123｜李海宁：從古老恒星上探測宇宙起源？用星星追溯130億年的宇宙｜中国科学院国家天文台｜格致SELF скачать в хорошем качестве

123｜李海宁：從古老恒星上探測宇宙起源？用星星追溯130億年的宇宙｜中国科学院国家天文台｜格致SELF

欢迎订阅我的频道，https://bit.ly/3tnM6wI ，每日上新一支新影片😊 从古老恒星上探测宇宙起源？用星星追溯130亿年的宇宙 宇宙大爆炸的3分钟里产生了大量的氢、一些氦和极其微量的锂，随后这波大爆炸“浓汤”开始冷却，直到2亿年时宇宙中才出现了第一代恒星，它们开始制造新的化学元素，最终形成了五彩斑斓的世界。 她的工作就是去寻找130亿年前最古老的恒星，破解它们身上携带的宇宙生命密码。 演讲者：李海宁 中国科学院国家天文台副研究员 我们血液里的铁、我们骨骼里的钙、我们每一次呼吸的氧，所有这些都是从地球诞生很久之前的星星熔炉里炼制出来的。 大家好，我是李海宁。今天我向大家讲述的是天上的星星告诉我们的关于遥远星光的秘密，以及生命物质起源的故事。 每一位妈妈在心情不好的时候只要看一眼自己的孩子，就会觉得什么都不是事儿了。但是作为一个学天文的妈妈，我在孩子的身上还能看见一件很奇特的东西，那就是130亿年前的宇宙，你相信吗？ 他的身体和我们一样，由很多种元素构成。其中最主要的有6种，包括水里面的氢和氧、有机物里的碳、牙齿和骨骼里的钙，以及蛋白质里面的氮，还有给我们细胞供能的磷。 别看我的儿子只有2岁，可是他身体里的这些元素其实已经在宇宙的时空里穿越了百亿年的时间。 元素，是代代恒星继承的宇宙遗产 故事要从20世纪40年代开始讲起，那时候的人们只知道大爆炸产生了氢、氦和锂，对于其他元素从何而来一无所知。 这时一个叫弗雷德·霍伊尔的英国天文学家站了出来，他说是恒星产生了所有元素，还发表了一篇文章，但是在学术界并没有引起多大的关注。 于是他找来了三个非常厉害的帮手——天文学家伯比奇夫妇和核物理学家威廉·福勒。这四个科学家努力了好几年的时间，终于在1957年发表了一篇重要的文章。 他们给出了一套完整的、描述恒星如何合成元素的理论。恒星的内部就是一个高温、高压的宇宙熔炉，我们在元素周期表上所能看到的所有元素都是在这里产生的。 别看这篇文章没有抓人眼球的标题，也不是发表在《自然》（Nature）上，却赢得了诺贝尔物理学奖，并对学界产生了重要影响。虽然得奖的不是霍伊尔，但是他非主流的观点确实刷新了我们对于宇宙起源的认知。 所以现在我们知道，恒星里的宇宙熔炉从130亿前年就开始生产各种各样的化学元素。那这么多的元素究竟是如何穿越了百亿年的时间，来到太阳系，进入我们的身体中呢？ 我们来看一段视频。大约在137亿年前，“砰”的一声，宇宙大爆炸发生了。大约3分钟后，宇宙产生了大量的氢、一些氦和极其微量的锂。随后，这锅大爆炸“浓汤”开始冷却，冷却了大概2亿年之后，宇宙里出现了第一代恒星，它们开始制造新的化学元素。 这些恒星非常明亮而庞大，它们用极其壮烈的方式——超新星爆发，结束了自己短暂的一生。而它们所生产的这些化学元素被喷射到四面八方，并且遗传给了下一代恒星。 就是这样，一代又一代的恒星，可谓前仆后继，使得我们宇宙当中化学元素的种类和数量不断地增加。直到有一天，恰好能够形成太阳系的生命了，我们就出现了。 正是因为这样，才有了《魔法熔炉》里那段十分经典的独白：“为了我们能够活着，数十亿、数百亿乃至数千亿的恒星死去了。我们血液里的铁、我们骨骼里的钙、我们每一次呼吸的氧，所有这些都是从地球诞生很久之前的星星的熔炉里炼制出来的。” 这是一张大家都很熟悉的元素周期表，有没有人一看到它就觉得头大呢？天文学家们非常人性化，他们发明了一张特别的元素周期表。在这张表中，我们把所有比氦重的元素全部称为‘“金属”，不仅仅是我们日常概念中的金属。这些金属元素的总和，就叫作金属含量。 随着宇宙不断地变老，金属含量的“雪球”也越滚越大，每一代新诞生的恒星，它身体里的金属含量都会比它的祖先上一代稍微多一点点。直到今天，这些“小鲜肉”恒星们已经继承了成千上万代恒星的遗产，它们体内的金属含量已经是130亿年前老祖宗的200万倍。 如果有一天你恰巧碰到一个金属含量很低的恒星，那么恭喜你，你看到了宇宙的极早期。 我想问大家一个问题，你们觉得我们能看到最早的恒星吗？ 限于我们现在的观测能力，第一代恒星对我们来说就像黄帝尧舜一样，只是一个传说。