一變四 四變十二 宇宙演化永恆真理

作為科學家,我並不相信報應,但我相信物理上的因果。除了生物學上的病毒傳染會「一變四、四變十二」,天文學上亦有「一變四、四變十二」,而且這個過程更直接影響地球上的生命,甚至整個宇宙的演化。

人類並沒探測到外星巨型結構

今年初,一份系外行星天文學論文 (Boyajian et al. 2016) 引起了熱烈討論。香港和海外各大新聞媒體都爭相如此報導:天文學家有可能發現了外星生命建造的巨型結構。 這份論文討論由克卜勒太空望遠鏡 (Kelper Mission) 發現的一個系外恆星 KIC 8462852。克卜勒太空望遠鏡是專門尋找太陽系外行星系統的太空望遠鏡,設有非常敏感的測光和光譜儀。多年以來天文學家尋找系外行星的主要方法都是測量恆星的細微擾動,利用牛頓重力定律計算出其旁邊看不見的行星同伴。這個方法只能找出巨型的類木型氣體行星,因為類地型的細小岩質行星對其恆星的擾動非常小,難以探測。 克卜勒太空望遠鏡主要利用另一個手段去尋找系外行星。當行星繞到恆星與地球視線之間,就會遮擋了一部分由恆星發出的光。透過監察恆星亮度的週期性突然下降,就能計算出該行星繞行的週期、距離恆星的距離、行星的大小等等數據。克卜勒太空望遠鏡的測光儀非常靈敏,截至 2016 年 5 月已經發現了超過 1,200 個系外行星,其中約 45% 是岩石型行星。克卜勒太空望遠鏡在 2009 年升空至今短短幾年之間,其發現的系外行星數量已遠遠超過過去幾十年所發現的總和。 KIC 8462852 的初步數據分析是由業餘天文學家負責的。由於克卜勒太空望遠鏡持續監察超過 150,000 顆恆星,天文學家根本沒有足夠人手去處理和分析其非常龐大的數據量。因此克卜勒太空望遠鏡團隊開發了一個網上平台,名為 Planet Hunters。業餘天文學家可以利用平台上的研究工具去分析恆星的光變曲線。當他們發現恆星的光變曲線有著週期性的光暗變化,就可以利用 Planet Hunters 上的討論區與其他人討論或者交由專業的天文學家作進一步分析。任何人有興趣可以參與這個計劃。 今次發現的恆星 KIC 8462852 之所以特別,並非因為發現了其行星系統。相反,這是因為沒有發現到行星系統,同時卻探測到有不規則的光暗變化。根據克卜勒太空望遠鏡的光譜分析, KIC 8462852 是顆常見的 F 型恆星。可是 Planet Hunters 卻發現其在短短 80 日內有至少 7 次不規則的光暗變化,其亮度下降可達超過 20%。 天體物理學中所有的恆星模型都無法解釋如劇烈的光變曲線。不規則的光暗變化也把行星排除在解釋之外,因為行星不旦難以遮掩高達 20% 的光、其遮擋星光亦應為週期性的。因此 KIC 8462852 引起了天文學和業餘天文學界的熱烈討論。 已故著名天文學家、科學普及家卡爾.薩根 (Carl Sagan) 說過:「非凡的斷言需要非凡的證據。」對於如此非一般的光變曲線,克卜勒太空望遠鏡的天文學家非常仔細地檢查了…… Continue reading 人類並沒探測到外星巨型結構

