關(guān)于作者

 高爽,德國(guó)海德堡大學(xué)自然科學(xué)博士。中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)LAMOST博士后,北京師范大學(xué)講師。主要研究方向是銀河系結(jié)構(gòu)和演化。面對(duì)星空,會(huì)讓我感到平靜和愉悅。同時(shí)兼顧科研工作和科普宣傳,發(fā)表系列科普文章,主講過(guò)十幾次科普講座。始終堅(jiān)信,天文學(xué)吸引人不僅因?yàn)樗衩?,而?yīng)該用通俗易懂的方式拉近人與科學(xué)的距離,使大眾感受到宇宙的美。熱愛(ài)文藝,喜歡旅游和攝影,寫寫博客和散文,打非洲鼓,聽(tīng)音樂(lè)劇,烹調(diào)美食,這些都是日常的最愛(ài)。自認(rèn)為科學(xué)工作者不必須是厚瓶子底眼鏡+陳景潤(rùn)風(fēng)格,也可以是有審美的小清新。

銀河系那些事兒(4)敞開(kāi)大門歡迎你

高爽
2014年08月07日
(原載于《天文愛(ài)好者》2013年4月號(hào)。)
燈火璀璨的北京,繁星的光和城市的光一起掉落。一個(gè)叫做“銀河SOHO”的建筑在東二環(huán)路邊落腳,人們進(jìn)進(jìn)出出,繁忙如白晝。自然的銀河,也不平靜。外來(lái)的星辰,包括氣體、塵埃、和太陽(yáng)那樣的恒星,被銀河系吸引而落入??
銀河系,除了我們前幾期講到過(guò)了盤和核球以外,還有一個(gè)叫做“暈”的成分,包含著稀疏的恒星和一百多個(gè)緊密的球裝星團(tuán)。1978年,關(guān)于銀河系尤其是銀河系的暈的起源的理論遭到了挑戰(zhàn)。美國(guó)兩位天文學(xué)家勒拿德 希爾勒(Leonard Searle)和羅伯特 金恩(Robert Zinn)發(fā)表論文提出了一個(gè)描繪銀河系的暈形成的全新的圖景。他們反駁了之前經(jīng)典理論認(rèn)定的銀河系的暈來(lái)源于一大團(tuán)分子云的冷卻和塌縮。雖然經(jīng)典理論的奠基者是天文學(xué)界的三位泰斗——艾根、蘭登貝爾、桑德奇。但希爾勒和金恩堅(jiān)持認(rèn)為,分子云塌縮用不了太長(zhǎng)時(shí)間,而他們觀測(cè)到銀河系暈中的恒星形成可能有著很大的時(shí)間跨度。這個(gè)新版本的理論提出了一個(gè)有創(chuàng)意的想法,銀河系的暈可能形成于小塊的物質(zhì)逐漸落入的過(guò)程。如果說(shuō)經(jīng)典理論是先大后小逐漸冷卻,新理論則是從小到大層層積累的過(guò)程。
今天的天文學(xué)家們面臨著一個(gè)兩難的選擇。如果相信宇宙學(xué)的成功,就必然得出一個(gè)結(jié)論:銀河系周圍應(yīng)該存在比觀測(cè)到的多得多的小星系。這些小星系被稱為矮星系,它們成為銀河系的衛(wèi)星星系,在銀河系的引力束縛下運(yùn)動(dòng)。但是天文觀測(cè)卻沒(méi)有見(jiàn)到足夠數(shù)量的矮星系。它們都到哪里去了呢?
將這個(gè)疑難的問(wèn)題與之前希爾勒和金恩的挑戰(zhàn)性假說(shuō)結(jié)合起來(lái),我們似乎可以大膽地提出一個(gè)想象:有沒(méi)有可能,正是這些矮星系,紛紛落入到銀河系的懷抱內(nèi),逐漸演化成了今天銀河系的暈?有沒(méi)有可能,今天銀河系的暈的部分,至少其中大部分是“外來(lái)戶”?這些星系際的移民今天看上去和銀河系的原住民沒(méi)什么兩樣,我們?nèi)绾螌⑺鼈兎直娉鰜?lái)?
美國(guó)RPI的柳海迪教授早在多年前就參與了一項(xiàng)發(fā)現(xiàn)落入銀河系的外來(lái)恒星的遺跡的工作。柳海迪(Heidi Newberg)教授每年要在中美之間往返多次,每次來(lái)中國(guó),住在北京的國(guó)家天文臺(tái)招待所里,與國(guó)家天文臺(tái)的鄧?yán)畈叛芯繂T領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)交流學(xué)術(shù)問(wèn)題。每次長(zhǎng)則半個(gè)月,短則幾天。柳海迪教授與鄧?yán)畈叛芯繂T分別是一個(gè)中美雙邊項(xiàng)目的雙方負(fù)責(zé)人。這個(gè)項(xiàng)目利用國(guó)家天文臺(tái)新建的4米口徑郭守敬望遠(yuǎn)鏡(LAMOST)進(jìn)行銀河系科學(xué)的研究。理論上,天文學(xué)家了解到一個(gè)事實(shí),如果同時(shí)考慮恒星的位置和速度這些物理量,就有可能幫助我們還原出那些星系際移民的真實(shí)來(lái)路。雖然很多“移民”恒星在空間位置上已經(jīng)和“原住民們”混搭在一起,但是,“移民”和“原住民”的速度可能有較大的差別。如果再通過(guò)光譜細(xì)致地考察這些速度異常的疑似“移民”的化學(xué)成分,就可以把它們比較可靠地辨認(rèn)出來(lái)了。
