【菜科解读】

一位艺术家对早期宇宙中的物质在晚期宇宙中慢慢融合成大型宇宙结构的描绘。

图片来源:uux.cn阮明，密执安大学和阮清成 配偶据密歇根大学：随着宇宙的演变，科学家们预计大型宇宙结构将以一定的速度增长:致密区域如星系团将变得更加致密，而空间的空洞将变得更加空虚。

但是密歇根大学的研究人员发现，这些大型结构的增长速度比爱因斯坦的广义相对论预测的要慢。

他们还表明，随着暗能量加速宇宙的全球扩张，研究人员在他们的数据中看到的宇宙结构增长的抑制甚至比理论预测的还要突出。

他们的结果发表在《物理评论快报》上。

星系像一张巨大的宇宙蜘蛛网一样穿过我们的宇宙。

它们的分布不是随机的。

相反，它们倾向于聚集在一起。

事实上，整个宇宙网最初是早期宇宙中微小的物质团块，逐渐成长为单个星系，最终形成星系团和细丝。

在整个宇宙时间里，一个最初很小的质量块通过引力相互作用从其局部区域吸引并积累了越来越多的物质。

随着该区域变得越来越密集，它最终会在自身重力下坍塌，该研究的主要作者、U-M物理系博士后研究员阮明说。

所以当它们坍塌时，团块变得更加密集。

这就是我们所说的增长。

这就像一台织物织机，一维、二维和三维折叠看起来像一张纸、一根细丝和一个节点。

现实是所有三种情况的混合，你有沿着细丝生活的星系，而星系团——成千上万个星系的群体，我们宇宙中受引力束缚的最大物体——位于节点处。

宇宙不仅由物质组成。

它还可能包含一种神秘的成分，叫做暗能量。

暗能量加速了宇宙在全球范围内的膨胀。

随着暗能量加速宇宙的膨胀，它对大型结构产生了相反的影响。

Nguyen说:如果引力像一个放大器一样增强物质扰动，使其成长为大规模结构，那么暗能量就像一个衰减器，抑制这些扰动，减缓结构的增长。

通过研究宇宙结构如何聚集和增长，我们可以试图理解重力和暗能量的本质。

Nguyen，大学物理学教授Dragan Huterer和大学研究生Wen利用几个宇宙探测器研究了宇宙时间内大尺度结构的时间增长。

首先，研究小组使用了所谓的宇宙微波背景。

宇宙微波背景，或CMB，是由大爆炸后发出的光子组成的。

这些光子提供了早期宇宙的快照。

当光子行进到我们的望远镜时，它们的路径可能会被沿途的大尺度结构扭曲，或者被引力透镜化。

通过检查它们，研究人员可以推断出我们和宇宙微波背景之间的结构和物质是如何分布的。

Nguyen和他的同事利用了星系形状的弱引力透镜的类似现象。

来自背景星系的光通过与前景物质和星系的引力相互作用而被扭曲。

宇宙学家随后解码这些扭曲，以确定中间物质是如何分布的。

至关重要的是，由于CMB和背景星系距离我们和我们的望远镜的距离不同，与CMB弱引力透镜相比，星系弱引力透镜通常在更晚的时间探测物质分布，Nguyen说。

为了跟踪结构的发展到更晚的时间，研究人员进一步使用了局部宇宙中星系的运动。

当星系落入底层宇宙结构的重力井中时，它们的运动会直接追踪结构的成长。

Nguyen说:随着时间的推移，我们潜在地发现的这些增长率的差异变得更加突出。

这些不同的探针单独地和共同地表明生长抑制。

要么我们在这些探测中遗漏了一些系统误差，要么我们在我们的标准模型中遗漏了一些新的晚期物理学。

这些发现有可能解决宇宙学中所谓的S8张力。

S8是描述结构生长的参数。

当科学家使用两种不同的方法来确定S8的值，并且他们不同意时，紧张局势就出现了。

第一种方法使用来自宇宙微波背景的光子，表明S8值高于从星系弱引力透镜和星系聚集测量中推断的值。

