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 公眾話科學

星塵

公眾話科學
2012年08月27日

李震

遼寧省本溪市氣象局

在寧夏的夜晚,躺在散發(fā)著清香的草地上。遠離人類的文明,耳邊只有蟲豸的鳴叫聲… …
仰望深邃的星空,自然而然的就會思考一個從人類亙古以來就想知道的問題:生命是從何而來?!

生命是從哪里來的呢?要回答這個問題前,首先要了解一個到目前為止,天文學上比較成熟的,一個大家都能接受的理論:大爆炸理論。
時間回溯到137億年前的某一時刻。宇宙由一個致密熾熱的奇點在一次大爆炸后膨脹形成了。隨著時間的推移,向各個方向膨脹的物質逐漸冷卻,漸漸的組成了各種基本粒子。在萬有引力的作用下,這些基本粒子互相吸引、碰撞,形成了多個氣體團,這些氣體團再進一步收縮形成了各個星系。根據(jù)氣體團質量的不同,它們收索的速度也不同。這個過程是在大爆炸后30萬~7億年間完成。
早期的宇宙中只有3種元素被創(chuàng)造出來:氫、氦和少量的鋰。而這三種元素是不可能形成生命的。所以早期的宇宙一片死寂。沒有任何的生命形式的存在。
氫元素占90%以上的氣體團在收索的過程中,它的中心溫度升高、壓力增大。當氣體團中心的溫度達到1000萬度的時候,在氣體團的中心觸發(fā)了氫元素聚變?yōu)楹ぴ氐暮司圩?,核聚變發(fā)出了光和熱。這樣首批恒星出現(xiàn)了,第一代恒星發(fā)出的光照亮了昏暗的宇宙。宇宙中的璀璨時代開始了。
第一批恒星的質量可能有太陽質量的一百五十多倍(質量為太陽質量8~25倍的恒星會因引力坍縮而最終發(fā)生超新星爆發(fā))。既然儲存了這么多燃料,那么這些巨無霸的發(fā)光時間一定比太陽壽命長很多吧?恰恰相反,這些早期恒星來也匆匆,去也匆匆,僅能存在幾百萬年。相比之下,太陽的整個活躍期可達90億年。
一顆恒星的外層是由中心發(fā)生的核反應所產(chǎn)生的能量來支撐的。當這一過程的燃料耗盡時,外層就會坍塌,增加了內部核心的壓力和溫度。這種變化會使得以前一系列反應所生成的氦核互相碰撞、反應并結合成更重的元素… … 同時,內核外圍的氫還在繼續(xù)燃燒,其結果就像一層層的洋蔥一樣,重元素不斷地在中心形成。最后,鐵的產(chǎn)生中止了這個循環(huán)。鐵原子核是最為穩(wěn)定的,當它們相互碰撞時會損失能量而不是釋放能量。一旦一顆巨型恒星生成了鐵核,就沒有什么能夠阻止外層向內的坍縮。很快一個致密的核心形成了,沖擊波激蕩在星體內,將其余的物質向外拋出,一個光和熱的巨大爆炸發(fā)生了,這就是我們看到的超新星。在超新星爆發(fā)的一瞬間,比鐵元素更重的元素在這個超高溫、高壓的環(huán)境中出現(xiàn)了!這些重元素隨著超新星爆發(fā)而被炸掉的外殼一起噴發(fā)到外層空間中。這些包含著幾乎全序列元素的殘骸將是形成下一代恒星的原料。
在大約46億年前,超新星爆發(fā)殘骸遇到了由一團旋轉中的塵埃氣體云形成的“太陽星云”。超新星的大爆發(fā)產(chǎn)生的沖擊波造成了這一原始塵埃云的局部擠壓,從而促成了“太陽星云”塌縮的發(fā)生?;旌狭顺滦潜l(fā)形成的重元素的“太陽星云”用了200-400萬年時間形成了最初的太陽系。太陽終于發(fā)出了第一縷光線,照耀了年青的太陽系。并在宇宙中宣布了自己的誕生。它將在主序星的行列中有90億年的壽命。
地球上,隨著時間流逝,越來越多的復雜分子被制造出來,直到最后出現(xiàn)了可以自我復制的分子。自我復制的能力,或繁殖的能力,是我們所謂的“生命”的基礎。大約在38億年前地球上出現(xiàn)了最早的生命。生命的繁殖過程并不完美,每一代都可能發(fā)生隨機的變化——復制過程中的誤差。有些隨機的“突變”(生物學上的術語)更加成功,比其他的變異存活得更長或者更易于繁殖,因此更有可能形成下一代。這種差異微小的形體之間的競爭就是進化論的核心要義。從那些原始可復制物質(僅僅是些復雜分子)演變出我們身邊這些不計其數(shù)的生物的過程開始了,漫長而又神奇。
200萬年前,智人出現(xiàn)。他們用了200萬年的時間進化成了現(xiàn)代的人類,逐漸統(tǒng)治了地球。也向浩大的宇宙宣告了一個屬于人類的文明的誕生。他們開始思考生命、思考宇宙。
他們的身體有復雜的分子結構,幾乎囊括了所有的元素序列。他們有高度發(fā)達的智慧,在科學發(fā)展到今天終于意識到:人類的母星并不是太陽。太陽只是人類的一個令人尊敬的兄長。在父母不在的時候,用自己的光和熱呵護著自己弟弟的成長。而他們的母星是已經(jīng)逝去的古老恒星-超新星。因為,構成整個太陽系、地球、人類最重要的重元素都曾經(jīng)存在于超新星內部換句話說,我們都是曾經(jīng)的超新星內部億萬度高溫、高壓環(huán)境中孕育出的星塵!
我們再次看向星空:繁星似塵!
感謝作者賜稿,文本僅代表作者觀點;中國科普博覽刊登的目的在于傳遞更多信息,并不意味著認同其觀點或真實性。