啦啦啦在线视频免费观看www ,精品在线国产,www.熟女精品,久久网亚洲,大片网址电影免费在线观看

從零制作一個蘋果派，需要什么？

小麥、蘋果、調(diào)料，還有烤箱的高溫？

構(gòu)成它們的原子從何而來？

除了氫，它們都產(chǎn)生于恒星。恒星是宇宙廚房，氫原子在那里被烹飪成更重的原子。恒星由星際氣體和塵埃云凝成。氫是那些云團的主要組成部分，起源于大爆炸。

卡爾·薩根在《宇宙》中寫道：“如果你真的想從頭開始做一個蘋果派，首先得創(chuàng)造宇宙?！?/p>

宇宙里的一切物質(zhì)都是恒久存在的，根據(jù)質(zhì)能守恒定律我們知道，構(gòu)成生命的原子也先于生命存在，它們的分裂來自宇宙大爆炸前的整體，它們的漂流來自宇宙間的物質(zhì)交換，以此為前提，我們的左手和右手甚至都不是來自同一顆恒星。

對生命的探索沿著原子向前漫溯，從恒星開始。

本文出處：《太陽、地球、生命的起源》，作者：［法］米里埃爾·加爾戈等，譯者：田豐等，版本：后浪丨四川科學(xué)技術(shù)出版社 2025年3月

本書改編自特刊書《從太陽到生命：地球生命起源編年史》，由二十多位國際專家合著，國內(nèi)權(quán)威學(xué)者團隊合譯，是目前國內(nèi)外天體生物學(xué)領(lǐng)域的經(jīng)典之作。作者以追溯地球生命的起源為主線，將各學(xué)科領(lǐng)域近年來相關(guān)的研究成果整合在一起，從天體生物學(xué)視角重新審視了早期生命的起源這一古老的話題，按時間順序講述了使得地球孕育出生命的14個重大事件：太陽誕生、地球形成、晚期重轟擊、最早生命形式的出現(xiàn)……閱讀本書，讀者將依次化身為天文學(xué)家、地質(zhì)學(xué)家、化學(xué)家、生物化學(xué)家、生物學(xué)家，重構(gòu)從45.7億年前太陽系形成之初至5.4億年前的寒武紀(jì)大爆發(fā)這段時期的地球起源和地球生命誕生的故事。

太陽和行星的形成

太陽系原行星盤的早期演化

在冬季晴朗的夜晚，當(dāng)你身處鄉(xiāng)村，仰望星空，波瀾壯闊、明暗相間的銀河出現(xiàn)在你的現(xiàn)野中。較亮的區(qū)域當(dāng)然就是恒星和發(fā)光的星云，比如著名的獵戶大星云；較暗的區(qū)域則是星際云（interstellar cloud）及其中的微小塵埃顆粒（塵埃的直徑最大也就幾百微米），它們遮擋住了背景的恒星，使星空變暗。實際上，這些星際云主要由透明的分子氣體組成：氫分子（H2，由兩個氫原子組成。氫是宇宙中最簡單、含量最豐富的元素）和微量的復(fù)雜分子（主要是碳基分子，天文學(xué)家利用射電望遠鏡可以觀測到這些復(fù)雜分子的光譜）。因此，如今我們也把星際云稱為“分子云”。只需借助簡單的雙簡望遠鏡，你就有可能觀測到縱橫交錯的星云及其周圍的深色物質(zhì)。這些深色物質(zhì)也是由塵埃顆粒組成的，被前景或背景光源照亮[例如馬頭星云（Horsehead Nebula）中的深色物質(zhì)］。然而，亞毫米到厘米級的分子（特別是CO）射電譜線研究表明，被照亮的物質(zhì)僅占分子云總質(zhì)量的一小部分。分子云的空間分布范圍遠超肉眼或望遠鏡在可見光波段（0.4~0.7微米）所觀測到的范圍。

