原创翻译 双语字幕
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翻译：皇冠 小侠 CiciXT Foxer 榴莲星 麦克杜格 小饭
校对：haoyang112 时间轴：haoyang112 蓝光版时间轴：baby2000
后期：鱼骨头 总监：Leona
恒星七纪
恒星诞生
成年期
红巨星
白矮星
超新星
中子星
黑洞
尾声 星云
每当太阳落山 夜幕降临
坐在大地 仰望天空
就能目睹一部史诗剧作在眼前上演
这部剧作拥有数十亿的演员
恒星
每一颗都有自己的故事
垂垂老矣的红巨星
膨胀得太大 以至于正在逐渐裂开
超新星
宇宙中最壮观的烟火秀
神秘的黑洞
它们是我们刚刚有所了解的恒星墓碑
而当太阳再次冉冉升起
我们看到的是一颗正当壮年的恒星
揭示这些恒星的生命历程
向我们展现了宇宙的奥秘
以及我们在其中的地位
故事结尾留下的线索
能解开科学中最大的奥秘
这就是恒星的故事
数千年来
我们讲述着太阳和恒星的故事
九天之上 居住着神祇和巨人
古埃及人信奉太阳神拉
猎户座猎人踱步天际
恒星和星座
是随着季节变化
而在我们头顶上移动的诸神
到了二十世纪
现代天文学家发现
我们的直觉似乎是正确的
每晚在夜空中闪烁的星星不尽相同
强大的望远镜
揭示了它们千变万化亮度和颜色
正是在这些不同之中
科学家找到了一个新的故事
当我们仰望星空 恒星看起来各不相同
但是一旦把它们
按照颜色和亮度排序
我们就会发现 它们有规律可循
故事也因此变得有趣了
弗朗西斯科·迭戈博士
一生致力于恒星的研究
它们各自的性质
以及它们之间的联系
例如 这是大角星
一颗红色的 光耀夺目的恒星
这是半人马座贝塔星
一颗炽热的蓝色恒星
太阳温度处于它们中间
所以要放在这两个之间
根据恒星的性质将其排列
天文学家发现了一个规律
它揭示了不同类型的恒星
都有自己的特点 以及对宇宙特别的贡献
但是这个规律引出了一个更重要的问题
它在告诉我们 随着时间的推移
恒星自身会发生变化
会发展 会演化
然后就有了这个规律
一种循环 恒星的生命循环
在探索恒星七纪的过程中
科学家们揭示了宇宙的故事
就和我们一样
一切从诞生开始
赫斯特蒙天文台 苏塞克斯 英国
有史以来最引人注目的一片星空
是昴星团的所在之处
昴星团 金牛座
但是古代的天文学家不知道
昴星团藏着一个秘密
一个被现代天文学家发现的秘密
这个星团 昴星团
在荷马的《奥德赛》以及《圣经》
弗朗西斯科·迭戈博士 天文学家 伦敦大学学院
还有阿兹特克人和玛雅人的圣书中被提及
有趣的是 昴星团非常年轻
早期的恐龙都没有见过它们
因为在那时 昴星团还没有形成
年仅一亿岁 它们是恒星中的小娃娃
极其年轻的恒星
天空中所能见到的最年轻的恒星
每天都有恒星在某处诞生
每一颗的诞生都是宇宙中最奇妙的事件
一个需要创世之力的过程
而触发这一过程 不过是一个偶然
故事从宇宙深处 昏暗且寒冷的
尘埃与气体云讲起
这些云团是塞雷娜·维蒂博士
研究恒星形成的关键所在
这些云非常巨大
可以延伸到300光年
许多恒星在那里诞生
塞雷娜·维蒂博士 天文学家 伦敦大学学院
因此我们称其为恒星的摇篮
云中许多地方 数百万年不曾改变
直到什么发生 比如一个触动
然后恒星开始形成
触发这个重大事件并不难
两块云团的碰撞
或是遥远的宇宙活动引发的激波
仅需挤压一下云团
只要一点压力
让气体密度足够大
然后引力发挥作用 云团开始坍塌
静静漂浮在宇宙中的
尘埃和气体
开始聚在一起
引力让它们互相吸引
而且越来越快
随着坍塌的继续
气体和尘埃会落向中心
密度越来越大
云团的中心 温度越来越高
自然规律决定
物体被压缩时 温度会升高
数百万年间 原恒星不断成长
内核的压力增大 温度升高
直到最终到达临界温度
大约1500万度
一个重要的反应
会在刚形成的恒星内核开始
一瞬间 恒星的内核
就像我们的太阳 开始发出耀眼的光芒
一颗恒星就此诞生
如果仰望夜空 注视闪烁的星星
你会觉得这个小小的亮点
史蒂夫·考利 英国原子能机构
就像是圣诞树上的彩灯
事实上
那里正释放着巨大的能量
要想了解亮点里在发生什么
BBC的片子 指离伦敦更近
那就要到离家近一点的地方
到牛津郡的欧洲联合环形加速器
那里专门研究恒星内部的反应
那就是点亮恒星的核聚变
用欧洲联合环形加速器
我们想在地球上创造一颗小恒星
我们试图创造满足核聚变的条件
然后依靠核聚变
产生大量的能量
如果想在地球上创造恒星
使用的仪器
要能承受极高能量
你需要一个回旋加速器
一个能够承受一亿度高温的
巨大的环形结构
在它内部 极强的磁场
束缚着氢燃料
好了 启动吧
所需条件如此极端 每一次造星
都非常紧张
九 八 七...
