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《科学24小时》

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寻找太阳的小伙伴们

2013-12-29 19:31:36

太阳,一颗炽热的大火球。在茫茫宇宙中,它是否孤独地存在,还是有不少朋友在它的周围?其实太阳并不孤单,有不少小伙伴和它同时诞生在那团星际云中……

寻找太阳的小伙伴们

张唯诚

 

中世纪,人们以为地球是宇宙的中心;后来,人们又以为太阳是宇宙的中心。直到科学的光辉照耀到世间的时候,我们才知道,太阳对于茫茫宇宙来说只是沧海一粟,一颗非常普通的恒星而已。不过,在太阳周围,还活跃着不少恒星。目前,太阳正穿越在银河系内部边缘猎户臂的本地泡区中的本星际云,与这些恒星们遥遥相望。这些恒星就是我们所说的太阳的小伙伴了。

 

太阳有不少小伙伴

太阳最近的邻居是半人马座的比邻星,它离太阳最近,因此人们形象地将这颗恒星称为比邻星。从宇宙的尺度上来看,这颗恒星距离太阳系非常非常近,距离仅有4.22 光年。但即使“比邻”,太阳的光线要抵达那里也需要4 年多,更不用说依靠人类现有的航天飞机了,就凭我们目前所掌握的基于化学燃料推进的火箭技术,我们永远也到达不了那么远的地方。

因此在我们眼中,太阳应当是一颗孤独的恒星。然而科学家们却认为,在大约46 亿年前,当太阳从一团气体和尘埃组成的星际云中诞生的时候,它其实并不孤单,那时,还有不少小伙伴和它同时诞生在那团星际云中。

如今,那团孕育了太阳的星际云早已消失,但科学家们认为,那些和太阳同时诞生的恒星却依然存在,它们一定闪耀在银河系的某个角落,只不过不为我们所知罢了。科学家们很想找到那些失散的恒星,为此他们正忙着搜索太空。他们认为,寻找这类恒星能帮助人类回答一个重要的问题——太阳系是如何孕育了像地球这样的行星的。

任何科学理论都需要证据的支持,那么如何证明太阳并不孤单呢?这个证据就在我们的太阳系中。人们发现,太阳系中的许多陨石都包含着一些化合物,这些化合物来自超新星爆发导致的放射性同位素衰减,这说明太阳和它的太阳系是在一颗大质量恒星爆炸后形成的,是超新星爆发后留下的一团星际物质演变的结果。通常在这种情况下,爆炸会产生一批恒星。此外,这些陨石包含的化合物含量还告诉人们,我们的太阳是在距目前的位置不到1 光年的区域形成的。2010 年,美国密歇根大学的弗雷达·亚当斯在研究了所有影响太阳系发展的因素后得出结论:太阳的小伙伴们可能不会少于1000 个。

 

如水滴汇入大海

在我们眼中,或许1000 颗恒星并不算少,但相较于银河系中的2000 亿颗恒星来说,它们实在少得可怜,如同一滴水相较于茫茫大海。况且在它们诞生后,周围的环境对它们也并“不友好”。在宇宙中,当一批恒星诞生后,它们会进入一个星系,而这个星系则力图将它们分裂开来。与此同时,在它们的周围,一些同样由气体和尘埃组成的星际云也在“制造”恒星,它们有些大得难以想象,体积甚至是太阳的几百万倍,它们的引力也会把太阳和它的小伙伴们分裂开来,“驱赶”到各个角落。

所以,在经历了46 亿年的岁月之后,这1000颗恒星应该早已分散开去,它们有可能存在于银河系的任何地方。这样一来,要重新找到它们就十分困难了。试想一下,假如你把一滴红墨水滴进海洋里,一个小时后再去寻找那墨水的踪迹,这无异于天方夜谭,有多么困难啊。况且,仅以人类目前的科技水平,即便找到了太阳的同伴,也根本无法到达那里。

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相同的“味道”

虽然“寻亲”之路困难重重,但办法还是有的。科学家们观测了一些星团后发现,每个星团都有自己与众不同的“ 味道”——某些独特的化学成分。这些“味道”就好似人类的DNA,这足以证明某些恒星是从同一团星际云中诞生的。因此,无论太阳的小伙伴们隐藏在银河系的哪个角落,它们的化学成分也应该是大致相同的,应该拥有某些共同的特性。假如我们能发现与太阳的化学成分相符且同龄的星体,那么它很可能就是太阳的手足同胞了。