△ 不同波段下的獵戶座分子云 a.12C分子譜線；b.可見光波段

事實上，所有亮星云都是恒星誕生的搖籃。在我們的眼皮底下，大量的恒星不斷地從分子云中形成。就像一支雪茄，星云狀物質(zhì)相當(dāng)于雪茄點燃的一端，它正隨著時間的推移緩慢地燃燒。引力（gravitation）是宇宙的基本力之一，在恒星的形成過程中起了關(guān)鍵作用。它使分子云中的塵埃和氣體發(fā)生坍縮，在僅僅幾十萬到幾百萬年內(nèi)就形成了含有成千上萬顆恒星的“星協(xié)”。其中最大的恒星的質(zhì)量可達100M⊙（M⊙為天文學(xué)中的質(zhì)量單位，指太陽質(zhì)量）；而最小的恒星甚至不到0.1M⊙［如褐矮星（brown dwarf），其內(nèi)部永遠不會發(fā)生熱核反應(yīng)］。

通過對獵戶大星云等亮星云的觀測，我們可以對照亮星云的恒星進行分類，主要的劃分依據(jù)是恒星的光度和溫度。這種分類方法于20世紀(jì)初被首次提出，即赫羅圖，它是天文學(xué)上經(jīng)典的恒星的光譜類型與光度的關(guān)系圖?；诤阈茄莼Ｐ停覀兛梢岳煤樟_圖推斷恒星的質(zhì)量和年齡，并預(yù)測恒星未來的演化形態(tài)。例如，獵戶大星云中亮度最高、質(zhì)量最大（質(zhì)量最大可達45M⊙）的4顆恒星的年齡在2~3Ma（Ma為時間單位，表示百萬年，即1000000年）。

根據(jù)哈勃望遠鏡的成像，獵戶大星云中的絕大部分恒星的周圍都有一個圍繞恒星旋轉(zhuǎn)的星周盤，其延伸范圍是太陽系的好幾倍。星周盤的成分與分子云的類似，也是由氣體和塵埃組成。

△ 著名的超新星遺跡：蟹狀星云（Crab Nebula）

從分子云坍縮到形成原太陽，僅需幾萬年時間。之后的幾百萬年里（不超過10Ma），塵埃開始凝結(jié)，與此同時，氣體在盤的某些位置聚集形成了巨行星（比如木星、土星、天王星和海王星）和小行星（太陽系形成伊始產(chǎn)生的碎片）。再經(jīng)過更長的時間（太陽形成100Ma 后），原行星盤中的其他固體物質(zhì)逐漸形成巖質(zhì)行星（比如水星、金星、地球和火星）。

以上這些行星的形成是發(fā)生在距今多少年前呢？放射性定年法為此提供了很好的依據(jù)，使我們可以精確地測定最古老隕石—碳質(zhì)球粒隕石的年齡。其中，最著名的是1968年墜落在墨西哥阿連德（Allende）村的一顆重達250t的隕石。它的測定年齡可以精確到百萬年，即（4568.5±0.5）Ma。一般認為這個年齡就是太陽系的年齡。

關(guān)于太陽系起源的悖論

所有恒星都源自分子云核部氣體塵埃的大規(guī)模凝聚。這些分子云寒冷且致密（溫度10~50K）并緩慢自轉(zhuǎn)著。分子云的凝聚（也叫作原恒星的凝聚）現(xiàn)象可以體現(xiàn)在分子云結(jié)構(gòu)上，它幾乎完全處于引力平衡態(tài)：如果沒有受到外部擾動，分子云是不會發(fā)生坍縮的。但是進一步的觀測，尤其是分子氣體譜線的多普勒效應(yīng)顯示，原恒星在剛形成的10000年內(nèi)就發(fā)生了坍縮，并形成一個巨大的原恒星包層。包層可延展到10000個天文單位（天文單位記為AU，1AU=地球到太陽的平均距離≈1.5x108km），其內(nèi)部孕育著原恒星的恒星胎。因此，原恒星實際上由包層和恒星胎構(gòu)成。迄今為止，雖然引發(fā)分子云坍縮的機制還不甚明了（可能有多種原因），但存在著各種理論假說，尤其是大質(zhì)量恒星附近。目前最流行的假說認為，分子云發(fā)生坍縮可能是受到字宙沖擊波的影響，如紫外線輻射與分子云氣體相互作用產(chǎn)生的沖擊波，或者超新星爆發(fā)產(chǎn)生的沖擊波。