现在欧洲联合环形加速器
正在启动磁铁
在启动过程中
会让电流通过环路
你能看到那里逐渐变红
那是等离子体在形成
首先要把构成物质的
最小微粒分解
原子
然后再让它们高速撞击 发生聚变
产生星光
你可以看到等离子体在容器底部撞击
所以底部会开始发光
现在颜色很鲜艳了
里面大概是三千万度
这就是地球上形成的一颗小恒星
看来流经等离子体的电流
有250万安培
大家这么兴奋 看来这次是成功了
虽然只持续了很短的时间
但是在这里 他们成功的复制了
宇宙中最大物体的内部反应
恒星的内部反应
他们的成功
是因为史蒂夫·考利博士这样的科学家
了解最小的微粒
在每个氢原子中心有一个质子
在质子周围
是一个电子 沿某种轨道环绕质子运动
在足够的热量与压力作用下
绕转的电子
会被从中心质子旁剥离
足够多原子被剥离电子
你就创造了一团等离子体
分离粒子熬成的一锅汤
如果能符合一些极端条件
不可思议的事情将会发生
一个链式反应开始了
质子们四处乱窜
由于它们带正电荷
它们互相排斥 彼此保持距离
多数时候它们只会擦身而过
当能量足够高时 它们会狠狠撞向对方
有些时候 可以合为一体
那便是聚变反应
当四个氢质子最终发生聚变
它们创造出一种新元素
氢元素变成了氦元素
释放出巨大的能量
这始于恒星诞生之初
一切都归结于质量
以及物理学中最著名的公式
新造的氦核
质量比用于创造它的
四个氢原子小
不知何故 反应中损失了部分质量
任何知道一点物理公式的人
都明白能量与质量
能用爱因斯坦最著名的公式联系在一起
质能方程 能量等于质量乘上光速的平方
因此丢失的质量便是能量
但由于光速的平方是一个很大的数
一点点质量便能创造出巨额的能量
太阳每天只需要
燃烧它九牛一毛的质量
就能产生数以百万瓦特计的能量
核聚变并不只是
赋予了恒星生命
同样维持它们的生存
当一颗恒星诞生 开始自己的生命旅程
科学家们发现
一些别的重要事情 也随之展开
第一个看出
下一个创世故事个中端倪的
是尼古拉·哥白尼
现代天文学之父
他也带来了出人意料的社会革命
1543年间 他出版了一本书
颠覆了一千多年的天文思想
即相信太阳围绕地球旋转
这真的令人振奋
这是科学史上
斯蒂芬·庞弗里教授 科学史学家 兰卡斯特大学
最重要的书籍之一
你能从扉页读到这是哥白尼的
六卷科学巨著 《天体运行论》
这不仅对天文学界具有爆炸性影响
也同样改变了人们的观念
重新认识了地球在宇宙中位置
我们可以看得很清楚
如果我们仔细瞧瞧这张著名的图片
我们能看到在中心
不是地球 虽然几千年来人们一直这样想
而是拉丁语的太阳
根据这革命性的新宇宙观
地球围绕着中心的太阳旋转
地球的地位从宇宙的中心
降为第三块绕着太阳转的大石头
关于宇宙如何形成的传统观点
其基石已被动摇
对于十六世纪而言
这蕴含着一种颠覆性的含义
当时的人们非常相信
上帝创造了一套天堂的模板
所以人间社会应该也是
他用这套模板创造的
秉持这样一种"在下如在上"的信念
天堂的一点点变化
便会直接导致文化巨变
到1611年 哥白尼主义已广为流传
诗人约翰·多恩说
"世间万物 新思想无不质疑
"逻辑不复存在 一地狼藉“
我们与太阳之间的关系 被彻底改变了
不过哥白尼并不知晓
现在科学家发现
太阳并不仅仅位于太阳系的中心
它还是太阳系的创造者
一颗恒星的诞生
会触发它周围行星的诞生
行星随着恒星的形成而产生
行星是形成恒星的
气体和尘埃的残骸
它们可以算得上是胞衣
当新的恒星诞生后
孕育它的云团还剩下部分物质
它们围绕恒星形成一个盘
数百万年间 在这个盘中
尘埃颗粒开始相互吸附
将北天飞马座中
一颗新星的光芒掩住
你能看到这些白色光点
它们是围绕着恒星的尘埃盘中
正在形成的行星
最终 恒星被它的子孙环绕着
这整个过程解释了
太阳系独特的结构 包括我们地球
你能看见这些行星
在同一水平面上以相同方向绕着太阳旋转
是因为他们都来自
同一个带 同一个盘
令人称奇的是仅仅以肉眼进行观测
加诸强大的推理能力
哥白尼画出了
第一张准确的太阳系全家福
一颗恒星 以及环绕它的后代
但诞生只不过是开始
每天清晨
太阳会成为天空中唯一可见的恒星
它正值中年
百分之九十的恒星也是如此
太阳的特别之处在于它离我们很近
从我们发现太阳是一颗恒星起
一扇巨大的窗被开启了
我们得以进一步了解宇宙
因为太阳是我们唯一能细致研究的恒星
通过我们观测太阳
我们有了一座宏伟的实验室 它近在眼前
我们能够实实在在地看见它 研究它
我们能真切地看到它的表面
建造它的内部模型
测量大气中的许多物质
如此一来 研究太阳就相当于研究恒星
大多人都知道到太阳非常可靠
值得信赖 亘古不变
但在我们习以为常的宁静外表下
隐瞒着一个关乎所有中年恒星的真相
太阳表面下 是一场激烈的战争
真相被知悉内情的科学家们揭露出来
