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北京天文館 天文學詞典
B^2FHB^2FH杰弗利及瑪格麗特·伯比奇(Geoffrey and Margaret Bur- bidge)、威利·福勒(Willy Fowler)和弗雷德·霍伊爾四人姓氏的簡略稱呼。1957年,這組天體物理學家發(fā)表了一篇算得上是經典科學論著的論文,講述了除原始氫和氦(見αβγ理論)以外所有天然存在的各種原子核,是如何在恒星內部通過核合成制造出來的。雖然霍伊爾是這個小組的帶頭人,后來(1983年)福勒卻單獨主要因這項成果被授予諾貝爾獎。瑞典科學院宣布福勒獲獎時說,這篇論文(同樣簡稱為“B^2FH”)“仍然是我們關于這個領域的知識的基礎,核物理學和空間研究的最新進展進一步證實了它的正確性”。它確實解釋了你身體中的元素是怎樣在恒星內部加工的。另見三α過程。
Baade,(Wilhelm Heinrich)Walter巴德巴德,(威廉·海因里希)瓦爾特(1893-1960),德國出生的天文學家,在美國度過其大部分科研生涯,1940及1950年代對宇宙距離尺度做出了重大修正。 巴德于1893年3月24日出生在施勒廷豪森,他在蒙斯特和格廷根大學求學,1919年獲博士學位。在漢堡大學的貝格多夫天文臺工作11年后,他移民美國,并于1931年成為威爾遜山天文臺的工作人員。1948年他搬到不遠的帕洛馬山天文臺,在那里一直呆到1958年達到其職務的法定退休年齡為止。然后他回到格廷根,1960年6月25日在那里逝世。 在威爾遜山天文臺期間,巴德與弗里茨·茲威基(Fritz Zwicky)和埃德溫·哈勃合作研究超新星和其他星系的距離。那時,威爾遜山天文臺的100英寸(2.5米)望遠鏡是全世界最大的,各種各樣的大量天文研究都要用它。但在美國參加第二次世界大戰(zhàn)后,很多天文學家被征入軍事研究部門或軍隊。作為德國僑民的巴德被認為不適合直接參與軍事工作,到1943年他成了留在威爾遜山天文臺很少幾位活躍的天文學家之一,他幾乎可以不受限制地使用這臺望遠鏡。他還從附近城市洛杉磯實行戰(zhàn)時燈火管制中受益,因為這降低了光污染,使他能拍攝長時間曝光的照片,將望遠鏡的威力推至極限。這樣,他首次在仙女座星系的內區(qū)分解出了單個的恒星。 通過這些觀測,巴德看出,在我們這個近鄰星系中有兩類很不相同的恒星。第一類主要是年輕恒星,稱為星族Ⅰ。它們是熱的藍色恒星,分布在旋臂中。第二類叫做星族Ⅱ,是比較年老、比較冷、比較紅的恒星,分布在星系中央?yún)^(qū)和暈的球狀星團中?,F(xiàn)在已經知道這種區(qū)分是旋渦星系的特有性質。 戰(zhàn)后,洛杉磯的燈光重新亮起,巴德仍有幸使用帕洛馬山天文臺新的200英寸(5米)望遠鏡繼續(xù)他的研究。他發(fā)現(xiàn)兩個星族各有其自己的獨特造父變星族。星族Ⅰ造父變星和星族Ⅱ造父變星都有獨具特色的周光關系,但兩個周光關系彼此不同。哈勃第一次試圖測定河外距離尺度時采用的周光關系,是根據(jù)現(xiàn)在已知是我們銀河系星族Ⅱ造父變星的研究得出來的;但卻把它應用在巴德發(fā)現(xiàn)是仙女座星系中比較亮的星族Ⅰ造父變星身上了。 