当卡普坦潜心计算恒星数量,试图勾勒出星系的形状时,他不知道尘埃会搞乱他的计划。
他当然也不知道它会杀了我们。
恒星的质量占到银河系整个质量的大约9%。宇宙总体质量的大部分是由“黑色的物质”组成的,科学家们用这个名字代表我们至今还不太了解的一类不可见的物质。它的存在是由其对普通的、可见的物质的影响推断出来的,宇宙中所有物质的85%基本上都是由它构成。每天针对它的研究都在继续,现代科学的一个最大的目标就是弄清这种黑色物质的本质。剩下的质量是由散布在它们中间的气体和尘埃组成。听起来不是很多,但是它们加起来是太阳质量的2亿倍!
它们被称为星际媒介,或简称为ISM,这些材料的大部分实际上都是黑的。它们的温度很低——零下好几百华氏度——且大部分是由点缀着氦、碳和氧等重元素的氢组成。
这些材料的大部分“涂抹”在星系周围,就像是汽车挡风玻璃上的一层尘土。它们非常轻薄,每立方英寸内只有几个撞来撞去的原子——相当于实验室中的高级别真空。但是太空很大,即使是那么少的物质也可以累加。如果你在北半球的一个没有月亮的夏夜走出去,你会看到头顶上的银河带。沿着天鹅座仔细看,你会看到星系扩散的光辉被一个黑色的、狭长的、被称为“大裂缝”(Great Rift)的纵长带劈开。那就是银河中尘埃的作用:它遮挡了后面的恒星,阻隔了它们到达地球的光线。如果愿意,你可以把它理解为“星系烟雾”。
不过,不是所有的星际媒介都是弥散的(有些是凝块的)。在观赏了天鹅座的大裂缝后,可以再等六个月,在一个冬夜出门,把你的视线转到猎户座。在构成其“腰带”的著名的三颗恒星下面,你会看到三颗较暗的、更加紧凑地排成一线的恒星构成垂悬的短剑。短剑中间的那颗星其实并不是恒星。那实际上是一个气云,大型望远镜观测到的深度图像揭示了它的本来面貌:猎户座星云其实是星系中最大的气体和尘埃混合体之一,据估计,它的质量是太阳的数千倍。
它大约有15光年远,却能够用肉眼看到——可见其亮度。在那个距离,肉眼根本看不到太阳;你需要一个望远镜来观测它。它是一个恒星的温床,是数千个恒星的出生地。这些恒星中的大部分都是“三高”——质量很高、温度很高、亮度也很高。实际上,星云中的一些恒星有一天将以超新星的形式爆发(那时这个星云将变得更亮)。所有在星云中结束自己生命的恒星都会在燃尽自己时把它点亮,使得星云流光溢彩、艳丽非凡,就像百老汇大道上的灯光一样照亮纽约的夜空。壮丽的猎户座是天空中最美的天体之一。它是一个恒星密集出生的地区,由一打高质量(短命的)的恒星照亮。虽然远在15光年之外,肉眼也能清晰地看到它。
这样的恒星工厂散布在星系中,不过巧合的是,个头排在前几位的猎户座星云离我们并不远。如果把银河系比作一个足球场,那么猎户座星云离我们也就一码远。
那么它到底能在多大程度上靠近我们呢?星系中的每个物体都在绕着中心运转,它们的速度和轨迹都不同。太阳有可能近距离经过这样一个星云(实际上,当太阳进入一个旋臂时,这种情况更有可能出现,正如上面提到的,那里有很多星云)。当太阳进入一个旋臂,它就像是沿着高速公路行驶时进入一个浓雾路段(发生交通事故的可能性大大提高)。
如果我们进入了这样的一个星云,会发生什么事情呢?
碰撞的影响相当复杂,取决于很多因素,如涉及多少恒星、太阳离它们有多近、太阳在星云中停留多久以及星云的构造细节等。
不过,我们可以笼统地讲一下。例如,在猎户座星云的内核,一些高质量的新生恒星正忙着喷发横跨电磁波谱的各种射线。一个由高质量恒星组成的位于星云中心的“综合体”,可以生产出和整个太阳散发的能量相当的X射线!即便如此,这些恒星要对地球产生影响还需要走得足够近:在一两光年远的地方,它们产生的X射线对我们的影响比一次规模适中的太阳耀斑还要小。
紫外线的喷发也不是什么大不了的事。猎户座星云中最亮的恒星是猎户座θ1c(θ1c Orionis),如果你想引起朋友们的注意,可以读作“thay-ta one cee ore-ee-ON-us”。它的质量是太阳的4倍,表面的温度是太阳的7倍,涌出θ1c的紫外线是太阳的数百万倍。然而,在一光年外,其威力会剧烈削弱,能够到达地球的很少。
另外,θ1c也能喷出很强劲的星风:它喷出的物质是太阳风的1万倍,速度是其两倍。不过,同样的,在一光年外,这股星风会被充分削弱,太阳的磁场就能够保护我们免受其害。
黑色的尘埃星云经常在银河系中出没。其中颗粒的密度和我们的大气比起来显得非常小,但是这些星云很大,光线无法穿过。在吸收了来自身后的恒星发出的光线后,它们看起来像是一个巨大的洞。如果仔细观察图中这个被称为Barnard68的星云,你会发现当你沿着星云的外部往里看时,恒星变得越来越暗。
