地球磁场减弱，太阳风粒子侵入大气层；宇宙如何走向终结？

采编：欣奇博士

据英国媒体报道，一项研究显示，保护地球的一层保护罩正在减弱，从而让有害的太阳风粒子可以侵入地球大气层。

　　这一保护层便是地球的磁层，它从地球表面向外延伸至数千公里的地方，有效阻挡有害宇宙射线的侵袭，并对我们生活的方方面面——从全球通讯到天气模式构成影响。

　　欧洲空间局(ESA)执行的“SWARM”项目旨在对地球磁层发生的变化进行监测。在轨运行一年之后，该项目收集的数据正让我们得以一窥这一地球保护层正在发生的细微变化。

　　SWARM项目数据的初步分析结果将在6月22日~7月2日在捷克布拉格召开的国际大地测量学与地球物理学联合会大会上正式对外发布。

　　欧空局的SWARM卫星极化旨在对地球磁层的变化开展探测。在轨运行一年之后，项目得到了初步结果。图像显示的是根据SWARM项目数据构建的地壳(底部)和地核(中心)的磁场模型

　　鲁尼·弗莱博哈根(Rune Floberghagen)是SWARM项目主管，他表示：“这些结果显示，所有为了使SWARM成为有史以来最好的天基磁层监测项目而付出的努力都得到了回报。”

　　SWARM项目的主要任务是测量并分析来自地核，地幔，地壳，海洋，电离层以及磁层所产生的不同磁信号。

　　该计划预计将持续4年时间，将可以提供不同层面的自然过程，从地球深层内部到太阳活动与空间天气的各类观测信息，目前该项目还剩余3年的在轨运行时间。

　　整个项目一共包括3颗完全相同的卫星，但为了改善项目的空间与时间分辨率，它们各自的轨道存在差异，并且还会在任务期间进行变轨。

　　SWARM是首个利用“磁力梯度”开展探测的项目，其做法是将两颗卫星并排放置在相距仅100公里的轨道上协同运行。

　　减弱的地球磁层意味着一旦发生太阳活动，将出现更加强烈的极光现象

　　这样做将能够对源自地壳内磁性岩石产生的磁信号细节进行观测。

　　来自丹麦“DTU 航天”的尼尔斯·奥尔森(Nils Olsen)表示：“我们对于该项目得到的初步结果感到非常满意。这不仅是因为该项目验证了磁力梯度概念的可行性，它们还证明了我们的卫星在磁场信号测量方面具备的高度精确性。”

　　SWARM卫星星座也让科学家们能够更加容易地对由地核产生的地球主磁场开展观测，这一强大的磁场保护着我们，阻挡有害的宇宙射线侵入地球大气层。

　　地球高层大气，电离层与磁层，它们构成一个紧密联系且相互作用的系统。SWARM项目旨在加深科学家们对于近地电流系统与过程的理解

　　SWARM项目主要提出人之一的高瑟·霍罗特(Gauthier Hulot)表示：“我们地球的磁场主要是由地球的外核所产生的。”

　　地球磁层从地球表面向外延伸至数千公里的地方，有效阻挡有害宇宙射线的侵袭

　　他说：“SWARM项目的探测结果对地球磁场的细节进行了监测并发现它正在减弱，这将削弱我们拥有的保护层。最终，我们将有能力对地球磁场未来十年内的变化做出预测。”

宇宙如何走向终结？

据报道，一个国际研究团队近日发表论文称，他们从暗物质和暗能量的角度分析后得出结论，宇宙的寿命至少还有1400亿年。目前，宇宙起源已经有公认的理论，认为宇宙起源于约138亿年前的大爆炸，随后开始膨胀演化。但关于宇宙如何走向终结，理论假说却多种多样。

　　“大撕裂”假说

　　暗能量不断增加使宇宙分崩离析

　　说起宇宙的空间结构，陈云介绍，其包括平直、闭合和开放3种可能性，可以分别类比于平面、球面和马鞍面。而暗能量则是宇宙中均匀弥漫的一种克服物质(包括普通物质和暗物质)所产生引力的“负引力”。暗能量的性质通常用它的状态方程(就是压强与密度之比)来刻画。不同的暗能量模型下暗能量的状态方程不同。有些模型下暗能量的状态方程是不随时间变化的常数，而这个常数可能等于-1，也可能大于或小于-1;还有些模型下暗能量状态方程是随时间变化的，就是说状态方程可能由大于-1随时间演变为小于-1，也有可能由小于-1变为大于-1。暗能量状态方程等于-1时它的密度是不随时间演化的常数，大于-1时密度会随着时间的增加而减小，而小于-1时密度会随着时间的增加而增大。

