AL123 人文社科免费专区文学 2022-09-14

六个数_AZW3_MOBI_EPUB_【英】马丁·里斯;高晓鹰译

内容节选

我相信，即使一片草叶也是恒星的杰作。 ——沃尔特·惠特曼（Walt Whitman）作为“核聚变反应堆”的恒星地球的年龄有多大了？通过对放射性原子的测量，地球的年龄被确定为45.5亿年。早在19世纪，人们已经提出了地球拥有悠久历史的有力论据。一方面，地质学家通过测算侵蚀和沉积过程的速度，估算出地球的年龄至少有10亿年。通过对物种进化速度的估算，达尔文主义者也提出了相同的观点。另一方面，伟大的物理学家威廉·汤姆逊（William Thomson，又称开尔文勋爵）却计算出，只需地球年龄1%的时间，太阳就会因为内部所有热量散失殆尽而熄灭。因此，他消极地断言：“几百万年以后，地球上的居民将会失去生命所必需的光和热，除非光和热还存在于我们未知的来源之中，并且已经在造物主的大仓库中准备好了。”20世纪的科学研究证实，这样的能源确实存在，就在原子核里，氢弹就是储藏在原子核内的能量的一种极具杀伤力的应用。太阳的能量来源于由氢原子（最简单的原子，原子核由一个质子组成）转化为氦原子（第二简单的原子，原子核由两个质子和两个中子组成）的过程。长期以来，人们希望利用核聚变获得新的能源（“受控核聚变”），但无法达到发生核聚变所需的数百万度高温。更大的问题是，如何用物理方法将这种超热气体限制在一定范围内，并用磁力将其困住，因为很显然，任何固体容器都会被它熔化。太阳的质量如此之大，以至于引力将包裹在外部的较冷层向内拉，从而“盖住”了高压内核区。太阳就这样调整了自己的结构，使原子能在其内核里产生，并以能够平衡表面损失的热量所需的速率向外扩散，而这些损失的热量正好是地球上生命形成的基础。这种燃料使太阳照耀了我们近50亿年。然而，再过50亿年左右，它的燃料就会耗尽，那时，太阳的内核就会收缩，而外层会膨胀。在此后1亿年(8)的时间里，太阳将会变得更亮，并膨胀为一颗被称为“红巨星”的恒星，届时太阳将会吞噬内行星，并蒸发掉地球上的所有生命。与此同时，太阳的一些外层会被吹走，但内核会收缩成一颗白矮星，并在太阳系干涸的残骸上发出暗蓝色的光芒，亮度还不及现在的满月。天体物理学家对太阳的内部结构进行了测算，并与观测到的太阳的半径、亮度、温度等进行了拟合，得出的结果与测算结果相符。因此，他们可以自信地告诉我们太阳内部的具体情况。他们还可以计算出未来几十亿年太阳将如何演变。显然，这些计算结果还不能得到直接验证。不过，我们可以观察其他与太阳相像但处于不同演化阶段的恒星。如果我们有大量形成于不同时间段的恒星可供研究，那么为每颗恒星的一生提供一张“快照”并非难事。这就好比，通过观察不同阶段的大量生命，一个刚着陆在地球上的火星人很快就能推断出人类或树木的生命周期。即使在最邻近地球的恒星中，我们也能分辨出哪些还很年轻，不超过100万年，而哪些处于濒死状态，已经吞噬了它们曾经拥有的所有行星。上述推论其实基于这样一个假设：原子及其原子核在任何地方都是一样的。虽然牛顿的伟大理论将地球和天体运行轨道上的引力联系了起来，但他只研究了太阳系内部的运动。我们花了很长时间才意识到，引力一样作用于其他恒星，甚至其他星系。在古代，人们认为，天体是由一种特殊的物质“精华”构成的，这些物质比土、空气、火和水都纯净。直到19世纪中叶，我们对太阳的构成还是一无所知。通过使用棱镜对太阳和其他恒星的光谱组成的分析，人们发现，来自太阳和其他恒星的光包含了地球上常见原子的特征谱线。恒星的物质成分和“月下界”地球上的原子并无不同。天体物理学家可以像计算太阳的演化过程那样，简单地计算出一颗恒星的生命周期，并判断该恒星的质量是太阳的一半、2倍或者10倍。较小的恒星燃烧燃料的速度较慢。相比之下，质量是太阳质量10倍的恒星比太阳亮几千倍，消耗燃料的速度也更快，例如猎户座中排列成梯形的4颗蓝色恒星。这类恒星的寿命比太阳要短得多，而且死亡方式更为惨烈，会以超新星的形式爆炸。在几个星期内，它们的亮度相当于几十亿个太阳，其外层以两万千米每秒的速度被抛射出去，形成一股爆炸波，冲击周围的星际气体。 1987年2月24日，加拿大天文学家伊恩·谢尔顿（Ian Shelton）与其助手在智利北部的拉斯坎帕纳斯天文台进行例行观测。在南方的天空，他们发现了一种陌生的光团，很亮，足以用肉眼看到。然而，前一天晚上它并不存在。事实证明，这是近代以来观测到的距离最近的超新星。从最早的几个星期，直到随后几年里亮度逐渐减弱的过程中，天文学家使用现代天文学技术对其进行了持续的监测，用以检验这类大爆炸的已有理论。这是唯一一颗其前身恒星已经为人所知的超新星：从过去的照片来看，原来处在这颗超新星位置上的是一颗蓝色恒星，其质量大约为太阳质量的20倍。超新星代表了恒星生命中的灾难性事件，涉及一些极端的物理过程，天文学家自然会为之着迷。然而，地球上只有万分之一的人是天......