太阳正值壮年
它虽是一颗中年恒星 但它很有活力
生机勃勃
我个人将太阳当作一个密友
海伦·梅森博士 太阳物理学家 剑桥大学
每天都想知道它经历着什么
我每天观察卫星图片以寻找答案
有时候数据传送有误
或者其它原因让你看不清
好像太阳并不想
让你知道它的近况
那挺令人沮丧
因为你想知道你的朋友
每天过得怎么样
海伦·梅森博士与太阳之间的亲密关系
使她成了世界领先的太阳物理学家之一
人们以为太阳很平静 缺乏变化
但事实并非一直如此
因此它研究起来十分有趣
像海伦一样的科学家的工作
揭示了在太阳内部
有一场战争 对手是宇宙中两股重要力量
那是通往恒星平生的关键
创造一颗恒星的重力 正在将它向内拉
试图压碎它
而给予它生命的核聚变
又在向外推
时刻准备将它炸开
如果任意一方占据上风
那么这颗恒星将在灾难中毁灭
一名十七世纪的科学家
在研究太阳时对此并不知情
但他的确很快意识到
我们的母星比它看起来要狂躁得多
那个人便是伽利略·伽利雷
他运用的最早的望远镜
通过投影 得到了太阳的详细图像
彻底改变了我们对太阳的认知
在这个过程中 他震惊了全世界
当伽利略观察太阳的投影时
差不多和我现在的方法相同
他看到了太阳上有斑点
黑色的斑点
人们此前也看到过
古代中国人就曾透过云雾看到过
但最重要的是 伽利略提出
这些太阳黑子就在太阳上
而不是卫星 也不是挡住太阳的东西
这一理论违背了天主教几千年来的思想
神创万物尽善尽美
而我们现在却发现了瑕疵和黑斑
伽利略备受争议的研究成果
导致他在软禁中度过余生
但他的观测结果让我们重新认识了太阳
太阳黑子时隐时现
伽利略经过多天跟踪观测
发现太阳黑子在移动
这就表明太阳在旋转
伽利略的发现颠覆了人们几世纪来的信仰
太阳不是一个上帝般完美无暇的光盘
而是一个持续变化的物体
这就意味着 太阳不再至高无上
它和地球有着同样的组成物质
这样一来 我们用于研究地球的科学方法
也可以用来研究太阳
以此为基础 我们才有了随后的新发现
关于太阳 其他恒星和整个天文学
基于伽利略的工作
科学家们还发现
正是太阳活跃多变的特性
给我们带来了最直接的影响
他观察到的黑子与太阳耀斑有关
耀斑爆发瞬间会释放巨大的能量
将数百万吨的物质抛向太空
这股带电粒子流
能够扰乱卫星通讯
极端情况下 甚至能使电网瘫痪
而这一切都源于
太阳磁场的湍动特性
有时 部分太阳磁场会缠在一起
磁力线的足点到处移动 磁力线错综交缠
足点 磁力线汇聚的地方
局部磁场变得异常复杂 最终磁力线断裂
这样就会爆发一场巨大的太阳耀斑
粒子被喷向太空
我们最近观察的
这块活动区域
范围其实还挺大的
过去的几天里一直在喷射耀斑
尽管这种剧烈的喷发对我们有害
但正是太阳活动才让我们得以生存
因为太阳也会喷射太阳风
它们是被抛向太空中带电粒子流
当粒子流撞上大气层时
我们就能欣赏到
美丽的极光
太阳风继续飘往远方
在木星的两极绘出同样绮丽的辉光
然后来到土星
最终在日地距离一百倍以外
太阳风势头减弱
在宇宙中 形成太阳系的边界
吹出了一个保护泡
使我们所处的太阳系
免受银河辐射和宇宙射线的伤害
这就是日球层
在日球层的保护下
一颗距离适中的行星就能孕育生命
太阳要不断地核聚变来抵抗重力
而我们就受益于其中产生的能量
能量不会凭空出现或消失 只会转移
能量从太阳的核心 穿过大气
以多种形式转移到我们身上
阳光和热量
经由植物 粮食 养育了我们
当清晨的阳光洒向巨石阵
在石柱间投下清晰的光影
古老德鲁伊祭司的传人
准备迎接夏至日的第一缕阳光
我非常理解
古人为什么会崇拜太阳
因为太阳就像神一样
为我们提供了所有的必需品
没有了太阳 生命将不复存在
古人担心太阳将不再升起
并非杞人忧天
它已经燃烧了五十亿年
但它一半的氢燃料 已经用于核聚变
来抵抗重力了
某天清晨 太阳将最后一次眷顾地球
我们以前无从预测末日将何时来到
但我们现在却能解读太阳的命运
和我们自己的命运
这并非来源于对太阳的研究
而是来自对其它众多恒星的观测
这一突破性进展
源于美国天文学家亨利·诺利斯·罗素
和丹麦人埃希纳·赫茨普龙的研究
他们试图为夜幕中
所有的恒星建立一个普适的模型
不论恒星是大是小
也不论它们明亮还是黯淡
这一模型向我们揭示了恒星的生命循环
在二十世纪之交
天文学家已经积累了大量的恒星观测资料
主要测量了恒星的颜色
和它们的真实光度
赫茨普龙和罗素所做的
就是把恒星
弗朗西斯科·迭戈博士 伦敦大学学院 天文学家
按照温度和光度 排列在一张图上
这样就画出了赫罗图
假设他们离地球距离都相同
其中一个轴代表恒星的亮度
由最暗的到最亮的
另一个轴代表恒星的温度
由恒星的颜色来表示
从温度高的蓝白星 到较冷的红星
经排列后的恒星展示出了神奇的规律
几乎所有恒星都落在了图中央的对角线上
