星星的「生與死」

在地球之外600公里,飛行著一隻智慧的機械“眼睛”——哈勃太空望遠鏡,它把目光投向了無垠的宇宙深處。跟隨著它的視線,我們將進行一次穿越時間與空間的探索之旅。

大家想象一下,如果我們離開地球去做一次星際旅行,衝出大氣層,先來到月亮,之後是火星、太陽、半人馬座、銀河系。如果把天體分成若干層次,離我們最近的是太陽系內的行星系統,包括像地球、土星、木星這樣的大行星,及小行星、慧星等天體;下一個層次的天體是恆星,恆星跟太陽一樣,因為其內部質量很大,中央的溫度和壓力都特別高,而會發生氫聚變反應。在恆星的中央不斷地發生著氫彈爆炸似的過程,不斷有巨大的能量從中央產生,並通過表面輻射出去;比恆星更大的一個層次的天體叫星系,往往由上千億顆恆星組成,像銀河系;以星系為端源,可以構成更大的尺度,叫作星系群,或更大的星系團;再往上就是由大尺度結構推出去的整個宇宙。

星星的“生與死”

自1990年至今,科學家利用哈勃望遠鏡在行星、恆星、星系以及宇宙學等方面有了很多重要的發現。跟著哈勃看宇宙,就從身邊的太陽系開始吧。

在無邊際的宇宙中,地球的近親就是那些同在太陽系中的天體。大約45億年前,巨大的氣體和塵埃逐漸形成了太陽系。

不可思議的是,正是附近恆星的熱核爆炸,觸發了太陽系的誕生。也許是爆炸的破壞力量打亂了原始氣體雲的平衡,引起了一些物質向內塌陷、朝中心聚集,產生了新的恆星——太陽。而極少部分塌陷物質自多個方向,彙集而成了行星,換句話說,我們的地球只不過是太陽出生後的剩餘產物罷了。

行星生於恆星周圍的塵埃盤,像地球這樣的行星形成於離太陽較近的地方,而那些氣巨星則形成於離太陽較遠的地方。而後,當猛烈的原子風從太陽與附近熾熱的恆星或鄰近的超新星刮來時,只有塊頭足夠大的行星可以保留裹住自身的氣體,而行星之間的縷縷稀薄的氣體雲則被吹散了。

所以,太陽系的行星,要麼是石作的骨肉,要麼是氣體巨人。

儘管已有多年的研究,但太陽系仍充滿著許多待解的謎團。即使現在,我們也無法準確估算太陽系的物質總量,甚至連太陽系內有多少顆行星也不能確定。

幾個世紀以來,尋找大行星的研究從未停止過,20世紀30年代人們發現了冥王星,20世紀70年代發現了它的衛星“卡戎”。之後,天文學家一直試圖尋找比冥王星更遠的地方是否還有大行星。2003年,哈勃望遠鏡發現了一個快速劃過遙遠星空的東西,它是太陽系中的天體,從其體積推測是顆行星,人們以北極因紐特人女神的名字一塞德娜命名這顆行星。(圖1)

星星的“生與死”

”直徑約1500公里,相當於冥王星的四分之三。由於它太遙遠了,乃至在哈勃望遠鏡看來,也僅是一小團模糊的像素。

“塞德娜”距太陽150億公里,是地球與太陽距離的100倍,由於離太陽太遠,那裡只有寒冷的冬天。發現“塞德娜”還不是尋找冥外行星最精彩的部分,2005年哈勃望遠鏡還發現了一顆叫鬩神星的行星,其準確直徑為2385公里,略大於冥王星2275公里。因此冥王星被擠出了九大行星。另外,在太陽系內還有許多神秘的星際流浪漢,它們吸引了更多研究人員的目光,因為它們的破壞力不知哪一天會直達地球,它們就是小行星和彗星。行星形成後的殘餘,變成了小行星和大小各異的彗星,它們幽靈一樣地神出鬼沒,有時它們的軌道會指引它們走向毀滅。

星星的“生與死”

1992年夏天,當一顆彗星飛過木星時,被木星的引力撕成了碎片。兩年後,這些碎片又飛了回來,並墜入了木星大氣層。哈勃太空望遠鏡目擊了舒梅克利維9號彗星的整個死亡之旅。

