“我认为,”埃文斯说,“光在太空中旅行数百万年,恰好在它到达地球的那个时刻,有人看向了天空的那个正确位置并看到了它,这个想法本身就令人满足。如此重大的事件被见证,似乎是理所当然的。”
超新星的作用远不止于传递惊奇感。它们有几种类型(其中一种由埃文斯发现),其中一种特别重要的称为 Ia 型超新星,对天文学来说很重要,因为它总是以相同的方式爆炸,具有相同的临界质量。因此,它可以作为标准烛光来测量宇宙的膨胀速率。
1987年,加州劳伦斯伯克利实验室的索尔·珀尔马特,由于目视观测提供的 Ia 型超新星数量不足,开始寻找一种更系统化的搜索方法。珀尔马特设计了一套巧妙的系统,使用了先进的计算机和电荷耦合器件——本质上就是非常好的数码相机。这使得超新星狩猎自动化了。望远镜现在可以拍摄数千张照片,让计算机探测标记超新星爆炸的标志性亮点。五年内,利用新技术,珀尔马特和他在伯克利的同事发现了四十二颗超新星。现在甚至业余爱好者也在用电荷耦合器件寻找超新星。“有了 CCD,你可以把望远镜对准天空,然后去看电视,”埃文斯带着一丝沮丧说道。 “这把所有的浪漫都带走了。”
我问他是否想采用新技术。“哦,不,”他说,“我太喜欢我的方式了。再说”——他朝他最新发现的超新星照片点了点头,笑了笑——“我有时还是能打败他们。”
自然而然产生的问题是:“如果附近有一颗恒星爆炸会是什么样子?”我们最近的恒星邻居,正如我们所见,是半人马座阿尔法星,距离我们 4.3 光年。我曾想象,如果那里发生爆炸,我们将有 4.3 年的时间观看这场壮观事件的光芒在天空中蔓延开来,仿佛从一个巨大的罐子里倾泻而出。如果我们有四年四个月的时间看着一场不可避免的厄运向我们逼近,知道当它最终到来时会把我们骨头上的皮都炸掉,那会是什么样子?人们还会去上班吗?农民还会种庄稼吗?还会有人把它们送到商店吗?
几周后,回到我居住的新罕布什尔州的小镇,我向达特茅斯学院的天文学家约翰·索斯滕森提出了这些问题。“哦,不,”他笑着说。“这种事件的消息以光速传播,但其破坏力也以光速传播,所以你会在同一瞬间得知它并死于它。但别担心,因为这不会发生。”
他解释说,要被超新星爆炸的冲击波杀死,你必须“近得离谱”——可能在十光年左右。“危险将是各种类型的辐射——宇宙射线等等。”这些会产生奇妙的极光,闪烁的诡异光幕将充满整个天空。这可不是什么好事。任何强大到足以进行如此表演的东西很可能吹走磁层,即地球上方高处的磁场区域,通常保护我们免受紫外线和其他宇宙袭击。没有磁层,任何不幸踏入阳光下的人很快就会变成,比如说,一块烤过头的披萨。
索斯滕森说,我们之所以可以相当自信地认为这样的事件不会在我们星系的角落发生,是因为首先需要特定类型的恒星才能产生超新星。一颗候选恒星必须比我们的太阳质量大十到二十倍,“而且我们附近没有任何足够大的恒星。宇宙是一个仁慈的广阔之地。”他补充说,最近的可能候选者是参宿四,多年来其各种喷发表明那里正在发生一些有趣的、不稳定的事情。但参宿四距离我们有五万光年。
在有记载的历史中,只有六次超新星离我们足够近,以至于肉眼可见。其中一次是1054年的一次爆发,创造了蟹状星云。另一次是1604年,它使得一颗恒星足够亮,以至于在白天持续可见超过三周。最近的一次是在1987年,当时一颗超新星在被称为大麦哲伦星云的宇宙区域爆发,但那次仅仅勉强可见,而且只在南半球可见——并且它距离我们有16.9万光年,是一个令人安心的安全距离。