这条对角线称为主序带
主序带上的恒星都尚处中年
内核中还储有足够的氢
可以聚变为氦来抵御重力塌缩
但在主序带两侧还有两小群恒星
在解读赫罗图的过程中 科学家们发现
这两块边缘群体预示了太阳的未来
现在太阳还在燃烧氢
所有主序星都如此
但当内核的氢被耗尽的时候
主序星就要开始走向死亡了
太阳的外层会开始膨胀
它会渐渐脱离主序带
成为一颗红巨星
夜空中繁杂的恒星
构成了一副简单的图谱
在这张图上你可以勾画出恒星的一生
它告诉我们 太阳的命运
就写在夜空中
当太阳内的氢消耗殆尽
它将脱离主序带
进入它生命中的下一篇章
成为一颗红巨星
像太阳这样中低质量的恒星
不会优雅地老去
而会制造一场灾难
他们会膨胀成为宇宙中数一数二的
无比巨大的恒星
参宿四 猎户座
变成比太阳大两百倍
亮几千倍的恒星
心宿二 天蝎座
变成宇宙中最具破坏性的恒星
但它们也最具创造力
为漆黑的天空撒上点点猩红
大角星就是一颗红巨星 很容易找到
就在大熊座北斗七星的末端
沿着那里看去 就可以找到大角星
追随大熊 正符合"Arcturus"原来的意思
巨熊的守护者
奇特的是
大角星引人注目的颜色并非因为它温度高
反而是因为它温度较低
当重力和核聚变的力量
无法再维持平衡时
恒星的大小就会发生改变
红巨星会逐渐膨胀
它们狂暴的能量扩散开来
导致它们温度下降
从蓝色或白色恒星
变为红色恒星
但因为它们体型巨大
它们此时还是天空中最耀眼的恒星之一
那是大角星
大角星 由弗朗西斯科拍摄
对于像大角星这样明亮的恒星
在古代 无疑有不少人类文明
把某些事件的发生
与之联系起来
"每颗恒星都有着独特的个性
《自然博物志》 老普林尼 公元前一世纪
"它们造成的影响也正符合个性
"大角星的升起一定会伴随着
"一场猛烈的冰雹"
但其实大角星所预示的灾难
可比恶劣天气要糟糕的多
它预示的恐怖场景
好莱坞根本不能望其项背
当太阳在五十亿年后
最终变成红巨星时
它将由守护者
演变为这个世界的毁灭者
罗宾·卡其普尔博士多年以来
致力于研究这些夜空的饕餮巨兽
这要从它们内核中 氢耗尽的那天说起
恒星一生大部分时间
都在把氢聚变成氦
而这一过程提供了
用以抵抗引力的压力
当内核的氢耗尽
仅剩下纯氦时
就没有了能量来源
所以内核开始塌缩
罗宾·卡其普尔博士 剑桥大学 天文学家
而在塌缩的过程中
温度在引力的作用下上升
然后温度升高到
足以使核心外围的壳层发生核聚变
我们称之为壳层氢燃烧
核心已经停止了聚变
它仍然很热 但已经死了
这颗恒星和我们的太阳
已经完全不同了
核聚变仍在继续
发出我们所看见的光
但它却发生在外围含氢的壳层
而不是在内核中
这是新的能量来源
这一过程当然也会抵抗其自身的引力
并且实际上导致了恒星外层大气的膨胀
这颗恒星就开始其华丽的变身
成为红巨星
对于我们的太阳来说
这个变化将是令人畏惧的
因为在它的晚年
它会毁掉它之前所照顾的行星
首先 它会不断膨胀
一直膨胀到水星轨道 然后吞没水星
到那个时候
它将比现在的太阳亮一千倍
然后它继续膨胀 大约再过几百万年
它将膨胀到金星轨道
金星也就完了 被吞没了
然后太阳继续膨胀 朝着地球而来
要是我们能看到的话 我们会看见它
比现在的太阳亮三千倍
它比现在要大260倍
但是却没有
现在太阳的完美外形
气体从表面涌出
它将是红色的 无比狂暴 略微有点透明
看起来就像要从裂缝处炸开了一样
我们唯一的存活希望
就是在灾难降临前远远逃离
并寻找一个新的太阳系来安家
到了它狂暴的晚年
即使是面对它最心爱的孩子
太阳也会毫不留情
地球将消失在太阳中
恐怕那时就是地球的末日了
我们的星球将被炽热的气体球吞没
彻底被抹掉
创造并哺育了我们的恒星
最终将会在它膨胀的晚年
毁灭我们
当红巨星带来了毁灭时
科学家们却在其中发现了
另一段故事的开始
一个创造的故事 和我们有关
也与恒星有关
科学家发现 在引力与核聚变
对抗的最后阶段
红巨星产生了
宇宙中最丰富的两种基本元素
这些重要的元素
是在红巨星的核心处产生的
在太阳吞没了可怜的地球
大约五十万年后
其温度升高到了
足以开始进行氦聚变
这是恒星一生中的一个新阶段
此时 氦元素在恒星的内核中聚变
并产生碳和氧
科学家们发现恒星
不仅能发出摇曳的星光
它们还是炼金术士
创造出组成宇宙的物质
你身体中大多数的碳
都来自于红巨星废弃的包层
当引力与核聚变的战争
终于要分出胜负时
恒星巨大的外层包层
就与高温的核心分离开来
将碳和氧返还至宇宙中
这一绚丽的过程之后剩下的
就是残骸
***此处无字幕***
白矮星曾让科学家困惑了好几十年
首要的问题就是找到它们
其实它们就藏在我们眼前
只是我们需要一个更大的望远镜去找到它们
北半球冬季的夜空中
有着许多神奇的星座
比如这个 大犬星座