最有戏剧性的影响应该是可见光:在一光年外,猎户座星云内最亮的恒星看起来会很惊人——θ1c发出能量的速率可是太阳的2万倍!在一光年外它几乎会和满月一样明亮。星云中的其它恒星也非常明亮,它们分散在天空中;一个真正意义上的黑夜将不太可能出现。这可能会影响一些夜间活动的物种(见第三章),不过总的来说不是什么大问题。
这并不是说星云很友好。经过猎户座星云的中心时,最危险的可能是:这会持续很长一段时间。像θ1c这类的恒星很容易爆发,其中的危险不必多说(参阅第三章)。即使是在25光年以内,超新星的爆发也是极具杀伤力的——这会对地球的臭氧层产生非常大的破坏,导致一场潜在的物种灭绝。近距离经过星云的中心,意味着太阳将会在危险区度过将近1万年。假设太阳经过星云时的运转速度和它绕着星系运转的速度一样,即12英里/秒。质量高的恒星寿命都很短,在爆发前,可能仅有几百万年。因此在经过像猎户座这样的星云时,接近危险的、即将爆发的恒星的机会还是很大的。
这种近距离接触还有两方面的危险,且都是不可见的(或者与其说是不可见,不如说是漆黑一片)。
迄今为止,我只谈到了那些被新生的恒星照得非常美丽的星云。但是不是所有的星云都是如此呢?不是的,有些星云还没有形成恒星。这些漆黑、寒冷的星云有很多名字,如“分子星云”、“包克云球”(Bok globules),或者就简单地叫做“暗星云”(Dark nebulae)。
它们中的一些和宇宙中的物质密度基本相同,每立方英寸内含有大约1亿个尘埃颗粒。诚然,这个密度并不高,海平面上的大气层的密度还是它的1亿倍呢!但是,这些星云可能会很大——数光年宽。它们像是一场浓雾,吸收落入其中的星光,看起来就像是太空中的洞。
有趣的是,如果太阳系进入这样一个星云,其对地球的影响很难预料。我们实际上不会有什么感觉,因为即使是最浓密的星云对于地球来说也是非常稀薄的,地球的运转速度不会受到什么影响。除了上面提到的那些影响外,你几乎不会注意到。当然,到达地球的阳光的量会大幅减少,导致开启另一个冰期。而且,肯定有足以阻挡如此数量阳光的暗星云存在。可能会有一个缓和的因素:太阳会把其周围的尘埃加热,这反过来会为地球取暖。确切的细节很难计算,而且也取决于很多细小的因素,如星云的密度,它的构成,等等。升温的尘埃能否足以抵消变暗的太阳光以阻止冰川的到来?坦白地说,我们并不知道。
再有,当我们进入一个密度很高的星云,尘埃与地球的大气掺杂后,会出现什么情况呢?一个科学小组针对这个问题展开了研究。他们发现,尘埃能够在地球的大气中累积,使得天空变暗并明显地降低地球的温度,导致一场失控的冰期。他们同时指出,密度较小的星云更容易碰到。据估计,我们大约每1亿到1亿年就会遇到一次这样的星云。这也就意味着,在地球的历史中,这种情况已经发生过很多次了。虽然还没有特别明确的由暗星云引发的冰期的记录,但是也有可能在复杂生命出现之前,地球曾与它们相遇过。
另外,与星云近距离接触还有一种危险,而且这次星云的细节并不重要。重要的是,它的质量。
有些星云的质量非常高,可能是太阳的成百上千甚至数百万倍。与它们擦肩而过,意味着我们又可能受到引力的影响。不过,由于我们离太阳很近,太阳的引力会起主导作用,星云引力的直接影响不会很大。
但是,不是所有的太阳系内的天体都会老老实实地待在原地不动。在冥王星的轨道外围,有一个绕着太阳运转的星云,叫作奥尔特星云(用推定其存在的荷兰天文学家的名字命名)。它由大量的冰块和石头组成,其中有些有数百英里宽。这些巨大的冰块中的一部分,每过几千年就有可能进入太阳系内部。如果其中一个真的进入,就会成为一个美丽的彗星。
奥尔特星云的物质通常都在离太阳数千亿英里以外的地方。经过一系列干扰作用,它们的轨道发生了变化,以使得它们能够进入太阳系内部。这种作用可能来自于几光年外恒星的一次经过(对于奥尔特星云物质来说,其与太阳之间的距离决定了只需轻微的推动力就能把它带进太阳系内部)。
如果太阳误入歧途,靠近巨大的星云,那么问题就来了。据推测,奥尔特星云中巨大的冰块有上万亿个(回头看看第一章,重温一下彗星或小行星撞击会带来什么伤害)。当地球与一个高质量的星云擦肩而过时,彗星雨从天而降,造成的损失要1倍甚至百倍于第一章中描述的情景。
呀!你是不是也倒吸了一口冷气?如果真的如此,地球上的生物在经历了一次撞击之后,刚开始恢复时就会再次迎来新的撞击。在我们星球黯淡的历史中,有多少次物种灭绝是缘于太阳与一个巨大的星云过于亲密的接触呢?
带有讽刺意味的是——太阳自身就是在46亿年前诞生于这样一个星云。这个星云也曾被高质量的恒星围绕着,恒星发出的星风产生了横跨星云的震荡波,把气体压成如氖灯一样明亮的交叉在天空中的细丝……
飞向这样一个星云是非常值得的。多美的景象啊!
不过,“一个宁静的夜空,所有星云都在几千光年外的安全的距离上”,也是相当不错的。