【菜科解读】

太阳系是个庞大的家族，有许多形形色色的天体。

太阳系天体（来源：Tracher Created Resources）

​1、太阳。

整个太阳系99.9%的质量都集中在太阳身上，它所控制的范围至少有1光年。

2、八大行星——水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星，它们可以被分成固态行星和气态行星。

太阳系行星（中英文）（图片来源：网络）

​3、卫星。

大部分行星拥有卫星，总数达到了205个。

4、矮行星。

冥王星、谷神星、阋神星、妊神星、鸟神星等被认定为矮行星。

5、小行星。

在火星与木星的轨道之间，有着一条“小行星带”，那里分布着几十万颗小行星，绝大多数都是直径只有几十米至几百米。

6、柯伊伯天体。

在海王星以外一片广袤的空间里，也分布着许多小行星，它们被称为“柯伊伯天体”。

7、彗星。

太阳系拥有为数众多的彗星，它们分布范围极广，个头很小，只有接近太阳时才会“长”出彗尾。

​假如制作一个缩小10亿倍的太阳系模型，太阳和行星的距离和大小会是这样：

​从这些数据中可以发现，行星与行星之间有着巨大的空间，几乎什么都没有，并不像我们教科书上画得那样拥挤。

太阳系最遥远的神秘的奥尔特云在1:10亿的太阳系模型中是一个半径为150公里的球面，足以盖住整个长三角；

而离我们最近的恒星比邻星，远在4万公里之外！

水星没有大气，表面布满了撞击坑，与月球非常相似。

水星的密度与地球很接近，但质量只有地球的6.6%，因此推测其内核质量可能占据总质量的2/3甚至更多，相比之下地球内核只占1/3。

水星距离太阳最近，白天地表温度可以达到420℃；

到了晚上，由于没有大气的保暖，温度又会跌落到-170℃。

金星绕太阳转一圈需要225天，而自转周期更是长达243天。

金星表面有着浓密的大气，压强可以达到地球的90倍以上，相当于900米深的海底。

大气中多达97%是二氧化碳，剩下的是二氧化硫和水，因此表面被酸雾、酸雨笼罩着。

大量的温室气体导致其表面温度达到470多摄氏度，连晚上的温度也能达到450℃，这让它一举摘得太阳系最热行星桂冠！

相比水星和金星，地球气候宜人，生机盎然，海水面积占表面71%。

大气层和磁场保护生命免受宇宙高能射线和带电粒子的危害。

火星或许是除地球以外对生命最友好的星球了。

不过它的环境其实也很恶劣。

火星的大气浓度只有地球的1%，大部分是二氧化碳，氧气只有0.15%，水汽只有0.3%。

火星没有一个全球性的磁场，因此无法抵挡太阳风的侵袭。

大概三四十亿年前火星上曾经有过全球性的海洋，但由于种种原因，这些水最终被蒸发。

古今火星对比（图片来源：NASA）

​木星是太阳系最大的行星，其质量是其它七大行星总和的2.5倍。

木星由70%氢和25%氦组成，其他较重的元素可能主要存在于一个我们目前尚不了解的岩核中。

根据“朱诺”号探测器最新研究，木星大气至少深3000千米，是地球的100倍。

木星上著名的大红斑了是个巨大的气旋，至少可以容纳1个地球。

木星（图片来源：NASA）

​土星也是一个气态行星，成分与木星接近。

它是八大行星中唯一一个密度比水还要小的行星。

它的标志性特征是一个漂亮的光环，由无数冰粒和石块组成。

天王星的体积比海王星大，质量却比海王星小，它还是大气温度最低的行星，只有-224℃。

由于低温造成大气结构与木星、土星不同，因此也有人称呼它为冰巨星。

海王星的大气中除了氢和氦，还有甲烷和氨气，因此呈现蓝色。

30年前“旅行者”2号离开后还没有探测器到达过，因此我们对它还缺乏很深的了解。

托卡马克：人造太阳的 “磁约束熔炉”

