本书作者汉娜·霍姆斯是美国一位著名的科普作家、记者、评论家,她是美国探索频道Discovery网站的专栏作家,除了这本书,她还写过《盛装猿》《怪癖》《郊区的野生动物》等科普作品,每一本书里展现的都是她前往世界各地进行科学考察的成果。
这本书分四个部分讲述了尘埃的故事。下面是第四部分:
第四部分,尘埃和宇宙形成有着紧密的关系,用太阳和地球的形成来举例。
从宇宙大爆炸以来,星尘便四散在浩瀚宇宙之中,它们是由众多细小粒子组成的一种固态尘埃。
形成太阳的第一个阶段,这些星尘要首先形成星云。大概在50亿年前,强烈的银河风把许多星尘吹成一团星云,这些星云拥有丰富的气体与星尘,足以制造100万个太阳,所以星云也有个外号,叫“星星托儿所”。
但是因为体积太大了,有些星云直径超过300光年,所以当中的气体和星尘密度特别低,大概只有空气密度的一万亿分之一。
到了第二个阶段,星云中分散的星尘就要在低温下汇聚。低温是怎么来的?因为这些星尘有一个特点,它们的个头特别小,直径就跟蓝色光的波长差不多。
星尘会吸收一部分可见光,比如蓝光,还会吸收一些紫外线,同时会释放出一些红外线。所以在刚形成的星云里头,星尘就像数量庞大的小小散热器,不断将热能排出星云中心。
就这样,星云中心就逐渐变成宇宙中最冷的地方之一,直到星云中心温度徘徊在寒冷刺骨的零下263度左右,这时候物质才会开始黏附在一起。
到第三个阶段,汇聚的星尘就开始发生变化,星云中心的星尘就好像实验台一样。
原子一颗接着一颗地落在星尘上等待同伴,在这里相遇、碰撞,在黑暗中持续成长为更大、更复杂的分子,新来的原子继续形成新的分子,其中有一些分子紧紧地依附在星尘表面。
偶然间,一道紫外线恰巧击中这些分子,启动化学反应,制造出更大型的分子。
第四个阶段,太阳开始从星云冰冷的中心里孕育出来,此时的太阳就像一颗大沙粒,想要从逐渐浓稠的星际气体与尘埃中孵化出来。
孕育它的“子宫”,也就是星云,直径有1.6公里宽。太阳核心慢慢聚拢周围的星际物质,核心越往里坍缩,产生的引力就越大,核心就坍缩得更加厉害。
当气体面临这样的高压,气体分子就会运动得更剧烈,气体温度就会上升,时时刻刻准备着膨胀却又被太阳核心的引力囚禁着,这时星尘就会把这些热量用辐射的方式发散出去。
只需要 100万年,太阳的核心就会变得相当致密,核心缩成了一个球体。
引力持续把球体压缩得更小,太阳就旋转得更快,就像是花样滑冰选手为了增加转速,把双手向身体靠拢。当巨大的压力让中心气体温度上升的速率,超过冰冷外壳使它冷却的速率时,太阳内部的温度就会越来越高,开始发出灿烂的光芒。
地球和其他行星的诞生,跟太阳甩开的星尘外壳有着密切的关系。曾经遮蔽太阳的星尘外壳,其中有一些在太阳开始燃烧后被吹到宇宙当中,但还有零星的尘埃留了下来,在太阳周围大甜甜圈形的圆环中环绕着太阳。
当太阳成形后,“甜甜圈”中的尘埃颗粒越长越大,岩石粉末、金属颗粒、蓝宝石,甚至是钻石微粒都绕着太阳旋转,悬浮在星际气体河流一般的轨道中。在靠近太阳的地方,每一立方厘米的空间中有数亿颗星际尘埃与气体分子。
这时候,地球就像一个小胎儿,也在孕育的过程中了。
尘埃猛烈地旋转,像是龙卷风里的飞沙走石剧烈碰撞,这时,有两颗弹到一起的颗粒彼此摩擦,结合起来,体积变为两倍,在“甜甜圈”里到处打滚,跟四周的颗粒不断弹跳、碰撞,所以聚在一起的体积不断变大,这时一滴水凝固在这些产生联结的颗粒上,然后另一颗尘埃又加入了,后来又来了一颗。
当成长中的尘埃集合了十万个颗粒,便能达到肉眼可见的程度。
当大块头的尘埃和其他无数的尘埃继续合并时,薄薄的星云就诞生了。当小星云聚合的宽度达到1英里,也就是1.6公里时,就形成了地球的前身,一个“小行星体”。
它需要经过漫长的等待,每隔1000年才会遇到其他小行星体,小行星体相似的轨道和彼此间的引力增加了聚合的机会,把星尘中的矿物质和金属熔化后,和相似成分的岩石一起凝固下来。
这样又过了两万年后,几百个月球般大小的星体散布在太阳系,其中就包括地球的前身。1000万年后,就只剩下少数巨大的星体环绕太阳运行。
地球、火星、水星和金星们贪婪地吸收任何残留下来的小行星体,只有很少的由岩石构成的小行星会侥幸逃脱,环绕在火星与木星之间,形成了今天的小行星带。