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 公众话科学

星尘

公众话科学
2012年08月27日

李震

辽宁省本溪市气象局

在宁夏的夜晚,躺在散发着清香的草地上。远离人类的文明,耳边只有虫豸的鸣叫声… …
仰望深邃的星空,自然而然的就会思考一个从人类亘古以来就想知道的问题:生命是从何而来?!

生命是从哪里来的呢?要回答这个问题前,首先要了解一个到目前为止,天文学上比较成熟的,一个大家都能接受的理论:大爆炸理论。
时间回溯到137亿年前的某一时刻。宇宙由一个致密炽热的奇点在一次大爆炸后膨胀形成了。随着时间的推移,向各个方向膨胀的物质逐渐冷却,渐渐的组成了各种基本粒子。在万有引力的作用下,这些基本粒子互相吸引、碰撞,形成了多个气体团,这些气体团再进一步收缩形成了各个星系。根据气体团质量的不同,它们收索的速度也不同。这个过程是在大爆炸后30万~7亿年间完成。
早期的宇宙中只有3种元素被创造出来:氢、氦和少量的锂。而这三种元素是不可能形成生命的。所以早期的宇宙一片死寂。没有任何的生命形式的存在。
氢元素占90%以上的气体团在收索的过程中,它的中心温度升高、压力增大。当气体团中心的温度达到1000万度的时候,在气体团的中心触发了氢元素聚变为氦元素的核聚变,核聚变发出了光和热。这样首批恒星出现了,第一代恒星发出的光照亮了昏暗的宇宙。宇宙中的璀璨时代开始了。
第一批恒星的质量可能有太阳质量的一百五十多倍(质量为太阳质量8~25倍的恒星会因引力坍缩而最终发生超新星爆发)。既然储存了这么多燃料,那么这些巨无霸的发光时间一定比太阳寿命长很多吧?恰恰相反,这些早期恒星来也匆匆,去也匆匆,仅能存在几百万年。相比之下,太阳的整个活跃期可达90亿年。
一颗恒星的外层是由中心发生的核反应所产生的能量来支撑的。当这一过程的燃料耗尽时,外层就会坍塌,增加了内部核心的压力和温度。这种变化会使得以前一系列反应所生成的氦核互相碰撞、反应并结合成更重的元素… … 同时,内核外围的氢还在继续燃烧,其结果就像一层层的洋葱一样,重元素不断地在中心形成。最后,铁的产生中止了这个循环。铁原子核是最为稳定的,当它们相互碰撞时会损失能量而不是释放能量。一旦一颗巨型恒星生成了铁核,就没有什么能够阻止外层向内的坍缩。很快一个致密的核心形成了,冲击波激荡在星体内,将其余的物质向外抛出,一个光和热的巨大爆炸发生了,这就是我们看到的超新星。在超新星爆发的一瞬间,比铁元素更重的元素在这个超高温、高压的环境中出现了!这些重元素随着超新星爆发而被炸掉的外壳一起喷发到外层空间中。这些包含着几乎全序列元素的残骸将是形成下一代恒星的原料。
在大约46亿年前,超新星爆发残骸遇到了由一团旋转中的尘埃气体云形成的“太阳星云”。超新星的大爆发产生的冲击波造成了这一原始尘埃云的局部挤压,从而促成了“太阳星云”塌缩的发生。混合了超新星爆发形成的重元素的“太阳星云”用了200-400万年时间形成了最初的太阳系。太阳终于发出了第一缕光线,照耀了年青的太阳系。并在宇宙中宣布了自己的诞生。它将在主序星的行列中有90亿年的寿命。
地球上,随着时间流逝,越来越多的复杂分子被制造出来,直到最后出现了可以自我复制的分子。自我复制的能力,或繁殖的能力,是我们所谓的“生命”的基础。大约在38亿年前地球上出现了最早的生命。生命的繁殖过程并不完美,每一代都可能发生随机的变化——复制过程中的误差。有些随机的“突变”(生物学上的术语)更加成功,比其他的变异存活得更长或者更易于繁殖,因此更有可能形成下一代。这种差异微小的形体之间的竞争就是进化论的核心要义。从那些原始可复制物质(仅仅是些复杂分子)演变出我们身边这些不计其数的生物的过程开始了,漫长而又神奇。
200万年前,智人出现。他们用了200万年的时间进化成了现代的人类,逐渐统治了地球。也向浩大的宇宙宣告了一个属于人类的文明的诞生。他们开始思考生命、思考宇宙。
他们的身体有复杂的分子结构,几乎囊括了所有的元素序列。他们有高度发达的智慧,在科学发展到今天终于意识到:人类的母星并不是太阳。太阳只是人类的一个令人尊敬的兄长。在父母不在的时候,用自己的光和热呵护着自己弟弟的成长。而他们的母星是已经逝去的古老恒星-超新星。因为,构成整个太阳系、地球、人类最重要的重元素都曾经存在于超新星内部换句话说,我们都是曾经的超新星内部亿万度高温、高压环境中孕育出的星尘!
我们再次看向星空:繁星似尘!
感谢作者赐稿,文本仅代表作者观点;中国科普博览刊登的目的在于传递更多信息,并不意味着认同其观点或真实性。
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