巴德利用正確的周光關系重新計算了仙女座星系的距離,他在1952年得到的數(shù)值是200萬光年(剛剛超過60萬秒差距),而哈勃的估計值是80萬光年(還不到25萬秒差距)。由于仙女座星系距離的測定是哈勃根據(jù)紅移計算星系距離的關鍵一步,這意味著,所有用紅移測量值估計的星系距離一舉增大了一倍多。 由于紅移和距離之間的關系(哈勃定律)也是宇宙年齡的標示,所以大爆炸以來所經歷時間的估計值,也因巴德對造父變星距離尺度的修正而增加了一倍多,從20億年增加到50億年。這對天文學家來說是一個極大的安慰,因為在1952年就已經從地質方面的證據(jù)清楚知道,地球年齡超過了40億歲,而地球極不可能比宇宙還年老?! ∫院?,觀測技術的不斷改進,進一步把宇宙年齡估計值提高到了200億歲之巨,而地球年齡僅約45億歲。
baby universes嬰兒宇宙通過蟲洞相互連通的時空區(qū)。根據(jù)廣義相對論方程式的某些解釋,當我們宇宙中一個天體坍縮形成一個黑洞時,它能夠經過黑洞中心的奇點膨脹到一個不同的時空中去。這個從奇點膨脹開的時空區(qū)將完全等價于我們的宇宙從大爆炸奇點的膨脹。即使進入原始黑洞的物質只有太陽質量的幾倍,這樣一個嬰兒宇宙卻可以因暴漲而變得同我們自己的宇宙一樣大。 很可能,我們的宇宙是以這種方式由另一個時空區(qū)中的黑洞坍縮成的,而時空總結構(“總宇宙”)是一系列相互連通的泡,就像一杯啤酒上面的泡沫,沒有起始也沒有終結。要說明這點,可將我們宇宙的時空想像成一個膨脹氣球的外皮,嬰兒宇宙就對應從這個氣球上擠壓出來并獨立膨脹的一小塊,從這個嬰兒宇宙的皮上又會像芽體那樣產生新的嬰兒宇宙,依此類推,以至無窮。  雖然這些思想顯得稀奇古怪,許多科學家,包括英國的斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking)、美國的西德尼·科爾曼(Sidney Coleman)和李·斯莫林、俄國的安得列·林德,都對它們進行過認真的思考和數(shù)學上的研究。
background radiation背景輻射宇宙充滿了溫度剛剛超過開氏2.7度、能用地面射電望遠鏡和人造衛(wèi)星上的儀器探測到的輻射之海。這被解釋為宇宙由之誕生的大爆炸火球的直接證據(jù)。因而背景輻射的發(fā)現(xiàn),是自埃德溫·哈勃發(fā)現(xiàn)宇宙膨脹以來宇宙學方面最重要的觀測成就;然而這一發(fā)現(xiàn)可真是來之不易。 第一個試圖定量描述大爆炸物理條件的人是喬治·伽莫夫。他在1940年代應用當時正在發(fā)展的量子物理學知識,研究宇宙誕生時應該發(fā)生過的核相互作用類型,他發(fā)現(xiàn)原始氫應該已經部分轉變?yōu)楹ぃㄒ姦力娄美碚摚?根據(jù)計算,通過這種方式產生的氦的數(shù)量,依賴于這些相互作用發(fā)生時大爆炸的溫度。它應該被一個熱的、取X射線和γ射線形態(tài)的短波黑體輻射火球填充。伽莫夫小組領悟到,對應這個火球的熱輻射,應該已經隨著宇宙的膨脹而稀化和冷卻,但仍然以高度紅移了的射電波形態(tài)存在。 由于沒有“宇宙之外”的地方讓這一輻射逃走,它就永遠充滿宇宙,宛如氣球內部的氣體永遠充滿氣球。如果拉扯氣球使它變大,但不讓更多的氣體進入,氣球內部氣體的密度將變小。同樣,當宇宙膨脹時,充滿它的輻射的密度也將變小。這對應著溫度的降低和輻射波長的增加——紅移。