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月球对地球的大气层也有潮汐作用吗?
月球对地球的大气层难道也有潮汐作用吗？答案是肯定的。在不同历史时期，英国物理学家艾萨克·牛顿（Isaac Newton）、法国数学家皮埃尔－西蒙·拉普拉斯（Pierre-Simon Laplace）等著名科学家，都曾研究过这个问题。而早在两个世纪以前，拉普拉斯提出的关于海洋运动的理论就预言了大气潮汐的存在。 我们先来看看海洋的潮汐是怎么形成的。在海洋表面最靠近月球的一点，月球的引力最强，把海水吸引了过来。而在地球背面，月球的引力最弱，令海水再次向外鼓起，不过这一次海水是在远离月球。 如果我们把大气层看作一个海洋，那么海底就是地球表面。拉普拉斯的理论预言，每个太阴日 * 大气压会两次达到极大值，此时头顶上方的大气物质数量最多，这与海洋的潮汐是一致的。海水涨潮时，上面的大气也在涨潮。 令人吃惊的是，观测表明，虽然太阳的引力不及月球引力的一半，然而太阳造成的每天两次的大气潮汐却比月球强得多。拉普拉斯认为，这么强的太阳潮汐主要是由太阳的热量，而不是由引力造成的。这一假说最终在 20 世纪 60 年代被科学家证实。
宙在往哪里膨胀?
20世纪初，阿尔伯特·爱因 斯 坦（Albert Einstein）创立了广义相对论，用来描述宇宙发展演变的过程。在这一理论体系中，空间与时间融合成连续的统一体，而宇宙则可被描述为一个四维时空网格。从这一观点出发，宇宙膨胀并非是说宇宙在扩展新的版图，而是指时空网格本身在膨胀。 在相对论问世之前，牛顿物理学（认为天体遵循着牛顿定律运行的物理观点）认为空间和时间都是绝对的，在牛顿运动方程里时间仅仅是一个参数而已。同时，引力被视为具有质量的物体之间的吸引力，而为什么会产生引力却是一个谜。虽然在许多实际情况中，广义相对论的运动方程都能被简化为牛顿运动方程，但两者的物理概念却是截然不同的。在广义相对论中，物体借助自身引力赋予了时空网格一些独特的性质。引力使时空连续统一体弯曲，因此广义相对论将引力作用视为时空弯曲的表现形式。在引力的作用下，物体会从不太弯曲的时空“掉进”更为弯曲的时空。 根据爱因斯坦的广义相对论方程，含有物质的时空无法保持静止状态，必须不断膨胀或收缩；星系并非在真正意义上相互远离，而是因为它们身处某一固定的、不断膨胀的时空网格中，才给人相互远离的假象。打个比方，在一个气球表面画上一些小黑点，然后将气球吹胀。小黑点（代表星系）之间的距离将会变大，如果你居住在其中一个小黑点上，你就会认为其他的小黑点正在离你远去。相对于气球表面上的两个坐标（纬度和经度）而言，小黑点仍处在原来的位置上，并未移动，实际上是气球在不断膨胀。 这里所提出的问题，四维空间的广义相对论理论无法回答，因为它意味着时空之外还另有一个坐标。由于时空与物质紧密相连，因此“气球”表面之外是不存在的——这就是我们能了解的所有时空。
如果星系正在加速远离，它们为什么还会发生碰撞?
