大家好，欢迎来到《天文探秘》课堂。本课程主要简单介绍天文学的基本知识，包括宇宙和星系、引力和暗物质、太阳和太阳活动、恒星和致密星（黑洞）、以及系外行星 等多个领域和方面。通过本课程的学习，你能够系统地了解到很多不曾了解的事实，惊奇地发现许多令人惊叹的奥秘。 本课程总共十周，由五位老师共同授课（各位老师均为相关领域的专家）、每人两周。课程以介绍基本知识为主，尽量避免复杂公式的推导和计算，所以难度不大，但知识点比较多。学习者通过观看视频学习，然后完成每周小测即可。最后总成绩即为每周小测成绩之和。 《天文探秘》课程是一门难得的好课，期待大家的加入，让我们一起探索神秘的宇宙！
从海王星的发现到你为什么能健康地坐在这里？
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天文探秘
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De la lección
引力
本章节主要介绍广为人知的牛顿万有引力的相关内容。万有引力定律是天文学发展的基础，也是万物之所以会形成和存在的基本。本章从引力的经典描述到时空弯曲的广义相对论理论。
Conoce a los instructores
施勇教授
天文与空间科学学院
谢懿副教授
天文与空间科学学院
陈鹏飞教授
天文与空间科学学院
李向东教授
天文与空间科学学院
周济林教授
天文与空间科学学院
我们来讲讲你未必知道的引力。
先问大家一个问题，1846年的9月23号，你在什么地方？ 都不知道？我也不知道。
其实我想问的是，1846年的9月23号， 发生了一些什么事情？我们还记得这个小学作文吧，
小学作文的四要素是啥还记得吧？ 对呀，时间、 地点、 人物、 事件。
我们来说说，刚才时间已经有了，1846年9月23号，我们来说说人物。
这有两个天文学家，一个叫盖尔，一个叫德阿斯莱特，
这个是柏林天文台的天文学家，有知道的吗？没有知道的。
他们在天空中发现了一颗星星。
还是不知道？ 海王星的发现。
这个 今天是一个很，除了1846年的9月23号之外，今天是一个很重要的日子，
2015年的7月14号，知道今天发生了什么事情吗？ 对，这你们都知道，
没有人说今天我来听谢老师报告。
这个发现冥王星，不是，今天要飞掠冥王星对吧， 新视野。
这个是1846年的时候，这个冥王星在天空中的位置，就是那个红颜色的三角所在的这- 个地方。
那么在2011年的时候，冥王星，海王星在下面这个位置，它在上面这个位置。
这张图代表什么呢，在这165年的时间里面， 海王星正好绕着地球，绕着太阳，公转了一周。
正好是它发现之后，绕着太阳公转一周的这个事件。
那么海王星的发现，被誉为是引力理论的最重要的 胜利，最重要的胜利。
有人认为，这个牛顿力学的巅峰， 或者牛顿引力的巅峰时代，就出现在海王星被理论预报发现之后，
这个是这个当时的观点。
我们现在来问你们一个问题， 为什么你能坐在这里？你们之所以能坐在这里， 是因为引力。
你们知道，如果，有人曾经问过这样一个问题，如果地球突然停止转动，会发生什么事情？
地面上会刮起大风，把所有人都吹跑， 因为我们现在顺着地球转，你算算地球表面自转的时候空气的流动速度是多少，
所以如果地球一旦停止转动，你就会飞出去。
所以当没有引力的时候，你的效果是一样的，没有引力你肯定没办法坐在这里。
这个引力就是苹果下落的这样的一个作用力。
那为什么你能健康地坐在这里？今天中午都吃饭了， 吃完饭睡了一觉，精神挺好，来听报告，对吧，来听讲座，
这个所以我能健康的坐在这里，是这样吗？不完全是。