在美國(guó)、中國(guó)、歐洲等地的天文學(xué)家的共同努力下,天文學(xué)屆已經(jīng)基本確認(rèn)了十幾條星流。它們是移民進(jìn)入銀河系的路徑,有些移民恒星一直沿著星流的路徑運(yùn)動(dòng)到盡頭,有的已經(jīng)被遺落在旅途當(dāng)中。
今天,天文學(xué)家已經(jīng)可以用大型計(jì)算機(jī)來(lái)模擬這些星流先后落入銀河系的過(guò)程。這給研究工作帶來(lái)了很便利和直觀的體驗(yàn)。哪一種模擬更符合今天世紀(jì)觀測(cè)到的銀河系的景象,哪一種星流移民的方式可能就更接近歷史的真相。有人把這樣的領(lǐng)域稱作“銀河系考古學(xué)”。進(jìn)行這樣的研究工作,一方面需要大量的觀測(cè)數(shù)據(jù),另一方面需要強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)運(yùn)算設(shè)備。而這兩項(xiàng)需求都是十分耗費(fèi)經(jīng)費(fèi)呢。要獲取天文意義上的大量數(shù)據(jù),我們需要建造大型的自動(dòng)化控制的望遠(yuǎn)鏡,不僅需要精密的望遠(yuǎn)鏡儀器設(shè)備,還需要建造在適合天文觀測(cè)的特殊地點(diǎn)。國(guó)家天文臺(tái)正在運(yùn)行的郭守敬望遠(yuǎn)鏡就是這樣一架有著極高觀測(cè)效率的新設(shè)備,它正在為柳海迪教授與鄧?yán)畈叛芯繂T領(lǐng)導(dǎo)的小組獲取著海量的恒星數(shù)據(jù)。天文學(xué)家每天將這些新觀測(cè)到的數(shù)據(jù)分析處理,獲得這些恒星的光譜,從而了解它們的速度和化學(xué)組成。
在5年的時(shí)間里,郭守敬望遠(yuǎn)鏡要獲取1千萬(wàn)恒星的數(shù)據(jù),其中包括了一部分銀河系暈中的恒星。這意味著,未來(lái)3到5年,圍繞著銀河系暈的“考古學(xué)”,將被進(jìn)一步激發(fā)出新的活力。
銀河系的暈中,100余個(gè)球裝星團(tuán)圍繞著銀河系的中心運(yùn)動(dòng)著。球裝星團(tuán)與散落的場(chǎng)星,共同組成這個(gè)銀河系的重要組成部分。它們可能不知道,在遙遠(yuǎn)的銀河系盤上的太陽(yáng)附近,人們建造了和正在建造著大量的儀器設(shè)備想對(duì)它們的來(lái)歷查個(gè)究竟。它們可能不知道,它們的年齡、歷史、運(yùn)動(dòng)速度化學(xué)組成,都是那個(gè)遙遠(yuǎn)的地球上的人們津津樂(lè)道的話題。能夠穿過(guò)這層遙遠(yuǎn)的,是它們自身不曾停歇的星光,以及人們的好奇心與智慧。
25歲的田浩已經(jīng)來(lái)到荷蘭的天文研究所大半年了,他在2011年夏天從北京師范大學(xué)天文系碩士畢業(yè)后到荷蘭繼續(xù)從事博士學(xué)習(xí),期間,他將學(xué)習(xí)嘗試用新的方法估計(jì)那些球裝星團(tuán)和場(chǎng)星中“移民恒星”的比例。無(wú)論是田浩,柳海迪,還是金恩,他們的年齡與矮星系移民落入銀河系形成的暈的年齡比起來(lái),都是微不足道的。但是微不足道的年齡,可以深刻地理解悠悠漫長(zhǎng)的銀河系的歷史。這又是一個(gè)精彩的故事。

東二環(huán)路邊的銀河SOHO,是一座形狀怪異的建筑物,未來(lái),這里將成為吸引各種職業(yè)、身份的人來(lái)娛樂(lè)、消費(fèi)、交流、分享的公共空間。SOHO中國(guó)的老總潘石屹和這座建筑物的總設(shè)計(jì)師扎哈 哈迪德(Zaha Hardid)一樣都是移民,它們用智慧構(gòu)建的這座龐然建筑敞開(kāi)了空間迎接來(lái)到這里的所有人。筆者去參加落成開(kāi)幕式時(shí),被工作人員在身上貼了一枚夜光小星星。旁晚的北京,國(guó)際化的建筑物的下沉廣場(chǎng),閃爍著萬(wàn)千夜光的小星星,這閃耀著的是人頭攢動(dòng),以及我們頭頂?shù)男浅健?