大犬星座有着夜空中最亮的恒星
叫做天狼星
天狼星 弗朗西斯科拍摄
它是颗漂亮的恒星 也叫做大犬星
在十九世纪
随着望远镜质量的不断提高
科学家发现天狼星有一颗伴星
被主星明亮的光辉
掩盖了的黯淡的伴星
天狼星A
天狼星B 发现于1862年
这颗大犬星的伴星被戏称为"小狗"
在1922年
这种新型的恒星有了正式命名
叫做白矮星
但是科学家们并不在意如何命名
当比较了它的大小和质量时
却得到了意想不到的结果
它的密度比地球上的任何东西都要大
比之前想象的任何东西都要大
它们根本就是种不该存在的恒星
它的核聚变已经停止 剩下的不过是残骸
燃料都已耗尽了 它们是如何发光的呢
这个疑团困扰了约翰·埃利斯教授很久
纵观其一生 恒星都在通过
让轻原子核聚变成更重的原子核来产生能量
约翰·埃利斯教授 伦敦国王学院 理论物理学家
它们先是把氢聚变成氦
然后它们继续聚变氦核
产生碳和氧
随着时间推移
它们消耗了越来越多的燃料
最终就像汽车一样 没油了
随着氦燃烧的结束
白矮星的活动也停止了
剩下的只有由碳和氧组成的死去的内核
这已经不算是恒星了 不过是灰烬罢了
而在恒星内部发生的
引力与聚变的战斗 现在已见分晓
一旦聚变停止
恒星在自身引力作用下塌缩
形成白矮星
成为一颗密度大得难以想象的小型天体
将会比它最初时的密度
高数百万倍
非常非常密
要是有跟我手机那么大的一块
可能会有差不多十吨重
巨大的红巨星 其内核塌缩
使得白矮星的密度
比之前发现的任何东西都要高
这又产生了另一个让人困惑问题
为什么引力没能完全毁掉它们呢
它们真是谜一样的东西
曾有一名英国天文学家评论道
"要是能给白矮星回条信息的话
"最合适的一定是 '闭嘴 别瞎说'"
直到物理学有了革命性的重大进步
这些谜团才被解开
量子力学更好地揭示了
原子的内部结构
使得天文学家们
开始破解白矮星的秘密
在物理学中 我们有两种不同的粒子
有一种是喜欢抱团的粒子
喜欢聚在一起
而另一种粒子
例如电子
就喜欢彼此分开来
它们就像在宴会上
撞衫了的人
它们不喜欢呆在彼此的周围
所以它们会自然地拉开彼此间的距离
这就有点像物理学家说的压力
这个压力来自于粒子间互相争抢位置
这是量子力学的原理
当将其应用到恒星上时
死亡白矮星的存在也就说得通了
阻止它们完全坍缩的原因
就是粒子间产生了压力
抵抗了引力的作用
在白矮星中
引力与压力有着微妙的平衡
引力想要把它压成一团
而电子不想呆在一块儿
产生了压力
试图往外推
正是二者间的平衡 引力向内拉
电子向外推
才使得白矮星成了现在的大小
这也让一颗耗尽了燃料的恒星
继续发光几十亿年
这些白矮星非常小
所以它们的表面积也非常小
就是说 虽然它们是白色的 温度高
但是它们发出的光和热
依然十分有限
因为表面积太小了
如今 它继续发光
并逐渐冷却下来
变得越来越黯淡
有点像
退休的老恒星待在恒星养老院里
它仍然活着
但渐渐变得
越发迟缓 越发黯淡
这些白矮星
遍布我们的银河系 以及其它所有星系
白矮星的谜团已被解开
科学家已经知道绝大多数的恒星
包括我们的太阳 是如何走向死亡的
成为白矮星 渐渐消逝在宇宙的黑暗中
但并不是所有的恒星都走得无声无息
大多数的大质量恒星 则是轰轰烈烈
它们用最后一次呐喊宣告自己的退场
超新星 是宇宙中大多数大质量恒星
爆发性的 激动人心的死亡挣扎
如此明亮和强烈的爆炸
可以与一百亿个太阳发出的光相媲美
它们留下的痕迹
将天空描绘得五彩斑斓
如今我们明白 这些壮丽的场景
在创造世界的过程中扮演了重要角色
然而我们花了几个世纪才得以了解
它们太稀少了 几百年来
谁都没看到过
所以首个挑战是要找到它们
那就需要奉献精神
坚持不懈 和热爱追逐带来的激动
不是普通的天文学家 而且是超新星猎人
还要有完美的时机
你要知道 天文学上经常没什么事情发生
恒星能活上几百万甚至几十亿年
亚历克斯·菲利潘科教授 天体物理学家 加州伯克利大学
所以每个晚上都是一成不变
但超新星不同
它会在一夜之间突然变亮
我们可以看到它的变化
超新星在我们的星系 银河系中十分罕见
你要看得更远才能多找到一些
你要在其它星系寻找它们
亚历克斯·菲利潘科教授管理着
卡兹曼自动成像望远镜
地球上最成功的搜索小组 致力于此
最成功的一年 他们发现了近一百颗
没有日程表告诉你
何时何地去寻找超新星
只是随机地 尽量多的反复观测星系
忽然之间 有一颗超新星爆发了
它们真的很稀少
每个星系每个世纪只有两三颗超新星
必须扫描成千上万的星系
才能增加每年找到几颗的几率
这台自动望远镜
夜间能自动对一千多个星系进行成像
然后它将这些新的照片
与同一星系的旧照片进行对比
如果哪张新照片有新发现
比如说新的恒星 那就极可能是颗超新星
这便是我们不断研究的东西
2012年5月12日
2012年6月11日