但是很重要的一点，依然是引力。
这个可能超乎你们的，以前的观点和想法。
我来给你们举几个例子。
看见这张图没有？ 这个霍金，对吧，霍金做零重力飞行的时候的这个样子。
这个是在2007年的时候，4月26号，做零重力飞行，霍金下面有一苹果，看见没？
这个现在苹果已经被标志化了，但凡跟引力有关的必须有苹果，为什么呢？ 牛顿声称他被砸到过。
牛顿真被砸到过吗？未必， 未必。
这个霍金做这个零重力飞行的时候， 霍爷后来说了一句话，霍爷说了，这个人类要在二百年之内离开地球，为什么呢？
这个环境变化、 气候变化，使得地球，污染、 战争，使得地球不再适宜人类的居住，所以
人类要赶紧离开地球，二百年之内，二百年之内，这是霍爷说的。
这个奥总，奥巴马，奥巴马在2010年的时候到美国
弗罗里达肯尼迪航天中心的时候做演讲，那时候他竞选总统，现在你看一转眼总统都要下来了。
这个竞选总统的时候，他说我们要把目标指向火星， 指向火星，就是说，这个我们要，这个迁往
火星，因为已经登过月了嘛！对吧，你不能再登月，所以要迁往火星。
这个你看，奥巴马在第二个任期之前还是踌躇满志的对吧？奥巴马之前大家都知道， 小布什对吧？小布什。
小布什当时的航天计划是什么你们知道吧？
不知道？重返月球，重返月球，所以后来造了猎户座嘛，能坐六个人， 这个上去。
前两天，去年吧，发射的，对吧？但是这个
两个方案，无论是前往火星也好，还是这个离开地球也好，都有一个很重要的一点， 你必须要经历零重力的这个环境。
这个零重力大家都没经历过，我给你们举一个例子， 这个例子是在《Big
Bang Theory》里面这个Howard第一次做零重力飞行的这个时候的场景。
他太太问他，你们是，你是怎么做零重力飞行的？ 这个Howard说了，这个你先坐进飞机里面，坐进飞机里面，
然后垂直上升，垂直上升20秒， 20秒。
然后呢，把发动机关掉，飞机就开始往下掉，垂直下落， 这个如此循环。
其实霍金，刚才霍爷那个在飞机里也是这么一个
过程，飞机上升然后往下掉，再上升再往下掉，这么样一个，把发动机关掉，别开着发动机， 发动机关掉，才能做自由。
这个时候你会发现，这个你会很难受，然后把 胆汁都吐出来，还呕吐，呕吐。
在零重力的环境下，人会呕吐。
这个因为是在零重力环境下， 所以你的呕吐出来的东西会形成一个球形，
这个大家好理解，对吧，没体会过都看过电视吧，对吧，宇航员在
太空中打开一个水球对吧？有人在这个，有人这个，如果在太空中燃烧一支蜡烛， 火焰也是球形的，火焰也是球形的。
这个呕吐物就会形成球形， 形成一个球状，对吧。
然后因为你吓得大叫， 所以呕吐物会重新飘回你的嘴里，就是这样的一个状态。
这个其实是说明了一点，除了，除了这个搞笑的成分之外，除了搞笑成分，说明一点什么呢？- 其实在零重力的状态下面，
人会因为失去参考点，参考点，出现晕眩的感觉， 这个就跟这个，这个就跟大家晕船，
晕车，其实是同一个道理，因为时间长了之后你缺少一个参考， 然后你就缺少平衡感之后，你就会开始恶心和呕吐。
这是因为作为一种生物，我们在地球的引力场里面， 如果从打最早开始，从单细胞开始，到现在也有几十亿年时间了吧，对吧？
我们对引力的这个结合已经很好了，所以这个引力给你们提供了一个 参考点，参考点，知道自己在什么方位上面，所以这是一个很重要的一点。
然后我们再给你看几张照片。
也不需要任何的数学和推导计算，对吧，我们这个都没有，来看看引力的作用。
这是杨利伟，杨利伟，伟哥从天上回来之后的这个样子。
你们知道杨利伟在天上呆了多长时间吗？21个小时，差不多21个小时，一天不到也。
这是杨利伟，神舟五号对吧，神五。