一、名字与起源名称含义：俄语缩写，全称 “环形真空室磁线圈装置”（环形 toroidal、真空室 kamera、磁 magnit、线圈 kotushka）。

诞生：1950 年代由苏联库尔恰托夫研究所发明，1954 年建成首个装置 T-1，1968 年 T-3 装置突破关键温度，奠定主流地位。

二、核心原理：磁场 “牢笼” 困住上亿度等离子体核聚变需要1 亿℃+高温，没有任何材料能直接接触，托卡马克用磁约束解决：环形真空室：形似 “轮胎”，内部抽成真空，注入氘氚燃料（氢同位素）。

三重磁场约束环向磁场：外部环形线圈通电，产生绕真空室的 “跑道型” 磁场，防止粒子径向逃逸。

极向磁场：中心螺线管线圈（变压器初级）感应出等离子体电流（变压器次级），电流产生垂直方向磁场，约束粒子纵向运动。

螺旋磁场：两种磁场叠加，形成螺旋形磁力线，让等离子体粒子沿磁力线螺旋运动，牢牢锁在中心，不碰内壁。

加热到聚变温度欧姆加热：等离子体电流自身电阻产热（类似电炉丝）。

辅助加热：微波、中性束注入（高速氢原子束），把等离子体从千万度加热到 1 亿℃以上，满足氘氚聚变条件。

聚变反应与能量输出氘 + 氚氦 + 高能中子 +17.6MeV 能量。

带点粒子（氦核）被磁场约束，维持高温；

不带电中子穿透磁场，撞击内壁 “包层”（锂材料），动能转化为热能，加热水成蒸汽，驱动发电机发电。

副产品：氦气（无放射性），锂受中子轰击还能再生氚，形成燃料闭环。

三、关键结构真空室：环形，耐高温、防杂质污染。

磁体系统：环向线圈、中心螺线管、极向线圈，多为超导材料（如铌钛合金），降低能耗。

包层：内壁核心部件，承担能量捕获 + 氚增殖双重任务。

偏滤器：排出杂质和废热，保护真空室。

四、代表装置EAST（东方超环，中国）：世界首个全超导托卡马克，2021 年实现1.2 亿℃维持 403 秒，稳态运行全球领先。

EAST东方超环托卡马克装置ITER（国际热核聚变实验堆，法国）：全球 7 方（中、欧、美、俄、日、韩、印）共建，人类最大托卡马克，目标 2035 年首次氘氚聚变，实现输出能量 > 输入能量（Q>10）。

ITER国际热核聚变实验堆JET（欧盟）：历史最久的大型托卡马克，1997 年创下Q=0.67（输出 / 输入）纪录。

五、核心挑战稳态约束难：上亿度等离子体易失控、逃逸，需长期稳定约束（目标数千秒）。

能量增益低：目前实验Q 输出），需突破Q>10才能商业化。

材料寿命短：中子轰击、高温等离子体冲击，内壁材料易损伤。

氚自持难：氚天然稀缺，需高效增殖技术实现燃料自给。

六、优势与前景优势：燃料（氘）取自海水，储量几乎无限；

无碳排放，放射性废料极少（远低于裂变），安全性高。

前景：若 2035 年 ITER 达成目标，2050 年前后有望建成首座商业聚变电站，彻底解决人类能源危机。

黑洞里面是什么？人造黑洞或可模拟黑洞吃太阳

目前，全球已有多个科研机构正在加紧实施人造黑洞项目，黑洞吞噬地球，甚至黑洞吞噬太阳的可能性，都可能通过人造黑洞模拟来加以验证。

黑洞里面是什么？人造黑洞或可模拟黑洞吃太阳 据了解，人造黑洞的设想最早提出于20世纪80年代，由加拿大不列颠哥伦比亚大学的威廉-昂鲁教授提出，他认为声波在流体中的表现与光在黑洞中的表现非常相似，如果使流体的速度超过声速，那么就可以在该流体中建立一个人造黑洞。

美国加州大学物理学教授史蒂夫-吉汀斯是这方面的专家，他对人造黑洞进行了认真分析，他认为：人造黑洞毁灭地球的理论纯粹是小说和电影里的虚构，真正的粒子碰撞制造出的人造黑洞不可能吞噬地球。