恆星的死亡筆記

每當我們仰望天際,除了高樓大廈和比 IFC 更高的樓價外 (例如把 1000 萬港幣全部換成 10 蚊銀,疊起來有 7 座 IFC 那麼高),我們看到天空。 天空中、雲層外,人類只古以來,每天都會看到一個發光的球體。這個球體每天環繞地球轉一個圈,照亮我們的大地,為地球上所有的生命提供能量。 這個發光的球體,就是太陽。 自我們在森林中生活的祖先以來,這個太陽日復一復、年復一年,從未間斷地照耀著。我們很自然會好奇:「太陽是否永恆不變?」 太陽是一顆星。星的英文 star,中文正式名稱叫「恆星」。用上永恆的恆,因為恆星的壽命與人類或其他所有動植物比起來,就如永恆一樣的長。可是,就連宇宙的壽命也不是無限永恆的,恆星也有其壽終正寢的一天。 我們的太陽現在大約有 50 億歲,天文學家估計它仍可繼續發光另一個 50 億年。為什麼太陽的壽命可以有 100 億年那麼長呢?而其他恆星的壽命又會否不同? 在晴朗的夜空,我們可以看到很多星星。這些星星其實就是別的太陽。如果我們細心看,可以觀察到不同的星星有不同的顏色。我們的太陽當然是橙色的了,而有一些星星是藍色的,另外一些看上去則比太陽更偏紅。 為什麼恆星會有不同的顏色?顏色與溫度有直接關係:藍光的能量比紅光高,所以如果大家有入過廚房,就會發現越熱的火越偏藍色。同樣,恆星的顏色也代表了他們的表面溫度 (注意只是「表面」的溫度,因為我們只能看到恆星的表面發出來的光)。所以當我們看到一顆藍色的星星,就可以知道這是一顆比太陽溫度高的恆星;相反,當我們看到一顆比太陽更偏紅的星星,就知道它比太陽溫度低了。 說到這裡,究竟我們的太陽有多熱?其實太陽的表面溫度並沒有你想像的那麼熱,只有約 6000 度。在恆星的家族之中,太陽是一顆中等偏低質量的恆星。而一些藍色的星星,其表面溫度可達幾萬度,這些恆星的質量比太陽的高很多 (大約 10 – 100 倍),天文學家叫它們做「巨星」或「超巨星」。而比太陽輕的恆星,就是那些偏紅的星星,表面溫度只有大約幾千度,質量可低至約 0.08 倍太陽質量,天文學家叫它們做「矮星」。 但究竟溫度與恆星的壽命有什麼關係啊?天文學家又是如何知道恆星的壽命有多長?地球的壽命比太陽短 (這是當然的,因為太陽比地球早形成),生存在地球上的我們當然不可能有足夠長的壽命去觀察太陽的一生。天文學家不能與星星鬥長命,但我們發現到一個事實:原來恆星在其一生的不同時間,外觀都是不同的,就像人類會經歷生老病死一般。所以,計算恆星的壽命、恆星如何演化等等,就有如做人口普查! 試想像:我們是外星人,坐飛船來到地球。我們看到一種叫「人類」的動物,牠們有很多不同「形態」:有些看上去很壯碩、有些滿頭白髮、有些體型細小、有些卻很高大。我們如何知道牠們究竟是如一個物種在其生命週期的不同階段,還是根本是不同的物種呢? 如果我們把地球上不同地方的「人類」做統計,例如把每 100 萬人分開來,看看他們的身高、外觀等等參數的分布。地球上有大約 70 億人,所以我們可以做 700 次這樣的統計。結果我們會發現,這 700 次裡面的大部分,都包含著上述不同的「形態」,而且不同「形態」之間的比例有不同地方會有差別。這就告訴了我們一個非常明顯的事實:極有可能「人類」是同一個物種,而不同「形態」之間的不同比例代表了該區域的人口老化程度! 其實,天文學家就好像這些外星統計學者。天文學家就是透過觀察不同恆星的集合,看看他們的光度和溫度之間的關係。事實上,很多恆星都不像我們的太陽這麼孤單,很多恆星都是屬於雙星、三星、甚至多星系統之中。一個介乎幾個至幾十萬個恆星的多星系統,我們叫叫「星團」。很多很多個星團聚集在一起,就形成了宇宙間一個一個星系了。 如果我們觀察這些星團、星系,數數看他們每一個裡面的恆星成員,看看它們的光度和溫度,就會發現不同的星團、星系會有不同的比例,就好像人口普查的結果。所以,天文學家就知道恆星會演化了。 當我們知道恆星會演化,下一步就是要知道它們如何演化。天體物理學家使用我們已知的物理定律,建構出各種不同的恆星模型。在愛因斯坦的時代,人類還不清楚究竟太陽是如何發光的,他們不明白為何太陽能夠持續並非常穩定地釋放出這麼巨大的能量! 那時候,物理學家還未知道有核能這種能源。有一些科學家說太陽的能量來自化學能、另一些則說太陽能源是因為向太陽落下的隕石所釋放出來的重力勢能…… 可是全部這些能量都不足以維持 50 億年:只需要簡單地計算一下,莫說是地球生命起源的大概 40…… Continue reading 恆星的死亡筆記