宇宙的动态变化由一些相互对抗的力所控制，这些力的作用随尺度的不同而变化。因而在某些区域，局部力的作用可能会超过连续域的普遍力。在比星系团更大的尺度上，所有星系其实都在以越来越快的速度相互远离。在距离如此遥远的情况下，两个星系之间的引力很小，根本发挥不了明显的作用，因此这两个星系或多或少都会遵循宇宙膨胀的一般规则。但在一个星系附近的局部区域，情况却与此不同。在那里引力的作用可能会非常明显，天体间的相互作用会更强烈。 一些人认为，暗能量正是引起宇宙加速膨胀的原因，它提供了一种恒定向外的推动力，这种力不会随着宇宙的膨胀而减弱。与这种持续不断的向外的推动力相对抗的，则是来自宇宙中其他物质和能量引力作向内的拉力。早期宇宙比现在要致密得多，当时引力在大尺度和小尺度上都赢得了这场抗争。气体云团冷凝而形成恒星和星系，星系则相互靠拢形成星系团。如果当时存在更多的物质，那么宇宙可能就会再次坍缩，根本没有机会再加速膨胀了。但是随着宇宙体积的增加，物质和能量的密度确实越来越低，因此暗能量逐渐占据了统治地位。平均而言，从大约 60 亿年前（在地球形成以前大约 10 亿年）开始，宇宙膨胀速度就一直在加快。 尽管如此，宇宙“交谊舞会”仍会继续。在宇宙开始加速膨胀之前就聚拢在一起的星系，仍有可能发生碰撞。它们聚集在一起形成了宇宙中密度较大的区域，万有引力在这些区域仍处于支配地位。在我们的邻近区域，最大的仙女座星系实际上正在向我们靠拢，仅仅数十亿年后，我们就将与它发生首次亲密接触。 我们所在的本星系群包括仙女座星系、大小麦哲伦星云和其他大约35 个星系，它们全都属于一个更大的星系团，名为室女超星系团。我们将和这个星系团中所有的星系一起，共同穿越不断膨胀的宇宙。我们最好试着喜欢上这个团队——任何一个以前没有赢得万有引力战争的星系，都已失去了取得胜利的所有机会。目前，宇宙已经被分裂为一些靠相互作用维持的小块区域，它们将各自分离，孤独地穿越不断膨胀的宇宙。 正像一艘轮船上的狂欢者那样，我们本星系群中的星系将继续以无数有趣的方式相互碰撞、相互作用，但是浩瀚宇宙中其他“轮船”上的“狂欢者”将与我们挥手告别，再也不会相见。
太阳是怎么成为太阳系中心的?
关于太阳系演化的最佳理论模型认为，围绕太阳旋转的尘埃盘是行星形成的场所，因而在此形成的一批天体都围绕着太阳旋转。 按照这一模型，太阳系起源于一块星际云的坍缩和扁平化。最初，这块星际云的直径约为 1 光年，是太阳直径的 1000 万倍。但随着星际云越变越密，越来越冷，它自身的引力也越来越强大。当引力超过了所有能够稳定该系统的作用力时，进一步的剧烈坍缩就发生了。 在坍缩发生之前，原始星际云可能就拥有一定的质量，并且相对某个中心轴轻微且无规则地旋转。太阳的形成“耗费”了星际云的大部分质量，星际云剩余部分继续扁平化，以圆盘状围绕着新诞生的恒星继续旋转。对银河系其他恒星系统的观测结果显示，地球和其他行星很可能来源于剩余的星际云圆盘，因此它们自然会沿着以太阳为中心的公转轨道运行。
什么是暗物质，它对宇宙有什么影响?
暗物质是为解释一种科学家尚未完全了解的现象而引入的概念。在星系和星系团（靠星系之间的引力结合起来的星系集团）中，引力质量和光度质量（发光物质的质量）并不相匹配。这表明，宇宙中存在不发光的物质，也就是说，它们是不可见的，或者说是“暗”的。 对于恒星这样的天体，通过测量其卫星的速度和轨道半径，我们就能确定它们的引力质量。我们可以利用恒星质量、颜色、光度之间的已知关系，通过观测到的星系颜色和发光强度，得到组成这个星系的恒星总质量，从而得到该星系的光度质量。通过比较星系和星系团的质量和光度，我们发现，它们的引力质量远远超过了它们的光度质量。 因此，实际存在的物质比我们能看见的要多得多。其他一些证据，包括美国国家航空航天局对宇宙微波背景辐射（通过它我们能够窥见早期宇宙的面目）的测量结果，为我们提供了更进一步的信息：暗物质与正常物质的比例为 6 ∶ 1。 暗物质会是什么呢？很多物理学家和天文学家怀疑，它是一种目前还无法探测到的粒子。暗物质候选者的原型类似中微子——一种和电子很相似的粒子，但其质量比电子小得多且不带电荷。然而，中微子的所有已知种类都太轻、太少了，不符合理论上对暗物质的描述。 那么暗物质是如何影响宇宙的？它必定是宇宙中最大结构——星系和星系团——的基本组成部分。暗物质不仅可以解释宇宙中遥远天体的状态，而且在我们自己的星系——银河系中，暗物质肯定也大量存在。人们估计了银河系的组成成分，据此作出预言：我们的太阳系沉浸在一片丰富的暗物质“海洋”中，其密度高达每立方米大约 105 个粒子。此外，由于地球绕着太阳公转，当我们相对暗物质“海洋”顺行或逆行时，还会经历暗物质的“四季”。