超新星对我们来说还有另一个绝对核心的重要性。没有它们,我们就不会在这里。你会记得我们在第一章结尾时遇到的那个宇宙学难题——大爆炸创造了大量的轻气体,但没有重元素。那些重元素后来才出现,但在很长一段时间里,没有人能弄清楚它们是如何后来出现的。问题在于,你需要非常热的东西——甚至比最热恒星的中心还要热——来锻造碳、铁以及其他那些没有它们我们就会令人苦恼地非物质化的元素。超新星提供了答案,而找到答案的是一位英国宇宙学家,他的举止几乎和弗里茨·兹威基一样古怪。
他是一位来自约克郡的人,名叫弗雷德·霍伊尔。霍伊尔于 2001 年去世,在《自然》杂志的一篇讣告中被描述为“宇宙学家和论战者”,而他确实是这两者。根据《自然》杂志的讣告,他“一生大部分时间都卷入争议”,并且“将自己的名字与许多垃圾联系在一起”。例如,他毫无证据地声称自然历史博物馆珍藏的始祖鸟化石是像皮尔当骗局那样的伪造品,这让博物馆的古生物学家们非常恼火,他们不得不花几天时间接听来自世界各地记者的电话。他还相信地球不仅是由来自太空的生命播种的,而且还包括许多疾病,如流感和黑死病,并且一度提出人类进化出朝下的鼻孔是为了防止宇宙病原体掉进去。
正是他在 1952 年的一次广播节目中,带着一丝戏谑,创造了“大爆炸”这个词。他指出,我们对物理学的理解无法解释为什么聚集到一个点的所有东西会突然急剧膨胀。霍伊尔倾向于稳恒态理论,即宇宙不断膨胀,并在此过程中不断创造新的物质。霍伊尔还意识到,如果恒星内爆,它们将释放出巨大的热量——1 亿度或更高,足以在称为核合成的过程中开始生成较重的元素。1957 年,霍伊尔与他人合作,展示了较重的元素是如何在超新星爆炸中形成的。为此,他的合作者之一 W. A. 福勒获得了诺贝尔奖。霍伊尔,可耻地,没有获奖。
根据霍伊尔的理论,一颗爆炸的恒星会产生足够的热量来创造所有新的元素,并将它们喷洒到宇宙中,在那里它们会形成气态云——即所谓的星际介质——最终可以凝聚成新的太阳系。有了这些新理论,终于有可能构建出我们如何来到这里的合理解释。我们现在认为我们知道的是:
大约 46 亿年前,一股直径约 150 亿英里的巨大气体和尘埃漩涡在我们现在所处的位置聚集起来,并开始凝聚。几乎所有的物质——太阳系质量的 99.9%——都用来形成了太阳。从漂浮的剩余物质中,两颗微小的颗粒漂浮得足够近,通过静电力结合在一起。这是我们星球孕育的时刻。在整个初生的太阳系中,同样的事情正在发生。碰撞的尘埃颗粒形成了越来越大的团块。最终,这些团块变得足够大,被称为星子。当这些星子无休止地碰撞和撞击时,它们在无休止的随机排列中破裂、分裂或重新组合,但在每一次相遇中都有一个胜利者,一些胜利者变得足够大,足以主宰它们所行经的轨道。
这一切发生得异常迅速。从一小簇颗粒成长为一个直径数百英里的婴儿行星,据信只花了数万年时间。仅仅两亿年,可能更短,地球就基本形成了,尽管它仍然是熔融状态,并不断受到所有漂浮碎片的轰击。
大约在 45 亿年前,一个火星大小的天体撞击了地球,喷射出足够的物质形成了一个伴星——月球。据信,在几周内,这些抛出的物质重新聚集成一个单一的团块,并在一年内形成了至今仍伴随着我们的球形岩石。据认为,大部分月球物质来自地球的地壳,而非地核,这就是为什么月球铁含量如此之少,而我们却有很多。顺便说一句,这个理论几乎总是被当作是最近提出的,但实际上它最早是在 20 世纪 40 年代由哈佛大学的雷金纳德·戴利提出的。关于它唯一最近的事情是人们开始关注它。
当地球只有最终大小的三分之一左右时,它可能已经开始形成大气层,主要由二氧化碳、氮气、甲烷和硫组成。这几乎不是我们通常会与生命联系起来的东西,然而生命却从这种有毒的混合物中形成了。二氧化碳是一种强效温室气体。这是一件好事,因为那时的太阳要暗淡得多。如果我们没有温室效应的好处,地球很可能已经永久冰封,生命可能永远无法立足。但不知何故,生命确实开始了。