但是,雖然輻射已經冷卻,它仍然應該像充滿氣球的氣體那樣均勻充滿宇宙。它應該從空間所有方向照射地球,而宇宙膨脹引起的輻射波長被拉開的量,決定了它今天的溫度。 伽莫夫的兩位學生——拉爾夫·阿爾菲和羅伯特·赫爾曼——早在1948年發(fā)表的一篇論文中就計算出,要使大爆炸中“烹調”的氦的數(shù)量匹配于光譜學揭示的老年恒星中氦的數(shù)量,大爆炸火球遺留下來的輻射現(xiàn)在應該具有僅僅5K的溫度。伽莫夫自己1952年在他撰寫的《宇宙創(chuàng)生》[2]一書中公布的數(shù)字要稍稍大些。 準確數(shù)字決定于對大爆炸物理條件所做的詳細假設,也依賴于對宇宙年齡的估計。一種手工計算法則是,背景輻射的開氏溫度等于10^10(1后面跟10個零)除以用秒數(shù)表示的宇宙年齡的平方根。所以,在時間開始1秒后的溫度是100億度,100秒后是10億度,而1小時后就只有1億7千萬度了。與此相比,我們太陽中心的溫度約1 500萬度。 但不論是伽莫夫還是他的同事都未能意識到,給宇宙“量體溫”的技術在1950年代就已經存在了。他們既沒有敦促射電天文學家進行本來可以揭示存在背景輻射的觀測,看來也沒有哪位射電天文學家注意到預言存在這種輻射的文章。然而稀奇的是,表明宇宙溫度非常接近3K的觀測,已經在1930年代用光譜方法做出來了。 那是對一種叫做氰(CN)的化合物做的光譜觀測,揭示了我們銀河系中星際物質云的溫度。1940年,加拿大自治領天體物理臺的安德魯·麥克凱勒(Andrew McKellar)解釋了這些觀測,得出星際云的溫度約2.3K。到1950年時,這一結果被寫進了標準的教科書。但是,甚至伽莫夫也沒有將它與預言的背景輻射溫度聯(lián)系起來。原因之一是,伽莫夫自己估計的溫度,比麥克凱勒公布的溫度和阿爾菲及赫爾曼估計的溫度都要高很多。  1981年弗雷德·霍伊爾在《新科學家》發(fā)表的一篇文章中,詳細敘述了他1956年同伽莫夫交談時如何提到麥克凱勒計算結果的情景。霍伊爾是穩(wěn)恒態(tài)假說的熱烈支持者,他不相信曾經有過大爆炸,所以他(當時)認為不存在背景輻射。伽莫夫則認為應該存在溫度比5K高許多的背景輻射?;粢翣栍浀盟蛸つ蛑赋?,麥克凱勒已經為任何這種背景輻射規(guī)定了3K的上限,因此伽莫夫錯了。他們兩人的想像力都未能跨出事后看來并非很大的一步,因而沒有領悟到,背景輻射確實無處不在,不過它的溫度低于伽莫夫的預計值。 更奇怪的是,就在伽莫夫研究組1940年代發(fā)展他們的思想的同時,一組射電天文學家正在實際搜尋來自空間的低溫輻射。羅伯特·狄克和他的同事們使用一臺由戰(zhàn)時雷達技術演變而來的儀器,在微波頻段研究天空,發(fā)現(xiàn)了溫度低于20K——這是儀器規(guī)定的極限——輻射的證據(jù)。他們的結果于1946年發(fā)表在《物理學評論》雜志上(70卷,340頁),而在這同一卷上也發(fā)表了伽莫夫研究組關于核合成的第一篇論文(70卷,572頁)——可是還要等待差不多20年才有人把它們聯(lián)系起來。 到1960年代初,幾個研究組,包括美國、英國和蘇聯(lián)的科學家們,已經開始考慮如何探測大爆炸的殘留輻射——伽莫夫小組的先驅工作基本上被人們忘記了,而每個組都重新看到了可能性。