星塵迷蹤

張唯誠

宇宙中的灰塵是一些極為細小的顆粒，由非晶質碳、碳酸鹽和硅酸鹽等物質組成，直徑僅為1微米的幾分之一，名為星塵。假如沒有它們，我們的夜空一定會明亮很多，因為我們會看到更多的恒星；但假如真的沒有它們，天上的恒星又會難以產生，因為正是它們冷卻星際云，才促成星際云坍塌成恒星。與此同時，它們還促使一些微小的分子結合成更復雜的化學物質，引發一系列更神奇的化學變化。天文學家說，星塵是星球誕生的起點，是生命形成的材料，也是我們理解宇宙的關鍵。然而，星塵來自哪里？它們的作用如何體現？

誰弄臟了宇宙

是的，就在不久前，我們以為找到了答案。科學家發現，長壽恒星在它們生命的最后階段會變成一座“塵埃工廠”。當一顆類似太陽的恒星進入晚年，其內部活動就會發生變化，這種變化會引發恒星膨脹，使其變成一顆紅巨星。當太陽進入晚年時，就會吞沒水星、金星，甚至地球。這對太陽系中的生命來說自然不是好事，但對星塵來說，那是難得的“好日子”。因為這時太陽稀薄的外層大氣會為熾熱的氣體提供轉變成固體塵埃的完美環境，于是大量星塵被“制造”了出來。在銀河系中，我們能看到很多這樣的實例。科學家發現，在已經有1 0 0多億年歷史的銀河系中，出現大量塵埃的地方正是大量紅巨星存在和消亡的

地方。然而，一個星系并不能等同整個宇宙。英國倫敦大學學院的天文學家松浦加子說：“一旦我們的視線超越銀河系，這樣的解釋就說不通了。”轉變發生在2 0世紀9 0年代。當時，人類先進的望遠鏡可以看到宇宙誕生幾億年后生成的遙遠星系，而恒星至少需要1 0億年才能進入紅巨星階段。假如只有紅巨星才能“制造”塵埃，那么在那時的宇宙中理應是沒有塵埃的。然而事實不是這樣。科學家在早期宇宙的星系里發現了大量塵埃，一個重要的實例就是星系J 1 1 4 8+ 5 2 5 1。它在宇宙大爆炸后僅9億年就出現在宇宙中。人們在那里找到了大量塵埃，其數量超過銀河系塵埃量的1 0倍。丹麥哥本哈根大學的天體

物理學家拉爾斯·馬特森說：“毫無疑問，宇宙的過去比現在擁有更多的塵埃。”

事實給天文學家出了一道新的難題，那就是在紅巨星之外，一定有其他東西在早期宇宙中制造了塵埃，而且能力還非常強大。但是，那是什么呢？通過天文觀測，科學家最終找到了那些“弄臟了”早期宇宙的“嫌疑犯”，它們就是由恒星爆發形成的超新星。在早期宇宙中，恒星的形成速度比現在快得多，它們的生存節奏也更快，年紀輕輕就走向了死亡。在類似J1 1 4 8+5 2 5 1的早期星系中，恒星產生的頻率非常高，那里會出現大量超新星，因而也會產生大量塵埃。

真正的塵埃工廠

為了探索究竟，松浦加子和她的同事使用歐空局的赫歇爾空間天文臺觀測離我們很近的天體SN 1 9 8 7A。這是一顆于1 9 8 7年爆發（觀測時間）的恒星留下的超新星遺跡，位于我們銀河系的鄰居大麥哲倫星云

中。它是在人類發明望遠鏡后出現的離我們最近的超新星遺跡，是天文學家檢驗恒星爆發理論最理想的觀測目標。

當可見光的光子與一粒塵埃發生碰撞時，其產生的能量會被塵埃吸收，同時使塵埃的熱度升高一點點。這點熱度會以紅外光的方式釋放到太空中，而這些紅外光有可能被赫歇爾空間天文臺觀測到。赫歇爾空間天文臺于2 0 0 9年5月1 4日升空，擅長收集來自宇宙深空的、由極寒冷和極遙遠的天體發出的輻射，是當之無愧的觀測星塵的利器。

