称为暗能量的神秘能量形式正在推动宇宙的加速膨胀。与暗物质不同，暗能量与物质或引力无关，但它是空间本身的一种属性。
把宇宙想象成一个气球。暗物质就像气球的材料，影响它的形状，而暗能量就像被泵入气球的空气。它不会改变气球的材料，但会影响气球膨胀的速度。
宇宙会扭曲吗?重力能弯曲空间吗?
空间也会扭曲。把这个空间想象成一个大的、有弹性的蹦床。如果你把一个很重的球，比如保龄球，放在蹦床的中间，蹦床就会向下倾斜。这种倾斜类似于空间在行星或恒星等大物体周围的弯曲。球越大，重力越强，下沉越深。
如果你在蹦床上滚动一个小一点的弹珠，而蹦床的中心是保龄球，弹珠可能会开始绕着保龄球的重力旋转。大理石沿着倾角的曲线，就像行星沿着太阳周围的空间曲线一样。
想象一下，你用手电筒照在蹦床上。如果光线靠近保龄球的倾角，它在传播过程中可能会弯曲一点。这就像光线在太空中经过一个非常大的物体(比如星系)时发生弯曲一样。
想象一个黑洞，它有巨大的引力，就像一个更大、更深的蹦床。如果你把一颗弹珠滚得太近，它就会掉进去消失，就像物体在太空中被拉进黑洞而无法逃脱一样。
所以，空间可以在有很多重力的大物体周围扭曲或弯曲，就像蹦床在你把一个沉重的球放在上面时会弯曲一样。
空间不仅仅是空虚。它包含了粒子、辐射、磁场以及神秘形式的物质和能量。把太空想象成一个3D游乐场，里面存在着恒星、行星、星云和星系等物体，它们共同构成了我们迷人而复杂的宇宙。
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希望本篇文章《天体物理学家解析宇宙成分：从辐射到暗物质》能对你有所帮助！
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