在普林斯頓大學,一位年輕的科學家皮布爾斯(P.J.E.Peebles)不知情地重復阿爾菲和赫爾曼做過的計算,認識到宇宙應該充滿溫度為開氏幾度的背景輻射之海。他在這項工作中的導師狄克,也忘記了他自己在1940年代的開創(chuàng)性成果,卻指定另兩位研究者——羅爾(P.G.Roll)和威爾金森(D.T.Wilkinson)——建造一具小射電望遠鏡來搜尋這一輻射。  1965年,就在他們一切準備就緒時,狄克接到阿爾諾·彭齊亞斯(Arno Penzias)從30英里外的新澤西州霍姆代爾的貝爾研究實驗室打來的電話。彭齊亞斯與他的同事羅伯特·威爾遜(Robert Wilson)當時正在準備將一臺本來是為回聲通訊衛(wèi)星設計的20英尺喇叭天線用于射電天文觀測。他們發(fā)現(xiàn)了一個頑固的干擾源——均勻來自整個天空的微波射電噪聲。他們想問問狄克及其同事們對這種噪聲可能是什么有何見解。 當然,那就是背景輻射。理論和觀測終于走到一起了。兩個兩人小組立即聯(lián)合攻關。 普林斯頓小組很快證實了這些觀測結果。兩個小組的論文同時刊登在《天體物理學報》上。在隨后20年左右時間里,越來越多的觀測,使用各種不同的儀器,在很多波段上,都證明了背景輻射的存在,將溫度定格在2.7K,并且證明它是完美的黑體輻射。彭齊亞斯和威爾遜因這一偶然發(fā)現(xiàn)于1978年獲諾貝爾獎。正是背景輻射的發(fā)現(xiàn)和解釋,才使大多數(shù)天文學家承認確實曾經發(fā)生過大爆炸,它也使宇宙學成了一門興旺的學科。  1980年代前,仍有一個與背景輻射有關的問題令人困惑。從太空所有方向來的輻射具有完全相同的溫度,這太平滑和完美了。 現(xiàn)在已經得到可靠證明的大爆炸理論認為,從宇宙誕生大約30萬年后的時刻以來,這一輻射應該沒有發(fā)生過變化(紅移和冷卻除外)。而宇宙誕生30萬年后,整個宇宙冷卻到溫度約6 000K,這大致是今天太陽表面的溫度。在那個溫度下,個別電子和核子能夠結合形成穩(wěn)定的原子,而原子沒有任何凈電荷。因為原子是電中性的,它們不能與電磁波強烈相互作用,所以從那時以來背景輻射沒有受到干擾。 如果宇宙像背景輻射平滑性暗示的那樣,在它誕生30萬年后是完全平滑的話,那么星系、恒星和人類這樣的事物是從哪里來的呢?我們要能存在,則宇宙在進入30萬歲之前,一定已經含有一些不規(guī)則性——太空中的氣體云,它們在自身重力作用下應該很快聚集、坍縮而形成星系和恒星。 理論聲稱,這些不規(guī)則性存在的結果,是背景輻射中應該有漣漪,也就是儀器指向天空不同部位時,溫度應該有細微差異。預言的差異非常小,只能從高出地球大氣干擾的太空進行測量。1992年4月,美國宇航局宣布COBE(宇宙背景探險者)衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)了漣漪,大小正好與標準大爆炸模型預言的準確符合。這個發(fā)現(xiàn)被歡呼為大爆炸理論的最后勝利,它證實宇宙真正是在一個確定的時刻、在一個熱輻射火球中起源的。 因此,宇宙誕生方式的一個結果,是它今天充滿了微波輻射,恰如微波爐中的微波,不過它的烹調溫度相當?shù)停?270℃還要低一點。其實你并不需要用射電望遠鏡探測它。由于背景輻射在宇宙中無處不有,任何普通電視天線都能捕捉到。如果你將你的電視機調諧到電視臺播送節(jié)目所用頻率之間的某個頻率,你將看到屏幕上全是跳動的白點,聽到咝咝的噪聲,這些白點和噪聲有時稱為天電。引起跳動的白點和咝咝的噪聲的外來“信號”中,大約1%實際上是宇宙微波背景輻射,它是大爆炸直接播送到你居室中的。