亚历克斯拍摄的超新星
在亿万光年之外
2012年1月26日
能这么清晰地到 唯一的原因就是
2012年1月31日
爆发非常剧烈
2012年8月5日
估量超新星爆发的能量
2012年8月9日
对了解宇宙的组成
至关重要
几百年来 科学家探索出
地球上的万物是由92种元素组成的
恒星也由同样的元素构成
通过星光 我们能分辨出它们
不同的元素会发出不同颜色的光
在它们被加热 获得能量的时候
所以我们看着星空中发光的云
只要看它是什么颜色 就能确定
它是由何种化学元素组成的
钾元素会发出紫色 看
锶元素
快看锶元素的颜色
钠元素 有点像火焰发出的光
最后 我还有一些铜元素
看看那些超新星的残骸
就能认出一些元素的特征颜色
现代科学家用棱镜分解光 得到光谱
就能了解一切
可以看到
超新星抛出了氢
在这儿 黄橙光
来自于发光的钠原子
与我撒到火焰上的化学物质
发出的光是相同的
绿光中的谱线 是铁元素
光谱紫光部分的谱线 是钙元素
然而 困扰科学家数十年的疑问是
这些元素是从何而来
一位勇敢的约克郡人 获得了重大突破
弗雷德·霍伊尔
元素的起源是个大问题
半个世纪前 科学家就试图解决
弗雷德·霍伊尔及其同事相信
超新星可能是解决谜题的关键
这个想法超越了那个时代
但弗雷德·霍伊尔身上从来不缺乏争议
弗雷德·霍伊尔用电脑模拟恒星爆发
这位宇宙无政府主义者是理论界最具争议的人
如果你认为恒星爆发的原因是个谜
那就大错特错了
霍伊尔花了十年的时间
来证明元素起源的
革命性理论
他推断 红巨星是炼金术士
但他深知它们温度不够高
不足以创造出所有的元素
但他认为猛烈的超新星爆发
形成了绝佳的熔炉
他和同事们用运算来证明这个理论
关键在于大质量恒星对抗引力的最后阶段
创造了几个条件
这些恒星巨大 温度高
能够进行一系列的核聚变
一轮核聚变后剩下的灰烬
成为下一轮核聚变的燃料
质量最大的恒星
可以一层层聚变越来越重的元素
并产生能量
抵抗不断内向拉的引力
先是氖 镁和大量的氧
接着是硅和硫
最后在中央 是铁组成的核
那里是聚变停止的地方
聚变结束 没有能量再抵抗了
于是引力获胜
恒星在劫难逃
当铁核达到临界质量时
大约是地球这么大 但要重得多
电子间的压力无法再支撑它
抵抗向内的引力 于是恒星开始塌缩
塌缩至一座城市这么大的球
然后反弹
反弹撞击到周围圈层
点燃了一次超新星爆发
恒星铁核
快速而猛烈的塌缩
触发了超新星
内爆引发了向外爆发
提供了足够的温度和能量
锻造出几乎所有其他的元素
超新星爆发能够产生
某些比铁元素更重的稀有元素
锌 金 铂 银
它们被抛射到宇宙中
在恒星爆发后的极端条件下
创造出了它们
构成人类的原子 呼吸的氧气
骨骼里的钙元素
红细胞里的铁元素
都是数十亿年前
从恒星 特别是垂死的恒星中产生的
这些垂死的恒星把元素抛射到宇宙中
使它们成为
新恒星 新行星的原料
最终 成为生命的原料
你我皆是星尘
或者不那么浪漫地说
是核废料
在某种程度上 古人诚不我欺
恒星就像上帝
它们是造物主
形成我们的地球
需要几百代的恒星 诞生 死亡
尘埃和气体云塌缩 产生了恒星
点燃生命之火 闪耀几百万甚至几十亿年
晚年膨胀 成为红巨星
它们的内核收缩 变成了白矮星
质量最大的恒星爆发 成为超新星
将它们制造出的元素抛射到宇宙深处
这些元素将成为孕育下一代恒星的原材料
但那远远不是故事的终结
超新星看上去像是恒星的魂归之地
但是对一些恒星来说 生命仍将继续
了解它们 需要依靠一群特别的科学家
他们不断挑战着自己的想象力
并身陷在浩瀚的计算之中
他们的成果预言出了
一种如此奇异 超乎想象的天体
我们对它们的了解才刚刚开始
在这个过程中
我们还解开了宇宙中更深层的秘密
从宇宙中接收到的最微弱的信号
让现代科学家发现了这奇异的恒星墓碑
对墓碑的最早预测
来自一位前卫的挪威天文学家的理论计算
弗里茨·兹威基
早在80多年之前
他坚信超新星爆发后
它留下的内核十分致密
一杯物质就会像山一样重
他称之为中子星
他的想法看上去很荒谬 被人抛诸脑后
直到一种探索宇宙的新方式出现
那就是射电天文学
1967年 这个刚起步的学科
从太空接收到了一组重复出现的奇怪信息
现在人们认为
接收到三个时间间隔相等的信号
是很不常见的
而如果接收到了四个 那就是异常的
自十一月以来
我们接收到了时间间隔
完全相等的信号
这些脉冲十分精确 其规律也可被预测
科学家甚至认为它们是外星人发出的信号
事实证明
它们的发射源与外星人一样令人难以置信
且不为人们所知
最重要的一个问题就是 那是什么
我们知道的是它们很小
这些物体的大小与行星相仿
我们还知道它们能量很高
远远超过一颗行星
所能提供的能源
它肯定是类似恒星的天体
被压缩到行星的大小
科学家研究发现这种新恒星的密度