　　由此，陈云表示，“大撕裂”假说认为如果暗能量是状态方程小于-1的“幽灵暗能量”，那么它的密度就会随着时间增加而增加，从而导致宇宙膨胀的速度越来越快，那么随着宇宙的不断膨胀，宇宙中的所有物质(甚至时空本身)最终都会被逐渐撕碎，瓦解为不受束缚的基本粒子和辐射。

　　暗能量的确是宇宙间最神秘、最丰富的能量形式之一，约占宇宙68.3%的质能，但物理学家真的对它了解不多。上世纪90年代发现暗能量之前，物理学家认为因大爆炸而产生的宇宙膨胀正在减缓甚至停止。此后，通过对超新星的观测，天体物理学家们才意识到其实宇宙膨胀正在加速，并且有研究人员对110亿年前形成的星系进行测绘，发现宇宙正以过山车的速度膨胀。

　　“大冻结”假说

　　宇宙温度趋近绝对零度生命不复存在

　　另一种比较典型的宇宙终结假说就是“大冻结”了。

　　陈云指出，“大冻结”也被称为“热寂”(heat death)。这种假说认为宇宙最终会演化到一种没有热力学自由能的状态，也就是说宇宙达到一种热力学平衡(即具有最大熵)的状态，同时宇宙温度也趋近(但并未达到)绝对零度，从而任何宏观物理过程和生命都不复存在。在暗能量存在的情况下，不管宇宙空间几何结构是什么样的，“大冻结”都有可能发生。就算没有暗能量，如果宇宙空间几何结构是平直或开放的，“大冻结”也可能出现。

　　“大冻结”假说认为在宇宙年龄为1万亿至100万亿年期间恒星会正常形成，但随后恒星形成所需的气体逐渐被消耗殆尽，从而使恒星停止发光，整个宇宙将逐渐陷入黑暗之中，随后黑洞将主导整个宇宙， 但是接下来黑洞自身也会因为霍金辐射(指来自黑洞的光和粒子辐射)而消失，然而再接下来宇宙是一直处于这种“大冻结”的状态，还是走向其他状态，还不得而知。

　　陈云说：“由于暗能量的本质属性尚且不知，因此，宇宙未来的命运可能是‘大撕裂’，也可能是‘大冻结’，同时也有可能是先发生‘大冻结’再进入‘大撕裂’。”

　　“大坍缩”假说

　　宇宙膨胀速度不断变慢从而发生坍缩

　　一些科学家认为，如果宇宙内的物质随着时间推移不断减少，大坍缩便会出现，导致引力成为占据支配地位的力。引力导致宇宙收缩，其结果是恒星、星系和行星相互撞击，宇宙发生塌陷，这就是“大坍缩”假说。理论物理学家表示，宇宙内的一些区域已开始塌陷，这种塌陷将最终吞噬宇宙其他区域。

　　“此外，关于宇宙终结还有‘大吞噬’假说，我认为是没有科学依据的纯假想。”陈云说，“大吞噬”假说认为宇宙中的黑洞会逐渐吞噬掉所有天体和物质，并发生大黑洞吞噬小黑洞，最终整个宇宙只剩下一个超级大黑洞。这种假想不可信的理由很多，其中最主要的有3条：一黑洞只会吞噬掉进它视界内的物质，视界外的物质是不会被吞噬掉的;二黑洞并不是只进不出的，比如，星系中心的黑洞在吞噬物质的过程中，通常也会产生沿转轴方向向外的喷流，喷出来的物质又为产生新的恒星和星系提供了原料;三在暗能量主导的时期，由于暗能量的负压作用，相距较远的黑洞是不会发生碰撞的，也就是不会出现互相吞噬的情况。、

　　正如有人说：“我不想知道我是怎么来的，我就想知道我是怎么没的。”对于宇宙究竟会怎么走向终结，科学家们苦苦探寻，提出了“大坍缩”“大撕裂”“大冻结”“大吞噬”等各种假说。