大家好,，我是國(guó)家天文臺(tái)的研究員戴昱。 我是做天文觀測(cè)的,。很多人聽(tīng)到我的職業(yè)就會(huì)問(wèn)我：戴昱你是不是特別浪漫,？經(jīng)常周末跑到野外去，抱著心愛(ài)的望遠(yuǎn)鏡,、沖著天空一望就是一宿,？更有甚者還會(huì)問(wèn)，你是不是晚上會(huì)抱著寶劍去天文臺(tái),，跟諸葛亮一樣借東風(fēng),？或者,，夜觀天象，指點(diǎn)明天的天氣,？ 當(dāng)然不是,。真正的天文望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)，大多數(shù)時(shí)候就是坐在臺(tái)子前,，對(duì)著一堆電腦,，它們有調(diào)試望遠(yuǎn)鏡朝哪的，有直接顯示星空的,。有些大型望遠(yuǎn)鏡,，還需要很多人一起協(xié)同觀測(cè)。這些跟浪漫是一點(diǎn)都不搭邊,。 而這些才是我們真正的日常,。 
但是，我能想到最浪漫的事情,，是在通往望遠(yuǎn)鏡的路上,。地球上最好的幾個(gè)天文臺(tái)，周圍有非常好的風(fēng)景,。比如夏威夷的Mauna Kea,，周圍有火山巖堆起來(lái)像馬蹄一樣的路；智利的ALMA,，北部觀測(cè)條件非常好,，季節(jié)合適的話，路上可以看到鹽湖,，鹽湖上甚至可以看到火烈鳥(niǎo),；還有我們國(guó)家的“天眼”，周圍非常的青翠,；青海的冷湖天文臺(tái),，也是一個(gè)觀察條件非常好，風(fēng)景非常優(yōu)美的地方,。 
那天文學(xué)研究的到底是什么呢,？以前中國(guó)的小朋友有一本開(kāi)蒙用的書(shū)《千字文》，一上來(lái),，八個(gè)字撲面而來(lái)：“天地玄黃,，宇宙洪荒”。宇宙兩個(gè)字分開(kāi)來(lái),，“宇”代表的是空間,，“宙”代表的是時(shí)間，天文學(xué)就是研究空間和時(shí)間的一個(gè)學(xué)科。 《千字文》接下來(lái)八個(gè)字更有意思：“日月盈仄,，辰宿列張”,。講得是日月盈虧，還有天穹上的天體分布,。天體有很多的類型,，最小的是衛(wèi)星，比如月亮,，衛(wèi)星繞著轉(zhuǎn)是行星,，比如地球，地球再往上是恒星,，比如太陽(yáng),，很多恒星的集合就是我們今天的主題——星系。所有在星系引力場(chǎng)里的恒星,、塵埃,、氣體，包括暗物質(zhì),、暗能量，都屬于這個(gè)星系,。 我們身處的銀河系就是星系,，里面有千億顆恒星，我們的太陽(yáng)并不在銀河系的中心,，而是距離中心有兩萬(wàn)多光年,。這是什么概念？一光年是光在一年里面?zhèn)鞑サ木嚯x,，大概9萬(wàn)億公里,，或者是6多萬(wàn)倍地球到太陽(yáng)的距離，所以天文學(xué)研究,，是真正穿越時(shí)空的旅行,。 下面這張圖里的M33和M31都是星系，其中M31是仙女座星系,，M33是人類肉眼能看到最遠(yuǎn)的星系,，大概離地球300萬(wàn)光年。NGC752雖然長(zhǎng)得很像星系,，但其實(shí)是疏散星團(tuán),。 
仙女座星系M31 | Astrosurf 那么怎么區(qū)分到底是星系還是疏散星團(tuán)呢？這就涉及到一個(gè)紅移的概念,，有紅移的基本都是星系,。 先來(lái)解釋一下紅移，大家聽(tīng)過(guò)救護(hù)車從身邊開(kāi)過(guò)嗎,？它的喇叭從遠(yuǎn)到近,，又從近到遠(yuǎn),，聲音的頻率會(huì)發(fā)生很大變化?？拷鼤r(shí)聲音很急促,，遠(yuǎn)離時(shí)聲音被拉長(zhǎng)，這種頻率的變化就分別對(duì)應(yīng)著天文學(xué)中的藍(lán)移或者紅移,。一百年前,，哈勃發(fā)現(xiàn)了宇宙是持續(xù)膨脹的，也就是說(shuō),，我們和星系之間的距離不是固定不變的,，有些星系在遠(yuǎn)離，有一些則在靠近,，遠(yuǎn)離我們的星系就有紅移,，反之靠近我們的就是藍(lán)移。 我主要關(guān)心的領(lǐng)域是星系的形成和演化,。 星系是怎么產(chǎn)生的呢,？這要追溯到137億年前宇宙誕生的時(shí)候：大爆炸發(fā)生后，宇宙經(jīng)歷了超光速的暴漲,，密度的擾動(dòng)會(huì)造成我們現(xiàn)在看到的微波背景輻射,，經(jīng)歷了一段時(shí)間的沉淀，擾動(dòng)到一個(gè)密度比較高的值后,，第一批恒星就慢慢形成了,，慢慢地恒星又形成了星系。 在我看來(lái),，宇宙的演化過(guò)程跟《莊子》里有一段話說(shuō)得很相似,。