这个是神六， 神六，你知道神六俩宇航员在，航天员在天上呆了多长时间吗？ 115个小时。
115个小时，差不多两天，哦不，五天不到一点的这个时间。
仔细看下这两张照片， 航天员返回地面的时候都是坐着的对吧，都是坐着的。
这个伟哥神情还比较自若一点，另外两个可能就略显疲态，对吧，略显疲态。
这毕竟在天上干了五天活呢，对吧，吃的还不好。
这是阿波罗宇航员返回地面的状态，
你看那阿波罗宇航员，蛙人把他从这个这个登月舱，这个宇航登月舱最顶部给他拽出来，
这个阿波罗登月大家都知道吧，都知道，美国在六十年代，
花了，每年花国民经济生产总值的25%来干一项航天事业。
这个在今天想想，是不太可能的事情，对吧。
这个 阿波罗登月的时候，这个肯尼迪说了，我们在十年之内把宇航员送上月球，并安全地带回来。
注意啊，送上月球是一件容易的事情，安全带回来是其中最难的部分，这个对吧。
这个当他回来的时候，蛙人在第一次打开舱门的时候，蛙人 第一次打开舱门的时候发现，这里面实在太臭了。
就是因为宇航员从月球返回的时候，好多排泄物都 积攒在这个污物仓里面，所以蛙人打开的时候，味道比较大。
自此蛙人每次打开登月舱的时候，他都会戴上防毒面具，再把它这个舱门打开。
这个大家知道，这个登月任务要执行多长时间吗？ 平均而言，平均而言，初期的，
差不多要十天，去月球要三天，在月球上呆三天， 回来再要三天，这当然这后面的就呆的时间更长了，不止十天了。
这个有更长的，还有在月球上打高尔夫的，也有。
这个，这个时候你会看到，在离开地球重力场十天之后，这个宇航员回来的时候基本上是被拽- 出来的，对吧，拽出来的。
再看下面这张照片，这个是国际空间站的宇航员返回地面的时候的样子。
这个国际空间站上的宇航员一般要呆半年，半年，也就是六个月的时间， 再回来的时候你们看看，他们基本上都是躺着的，躺着的。
所以你可以看到， 这个从这四张图里面，你可以简单看图说话就明白一个道理了，
在太空中呆的时间越长， 返回地面之后你就越虚弱，对吧？
21个小时，115个小时，十天。
半年，所以这个图很明显地告诉你，在太空的失重环境下面，你的身体会变得越来越虚弱 知道，
这个啊，火星500啊，有同学知道，很好，火星500
火星500是在莫斯科旁边的这个航天城进行了一项模拟，有6个男性
6个男性，清一色纯爷们被关在这个房子，房子里面 模拟从地球前往火星再返回地球的这么一个场景，耗时500天
啊，这个模拟很成功啊，指的是心理学上很成功，因为这是为什么？这是第一次
把6个人关在这个房间里面 完成了这么样一个实验，之前所有的企图都没有成功啊
有曾经发生过暴力事件的，就队员之间发生暴力事件的，这个模拟被终止了
还有曾经发生了一些不太方便说的事件的，这个也被终止了，对啊，今天有录像大哥在，就不- 方便说的事情
这个，啊，这样的一个实验，主要考虑的是人的心里的承受能力，为什么呢？
这个，大家都知道，在狭小的空间里面，长期呆在一个狭小的空间里面，容易产生幽闭恐怖症- ，知道这个
知道啊，有人经常有，有人会有，比如高楼的电梯井 电梯井，人家走的时候，走楼梯的时候，会有这样的症状。
另外一点 这个模拟其实有一点非常值得称道的一点，就是什么地方呢？它模拟了
在飞往火星的过程中，与地面之间的通讯的这个中断 或者叫做时长，通讯的时长。
因为现在我们 面对面的交流是一件很容易的事情，但是当你去往火星的时候 你需要借助无线电信号，来传播你们两个之间的讯息
这个时候啊，从地面到火星，这个信号，要传播多长时间那？ 差不多要一千秒，一千秒。
一千秒的后果是什么呢？我跟你之间就没办法聊天了