2009 年,荷兰莱顿大学的天体物理学家西蒙·波特吉斯·茨沃特用计算机模拟的方式,研究了那1000 颗恒星可能存在的地方。结果显示,大约10 60 颗太阳的同胞兄弟依然有可能处在距离地球大约330 光年的范围内。假如真是这样,那么人们用双筒天文望远镜就能观测到它们。不过对于这个结果,一组来自俄罗斯的科学团队表达了不同的意见,他们认为茨沃特的研究过于乐观,因为他没有将银河系旋臂的引力纳入到考虑范畴,而这样的引力也能驱散星团中的恒星。根据这些俄罗斯科学家的模拟,那些地处太阳330 光年范围内的恒星应该只有几颗。

 

来自各方的力量

尽管希望渺茫,科学家依然要寻找它们。澳大利亚悉尼大学的科学家乔斯·布兰德·霍索恩和他的同事们,打算将一台名为爱马仕(HERMES)的高辨析度光谱摄像仪连接在澳大利亚新南威尔士的英澳望远镜上,这样他们便能观测最远达2 万光年之外、数量超过100 万颗恒星的化学组成了。按照计划,这项工作于2013 年开始,每颗恒星都将被检测25 种化学元素。科学家希望他们能用这种方法找到与太阳的化学成分相同的恒星,他们认为,10 年以后,这项工作就会有所突破。

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不过仅有HERMES 还不够,科学家们还要用上一颗名为盖亚(Gaia)的天体探测卫星。根据天体的运动法则,太阳的小伙伴们应该沿着一个相似的轨道在银河系中运行,就算有来自外力的撕扯和影响也会大致如此,因此人们需要了解恒星的基本运行情况。在这方面,盖亚能够提供不少帮助,它可以监测恒星的运行速度,并提供有关数据,有了这些数据,再综合恒星的化学信息,科学家们就能更容易辨识出太阳的手足同胞了。

更令人鼓舞的是,一项名为APOGEE 的探测项目也将为寻找太阳的小伙伴们提供帮助。APOGEE 是阿帕奇点天文台银河系演化实验(The APO Galactic Evolution Experiment)的简称,它的目的是通过研究银河系中的100000 颗恒星以帮助人们了解银河系形成的历史。这个项目将使用新墨西哥阿帕奇点天文台的天文设备,可同时观测300 颗恒星,了解每颗恒星含量最多的15 种化学元素。APOGEE 项目还将得到开普勒太空望远镜的协助,被选定观测恒星中有10000 颗恒星将由两者共同观测。开普勒太空望远镜的主要任务是研究恒星闪烁的光,据此测算那些恒星的年龄。这些信息对寻找太阳的手足同胞很重要,因为太阳和任何一颗小伙伴除了在化学构成上有共同的成分,在运行规律上有相同的特点外,它们的年龄也应当是一致的。

我们的地球究竟是怎样形成的?这一直是个巨大的谜题。或许,地球的形成与当年那颗大质量恒星的爆炸有脱不开的干系,说不定爆炸恰好发生在合适的时间和地点上,而这正是地球诞生的秘密。由于爆炸发生的“恰到好处”,太阳的小伙伴们便能在此后发挥很大的作用:它们的辐射和引力影响着新生的太阳系,而这恰恰促成了地球的形成。科学家们认为,寻找太阳的手足同胞能帮助人们回答一些目前难以解释的问题,让人们找到有关地球和太阳系起源的答案,而这也正是众多科学家如此热衷于这项研究的原因所在。

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名词解释

旋臂:旋涡星系内年轻亮星、亮星云和其他天体分布成旋涡状,从里向外旋卷,这种螺线形带称为旋臂,是旋涡星系外形的主要特征。大多数旋涡星系有两条旋臂,少数星系有三条以上的旋臂。银河系就是旋涡星系,它有四条旋臂,分别是人马臂、猎户臂、英仙臂和天鹅臂。太阳位于猎户臂内侧。

旋涡星系:外形呈旋涡结构,有明显的核心,核心呈凸透镜形,核心球外是一个薄薄的圆盘,有几条旋臂。旋涡星系是目前人类观测到的数量最多、外形最美丽的一种星系。

 




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