比以往发现的任何天体都要高
这是否就是兹威基所预测的中子星
天文学家戏称其为脉冲星
并立刻准备好他们的望远镜
搜寻关于它们的其他线索
仅仅一年以后 他们发现了一颗
可以完美地对兹威基的理论进行检验
冬天
我们可以看到星空中最绚丽的部分
弗朗西斯科·迭戈博士 天文学家 伦敦大学学院
其中包括金牛座
这里看到的是昴星团 即七姊妹星团
下面是另一个星团
毕星团
其中包括这颗明亮的恒星 毕宿五
金牛愤怒的眼睛
如果我们沿着毕宿五的这个方向
指向那边的那颗恒星 就在那里
我们会发现距离太阳系最近的一颗脉冲星
蟹状星云脉冲星
当科学家们发现
蟹状星云脉冲星时 最让他们激动的
是它正好位于一颗超新星爆发后的遗骸中
在这张令人惊叹的图像中
我们看到的是超新星爆发后的残骸
但是当我们扫描这个星云的中心位置时
我们发现了这颗脉冲星
它就是恒星爆发后 残留下来的内核
这证明脉冲星显然与超新星有关
科学家们意识到他们发现了
恒星生命历程中的另一个新阶段
它说明挪威天文学家兹威基一直都是对的
他的理论公式预测了一颗超新星
如何在爆炸后还留下这样致密的残骸
计算致力于所有物质的一项特殊性质
这个性质与常识相违背
但它却成为了天体物理学家工作的基础
例如道格·伦纳德教授
所谓固体不过是幻觉
如果我挥舞拳头
道格·伦纳德教授 天体物理学家 圣地亚哥州立大学
击打砖墙 我会感到十分疼
但是 事实上 我的拳头和墙
几乎全部都是真空
幻觉的产生 是因为我们都由原子组成
它们是物质最基本的砖石
而原子基本上就是真空
如果这是一个包括中子和质子的原子核
那么电子大概就会在
背后那群建筑所在的地方
兹威基预测
伴随着超新星爆发 大质量恒星塌缩
释放的能量
足以将原子挤到一起 填满所有的空间
这个塌缩就发生在仅仅数秒之内
在超新星中
最先发生的是铁核的内爆
将从地球大小
压缩到仅仅一个小城市的规模
在内爆过程中 密度将变得十分高
以至于质子和电子被挤到了一起
并形成了中子
同时 重要的是
原子中的空隙被挤出
而最终剩下的就是一个由中子组成的球
它极其致密 被我们称为中子星
中子星形成的过程中 它的磁场增强
其强度是太阳磁场的数十亿倍
随着中子星的旋转
它的南北极将发射出无线信号
它每旋转一圈 信号都会扫过地球
这就是神秘脉冲的来源
这脉冲极其规律 因此脉冲星
成为了宇宙中最精确的钟表之一
中子星的发现
有力地证明了理论物理的力量
它使得天文学家们开始思考
其他被理论预测的奇怪天体
是否也正在宇宙中游荡
其中有一种理论上的天体
甚至比中子星更加怪异
恒星生命的最后阶段
比起现实世界 更像是科幻小说中的想象
科普作家亚德连·贝利在《铁太阳》一书中
提出 未来人类可以利用黑洞
快速地往来于宇宙之中
而我说的快速 就有这么快
一直以来 大多数科学家
不屑地将黑洞视为异想天开
它们的时空结构显然是不合理的
阿尔伯特·爱因斯坦的公式在极端情况下
黑洞才可能出现
爱因斯坦的相对论确实将我们引上了
奇异而陌生的方向
爱因斯坦本人并不相信黑洞的存在
但当我们试图去理解它们时
我们找到的线索 也许能解开最大的谜题
宇宙的起源
这些黑洞到底藏在哪里
就像是天上悬着的一个巨大问号
它们是宇宙中最神秘的天体
在那里公式不再有意义
黑洞是这样的复杂 这样的不切实际
即使我们已经确定它们真的存在
它们却带来了更多的问题
它们怎么可能存在 这怎么都说不通
黑洞是宇宙中的一点
在它周围的引力十分强
任何东西 即使是光线也无法逃离
这个空间的边界叫做事件视界
在里面 所有的事件
都无法被外面的观察者看见
意味着没人能看到 黑洞内发生的任何事件
因此这是一个
没有办法探查其中任何信息的空间
科学家认为宇宙中的这些怪物
诞生于超大质量恒星的死亡
极少数恒星的内核十分大
它们塌缩时
并不会变为脉冲星
塌缩将一直继续下去
直到现在 它在某种程度上还只是理论
但道格·伦纳德 是当代人中
最接近亲眼目睹这一过程的人
首先电脑上设定的一个警报提醒我们
在邻近星系中发生了超新星爆发
仅仅在21亿光年以外
图片中箭头所指 就是这颗超新星
所以我们立即开始
搜索哈勃太空望远镜的数据资料
看能否找到这颗恒星爆发前
拍摄的图像
幸运的是 有人拍过
照片显示这颗超新星
是处于某个遥远星系 名为LBV-1的恒星
产生的爆发
道格和他的小组意识到
他们得到了一个前所未有的机会
因为这颗恒星曾是一颗超大质量恒星
质量至少是太阳的五十倍
这种大小正好适于测试理论公式
这是否标志着一个黑洞的诞生
等待这颗超新星的焰火和余烬消散
我们花了两年时间
我们在超新星爆发很长时间后
得以拍摄第三张照片
看看这颗恒星是否真的已经消失
实际上它确实消失了
现在已经毫无踪影
这曾是一颗非常明亮的恒星
发生了爆发 而今消失了
证据表明
