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内容简介
作者:
切特·雷莫（chet Raymo）
书号:
Douban Books, 9787559633767
标签:
科普, 科普读物, 切特·莫雷, 天文, 天文探索, 天文学, 文学, 自然
格式:
AZW3, EPUB, MOBI, TXT
路径:
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id:
2994
科普版《瓦尔登湖》，让天文学浪漫如诗
美国30年经典科学美文首度引进
科学家切特·雷莫在本书中探寻到科学与信仰的深处，探究天文学中所包含的人类精神性及其意义的奥秘。通过天上繁星的排列以及几千年来人类口口相传的关于它们的故事与神话，雷莫带领读者踏上了一场“追寻黑夜的灵魂的朝圣之旅”。
节选
在8月英仙座流星雨的鼎盛之夜，我和儿子幕天席地而睡。那天夜里异常晴朗，我们远离了城市刺眼的灯光和恼人的阴霾。流星划破恒星闪烁的苍穹背景，看上去似乎夜色才是点缀。我们头上的银河，从北边的仙后座延伸到南边的人马座，连成一道拱形。它是昏暗的光河，是发光的帷幔，是黑色天鹅绒上点缀的钻石尘埃。时光流逝，恒星西垂，我们几乎能感觉到自己正在银河系的明亮旋涡中旋转。
对所有古代文明来说，银河，这条繁星之路，是一座桥梁、一条道路，或是一条河流。天文学家小罗伯特·伯纳姆[20]认为，这些形象紧密联系着人类的生活观念，是两个世界之间的旅途或巡游——“生活是一座桥，”禅宗大师说，“在它上面没有房子。”——宇宙自身无尽的旅程通往未知的终点。这种形象是一种有力而难忘的象征，仿佛让我们踏上了一段漫长的旅程，让我们感到身处群星之间就如同回到了家。
对银河的现代观点也同样令人难忘。我们的太阳是盘状结构上数千亿颗恒星中的一颗。这个圆盘有着10万光年的直径。盘上的恒星聚集在几条旋涡状的旋臂上，围绕着中心旋转，就像一架风车。太阳距离这个中心3万光年，处在与太阳距中心同等距离位置的恒星，围绕银河系的中心转动一圈，需要2亿5000万年。恒星和恒星之间的空间撒满了尘埃和气体，它们是恒星诞生所需要的丰富材料。在银河盘的上下方分散着几十个由数百万恒星组成的球状集团，被称为“球状星团”。球状星团围绕着银河系运动，就像蜜蜂围绕蜂巢嗡嗡飞舞。
我过去经常在教室的地面上把一盒盐撒成旋涡状的样子，来建造一个银河系的模型。示范的效果很棒，给人留下了深刻的印象，但尺寸规模却是错误的。如果每粒盐都精确地代表一颗典型的恒星，那么盐粒和盐粒之间的距离应该有几千米远。一个数字和维度上相对精确的银河系模型需要耗费1万盒盐来撒在比地球截面更大的扁平圆圈上。在银河系的尺度上，我们的太阳系就只是风车中的一粒微尘，只是海水中旋转漂浮的一粒盐。就在那个夜晚，在那个我们看到了星尘的夜晚，我和儿子躺在敞开的夜空之下凝视着成千上万颗星。那是最棒的一个晚上。但我们所看到的全部的恒星都只是银河系中的一只旋臂上离我们最近的邻居。
夏天夜晚的银河在人马座方向最为明亮壮观。这一点暗示了那个方向是银河系的螺旋中心，聚集的恒星和星团最为密集。在银河系盘的中心平面上，尘埃和气体遮挡了我们的视线，藏匿着它的核心。但是射电和X射线望远镜可以穿透遮挡物，洞察强大的能量源，看到那个蓬勃跳动的怪物的心脏，俨然就是造物之初的暴虐景象。银河系的核心，就是超大尺度的不稳定地带，是宇宙承受痉挛的地方。或许也是在那里，正有无数个太阳被超大质量黑洞吞噬着。
※
1610年的冬天，当伽利略把他的望远镜指向银河的时候，他惊讶地发现这条苍白的光带可以被分解为大量的恒星。恒星不计其数，超过了肉眼的视力范围。我们将银河系盘上无数恒星的光汇集起来组成的光带看作环绕在我们天球上的明亮天河。不透明的尘埃和气体在盘的中心部分聚集，特别是在人马座的方向，阻挡了天河的流淌，留下黑暗的岛屿。古时候没有明亮的灯光，居住在更南纬度（靠近人马座的纬度）的人，更容易看到这条横亘夜空的璀璨光带。澳大利亚原住民看到过银河系中心黑暗区域中巨大的鸸鹋形象。我们现在称这个黑暗的深渊为煤袋星云，真是缺乏诗意。在秘鲁，说克丘亚语的印第安人发现在银河的间隙中存在几个暗星座，包括一只鸟、一只狐狸、一头小美洲驼、一只蟾蜍，还有一条巨蛇。西班牙征服者忽视了印加人描述的黑暗的星座形象，恒星暗淡的枯燥夜空没有引起欧洲人的兴趣，他们没心思考虑那到底是什么星座。欧洲人看到的是破碎的光线，印第安人看到的是有限的黑暗。欧洲人看到的银河是条道路，印第安人看到的却是藏匿着野兽的巢穴。
现在，印加人的黑暗野兽去而复返，企图在我们身边作祟。近年来，天文学家已经发现了之前银河系一直在我们面前遮掩不表的更大的那部分，就隐藏在印加人闪耀的小美洲驼和蟾蜍之间的黑暗区域里。