我们现在能够直接观测到的最古老的恒星其实是它们的直系后代，这些恒星还来不及攒多少金属，所以被称为贫金属星。 别看这个名字不怎么样，但是它们对于宇宙演化的意义可一点都不“贫”。 如果说现在的宇宙有100岁，这些贫金属星出生的时候，宇宙还没有上学，所以在它们的身体里隐藏了许多宇宙“婴幼儿时期”的重要信息。这也是为什么天文学家亲切地称它们为“宇宙化石”。 关于我们人类生命元素的起源还有很多的疑问，比如说我们水里的铁、骨骼里的钙。它们第一次产生在宇宙中是什么时候？ 人类生命元素的起源 宇宙早期的化学成分跟今天的我们认识的元素相比，是不是有相似的地方？提取这些贫金属星的化学成分就成为我们获得答案的唯一途径。 如果现在让你去提取一颗恒星的化学成分，你打算怎么做呢？显然我们不能把星星搬回实验室或者办公室来研究，所以天文学家要用望远镜来观察它们。 一说到观星，天文爱好者应该已经激动起来了，每个人的脑海里都会出现各种美轮美奂的星空。 不过我眼中的星星跟大家想象的星空都不一样。这就是我看到的星星，一条二维的恒星光谱。 横向的每一层是我们眼中看到的不同颜色的星光，这些竖线则是炙热的星光穿过较冷的外层大气时，在特定的波长被吸收的情况。也就是说，这每一条暗线，都是某一个元素在星光里给我们留下的特定信息。 给大家看这张图，是不是二维光谱和这个图有几分相似呢？这个图是人类的基因图谱。所以说恒星光谱隐藏了恒星的基因一点都不为过，可是我们该怎么来提取这些基因呢？ 这就要用到天文研究上更常见的一维光谱了。 看到这个光谱大家有什么感觉？有人说很单调，甚至有点密集恐惧的味道。不过我很负责任地告诉你们，这已经是我找到最好看的一条一维光谱了。 千万别小看它，它的作用非常的大。我们通过测量光谱中谱线的强度，可以知道这颗恒星制造了哪些元素，制造了多少。通过结合它外层大气的情况，我们甚至可以知道这颗恒星的年龄、体重、出生地，以及最近是不是和附近的恒星发生过激烈的冲突。所以说，恒星光谱是我们刺探恒星的秘密，提取行星DNA的一大神器。 我还记得第一次跟我的导师讨论研究课题的时候，他给了我两条光谱让我选，你是要做和太阳差不多的年轻恒星呢？还是要去研究贫金属的古老恒星？ 我选了贫金属星。当时我对我自己这个决定非常满意，因为我很好奇这些古老的星星究竟隐藏了多少宇宙早期的秘密。 还有一个很重要的原因导致做了这个决定。我知道恒星光谱分析当中，最耗时费力、最容易让人崩溃的工作就是测量谱线。贫金属星的光谱里线这么少，研究它我就可以省掉很多测量谱线的时间。 不过很快，我就发现我的如意算盘打错了，因为像太阳这样年轻的恒星很好找，但是贫金金属的古老恒星非常难求。到底有多难找？我带给你们看看。 在太阳附近随便划拉一把，能找到这么多的恒星。可是蓝色的全部都是年轻的恒星，只有红色的才是我要找的贫金属星。 红色在哪里？ 只有这些，我第一次知道的时候，第一次切身体会到什么叫作“整个人都不好了”！不过我也还算走运，遇到了一个很得力的助手，就是我们国家设计并且建造的郭守敬望远镜。 它是一个不折不扣的观星能手，只要眨一下眼睛，就能拍下3000多颗恒星的光谱。所以，它花了5年的时间，获得了超过900万条的天体光谱，我当然也趁机“大捞了一把”。 正是基于这一次“贫金属星横财”，我得到了我的第一个贫金属星惊喜。我发现了一颗极其古老的超级贫金属星，这颗星的年龄差不多有130亿岁，老的几乎和宇宙不相上下。在当时的恒星界，它的年老程度已经排进了世界 👇🏽歡迎嘗試我頻道裡的其他影片👇🏽 通信：   • 通信   人工智能：   • AI·人工智能   航天：   • 航天   宇宙：   • 宇宙   教育：   • 教育   少年中国：   • 少年中国   植物：   • 中国科学院植物研究所   生物：   • 生物   心理：   • 心理   医学：   • 医学   生态：   • 医学   环境：   • 环境   药学：   • 药学   数学：   • 数学   物理：   • 物理   化学：   • 化学   艺术：   • 艺术   摄影：   • 摄影   传媒：   • 传媒   考古：   • 考古   恐龙：   • 恐龙   诺贝尔奖：   • 诺贝尔奖   工程：   • 工程   #中科院 #格致论道 #科学 #科普 #知识 #知识科普 #格致論道 #科學 #知識 #知識科普 #教育