黑洞里面是什么？人造黑洞或可模拟黑洞吃太阳 粒子加速器，也被称之为大型强子对撞机(LHC)。

位于法国和瑞士交界处的世界上最大的粒子物理研究中心欧洲核子研究中心(CERN)已经开始在一个将近17英里长的圆形隧道里面建造这个被人们称之为世界最大的"黑洞工厂"的装置。

吉汀斯教授在报告中称，欧洲的科学家很快就会利用粒子加速器制造出人造黑洞。

目前欧洲核子研究中心的蒙加诺教授与吉汀斯教授的科研小组进行合作正在建设建设世界上最大的粒子加速器(对撞机)，而这个粒子加速器(大型强子对撞机)是世界上最先进的粒子研究工具，项目耗资80亿美元，历时14年之久，汇集了世界各地最著名的物理学家。

黑洞里面是什么？人造黑洞或可模拟黑洞吃太阳 科学家们将在实验中撞击质子，模拟宇宙大爆炸后一万亿分之一秒内的能量和条件，接着细致分析撞击产生的残骸，用以探求物质本质的线索和自然中新的力量和平衡。

吉汀斯认为，今年夏天如果人类首次制造出人造黑洞，也不会产生什么重大影响。

吉汀斯和蒙加诺两位教授在进行深入研究后得出结论：利用粒子碰撞产生的黑洞是无害的。

因为，所有的黑洞都要释放出宇宙射线，小的黑洞所释放的物质要远远多于其吸收的物质，因此，在它们吸收物质之前自己就早已瞬间蒸发了。

黑洞里面是什么？人造黑洞或可模拟黑洞吃太阳 事实上整个宇宙原本就是一个类似的粒子对撞机器，具有高能量的宇宙射线和粒子会经常碰撞在地球的大气表层、太阳或者是其它的白矮星和中子星的表面，每时每刻都在发生着这样的粒子碰撞。

如果这些粒子碰撞会产生危险的话，天文学家很早就会发现这一现象并对其展开研究。

其实一直以来地球就沐浴在足够可以形成黑洞的宇宙射线和粒子对撞之下，但地球一直也都没有被摧毁。

而且，几乎所有粒子加速器生成的黑洞都必须达到足够的速度才能逃脱地球的重力，即使一年生产出1000万个黑洞，也大约只能捕捉到其中的10个，让它们围绕加速器中心运转。

黑洞里面是什么？人造黑洞或可模拟黑洞吃太阳 而这些被捕捉到的黑洞又是如此的渺小，假设让它穿过一块相当于地球到月球距离厚度的铁块，它也不会撞倒任何东西。

它们吞噬一个质子也需要大约100小时的时间。

一个这样的黑洞吞噬100个质子大约需要花费一年的时间，因此，要吞噬1毫克地球物质就需要花费比宇宙年龄还要长的时间。

科学家表示，假如大型强子对撞机(LHC)在今年生产出了黑洞，那么它就证明了宇宙确实存在除空间和时间以外的维度。

吉汀斯承认，地球的未来以及人类的生命安全和健康都令每位科学家非常担忧。

特别是关于人造黑洞风险的争论，现在已经是一个非常具有争议的物理话题。

黑洞里面是什么？人造黑洞或可模拟黑洞吃太阳 特别是已经有科学家指出，欧洲核子研究中心的大型强子对撞机产生黑洞的风险足以吞噬地球，或者将产生一类名为"奇异微子"(Strangelet)的粒子，将地球变成一团沉寂、收缩的"奇异物质"。

还有很多政治家担心这种人造黑洞的技术被恐怖分子利用，成为继原子弹和氢弹之后人类最具有毁灭性的武器。

但是，吉汀斯肯定的说：现代物理学无法在地球上制造出具有破坏性的黑洞。

"欧洲建立大型强子对撞机(简称LHC)，是为了揭开宇宙大爆炸之谜，而不是制造黑洞毁灭地球。

"