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← 宇宙尘埃

考虑你现在所坐的位置。时光倒流,它可能被淹没在浅海底部,埋在数英里深的岩石下,或者漂浮在熔融的景观中。但是回到46亿年前,你会被淹没在中间环绕着一颗新生恒星的一个巨大尘埃云和气体云中。这个宇宙尘埃到底是什么?洛林·马修斯(Lorin Matthews)为我们探究了一番。

授课:洛林·斯温特·马修斯,导演:弗雷德里克·西格尔(《团队骚动》)。

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Showing Revision 10 created 11/16/2019 by Yolanda Zhang.

  1. 考虑你现在坐的地方,
  2. 时光倒流,
  3. 它可能被淹没在浅海底部,
  4. 埋在几英里深的岩石下,
  5. 或者漂浮在熔融的景观中。
  6. 但是回到久远的
  7. 46亿年前,
  8. 你将置身于无边的尘埃
    和气体云团中,
  9. 围绕一个新的星球旋转。
  10. 这是物理学最大,也是最小的谜团:
  11. 宇宙尘埃的谜团。
  12. 看似空旷的星际空间

  13. 实际上存在着气体和尘埃云团,
  14. 通常被超新星吹到那里。
  15. 当云团密度达到临界值,
    即金斯质量,
  16. 它自身会坍塌。
  17. 收缩的云团越转越快,逐渐升温,
  18. 最后在内核点燃氢气。
  19. 一个新的星球在此刻诞生。
  20. 随着新的星球开始出现聚变反应,
  21. 它喷发出的气体
    将云团顶部和底部吹散,
  22. 留下一个环绕星球旋转的
    气体和尘埃环,被称为原行星盘。
  23. 这个地方的风出奇的大;
  24. 气流旋涡带动粒子分离,
    使它们互相碰撞,
  25. 宇宙尘埃由小的金属碎片,
    岩石颗粒,以及冰块组成。
  26. 我们可以在天空中观察到
    数千个类似的原行星盘,

  27. 它们处于不同的发展阶段,
  28. 随着尘埃聚集成群,变成更大的云团
  29. 尘埃颗粒比人类的一根
    头发丝还小100倍,

  30. 它们之间的引力被称为范德华力。
  31. 那里电子云团会转移到分子的一侧,
  32. 使得分子的一端产生正电荷,
    一端产生负电荷。
  33. 正负相吸,范德华力
    将它们吸引在一起。
  34. 但问题是:一旦尘埃团
    增长到一定规模,

  35. 星盘的多风空气层
    总是会把它们打碎,
  36. 它们随之相互碰撞。
  37. 宇宙尘埃的一大谜题
    就是它们如何继续膨胀。
  38. 静电力理论也许能回答这个问题。

  39. 高能伽马射线,X射线,紫外线光子
  40. 使星盘中气体原子携带的电子减少,
  41. 从而制造出正离子和负电子。
  42. 电子与尘埃的结合
  43. 使尘埃携带负电荷,
  44. 当风把尘埃粒子聚在一起,
  45. 同性相斥,碰撞也使得
    粒子的运动速度降低。
  46. 轻微的碰撞不会使它们碎裂,
  47. 但是如果相斥力太强,
    它们就没法长大。
  48. 有一种理论说的是,高能量粒子
  49. 可以使尘埃团的电子减少,
  50. 使得它们携带正电荷。
  51. 异性相吸,云团迅速增长,
  52. 但不久我们就会发现另一组谜团。

  53. 我们从陨石中找到了证据,
  54. 证明这些蓬松的尘埃团
    最终被加热,融化,
  55. 之后冷却成固体的陨石颗粒。
  56. 但我们并不知道这一过程
    究竟是如何发生的。
  57. 一旦颗粒团形成,
    它们又是如何黏在一起的呢?
  58. 之前的静电力很弱,
  59. 小的石块不会在引力下结合在一起,
  60. 万有引力随着物体的质量变大
    按比例地增加。
  61. 这就是为什么仅仅使用脚上的力量,
    我们就可以毫不费力地
  62. 从一个像小山一样大的小行星中逃逸。
  63. 那么如果不是引力,又是什么?
  64. 可能是尘埃。
  65. 在颗粒团的外部收集
    的蓬松的灰尘边缘可以
  66. 像尼龙搭扣一样运动。
  67. 在陨石中可以找到相关的证据,
  68. 我们发现陨石颗粒上面有一层
    薄薄的,质地细密的矿物质——
  69. 可能是凝结的尘埃。
  70. 最后陨石颗粒粘合在一起
    形成更大的岩石,

  71. 直径达1公里,
  72. 最终大到足够在引力下支撑自己。
  73. 它们继续撞击并增长到更大的体积,
  74. 包括我们已知的行星。
  75. 最终,所有的事情开始变得熟悉——

  76. 行星的规模,它们在太阳系的位置,
  77. 以及它们的元素组成——
  78. 是由无数随机的碰撞形成的。
  79. 稍微改变一下尘埃云,
  80. 也许我们星球上的环境
  81. 就不再适合生命的形成。