就是說(shuō)，在“倏忽”,，也就是時(shí)間的作用下,，宇宙渾沌的狀態(tài)結(jié)束了，慢慢地整個(gè)宇宙變成了有七竅,、有結(jié)構(gòu)的一個(gè)狀態(tài),，就是我們現(xiàn)在看到的宇宙。 大家知道我們現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)最早的星系是多早以前嗎？135億年前,，這是2022年7月剛被打破的記錄,，是韋布望遠(yuǎn)鏡的第一批結(jié)果。韋布才剛剛運(yùn)行不久,，在接下來(lái)的幾年甚至幾個(gè)月以內(nèi),，這個(gè)記錄很有可能還會(huì)被再一次打破。 我們還發(fā)現(xiàn)有一個(gè)非常有趣的類比,。下面這兩張圖左邊是中國(guó)的地圖,，展示的是城市晚上的燈光，右邊是觀測(cè)到的宇宙大尺度結(jié)構(gòu),。如果把城市和星系放大來(lái)看,，會(huì)發(fā)現(xiàn)它們之間很相似，都有明顯的聚居行為（星系團(tuán)和城市群）,。而且,，兩者之間不僅是結(jié)構(gòu)上的相似，形成原因也有相似性——都是因?yàn)槿丝诿芏然蛘吆阈敲芏冗_(dá)到一個(gè)極限值后,，就出現(xiàn)了城市或者星系,。 
城市燈光 | NASA/Max Planck Institute 關(guān)于星系與人類社會(huì)，我的好友天文學(xué)家王濤博士有一段非常精彩的論述：“人們向大中城市的聚居行為,，很大程度上可以用類似引力的特性描述,，如城市吸引力與大小成正比，與距離呈反比,。” 還有一個(gè)有趣的類比：當(dāng)恒星的密度在一個(gè)星系里越高,，這個(gè)星系生長(zhǎng)的速度就會(huì)變慢,，這跟人口密度高的地方生育率下降是類似的。 這些類比很有趣,，但需要澄清一點(diǎn)：它們絕對(duì)不是科學(xué)論證,。但是，歸根究底為什么會(huì)有這種相似性呢,？因?yàn)椴还苁翘煳膶W(xué)還是社會(huì)學(xué),，都是通過(guò)研究復(fù)雜系統(tǒng)，來(lái)描述研究對(duì)象行為方式的科學(xué),。所以有時(shí)候,，科學(xué)家會(huì)通過(guò)類比，尋找不同的學(xué)科的聯(lián)系,，有時(shí)會(huì)得到不少研究靈感,。 繼續(xù)說(shuō)回星系。我最關(guān)心的是星系的演化，也就是它的成長(zhǎng),。它怎么長(zhǎng)大呢,？其實(shí)，跟人類很像,，星系的成長(zhǎng)需要“吃”東西,，而且星系的“吃”還分兩種。 第一種方式是相對(duì)緩慢的,，從周圍環(huán)境中吸取物質(zhì),，然后慢慢消化，變成了恒星,。那么,，如何衡量一個(gè)星系“吃”的多少？一般用恒星質(zhì)量來(lái)衡量,，恒星產(chǎn)生得越多,，質(zhì)量增加得就越多，也就是“吃”得越多,。 第二種方式的“吃”發(fā)生在星系的中心,，也就是黑洞。現(xiàn)在幾乎所有理論和觀測(cè)都認(rèn)為,，大質(zhì)量星系中心存在密度很高的核球,，核球的中心是超大質(zhì)量黑洞，這樣才能把整個(gè)星系通過(guò)引力束縛在一起,。經(jīng)過(guò)接近10年的觀測(cè),，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)在銀河系的中心，人馬座α里,，所有的恒星都圍繞著一個(gè)點(diǎn)在運(yùn)動(dòng),，這個(gè)點(diǎn)就是它質(zhì)量的中心，也就是銀河中心的超大質(zhì)量黑洞,。為什么說(shuō)它是超大質(zhì)量呢,？因?yàn)樗蠹s有400萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)那么重。這個(gè)發(fā)現(xiàn)在2020年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),。 黑洞在不停地吃東西,，而且它吃的東西會(huì)在黑洞周圍形成一個(gè)吸積盤(pán)，相當(dāng)于物質(zhì)在黑洞周圍排著隊(duì),，等待被吃掉,。但是在排隊(duì)等待的過(guò)程中，有很大一部分物質(zhì)的質(zhì)量直接被轉(zhuǎn)換成能量了,，著名的質(zhì)能轉(zhuǎn)換公式E=MC2就是在描述這個(gè)過(guò)程,。 當(dāng)質(zhì)量都變成了能量,，這些能量會(huì)發(fā)出巨大的光芒，讓這個(gè)黑洞看上去非常亮,，以至于整個(gè)星系的光芒都被黑洞所遮掩了,，所以在我們眼中看起來(lái)就像是一個(gè)明亮的恒星，但實(shí)際上它是星系,，這種星系叫類星體,。 