你知道吧，我拿起电话，你也拿起电话，"喂" 等一千秒，你收到一喂
你那，"喂"，我再等一千秒，来回两千秒 来回两千秒就俩"喂"结束啦，对吧，所以就没办法聊天。
你看那宇航员跟，登月的宇航员和地面通讯都基本上实时的 月球到地球，光传播一秒钟，来回就两秒，对吧？基本上还没没什么太大问题
这个，所以当你去往火星的时候，你会发现你跟地面上的人没有办法实时交流，这个时候那
你只能通过邮件，或者事先录好的这些东西交流。
所以这个时候 通过由于光速以有限的这个速度传播，使得你
在去往火星的时候，和地面形成了一个隔绝的，一个这么的一个状态 所以在Big
Bang Theory里面曾经有一集啊Howard在地面上操纵火星车，把火星车
搞搞挂了，这个是不可能的，这是不可能发生的，为什么 呢？火星车的操纵，都是在事先一周
甚至两周，一个月之前事先编好程序的 把程序事先注入火星车，然后火星车自动执行，它不像月球车
月球车，你就两两者之间，信号传播就要一秒钟，对吧？你在地面上还有遥控的余地。
但在火星上面，就没有这个余地啦，必须事先把程序注入，之后火星车才能 运转，所以这个是，当时的这样一个状况啊
啊，我们为了说明这个重力的 影响，我们来举一个例子。
这是一个心脏，这是一个宇航员，宇航员 宇航员带着这个心脏呢到，坐航天飞机去执行任务
带着这个心脏啊，我的意思是带着一个正常人的心脏，对吧，带着正常人的心脏 执行任务，一周之后，心脏就会缩小
这个，缩小到原来的四分之一 缩小到原来，宇航员在太空中执行一周的任务，不算稀奇的
这个航天飞机没有退役之前，航天飞机一般要执行两周的任务，两周 要发射一次很贵的，航天飞机，你们知道。
这动不动上亿的发射成本，对吧，把人送上去花一周，也太贵了你这个 所以一般要把宇航员这个，尽力地尽量地在太空中呆足够长的时间
所以，一周之后，他的心脏就会缩小到原来的四分之一 相当于你卧床六周什么事都不干，这这个结果。
因为心脏的大小 会根据你运动情况，复杂情况会发生大小的变化。
当你啥事都不干的时候，心脏自然 你不需要那么多血液的供给，对吧？所以心脏就会缩小。
这是这么样一种状态 然后数月之后，你还有晕眩的感觉，所以宇航员 宇航员回到地球之后，经常几个月之后还有晕眩的感觉
这个没有采访过杨利伟啊，不知道他是不是有这样的感觉，但是杨利伟啊在天上呆的时间比较短 呆的时间比较短，所以没有这样的问题。
这个啊，是经常大家会看到的，宇航员在太空中锻炼的，锻炼的场景。
对吧？ 这个有一点，你可以看到，她是被拴在，拴在踏板上面的
要不拴在踏板上面，她踩一脚蹦那儿去了对吧？所以蹦到另外一个方向去了。
就像还看到以前有"礼炮号"上面的 宇航员，三个人一起叠罗汉做俯卧撑的，这个其实是很简单的一件事件我告诉你。
这个 是为了什么呢？是为了来使得自己的肌肉不至于萎缩的太快。
因为在太，平时在我们现在这个状态下面，肌肉 会有两个构成，一个是分解，一个是这个合成
在一般情况下，分解和合成的这个速率是相当的。
当然个别的除外啊。
比如说，比如说 这个老有人推荐，向女同学推荐，说打网球是一个
这个塑身的这个运动，对吧，有助于减肥这个是 其实不然，为什么呢？你好好看看李娜的胳膊
对吧？哈哈，你好好看看李娜的胳膊，刚刚温布尔顿啊刚结束，你
仔细观察一下，网球运动员的胳膊，对吧？因为她这个胳膊长时间地挥拍
所以需要发力，所以她的胳膊的肌肉会增加，比普通人要多得多，所以胳膊会变粗。
胳膊会变粗。
所以你要靠打网球这个，好好考虑一下这个问题。
所以在，对于一般的人而言，这个 过程基本上是平衡的，但是当你在太空中的时候，由于你的胳膊或者其他肌肉不需要有负载，-