Bahcall,John巴科巴科,約翰(1934-),在太陽中微子問題研究中起過主導作用的天體物理學家。巴科出生在路易斯安那州的什里夫波特,1961年獲哈佛大學博士學位。1960年代在印第安那大學和加州理工學院工作,1968年后一直在普林斯頓高級研究所,1971年起兼職普林斯頓大學。1962年,在威利·福勒的鼓動下,他與雷·戴維斯(Ray Davis)共同研究用地球上的探測器捕捉太陽中微子的可能性。 巴科是一位理論家,他從事太陽內部過程的計算,因而關注預期到達地球的中微子數(shù)量,而戴維斯是一位實驗家,他領導的小組試圖捕捉這些中微子?! “涂聘信d趣的其他問題有,遙遠星系和類星體的紅移受到非宇宙學影響的可能性以及宇宙中暗物質的本質。這也是他的夫人奈塔(Neta)的興趣所在,奈塔是觀測天文學家,她對星系自轉曲線的研究確認類似我們銀河系的星系中存在暗暈。
Barnard's Star巴納德星已知自行最大的恒星,由美國天文學家巴納德(E.E.Barnard)于1916年發(fā)現(xiàn)。巴納德星運動極快,僅僅180年就在天空相對于背景恒星掃過半度距離(從地球上看的月亮角直徑)。巴納德星離我們1.8秒差距(約6光年),是離太陽系第四顆最近的已知恒星,但它是紅矮星,太暗,肉眼看不見,屬于到目前為止探測到的最暗恒星,其絕對星等僅相當于太陽亮度的1%。巴納德星在天空上的路徑有微小擺動,可能是圍繞它運動的行星引力影響所致。
barred spiral棒旋星系旋渦星系的一類,其旋臂與一個由恒星組成并通過星系中心的直棒相連。
Barringer crater巴林格隕星坑亞利桑那沙漠中一個直徑1.2公里、深180米的巨大隕星坑,是大約5萬年前一個隕星撞擊地球而形成的。那個隕星的主要成分是鐵,寬可達幾十米。該隕星坑的名字取自礦業(yè)工程師丹尼爾·巴林格(Daniel Barringer),是他在20世紀初最先指出它是隕星撞擊所造成,比人們普遍接受這一觀點早50多年。 隕星的質量估計有幾百萬噸,進入地球大氣的撞擊速度在10~20公里每秒之間。撞擊時釋放約1千萬噸TNT當量(撞擊使動能轉化為熱能),相當于一枚大型核炸彈。類似的撞擊如果發(fā)生在今天,將摧毀一座小城市,但這決不是地球遭受過的最大的隕星撞擊(見世界末日小行星)?! ‰y得的是,巴林格隕星坑位于沙漠中,這表示撞擊的痕跡也保存了那樣久。如果撞擊發(fā)生在世界其他部分(比如森林或海洋),幾萬(甚或幾十萬)年后將不會留下可辨認的痕跡。平均說來,地球陸地大概每1 000年經受一次這樣大的撞擊,而陸地上每發(fā)生一次撞擊,海洋中就會發(fā)生兩次。
baryon重子受強相互作用影響的基本粒子家族成員。惟一穩(wěn)定的重子是質子和中子,而“重子物質”一詞常指由質子、中子和質量小得多的電子構成的普通原子物質。
baryon asymmetry重子不對稱性見薩哈羅夫,安得列。
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