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天體碰撞是宇宙中非常壯觀的事件,在我們的印象中,當兩顆星球相撞的時候,除了會讓彼此四分五裂之外,還會在太空裡熊熊燃燒。那麼問題就來了,太空裡沒有氧氣,為什麼星球相撞時依然能夠燃燒?這是什麼原理呢?

首先要講的是,星球相撞時看上去確實像是在燃燒,但實際上這種現象並不能算是燃燒,從本質上來講,造成這種現象的原因其實是星球相撞時產生的熱輻射。現代物理學告訴我們,凡是溫度高於絕對零度的物體都會以電磁波的方式向外輻射熱量,物體的溫度越高,輻射出的電磁波的波長就越短,能量也就越高。

我們人類只可以感知到很少一部分電磁波(即可見光波),對於低溫的物體來說,雖然它們也會輻射出電磁波,但是這些電磁波卻因為波長比較長而無法被我們看到,而隨著物體溫度的升高,它釋放出的電磁波就會越來越短,當波長達到了可見光的範圍,我們就會感覺到這個物體在發光了。在一定的範圍內,某個物體的溫度越高,其輻射出的可見光就越強烈,這就會給我們造成一個錯覺,那就是這個物體在燃燒。

可以看到,星球相撞時的“燃燒”現象,其實是因為撞擊時產生的高溫造成的,這跟太空裡有沒有氧氣完全沒有關係。那麼兩顆星球相撞時為什麼會產生高溫呢?答案是星球相撞時,它們的一部分動能轉化成了熱能,下面我們來具體講一下。

如果我們用一個鐵錘去砸一顆釘子,多砸幾次後你就會發現,這顆釘子變熱了,這就是一個動能轉化成熱能的例項。要解釋這個現象,我們需要從微觀世界裡找到答案。

溫度這個物理量是指物體內部的微觀粒子(如分子、原子)熱運動的激烈程度,我們也可以將其理解為物體內部的微觀粒子平均動能的標誌。因為固體物質內部的微觀粒子聯絡非常緊密,所以在固體的內部,微觀粒子的熱運動模式與液體和氣體是不一樣的,通常情況下,它們都會在一個相對平衡的位置上做往復運動(大概如下圖所示)。

當我們用鐵錘砸釘子的時候,實際上是將鐵錘的一部分動能釋放在釘子上,這些動能中的一部分會使釘子產生形變,而另一部分則轉化成了釘子內部微觀粒子的動能,這些微觀粒子的平均動能提高後,它們往復運動的頻率就加速了,表現在巨集觀層面上,就是釘子的溫度升高了。

有了以上的知識,我們就可以解釋為什麼星球相撞時會產生高溫了。一個天體能被稱為“星球”,那就說明它的品質是很大的,而在太空中執行的天體,它們的速度也非常快(一般都可以達到每秒鐘幾十公里),根據動能公式(E = mv^2/2)可知,一個被我們稱為“星球”的天體,它所蘊含的動能是非常巨大的。

當星球相撞時,巨大的動能就得到了釋放,在撞擊的瞬間,這些動能中的很大一部分都轉化成了星球內部微觀粒子的動能,從而使得溫度急劇上升,這會造成兩個效果,一是高溫的物質釋放出耀眼的可見光,二是一部分微觀粒子的動能強大到可以掙脫固體結構的限制,從巨集觀層面來看,就表現為兩個星球中的很多物質都熔化了。這兩個效果疊加起來,就讓我們覺得“當兩顆星球相撞的時候,會在太空裡熊熊燃燒”。

值得一提的是,根據科學家的推測,在大約45億年前,一顆與火星差不多大的星球“忒伊亞”(Theia)與原始地球發生了一次撞擊,撞擊的結果是,“忒伊亞”的核心在高溫環境中與原始地球完美融合,這使得地球從此擁有了一個異常強大的磁場,而撞擊產生的碎片,則在地球附近通過吸積作用慢慢地形成了現在的月球。

大家都知道,地球的磁場以及月球的存在都是地球上能夠孕育出生命的重要條件,因此可以說,星球相撞事件似乎不一定都是壞事,如果科學家的推測是正確的話,我們都應該感謝45億年前的那次撞擊。

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