不需要输出功的时候 这个时候啊，你的肌肉的分解，就会占据主导 这个时候你就会发现，你的肌肉开始衰减了。
这个有实验表明，有实验表明 如果在太空中呆六个月，呆六个月就像国际空间站上宇航员呆六个月之后
你的小腿肌肉就会减少百分之十三 你的腿部肌肉的输出功率，就会减少百分之，将近三分之一的这个水平
所以必须要在太空中锻炼，必须要锻炼，不锻炼的话，肌肉损失是很严重的 这个，但是这个都不是最糟糕的，这都不是最糟糕的。
最糟糕的是什么？ 这个在一九零几年的时候，之前的德国生理学家 Wolff写了一本书，说明了一件最糟糕的事情
Wolff这本书在1892年写的，叫做《骨骼的形变规律》，形变规律啊 这洋洋洒洒写了很多话。
其实概括起来，就是一点 骨骼也会随着负载而增密，或者 减弱。
这种密度会增加或者减小。
这个，这里有一个实验 这是一条胫骨，胫骨大家都知道吧？不知道啊，腿上，这这地方就是胫骨
你带着这条胫骨，到国际空间站上去，呆半年
呆半年之后相当于什么水准呢？相当于你的骨质要流失四分之一
四分之一，相当于你得了非常严重的骨质疏松症 所以你可以看到，从国际空间站上回来的宇航员，基本上都是躺着的，半年之后
因为骨质，第一骨质已经流失不少了，第二这个 肌肉也萎缩了很多，所以这已经没有办法使得他，支撑他站起来了
呃，这个最糟糕的地方在什么地方呢？我们来看这张图 横坐标是时间，纵坐标是流失率，流失率啊
这个肌肉的流失那很好，它是一个趋向于常数的这样的一个，趋向于0的这么样一个
一个阶段，越往时间它越趋向于越少，越少，最后它就不流失了
就不流失了，骨骼的流失率呢？不太好，它趋向于一个常数 趋向于一个常数，每个月都有百分之一到二。
这个不得了，每个月都有这么点，所以当你 这如果你不太好理解这张图的话，你把纵坐标改成银行的利息
你就明白了，对吧？这个肌肉的流失率 这越存，这拿了利息就没了，趋向于0了，就别存了，拿出来吧，炒股吧
这个，要是这个要像骨质一样，那个利息趋向于一个常数，那还那还不错，对吧？我们还能- 接受这样 所以，一讲这个你们就明白了。
所以，骨质的流失是很糟糕的一件事情，它是趋向于一个常数，只要你在太空中 只要你没有重力，你就会承受这样的后果。
所以这个是那个火星500那6个人 这个500天之前的样子，这个是他们500天之后的样子
这个整体的骨质流失，大概要到百分之 五十的水平，百分之五十。
所以这是个很危险，这也是一件很危险的事情 这个啊，足以危及到你日常生活甚至生病的事情
所以啊而且卧床休息三个月之后，这个流失的骨质也也没有办法恢复
这就是引力给你们带来的这个，呃，健康，你们可能还没有体会到这一点，啊咳
说一下，在这个火星500里面，这个左侧第三个人看见没有，左侧第三个人，侧面露一小脸儿
这是我们一中国人，这个人是南京医科大学的毕业生 叫做王跃，王跃，参加了这个实验，因为这个实验
呃，召集了来自全球，几个国家，数个国家不同肤色，不同人种的人来参加这个实验
王跃完成这个实验之后，就回到国内啦，现在是南京医科大学杰出校友 杰出校友。
这个人现在是在干什么呢？据我所知啊，网上查了一下啊，王跃，王老师现在是这个 中国航天员的教员。
航天员教员。
就是这样的一个，一个过程 所以这个实验，尽管在心理学上是很成功的，但是我不得不说因为它没有模拟失重的状态
所以，因为你要想，我去火星的时候，去那么长时间
这些人必须要在航天机上锻炼对吧？否则到火星你怎么采集岩石样本，怎么做实验对吧？这又- 重新回到重力场里面
所以，重力的影响很重要。
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