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那轟然一響......我們也是星塵......

那轟然一響......我們也是星塵......

「你我也是在大爆炸時開始,因為宇宙所有的物質整個是一個有機體。在萬古之前,所有的物質都聚合成一大塊,質量極其緊密,因此即使是小如針頭般的一塊,也可以重達好幾十億噸。在這樣大的重力作用下,這個『原始原子』爆炸了,就好像某個東西解體一樣。所以說當我們仰望天空時,我們其實是在試圖找尋回到自我的路。」

——《蘇菲的世界》

卡爾薩根曾經說過:「如果你想從零開始做一個蘋果派,你必須先創造一個宇宙。」 這對於人類也是如此。事實上,我們都是恆星的產物。大部分生命所需要的基本元素都是在一代代恆星的誕生和死亡這個循環往複的過程中產生的。

在地球上,六種構成生命的關鍵元素是:碳、氫、氮、氧、磷和硫,它們被稱為CHNOPS人體質量的>97%都是由這些元素構成的。

依舊是在美國天文學會的冬天會議中,來自史隆數位巡天(SDSS)的天文學家公布,在對銀河系超過15萬顆恆星進行觀測后,他們首次精確地繪製了銀河系的生命元素分布圖。這些元素包括CHNOPS,以及鈉、鎂、鋁,硅、鉀、鈣、鈦、釩、錳、鐵和鎳,都已被SDSS探測到。這是第一次,天文學家在如此大的一個恆星樣本中測量了這些元素的丰度。

史隆數位巡天(SDSS)是使用位於新墨西哥州阿帕契點(APOGEE)天文台的2.5米口徑望遠鏡進行的紅移巡天項目。(圖片來源:SDSS)

當然,我們不可能只是用望遠鏡對準這些恆星,收集光線就可以確定這些元素,而是利用了一個叫「光譜儀」的設備。這就像稜鏡一樣,可以把白光分解為彩色光,由此獲得這種光的光譜。每種元素都會在光譜中留下獨特的印記,對光譜的分析天文學家就可以知道恆星包含了哪些元素以及元素的丰度。而天文學家正是利用了SDSS的APOGEE的光譜儀對這些進行觀測。

氫原子光譜:電子在不同能級之間跳躍可以在光譜中產生髮射或吸收譜線。每種元素都有自己獨特的光譜印記。

在銀河系中,有許多恆星是用肉眼無法看到的,即使你用世界上最強大的光學望遠鏡。因為在銀盤中存在著大量的氣體、塵埃和其它物質。也就是說有許多地方是被遮掩的:它們對可見光都是不透明的。

銀河系中心的中紅外、近紅外和可見光圖像。可以看出,在紅外波段比可見光波段可以看到更多的恆星。(圖片來源:ESO / ATLASGAL Consortium / NASA / GLIMPSE Consortium / VVV Survey / ESA / Planck / D. Minniti / S. Guisard / Ignacio Toledo / Martin Kornmesser.)

為了觀測到銀河系中更多的恆星,我們就需要用到光譜中的紅外波段,這也是APOGEE的優勢。紅外光會直接穿過星際間的塵埃,因此我們才可以繪製銀河系的元素分佈。

研究發現,生命所必須的六種元素遍布在銀河系,越靠近銀河系中心元素的丰度越高。圖中不同顏色代表不同的元素,以及跟人體的關聯,比如肺中的氧到骨骼中的磷。光譜的凹陷的大小代表了元素在恆星大氣的總量。(圖片來源:Dana Berry/SkyWorks Digital Inc.; SDSS collaboration)

天文學家利用計算機來模擬星系的形成,而SDSS/APOGEE的新數據就可以用來比較模擬所做的預言是否符合觀測。他們的研究可以更好的幫助天文學家理解銀河系的結構和演化。

與此同時,從該研究中我們也深刻理解了人類和太空之間的緊密聯繫:人體所需要的原子都是由過去的恆星產生的。

雖然人體65%的質量都是氧原子,但氧原子只佔了不到太空中所有元素的1%. 恆星大部分都是由氫氣組成的,但在恆星的光譜中也探測到了一小部分的重元素(包括氧)。APOGEE還發現,在銀河系內部擁有更多的重元素。在銀河系內部的恆星比較老,這意味著在銀河系內部比在外部合成了更多的生命元素。

太陽離星系中心25000光年,而銀河系內部在宇宙誕生的50億年後,其化學丰度就達到了同樣的水平。這是否暗示著生命在宇宙早期的時候就在靠近星系中心產生了?

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