空间实际上是由什么组成的？天体物理学家为我们揭秘

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Nilakshi Veerabathina还是个孩子的时候，他常常想知道云有多远，地球之外有什么，太空有多大。这种好奇心促使他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，Nilakshi Veerabathina教授这些概念已经有二十年了。下面就让Nilakshi Veerabathina为我们解开这个秘密。

太空从哪里开始？

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。随着高度的上升，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Theodore von 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。

如果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较小的弹珠，保龄球在蹦床的中心，弹珠可能会开始绕过保龄球重力造成的倾斜。弹球遵循倾斜曲线，就像行星遵循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，是它们共同构成了我们迷人而复杂的宇宙。

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