科學家發表了他們的研究成果。他們說，按照傳統的觀點，SN 1 9 8 7A 至多能產生相當于太陽質量1/1 0的塵埃。然而，實際的觀測顯示，圍繞著這個恒星爆發遺跡的塵埃量是原來估計的4倍至7倍，足以制

造2 0萬個地球。科學家由此認定，星塵真正的“制造工廠”并不是紅巨星，而應該是超新星。

第三種可能

不過，即使超新星制造了大量塵埃，它爆發的強大力量還是會摧毀那些塵埃，使它們重新回歸原子狀態。即使它們在超新星爆發初始階段幸存下來，在此后的漫長時間里能不能躲進太空的星際塵埃庫中還很難說。超新星爆發的沖擊波會在超新星附近存在幾個世紀，同樣可能摧毀那些固體的顆粒。所以，松浦加子說：“星塵的生存是一個未知的問題，我們希望它們能存活下來，但究竟會怎樣，我們也不知道。”假如遙遠星系中的塵埃不是來自紅巨星（因為早期宇宙中沒有紅巨星），也不是來自超新星（因為超新星生成的星塵多數被生成它們的超新星摧毀了），那么該如何解釋星塵的來源呢？美國普林斯頓大學的布魯斯·迪恩提出了第三種可能：在星系中恒星間相對空曠的地方，塵埃會自動生成。在迪恩看來，他的這個觀點是有充分依據的。他認為，即使超新星的沖擊波在沖擊星系時會摧毀部分塵埃，但大量塵埃依然可以存在于星際空間中，因為星際空間存在不少密度更高的分子云，它們會成為星塵的避難所。來自超新星和紅巨星的微小顆粒可以在那些地方合成新的塵埃。還有人推測，游弋在星際空間中的各類物質通過重新凝結也能產生大量塵埃，這些物質——例如游離在宇宙中的原子、離子和分子等與已有的塵埃相互碰撞后通過化學反應產生的新的塵埃顆粒——會形成塵埃云，并且變得越來越密集，最終坍塌形成新的恒星和行星。

促進宇宙中水的形成

隨著研究的深入， 星塵的更多作用也被證實。倫敦自然歷史博物館的礦物學家安東·克斯利說：“我們在不斷地遭遇星塵。太陽系繞著銀河系中心運行，因此我們的周圍實際上就存在著大量星塵。”

但科學家研究星塵的利器依然是各種功能強大的現代望遠鏡。最近，科學家用阿塔卡馬大型毫米波/ 亞毫米波陣列觀察了蛇夫座的恒星形成區。那里距地球大約4 0 0光年，存在著非常寒冷且濃密的宇宙氣體

和塵埃。

阿塔卡馬大型毫米波/ 亞

毫米波陣列是德國馬克斯· 普朗克射電天文學會、瑞典昂薩拉空間天文臺和歐洲南方天文臺合作的產物，位于智利安第斯山脈海拔5 0 0 0米的查南托高原上。在這次觀測中，科學家發現了大量的過氧化氫分子。

過氧化氫對天文學家和化學家來說是非常關鍵的分子，因為它的形成連接著兩種常見的分子：氧分子和水。在這次觀測中，科學家發現，這種物質是在星塵表面形成的。德國埃米諾特恒星形成和化學研究會的負責人貝郎熱爾·帕里斯說：“我們并不知道地球上一些重要的分子是如何在太空中形成的，然而，我們用阿塔卡馬大型毫米波/ 亞毫米波陣列發現了過氧化氫，它表明星塵是該過程中未探測到的重要成分。”

過氧化氫的發現有助于天文學家更好地理解宇宙中的水是如何形成的，這對研究生命的發展和演化相當關鍵。由于地球上的水被認為是在太空中形成的，所以星塵在水的形成過程中所起的作用無疑會引起人們極大的關注。

對于星塵，更多的秘密有待人們去解答。隨著對宇宙認識的日益深入，人們已經意識到，宇宙演化的關鍵就隱藏在小小的星塵中，它是我們理解宇宙和生命的鑰匙。endprint