这颗大质量恒星所含的上亿吨物质
已经收缩得不见踪影
现在我们只能惊讶于 如此巨大的质量
竟包含于无形之中
这绝对让你目瞪口呆
然而这正是我们所说的黑洞
正是这些特性
使得一些科学家认为 了解黑洞
就能够掌握最早一批恒星的秘密
不是它们的死亡 而是它们的诞生
这真是一个令人惊叹的故事
经典的创世神话和它比起来
不免相形见绌
科学家发现 在另一个地方
能找到一个无穷密度 而体积为零的点
那是在宇宙开始的瞬间
这正是艾伦·德雷斯勒博士的研究方向
在今天 这已被科学界认同
但事实并非一向如此
从科学的角度来看
艾伦·德雷斯勒博士 卡内基科学协会 天文学家
宇宙起源于创世事件
这是一个革命性的观念
其革命性
与发现太阳系的中心是太阳而非地球
不分伯仲
科学家称之为大爆炸
这是用发现黑洞的同样公式
预测到的
这就是大爆炸理论 根据这条理论
一百亿年前的创世日
宇宙起源于一个巨大的火球
正是这里 宇宙诞生之时
科学家发现了关于恒星生命周期的
根本问题的答案
形成第一批恒星的氢从何而来
大爆炸之初
产生了原始能量和物质的浓汤 它们冷却后
形成了氢和氦 而这两种元素
铸就了如今宇宙中 我们所熟知的一切
每一个作为恒星燃料的氢原子
都产生于大爆炸后的几分钟内
恒星生命循环的不凡之处在于
它揭示了宇宙的起源 元素的由来
甚至还有我们
但这还不是恒星旅程的终点
天文学家仰望着漆黑的夜空时
又发现了一个令人好奇的现象
在恒星残骸形成的星云中
下一代恒星正在形成
科学家还发现了 最原始的生命之火
艾姆斯研究中心 美国航空航天局研究园
凭政府认证的身份卡入内
即便对于美国航空航天局 星云也是遥不可及
因此他们在地球上 创造了自己的星云
四十年前 科学家们得以窥见星云
诞生于恒星残骸的尘埃和气体中
令他们惊喜的是
他们不仅找到了元素 还找到了有机分子
我认为这改变了人们的观念
五六十年前 人们不会想到
斯科特·斯坦福博士 美国航空航天局 天文学家
太空中还有这么多种分子
现在我们知道 它确实存在
许多分子都是有机分子
很多都非常复杂 实际上
这其中有许多种分子
是产生生命所必具的分子
斯科特·斯坦福博士
试图寻找恒星特别问题的答案
其研究处于美国航空航天局的最前沿
星云作为宇宙中恒星的摇篮和墓地
在这里生命又能走到多远
这个是稠密星际分子云的
小型模拟装置
这个罐子中的环境 与恒星形成区类似
现在只需让其反应24小时
我们就能将样本取出
看看产生了什么
斯科特和其他科学家分析结果时发现
星云在形成恒星的过程中
也产生了地球生命的基础成分
这里形成了许多化合物
我们发现许多化合物都非常有趣
因为它们都在地球生命中发挥了作用
这清楚地表明发生在太空中的这一过程
产生了生命的基石
这些分子也许就隐藏着
我们星球上的生命如何出现的秘密
如果它们是生命形成的一部分
首先它们必须到达地球
科学家们发现了一个传送系统
这是一颗从太空
坠入澳大利亚的陨石的一部分
在其中找到的许多有机分子
对我们星球上的生命至关重要
这颗陨石中的氨基酸
在陨石坠落地球之前 就已经存在
因此实际上 这些氨基酸
一定是在太空中的某种环境下产生的
所以 氨基酸一定存在于太空中
然后被送到了行星上
也许生命并非要从地球上从零开始
这些生命的砖石能否由太空散播而来
我们不知道地球上最初的生命
是否有这些
来自太空的物质
因为我们不了解生命的起源
我打个比方
如果你想建一座乐高城堡
乐高积木能从天而降
要比你自己制造乐高积木
要容易得多
如果这些乐高积木在地球上可以找到
也可以出现在环绕其他恒星的行星上
我们已经知道 无论在哪里形成恒星
都可以产生这些乐高积木
实际上乐高积木
可能被送至很多地方
如果地球之外不存在生命
我将会非常惊讶
也许我们永远不能确定其他地方是否存在生命
但我们已经深知我们来自何方
而那是因为通过仰望太空
我们已经了解了许多
地球上的事物
发现恒星并非是永恒的
发现了它们会诞生
度过一生 最终走向死亡
是现代科学中最伟大的成就之一
更令人惊叹的是
我们生活在银河系角落中
某个稍有优势的位置 才取得了这样的成就
想象我们生活在一个阴云密布的行星上
例如金星 那里人们从没见过恒星
看不到天体的运动
我猜 我们的文化
我们的科学将会迥然不同
我们的生活也将完全不同
因此我们是如此的幸运
生活在这个大气层美丽而透明的星球上
使我们能够仰望
这星光闪耀的恢宏夜空
一代代富有想象力的科学家通过观察恒星
已经拓展了知识的边界
发现了比想象还要神奇的现实
通过恒星 揭开宇宙故事的神秘面纱
但同所有美好的故事一样
它终将告一段落
从现在起的一百万亿年后
形成新恒星的原始材料将会耗尽
剩下的恒星将度过它们的余生
它们的残骸将逐渐黯淡
直到最后一颗恒星的灰烬冷去
宇宙中 再也寻觅不到星光的所在