類星體中心的塵埃環(huán)與吸積盤(pán) | STSCI & NASA 類星體因?yàn)椤俺浴睎|西的速度非常快,，所以不能很好地吸收,，經(jīng)常會(huì)“吐”。這里的“吐”指的是物質(zhì)在還沒(méi)有進(jìn)入黑洞前就被推出去了,。根據(jù)被推出去速度的快慢,，分為高速的噴流，以及慢速的外向流,。噴流的速度非?？欤婚_(kāi)始甚至接近光速,，所以噴流的尺度可以到達(dá)星系大小的幾倍,、幾十倍，甚至幾千倍,。而外向流噴出來(lái)的物質(zhì)速度不大,，就會(huì)在黑洞周圍，形成像小泡泡一樣的形狀,。 星系形成的途徑,，除了“吃”，還有一種就是星系并合：兩個(gè)星系很靠近時(shí),，會(huì)受引力吸引,，彼此在引力作用下，慢慢地經(jīng)過(guò)幾個(gè)回合,，并合成一個(gè)星系,，這是一種非常高效的生長(zhǎng)方式,。 通過(guò)觀測(cè),，我們發(fā)現(xiàn)宇宙中很多星系并不是孤立的。在它周圍可能就有一個(gè)伙伴,，或者它可能正在進(jìn)行并合,。比如下面的NGC2623，就是一個(gè)非常有名的并合星系,，可以看到它的形狀像兩朵玫瑰花的花心觸到一起,?；ㄐ恼l(fā)生著劇烈的“吃”，所以很多恒星產(chǎn)生了,，圖中藍(lán)色的小點(diǎn)都是新的恒星,。但是，它的花徑又被甩出去了,，這是星系在“吐”,，形成了兩個(gè)潮汐尾。即使被“吐”出來(lái),，潮汐尾上也還在進(jìn)行著“吃”的過(guò)程,，有很多藍(lán)色的小點(diǎn)，也就是新的恒星在誕生,。 
并合星系NGC2623 | NASA/Chandra/HST/CFHT/Spitzer 下面這張圖是斯蒂芬五重奏,，是由5個(gè)星系組成的集團(tuán)，其中4個(gè)正在進(jìn)行四人舞,。在這個(gè)過(guò)程中,，它們也在不斷地“吃”和“吐”。 
斯蒂芬五重奏 | NASA/JWST 根據(jù)預(yù)測(cè),，我們的銀河系和仙女系在未來(lái)也可能會(huì)并合,。不過(guò)不用擔(dān)心，那將是40億年后的事了,。即使真發(fā)生了,，并合對(duì)太陽(yáng)系和地球的影響也是微乎其微的。這是因?yàn)楹阈呛秃阈堑木嚯x在星系中非常大,，比如,，離地球最近的恒星比鄰星，距離我們約4光年,。我們可以把兩個(gè)星系,，想象成兩個(gè)方隊(duì)的小朋友，每個(gè)小朋友都占據(jù)了半個(gè)操場(chǎng),，如果他們閉上眼朝著對(duì)方?jīng)_過(guò)去,，碰到彼此的概率是非常低的，也就是說(shuō),，在星系并合時(shí),，恒星直接毀滅的概率也很低。 相比于人類的時(shí)間尺度,，天文學(xué)研究的尺度非常大,，很多天文學(xué)家預(yù)測(cè)會(huì)發(fā)生的事，等真正發(fā)生時(shí),，人類可能都不存在了,。 那為什么還要研究天文學(xué),？2500年前，戰(zhàn)國(guó)時(shí)代孔子曾經(jīng)說(shuō)過(guò)一句話,，可以回答這個(gè)問(wèn)題,。他說(shuō)：“朝聞道夕死可矣”。好奇心是推動(dòng)人類進(jìn)步的原動(dòng)力之一,，即使人類的壽命有限,，無(wú)法和宇宙廣袤的空間、綿長(zhǎng)的時(shí)間相提并論,，但人類的好奇心和思想可以,。 孔子的肉體早已不在了，但他的這句話“朝聞道夕死可矣”,，在2500年后還被人類傳誦,，而這就是思想和好奇心的力量。 謝謝大家,！ |
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來(lái)自： yg760 > 《專業(yè)常識(shí)》
