宇宙-第39章
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当我们从地球这个银河系的角落里举目四望时，我们可以看见许多星体被闪光的球形气团——行星状星云——所包围。这些星体并不是行星，不过其中有些很像在低倍望远镜里所看到的天王星和海王星的蓝绿色圆盘。这些气团乍看起来呈环形，因为它们像肥皂泡一样，边缘比中心看得更清楚。所有行星状星云都是恒星的外层标志。在靠近星体中心的地方可能有一些已经死亡了的天体，它们是曾经充满生机的行星的残骸，现在既无空气也无海洋，笼罩在微弱的亮光之中。太阳的残骸，即裸露的太阳核，最初包裹在行星状星云之中，后来变成一个炽热的小星球。它在空间逐渐变冷、收缩，密度大到空前惊人的程度——一汤匙大小的物质重达1吨以上。再过几十亿年，太阳就会退化成一颗白矮星，像我们所看到的行星状星云中心的亮点。它的表面高温度逐渐冷却，最终成为一颗暗淡无光的、死气沉沉的矮星。
质量大致相同的两颗恒星的演化速度大抵相同。不过，质量较大的恒星核燃料的消耗速度要快些，变成红巨星的时间也会早些，而且会首先衰退成白矮星。因此，应该有、也确实有许多双星体存在。在这些双星体中，一个是红巨星，另一个是白矮星。有些双星体紧靠在一起，灼热的星气流便直接从膨胀的红巨星流向致密的白矮星，在白矮星表面的某个特定的区域着陆。氢原子在白矮星的强引力作用下、不断地聚集在一起，压力和温度不断地升高，直到来自红巨星的大气物质发生热核反应，使白矮星短暂地闪烁出明亮的光辉。这样的双星体称为新星，其来源与超新星大不相同。新星只能在双星体系内形成，其能量来源于氢原子的核聚变。而超新星则只存在于单星体之中，其能量来源于硅原子的核聚变。
在星体内部合成的原子通常都要返回到星际气体中去。红巨星会将它们的外大气层喷射到星际空间去，行星状星云就是类太阳恒星不断喷射其外层物质后的最终产物。超新星迅速地将它的大部分物质喷射到星际空间去。返回星际气团的原子自然是星体内部热核反应最易产生的原子：氢原子聚变成氦，氦聚变成碳，碳聚变成氧。在大恒星内，由于氦核不断增加，形成了氖、镁、硅、硫等物质。氦核是逐步增加的，每次增加2个质子和2个中子，一直到生成铁为止。硅原子的聚变也能直接形成铁原子，因为1个硅原子含有28个质子和中子，在几十亿度的高温下，两个硅原子就可以结合成一个含有56个质子和中子的铁原子。
以上都是我们熟悉的化学元素。这样的星际热核反应并不容易生成铒、铪、镝、镨或钇，却容易生成我们日常生活中常见的元素。这些元素返回星际气团，在随后发生的星云崩塌及恒星和行星形成的过程中散尽。除了氢和部分的氦以外，地球上的所有化学元素都是几十亿年前的星体中的某种星体灶制造出来的。这些星体有一部分已经变成白矮星，默默无闻地呆在银河系的另一侧。人体脱氧核糖核酸中的氮，牙齿中的钙，血液中的铁，以及苹果馅饼中的碳，都是在崩塌的星体内部形成的。因此我们可以说，人体是由星体物质构成的。
某些稀有元素则是在超新星的爆炸过程中形成的。地球上金和铀的含量之所以比较丰富，就是因为在太阳系形成之前发生过许多超新星的爆炸。其他行星系中稀有元素的含量可能与地球不尽相同。是否存在这样一些行星，它们的居民炫耀着铝制的首饰、钋制的手镯，而金子却是实验室中难得的珍品呢？假如地球上的金和铀也像镨一样鲜为人知，无足轻重，那么我们的生活是否会大大地改观呢？
生命的起源和进化，在本质上是与星体的起源和演化息息相关的。首先，构成人的物质以及使生命活动成为可能的原子，都是很久以前在遥远的红巨星上形成的。宇宙中发现的化学元素的相对丰度，与恒星中所产生的原子的相对丰度极其吻合，因此，我们有理由相信，红巨星和超新星就是炼制物质的锅和灶。太阳是一个第二代或第三代的星体，太阳中的所有物质以及在我们周围所看到的所有物质，都是星际锅灶在前一轮或前两轮的循环中炼制的。其次，地球上还存在着某些重原子，这一事实表明，在太阳系形成之前不久，可能有一颗较近的超新星发生过爆炸。这次爆炸不大可能是一种偶然的巧合，而可能是由于超新星爆炸所形成的冲击波压缩了星际气体和尘埃，从而导致了太阳系的凝聚。第三，太阳出现之后，它的紫外线大量射入地球大气层，它的热度产生了光照，从而激发了导致生命起源的复杂的有机分子。第四，地球上的生命几乎都离不开阳光。例如，植物吸收光子后将太阳能转化成化学能，动物则以植物为养料。人类的种植活动只不过是利用植物作为媒介来获取太阳光而已。因此我们可以说，我们每个人都是以太阳作为能量来源的。最后，遗传学上的变异为进化提供了原始的材料。变异是大自然选择新生命形式的手段，而宇宙射线——超新星爆炸时以近于光的速度射出的高能粒子——则是产生变异的原因之一。遥远的大恒星的死亡是地球上生命进化的原动力之一。