这两种方法都不能测量现今的结构增长。

取而代之的是，他们在更早的时间探测结构，然后假设标准模型，将那些测量值外推至现在的时间。

宇宙微波背景探测早期宇宙的结构，而星系弱引力透镜和星系团探测晚期宇宙的结构。

根据Nguyen的说法，研究人员发现晚期生长抑制将使两个S8值完全一致。

我们对异常生长抑制的高度统计学意义感到惊讶，哈特勒说。

老实说，我觉得宇宙在试图告诉我们一些事情。

现在我们宇宙学家的工作是解释这些发现。

我们希望进一步加强增长抑制的统计证据。

我们也想知道更困难的问题的答案，为什么在有暗物质和暗能量的标准模型中，结构的成长比预期的慢。

造成这种效应的原因可能是由于暗能量和暗物质的新颖性质，或者是广义相对论和我们尚未想到的标准模型的某种其他扩展。

木星是气态行星，如果把木星上的气体全部吹走，会结果

木星是一颗巨大的气态行星，其质量约为地球的318倍，体积更是高达地球的1300多倍，在太阳系八大行星中，木星是绝对的“老大”，这使得我们人类对这颗巨大的行星格外关注，关于木星的各种稀奇古怪的问题也层出不穷。

比如说有人就提出了这样一个问题：既然木星是气态行星，那如果把木星上的气体全部吹走，会有什么结果呢？下面我们就来讨论一下。

首先要讲的是，所谓的气态行星并不是指全部是由气体构成的行星，而是指不以岩石或者其他类型的固体为主要成分、没有确定的固态表面的行星，也就是说，气态行星也是可以拥有固态核心的。

那么木星到底有没有固态核心呢？其实这个问题的答案也是科学家们很想知道的。

尽管以人类当前的科技水平，暂时还不能直接进入到木星深处去直接探索，但通过探测器在木星附近收集到的数据，我们还是可以间接猜测出木星的内部结构。

如上图所示，在探测器飞越木星的过程中，其发出的无线电信号会因为木星的引力变化而出现细微的多普勒频移，通过大量对照探测器的实际轨道和理论轨道的差异，就可以构建出木星的重力场模型，进而猜测出木星内部的质量分布。

科学家根据“先驱者10号”、“旅行者1号”、“旅行者2号”、“伽利略号”、“朱诺号”等多个探测器传回的数据猜测出，木星很可能存在一个由重元素构成的固态内核，其质量在地球的12倍至45倍之间注：这里的重元素是指比氢和氦更重的元素。

因此科学界普遍认为，木星应该有一个致密的固态核心，其外包裹着大量的氢和氦注：木星主要由氢和氦构成，其中氦占其质量的大约4分之1，其他的绝大部分都是氢。

由于随着深度的增加，木星上的物质会逐渐变得更热、也更致密，因此木星的结构应该是：最外层是气态的氢和氦，当深度增加到一定程度时，氢和氦就以液态存在，而在更深的位置，极端的压强会将氢原子中的电子“挤”出来，使得它们像金属一样可以导电，这种状态的氢也被称为“金属氢”，在此之下就是木星的固态核心大概如下图所示。

据此我们可以得出，木星上层的气体一旦消失，木星上的那些原来处于高压状态下的液态氢、液态氦以及“金属氢”都会因为失压而转变成气体，在这种情况下，如果把木星上的气体全部吹走，其结果就是木星会失去几乎所有的氢和氦，只剩下一个比原来小得多的固态核心。

值得一提的是，虽然我们人类目前并没有能力把像木星这样的气态行星上的气体全部吹走，但宇宙中那些能量巨大的太阳却可以做到。

从理论上来讲，假如一颗气态行星与其主太阳的距离太近，它的气体就会被主太阳不断地剥离，久而久之，这颗气态行星就会只剩下一个固态核心如果它有的话，科学家给这种奇特的天体起了一个奥秘的名字——“冥府行星”Chthonian planet。