哈勃望遠鏡跟蹤彗星碎片直到它們的最後一刻,併發回了讓人恐懼的木星創傷照片,上面每塊黑色的傷疤都能輕而易舉地裝下地球。

這表明行星系統在形成和演化過程中,要經歷無數次的碰撞事件,20世紀90年代發生的彗星撞木星的事件就是代表。這種事件如果發生在地球上,將是巨大的災難。

為了防備彗星撞擊地球,現在有不少裝備精密儀器的空間探測器被送到太空,以研究太陽系內的行星。它們提供了那些行星的特寫照片,時刻觀察著地球周圍的天體。(圖3)

哈勃望遠鏡打開了一扇面向太陽系的風光旖旎的窗口,讓我們看到了前所未見的景觀:鄰居行星上的大風暴、季節的變幻、各種大氣層變化,比如極光。

在哈勃太空望遠鏡眼裡,這些鮮為人知的太陽系風景,告訴我們太陽系內還有很多待解的謎團。

星星的“生與死”

有一天人類會移居到另一個星球上嗎?難道只有地球上存在生命嗎?宇宙中有與人類相似的生物嗎?

現在發現,除地球之外,太陽系內的行星上都不宜居住人類。科學家利用哈勃望遠鏡將視線投向其他恆星,去尋找其行星系統中的適宜環境和外星生命。

於是,人們投入大量精力,希望能夠尋找到太陽系外像地球這樣的行星。2001年,哈勃望遠鏡第一次直接探測到了一顆太陽系外行星的大氣層,並部分確定了它的組成成分,探測其大氣層的化學構成將指引我們尋找外星的生命跡象。

星星的“生與死”

一切生命都需要呼吸,哈勃望遠鏡恰恰具備了探測這顆行星大氣層化學成分的能力。天文學家相信存在著許多與地球相似的行星,它們圍繞著銀河系中的其他恆星旋轉。恆星的出生、成長、死亡和重生,是無休止的循環;恆星生於氣體和塵埃中,在數百萬、數十億年中發光發熱;死亡後又變回氣體和塵埃,去孕育另一顆新的恆星。因此,廣袤的宇宙才會生生不息。

這個循環過程中的副產品包括了行星及可能產生生命的一些化學元素。即便某些行星擁有產生生命的化學元素,但要有生命的存在,還需具備適宜的溫度、液態水和大氣層。而這些條件又取決於行星與恆星的距離和恆星質量的大小。

哈勃望遠鏡近幾年還創造了多個尋找太陽系外行星的第一:第一次獲得恆星HD209458周圍行星的大氣成分;第一次發現太陽系外行星上的二氧化碳;第一次發現太陽系外行星大氣中的有機分子。這些都是令人浮想聯翩的發現。

過去就認為太陽系應該不是銀河系中唯一的,但受到地面光學望遠鏡的限制,即便離我們最近的一個恆星的周圍是否有行星也無法看到。20世紀90年代,居然用一種先進的物理手段發現了另外一個恆星也有行星。十幾年來,已發現太陽系周圍有超過400個恆星有自己的行星和跟行星系。哈勃空間望遠鏡不僅驗證了有太陽系之外的行星系統,而且還看到它們都是類似於太陽系這樣的盤狀,表明太陽系這樣的形態在宇宙中是普遍的。這為尋找類似於地球這樣可以適合生命誕生的天體,打開了開闊的視野。

不過,所有的行星都受其母星一恆星所影響,所以研究恆星才能從根本上解決行星的各種問題。這也是為什麼人們不停地研究太陽的原因。

星星的“生與死”

太陽是地球的生命之源,也是一顆普通的恆星,其形態就像分佈在銀河系中的其餘數十億顆恆星一樣。恆星是炙熱的氣體球,它由塌縮的氣體雲形成,一生都在穩定地釋放能量。這個氣體球表面溫度高達三千度至兩萬度,內部核心溫度有上千萬度。同時,由於恆星上部的物質壓力,使其內部壓力非常大,由此產生了核聚變,4個氫變成1個氦,太陽就是由氫變氦放射出能量提供給人類光和熱的。

實際上,所有的恆星都是通過一系列像太陽內部一樣的核聚變將輕元素轉換成重元素的核工廠,它們會持續地發光發熱,直到“燃料”耗盡。恆星的一生是靜悄悄地開始,波瀾不驚地成長,轟轟烈烈地結束。


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