假如我们把一个盖格计数器和一块铀矿石带到地下深处，譬如说，放在一个金矿井深处，或放在一个火山熔岩洞——由融化的岩浆流过地球而切开的洞穴——深处，当它们受到γ射线或像质子和氦核这样带电高能粒子的照射时；灵敏的计数器就会检测出来。如果把计数器移近铀矿石，计数速率（即计数器每分钟发出的咔嗒声）就会迅速增加，因为铀矿石在自发的核衰变中能释放出氦核。如果把铀矿石放在一个厚的铅筒内，计数速率就会大大减少，因为铅能吸收铀的辐射。但还是可以听到计数器发出一些咔嗒声，其一部分咔嗒声是由洞壁的天然放射性引起的，一部分是由穿透洞顶的带电高能粒子引起的。我们听到的是很久以前在太空深处产生的宇宙射线的声音。在地球的整个生命史中，这种主要由电子和质子组成的宇宙射线一直在不停地撞击着地面。上万光年以外的星体在消亡过程中所产生的宇宙射线，有一部分经过几百万年才穿过银河系，碰巧撞上地球以及我们的遗传物质。在生命遗传码的形成、寒武纪爆炸或我们祖先进化成两足直立的某些关键阶段，很可能就是由宇宙射线触发的。
1054年7月4日，中国天文学家在金牛星座发现了一颗他们称为“客星”的金牛星。这是一颗人们在天空中从未见过的最明亮的恒星。绕地球半固，在美洲的西南部，当时有一个富有天文研究传统的高度文明的民族⑤也目睹了这颗明亮的新星⑥。根据我们发现的一个木炭堆残迹里的C14，我们可以推断，在11世纪中期，有些安奈萨齐人，即今天的荷皮人（生活在美国亚利桑那州东北部的印第安人）的祖先，曾经在现在的新墨西哥州的一块悬垂的山崖下居住过。似乎是他们当中的一个人在悬崖上留下了一幅未受风化的新星图。这颗新星与新月之间的相对位置可能就是图中所绘的那样。在那儿还发现一个手印——也许是那位画家留下的印记。
这颗著名的恒星现在称为蟹状超新星，距地球5000光年。之所以如此称呼这颗星，是因为几个世纪以后，一位天文学家用望远镜观察大爆炸的残迹时，偶然想起它的形状像螃蟹。蟹状星云是一个巨大的恒星爆炸的残留物形成的。这次大爆炸经历了3个月，在地面用肉眼都可以看见。在晴朗的白天很容易看到，就是在晚上，也可以借它的光读书看报。每一个星系中，平均每100年出现一颗超新星。一个典型的星系的生命周期大约为100亿年，也就是说，将有1亿个星球发生爆炸。这个数字是够惊人的，但是尽管如此，在1000个星星中不过只有一个星星发生爆炸。银河系在1054年发生爆炸之后，第谷于1572年发现了一个超新星。稍后，在1604年，开普勒⑦又发现了另一颗超新星。但是自从天文望远镜发明以来，竟然在银河系里还没有观察到超新星的爆发。几个世纪以来，天文学家们对此怨叹不已。
我们现在经常能观察到其他星系中的超新星。1979年12月6日，英国《自然》杂志刊登的D·赫尔方和K·朗的文章足以使20世纪初的天文学家惊讶得目瞪口呆。文章宣称：“1979年3月5日，由9个星际飞行器组成的爆发传感器网络，记录到了极其猛烈的硬X射线与γ射线的爆发。根据飞行时间测定：其位置与大麦哲伦星云中的N49号超新星的残留物位置相一致。”（大麦哲伦星云所以这样命名，是由于在北半球第一个注意到这个星云的人叫麦哲伦。这是银河系的一个小卫星星系，在18万光年以外。既然有大麦哲伦星云，当然也有小麦哲伦星云）但是，同一期杂志还刊登了梅泽兹和他在列宁格勒爱奥弗（Ioffe）学院的同事合写的文章。他们利用装在“联盟11”号和“联盟12”号宇宙飞船上的γ射线爆发探测器，在登上金星的途中，观察到了这个爆发源。他们认为，探测器检测到的是一个发光的脉冲星，离我们只有几百光年。尽管在位置上很接近，赫尔方和朗并没有肯定γ射线的爆发与超新星的残留物有关。他们估计了各种各样的可能性，其中包括如下这样一个令人吃惊的推断：这个爆发源就在太阳系内！也可能是其他星球的飞船在其漫长航行的归途中排出的废弃物。但是，“N49号超新星发生星体爆发”的理论更容易为人们所接受，因为我们已经证实了超新星的存在。
当太阳变成红巨星时，内太阳系的命运如何是一个严峻的问题。但有一点可以肯定，就是行星决不会被喷发的超新星融化和烤焦。只有比太阳还大的恒星附近的行星才会遭受这种厄运，因为大恒星的温度高、压力大，其核燃料的消耗速度也快，生命周期也就比太阳短得多。在发生异常的核反应之前，一个比太阳大数十倍的恒星将氢转化为氦的过程，最多只能持续几百万年。因此，几乎可以肯定没有足够的时间让任何一个行星出现高级生命形式的进化。其他星球上的生命也不可能知道他们的星球会变成超新星。这是因为，如果他们的生命长到足以使他们能明白超新星是怎么一回事，他们的星球也就不可能变成超新星。
超新星爆发的主要条件是：硅聚变成大铁核。在巨大的压力下，星体内部的自由电子被迫与铁原子核的质子合并。等量而相反的电荷互相抵消，结果星球内部变成一个巨大的原子核。原子核所占据的体积比原先的电子和铁原子核所占的体积小得多。星球中心会发生猛烈的爆聚，而其外部则产生回弹现象。超新星就是这样爆发起来的。超新星的亮度可能比该星系中所有其他星球加起来的亮度还要大。预计在今后几百万年内，猎户星座中所有最近形成的蓝白色超巨