△ 獵戶座大星云中環(huán)繞恒星的星周盤

坍縮過程一旦開始就會持續(xù)進行。包層核心坍縮速度更快。密度也更高。包層外側(cè)也在旋轉(zhuǎn)（旋轉(zhuǎn)是分子云本身自帶的，伴隨著星系自轉(zhuǎn)、內(nèi)部擾動等運動），而且越往內(nèi)部，旋轉(zhuǎn)角速度越大。自然而然地，物質(zhì)會逐漸落到中心，形成一個扁平的結(jié)構(gòu)，而包層的殘余物質(zhì)像雨點般散落在遠離中心的地方。新形成的這個盤在恒星的形成中扮演著關(guān)鍵角色。

如今，我們知道該盤的存在可以用來解釋科學(xué)家所觀測到的早期原恒星因復(fù)雜的磁場作用所產(chǎn)生的壯麗景觀，即恒星質(zhì)量通過星風(fēng)或者噴流的形式損失，且兩者的噴射方向相反（因為方向的原因，也稱之為雙極噴流）。這種噴流現(xiàn)象在天文學(xué)上至關(guān)重要，于1980年首次被觀測到。噴流現(xiàn)象在所有波段均可被觀測到，并且可以穿過分子云延伸至50000AU甚至更遠（最遠可達一光年）。

△ 恒星形成時的壯觀景象：雙極噴流（原恒星噴流）

原始的太陽并不是在赤道拋出物質(zhì)，而是在兩極；并且太陽的旋轉(zhuǎn)速度不足以產(chǎn)生巨大的離心力來抵抗太陽的引力而在赤道上拋出物質(zhì)。恰恰相反，類太陽恒星是通過吸積盤上物質(zhì)而形成的。緩慢坍縮的包層內(nèi)形成了一個盤，其中盤上物質(zhì)受引力作用從包層邊緣向中心的恒星胚移動。更確切地說，根據(jù)光譜的多普勒效應(yīng)，盤上的氣體和塵埃物質(zhì)從盤內(nèi)逐漸落到中心區(qū)域的原恒星上，使得原恒星不斷長大，直到形成獨立的恒星，我們把這一過程稱作吸積（注意，行星學(xué)家和地質(zhì)學(xué)家所說的“吸積”含義不同，地質(zhì)學(xué)家口中的吸積主要是指“增生”，用來描述后來原行星盤中的物質(zhì)經(jīng)過聚集增生形成行星的過程）。但根據(jù)觀測結(jié)果，我們所看到的恒星噴發(fā)出來的物質(zhì)（從大尺度上看）實際上僅占恒星吸積物質(zhì)總量的10%~30%。

由此可看出，恒星的形成過程存在矛盾。恒星一邊吸積物質(zhì)增加質(zhì)量，一邊又向外拋射物質(zhì)，即我們看到的吸積-噴流現(xiàn)象。我們很難從直接觀測中認清這一現(xiàn)象的物理本質(zhì)，需要借助間接分析手段來尋找答案。

△ “貓眼星云”（NGC 6543）

另一個問題是恒星形成過程中的“角動量難題”。恒星的角動量必須減小才能使恒星胎通過吸積逐漸增長，否則，恒星自轉(zhuǎn)會越來越快，離心力也越來越大，會阻止恒星吸積物質(zhì)。噴流可以向外噴出物質(zhì)，帶走恒星的部分角動量，但這并不意味著盤上的部分物質(zhì)也必須向外（即吸積的反方向）運動。這一問題目前還沒有定論，因為此過程極其復(fù)雜，特別是如果我們將行星的形成過程考慮在內(nèi)。同樣，我們要想了解盤上物質(zhì)是如何轉(zhuǎn)移為噴流時，將不可避免地涉及磁場的作用。

盡管吸積理論還有待完善，但據(jù)我們觀察，吸積率大約為每100ka（ka為時間單位，表示千年，即1000年）吸積1M⊙，這表明從恒星胎到形成像太陽一樣的真正恒星是一個迅速轉(zhuǎn)變的過程。而星周盤存在的時間會更長些，需要經(jīng)過更長時間的演化才能孕育出行星。行星的形成則會降低恒星的吸積率（因為盤上的物質(zhì)變少了），并且使恒星逐漸不再向兩極拋射物質(zhì)。

內(nèi)容來源丨《太陽、地球、生命的起源》

策劃&編輯丨后浪科學(xué)