流浪地球真的存在么？清华原创脱口秀《水木闻道》第四期“未来天文”给你答案！
清华原创知识文化脱口秀
《水木闻道》第一季
“清画未来”
第四期正片发布！
什么是天文学？
天文有用吗？
系外行星真的存在吗？
到底什么是黑洞？
我们非常荣幸地邀请到 清华大学天文系毛淑德教授
向我们讲述未来天文的秘密
探索一颗颗系外行星，
思考人类在宇宙中是否孤独，
追寻暗物质、暗能量的本源，
解密宇宙形成的历史，
这是行进中的天文。
什么是天文学？
天文学是所有自然科学里面涉及的空间和时间尺度最大的一个分支，因为整个时空和宇宙都是宇宙研究的对象。下面是大麦哲伦云里面一个恒星形成区，图像既陌生又熟悉，太阳系就诞生在像这样的一个星云里面，宇宙不仅有非常美丽的图像，其实宇宙还是非常伟大的音乐家。
宇宙离我们非常接近，就像口袋里的手机，其实里面的锂电池是宇宙大爆炸前几分钟的产物，所以每个人裤兜里面都有一个大爆炸留下的遗迹，另外我们身体里面的碳氮氧其实是恒星演化的产物。
天文有用吗？
其实天文是非常基础的一个学科，古代的导航需要星座，现在人的导航要用广义相对论和狭义相对论。天文学家想知道正在用巡天来发现有没有小天体会撞击地球。所以说天文学其实已经融入到我们日常生活当中，同时天文学也关系到人类长期生存的命运。天文学的黄金时代已经到来，其实启示着海量数据的到来，比如说天眼望远镜形成的海量数据怎么存储？怎么分析？这是我们面临的巨大的一个挑战。
系外行星的存在性
《流浪地球》我们绝大多数都看过。天文学家已经有很多种发现系外行星的方法，其中最成功的一种叫凌星法，如果有一个行星刚好穿过它表面的时候，它的光度就有微小的减弱，如果是木星穿过太阳的话，这个变化大概是1%，如果是地球穿过恒星的表面大概是1‱。
天文学家用其他方法也发现了许多系外行星，到现在为止已经超过4000多颗。流浪地球在天文学里面存不存在？这是一个非常严肃的问题。回顾一下行星的系统是怎么形成的。银河系是一个非常美丽的旋涡星系，恒星形成很可能在旋涡星系的旋臂上面，旋臂上面有很多的气体云，气体云在它的引力下会塌缩。塌缩的时候因为星云都有角动量，所以最后就形成了一个所谓的吸积盘，这个吸积盘里面有气体也有尘埃，还有下图看到的喷流的现象。
黑 洞
黑洞是怎么来的，你可以想象，如果说把地球一直压缩，它的逃逸速度也会越来越高。压缩到什么时候的程度？压缩到光也无法逃脱，如果说地球压缩到了这样大小，它就成了一个黑洞。在天体物理学里面，黑洞的形成是因为一连串的恒星演化的结果，恒星演化有很多的引力塌缩过程，最终大质量的恒星很可能形成黑洞。
在爱因斯坦的广义相对论里面，黑洞其实是非常简单的，可以说黑洞是整个宇宙里面最简单、最优美的东西，它只有三个量，质量、角动量和电荷，所谓的三毛定理。只要用这三个量就可以完整地描述一个黑洞。电影里面你看到的黑洞的照片，你看到它的上面和下面都有弧状的结构，为什么会形成这样的东西呢？其实原理也非常简单，就像引力透镜一样，光是可以被黑洞引力弯曲之后重新到达我们的眼睛，就形成了黑洞的弧状结构，所以说黑洞照片是有引力透镜的作用。
这张图像里面还有一个非常明显的东西，下面有一个弧状的东西，比上面要亮，这个东西是怎么形成的呢？这其实是黑洞在转动，它旁边的吸积盘也在转动，它下面的气体是朝着我们而来，使它的光度就变亮了，离我们而去的，也就是上面那一端就变暗了。
宇宙宏观的性质是由广义相对论来描述的，是一个连续场的概念。微观的世界是由量子力学来描述，这是量子化的。所以怎么使连续场跟量子力学相统一？在这个方向上，大物理学家霍金其实发现黑洞不是只进不出，其实它有所谓的霍金辐射，那什么时候我们有可能探测到黑洞的霍金辐射呢？就是把他的质量给降低到一个彗星的质量的时候。
当时霍金提出霍金辐射的时候，天文学家都非常的激动，想用射电的着望远镜来探测它的辐射，但当时他们马上醒悟到有一个挑战，其实黑洞的霍金辐射源离我们非常远，所以这个信号非常弱，且地球上射电的背景噪声非常强。所以怎么解决问题呢？当时有一个天文学家就发现可以用数学方法来解决这个问题，他们发明的这一套软件完全可以用到上面来，所以他们发明的这套技术给他们带来了几亿美元的专利费。这也说明了其实天文学有时候发现是不可预见的，某种意义上这种科学的不确定性，是科学让人非常激动人心的地方。
最后，人类在浩瀚的宇宙面前，其实是非常的渺小，但同时我们人类必须承认又是非常的伟大。我们已经初探了宇宙的奥秘，我们知道宇宙从何而来，往何而去，但是很多问题，包括一些根本性的问题，就像量子引力的问题，我们还没有答案，就像这个图片里面一样，喜马拉雅山的高峰需要人去攀登，新的革命，新的自然科学的革命需要下一代的人去引领。
问答环节
提问1：
在理论上黑洞有没有一个质量的下限？
回答1：
如果说黑洞是由恒星演化来，它有可能有一个下限，大概几个太阳的质量。但是有一些理论物理学家也预言，宇宙最开始的时候也可能形成黑洞，那时候黑洞的质量有可能比较小。
提问2：
黑洞的两极是可能会有一个喷流，那个喷流是怎么形成的呢？
回答2：
吸积盘里面它是有很多磁场的，而且有磁场的不稳定性，在磁场作用下很可能就形成喷流，它是一个非线性的，跟磁场有相关的一个效应，具体的物理过程相当复杂。
文字内容根据演讲实录整理
能源危机是不是危言耸听？
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总监制：王展硕
总策划：马啸腾
制片人：马丁媛 宋昌明
后期导演：马丁媛 付钰
现场导演：蹦 蹦 孔悦琳 王烁祺
视觉总监：姚智皓
宣传总监：谭 宏 周业萍
总统筹：周盛升
执行导演：吴彼伦 赵广
制 片：嵇丈羽 康逸飞
视觉助理：金安园
摄影指导：陈鲸歌
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文案 | 马丁
编辑 | 她美丽
责编 | 啸腾
审核 | 啸腾