几种宇宙探索方法

关于“宇宙”的宏观知识也是最近才接触，所以这方面的认知以学习、总结为主。

一、放射测年法

这是主要的测定宇宙中天体（比如太阳、地球）年龄的方法。

天体在通过核聚变形成过程中，也产生了很多不稳定的同位素原子（带相同数目的质子与电子的原子是稳定的，掺杂不带电的中子后，大多变成不稳定的原子）。在天体衰落后，这些不稳定原子发生放射性衰变，原子核自发地放射出射线而转变为低一种原子核（比如原来由氢核聚变为氮，现在反过来）。

科学家把这种同位素中原子核的自发性分解或衰变过程称为放射性。这种同位素被称为母体，衰变后而形成的同位素称为子体产物（衰变产物），比如，当放射性母体铀-238（铀，元素周期表序号92，代表92个质子；238代表92个质子与146个中子）衰变时，它会经历许多阶段，最终形成稳定的子体产物铅-206。

放射测年之所以变得可能，是因为许多同位素的衰变速度可以得到精确测量，在正常环境下，这种速度显然不会发生变化。

为了便于实用， 科学家用半衰期（half-life）这个单位来表示放射性衰变的速度。半衰期是指一个元素的放射性原子衰变至原来数量一半所用的时间。本质上，当母体和子体产物一样时，就经历了一个“半衰期”（比如10个氮原子衰变为10个氢原子）。当母体原子剩下1/4，3/4衰变为子体产物时，母子比率1∶4告诉我们，两个半衰期已经过去了。当一个样品中母子比率达到1∶15时，四个半衰期过去了。

因此，如果一个特定同位素的半衰期是100万年，那么比率1∶15告诉我们，已经过了四个半衰期，而样品必然有400万年古老。

许多放射性同位素存在于自然之中，其中五种尤其有助于测定与地球史联系在一起。铀-238半衰期为45亿年，衰变形成子体产物铅-206；铀-235半衰期为7.13亿年，衰变形成子体产物铅-207；钍-232半衰期为141亿年，衰变形成子体产物铅-208；铷-87半衰期非常长，为470亿年，衰变形成锶-87；最后，钾-40半衰期为13亿年，衰变形成子体产物氩-40。

科学家就通过这种封闭同位素元素的化石来测定天体的年龄。

二、实际观测、采集天体数据方法

1、地基望远镜（从地面观察）

从17世纪早期到相当晚近，科学家主要依靠地基望远镜来建构关于太阳系及宇宙的认知体系；但会受到地球表面的光和其他大气污染的影响。

2、轨道望远镜

20世纪60年代，新技术发展起来，火箭被用来将望远镜发射到太空，天文学家由此可以深入宇宙最遥远的角落。

这种飞翔的望远镜可以让我们屏蔽地球的干扰，观察到电磁辐射的光谱全景：从最长的无线电波到最短的伽马射线。人类从而可以直接观测宇宙许多地区的真实面貌，这在人类历史中尚属首次。

在所有的轨道望远镜中，最突出的是美国航空航天局（NASA）的哈勃太空望远镜（HST），它于1990年4月25日由一架航天飞机送上太空，大小与一辆校车相当，每97分钟绕地球旋转一周，收集了大量关于太阳系和宇宙的数据资料。

图片发自App

3、无人驾驶航天器

水手9号

美国于1965年开始，发射“水手4号”探测器对火星进行探测。1971年，“水手9号”被送入围绕火星旋转的永久性轨道，在一年之内，它有效地拍摄了这颗行星整个表面的图片。考察发现了火星上的奥林匹斯山（Olympus Mons），即太阳系最巨大的火山，也发现大量看起来像干涸河床的地形。此后还着陆探测火星上是否有生命迹象。

航海家2号

1977年，美国航空航天局发射“航海家1号”和2号，两次进行太空考察。从木星、土星、天王星直到海王星。

这次利用四大气体行星公转出现在一条行线的机会（175年一次），利用行星之间的引力场，以高达56000千米/小时的速度从一颗行星飞向另一颗行星。即便如此，“航海家2号”抵达天王星花了9年，抵达海王星花了12年。到2010年，航海家探测器已经抵达太阳系边缘，依照计划，2020年之后，它们会从那里不断将数据送回地球。

三、“凌日法”寻找“类地球”

如何发现太阳系以外母恒星周围的子行星，并测算出行星的大小质量密度大气成分？因为宇宙很大也很黑暗，对于太阳系以外的恒星，比较容易观测，但是对于太阳系以外恒星周围的行星，行星不发光，反光光源很弱，要在母恒星耀眼的光辉内同时检测出这种微弱的光源，很困难。

后来科学家找到一种方法～“凌日法”：只有当行星运动到母恒星面前，与地球太空上的望远镜三点处于一线，将可以观察到恒星的视觉亮度会略为下降一些，而这颗恒星变暗的数量就是行星相对于恒星的大小，因为母恒星，比他周围的行星大很多，所以这种变暗很微弱，但是也可以被望远镜观测出来，这样就可以发现太阳系以外的行星，并算出大小质量密度。

用这种方法还可以观测太阳系外行星的大气层，当行星从恒星的前方横越时，恒星的光将通过行星上层的大气层，通过高解析的恒星光谱，可以检测出行星大气层存在的元素。

190309