对氢原子的射电研究表明，银河系的银盘尺寸比我们认为的还要大一倍。氢云扩展到活跃的恒星形成区之外，在恒星组成的明亮星系的边缘围绕着气体组成的旋臂。四条海星触手般的旋臂伸展到星系空间中，使旋涡规模加倍。那里的物质太过稀薄，难以孕育新的恒星。
能证明银河系正在进行特殊延伸的另一项证据，来自简单的数星星的办法。现在，相片底片上的恒星可以利用计算机控制的扫描光束进行计数。这些新技术能让天文学家观测到比之前的可靠测定范围暗得多的恒星。他们发现在银河系的光盘上下覆盖着大量的低亮度的恒星，而过去这些地方被认为没有物质存在。银河系的旋臂显然被一个由暗星组成的蛋形光晕包裹着。
但是在对银河系的研究中，最令人吃惊的进展当数银河系的旋转动力学。对银河系外围部分的天体（亮星、恒星星团和分子气体云）的运动观测，已经可以使天文学家改进他们对银河系总质量的计算。这些天体的轨道运动遭受引力的控制，它们被引力束缚在围绕银河系中心的轨道上。所有位于这些天体和银河系中心之间的物质都提供了牵引它们的引力。通过观测这些遥远天体的移动速度，天文学家可以计算出束缚它们的总质量。这些计算的结果令人惊讶。它揭示出，银河系的质量至少比过去估计的高出30倍，不发光的物质只能通过它们自身的引力被人察觉。
怎么会有这么多的物质？银河系中97%的物质到现在都没有被探测到，它们就隐藏在黑暗中，就像印加人的星座避开了西班牙殖民者的注意。答案在于，这些新近发现的物质中一定包含着某些特殊的非辐射物质形式。所以它们不会是星星，我们可以看到星星在空中闪耀。它们也不会是星际气体或尘埃，气体和尘埃自身散播辐射，也会吸收来自遥远光源的光线，我们可以借此观测到它们。
那么，这种宇宙中隐藏的成分，这种占据全部物质构成的较大比例的暗物质，究竟是什么？它们是什么时候形成的？我曾经和一位朋友提到这些研究的进展。“宇宙中97%的物质，”我说，“是我们完全不了解的存在。”我的朋友回答：“也可能是最好的存在。”事实是，天文学家至今对这种把恒星束缚在银河系轨道上的“东西”完全没有了解。
可能，银河系的暗物质成分包括木星尺寸的天体。氢和氦形成的球体太小，所以不能点燃成为恒星。也可能暗物质中还包含一些我们仍不了解的天体类型，它们比尘埃的颗粒大，比最小的恒星小。或许，暗物质中还包括黑洞，也就是坍缩成致密天体的恒星，连光线都无法逃离它们的引力。
这些更常见的暗物质候选体遍布我们的星系。探索亚原子领域的物理学家已经提出过“暗物质”可能具有其他的形式：它们可能是中微子的囤积物，因为每一个中微子自身都带有难以察觉的微小的质量；或者是一种尚未被发现的引力微子、光微子或轴子的气态形式。这些粒子的质量是电子的100亿分之一，完全是假设中的实体，过于古怪离奇，偏离常规经验，没有人能了解它们，它们就像祭司王约翰的现代王国里的朝圣者一样徘徊不定，在无限大和无限小的世界里游走。就像18世纪哲学家鲁杰尔·博斯科维奇所说的原子——没有维度的粒子，却有着无限的影响力——这些银河中稀奇古怪的野兽或许正以一根难以言喻的奇妙线绳和宇宙绑在一起，如此捉摸不透。想要理解它，只能凭借我们的想象力，去拥抱整个时间和空间的结构。“你能系住昴星的结吗？”上帝在旋风中回答约伯[21]，“你能解开参星的带吗？”
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这种被我们像扔渔网一样笼在恒星身上的无限大和无限小的联姻，究竟是什么？是神的宏伟蓝图的直觉，还是我们缥缈梦境的投影？人们总能在银河中见到自己的梦境。对埃及人来说，银河是伊西斯播种的麦田；对因纽特人来说，银河是纯净积雪的瀑布；对布须曼人来说，银河是将熄营火的灰烬；对阿拉伯人来说，银河是奔腾不息的河流。
哈罗·沙普利[22]享年87岁。在他辞世前不久，曾到访我的学校。沙普利为我们建立了银河系的现代观念。他提出，银河系是千亿颗恒星组成的旋涡状薄饼，直径10万光年，条纹上缠绕着或暗或明的气体带。《波士顿周日广告》在1921年5月29日那一期的头条写道：哈佛天文学家发现，宇宙比之前大了1000倍。在那次访问中，这位羸弱的八旬老人为我们讲述了有关他的生活的故事，以及故事背后的意义。他的双眼依然明亮，白发斜梳。他穿越了银河系，只留下身后我们这些茫茫的地球人还在翘首等待。
沙普利做了一个了不起的梦。他的梦里包含所有可见的恒星。他的梦将宇宙放大了1000倍。现在，我们已经发现，可见的恒星只是所有存在的物质中的一小部分。银河系中大部分物质对我们来说都是不可见的，它们躲在梦境边缘的黑暗中，束缚着、牵引着、塑造着、指引着——那隐藏在光海中巨大的海怪利维坦，或是长着铜管般骨头和铁板般软骨的骇人巨兽。如果在银河系中新发现的不发光物质在其他星系中也一样普遍（我们有理由这样相信），那么我们将不得不大幅增加对宇宙总质量的估计。根据广义相对论，正是宇宙的平均密度来决定宇宙是会永远膨胀，成为无尽的冰冷虚空，还是会重新收缩，恢复为创生时的炽热火球。银河系和其他星系中隐藏的物质可能会决定宇宙的最终命运。