有意思的是，我们有可能已经发现了一颗“冥府行星”。

这颗星球被命名为“TOI-849b”，距离地球大约730光年，由“凌星系外行星巡天卫星”TESS于2020发现，其主太阳被命名为“TOI-849”，是一颗与太阳相似的黄矮星。

观测数据表明，“TOI-849b”的体积与我们太阳系中的海王星差不多，但它的质量却大约是海王星的2.3倍，地球的39.1倍，密度约为5.2克/立方厘米，与像地球这样的岩石行星相当。

另一方面来讲，“TOI-849b”距离它的主太阳非常近，以至于其表面温度可以高达1530摄氏度左右，并且大约每18个小时，它就会完成一次公转。

所以我们可以做一个合理的猜测，“TOI-849b”曾经是一颗与木星相似的气态行星，后来因为某种原因迁徙到了距离其主太阳非常近的轨道，在此之后，它的气体就持续地被主太阳“吹”走，最终演化成了一颗“冥府行星”，而这也很可能就是木星上的气体被全部吹走后的结果。

好了，今天我们就先讲到这里，欢迎大家关注我们，我们下次再见。

既然木星是气态行星，那么人类发射的航天器能不能直接穿过木星

行星是天体的一类，是指自身不发光，同时围绕太阳做周期性公转运动的天体，通常可以分为行星、矮行星和小行星。

比如在太阳系内，水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星就是属于行星，而冥王星，则和谷神星、阋神星、鸟神星等一起属于矮行星。

穿越木星在太阳系内，位于火星和木星轨道之间还存在着数以十万计的小行星，我们称为小行星带。

当然，我们人类最为关注的还是八大行星，我们根据八大行星的物理性状可以分为两类，一类是和地球一样具有固体表面，岩石行星，称为类地行星，包括水星、金星和火星。

太阳系示意图另外一类就是和木星一样，是有气体来组成的行星，在太阳系内包括木星、土星、天王星和海王星，这些行星和类地行星来比，通常具有体积和质量更大，但是由于是气体组成，所以往往平均密度较小。

那么，既然木星是气态行星，那么我们人类发射的航天器，包括宇宙探测器，或者将来有可能发射的宇宙飞船，能不能直接穿过木星？太阳系八大行星目前来看，人类发射的航天器很难穿越木星，我们这里假设我们从木星的中心穿过。

虽然木星是一颗气态行星，那只是表明木星的主要组成成分是气体，主要是氢和氦，从木星的结构来看，最外面是包围整个木星的大气层，充满着气体，而且在不停的运动之中，形成气体旋涡，比如著名的“大红斑”。

木星南极洲而在木星大气层之下，随着越往木星内部，压力越来越大，气体被不断压缩，形成了液态金属氢，这需要的压力相当于25万个地球大气压，我们要用什么材料才干承受这种压力呢？如果再往木星内部前进，到了木星的中心，我们猜测虽然木星是一颗气态行星，但是其中心是有一个岩石核心，由硅酸盐和铁来组成。

所以在物体状态下，木星内部的高温、高压，以及岩石内核都不支持航天器穿越它。

木星内部结构木星在行星分类上，是一颗气态行星，但是这里的气态，并不是我们地球上所想象的像我们的大气层一样的气体。

我们知道，就算是地球上的大气层，当天宫一号从宇宙坠落，经过大气层时，也会因为剧烈摩擦而燃烧，更何况是更为稠密的木星大气层，所以，以目前的人类技术，别说穿越木星，连木星大气层这一关都过不了。

木星探测器“朱诺号”人类的认知是有限的，我们只能在现有的条件下进行假设，就像农业社会时期的人类，也无法想象现在的互联网时代。

那么，我们说无法穿越木星，也是基于当前的认知，说不定在将来，人类科技进步，就能实现。

朱诺号发射升空