它也很老
对宇宙年龄最精确的测量值大约是138亿年,误差在几十万年左右。这段时间足以一口气看完《加勒比海盗》(Pirates of the Caribbean)的五部电影。(4)如果你不喜欢看电影,还有另外一个很好的方法来想象时间的尺度。
天文学家卡尔·萨根(Carl Sagan)在1977年提出,我们可以把宇宙的一生压缩成一个日历年:宇宙诞生于1月1日的零点,现在的时刻是12月31日的午夜。【1】
在这个尺度上,人类的历史只持续了4分钟(实际持续了20万年)。相应地,恐龙在地球上游荡了1.7亿年,换算到宇宙历中只有四天——从12月25日的午餐开始,一直到12月29日残羹剩菜被一扫而空。
如果我们回到万物诞生之初,会发现在最开头的几千年里,一切都非常不同,因为那时还没有原子。当时,整个宇宙就像是发光的泡沫,充满了自由飘浮的电子、中子、中微子、质子和光子。直到38万年后,宇宙才冷却下来,足以让电子和质子结合并形成最简单的原子:氢和氦。或者,压缩到我们的宇宙历,1月1日零点后的大约14分钟,非原子的能量才形成稳定的粒子。
这些原子云叫作“星云”(nebulae),由于引力的作用,它们很快就开始向内收缩,原子核被压缩在一起,聚变成更重的元素。核聚变产生巨大的热量,足以对抗引力坍缩,从而使向内的引力与向外的热量辐射达到平衡。由此产生的热核等离子球就是第一个太阳——把轻元素烘烤成重元素的熔炉。不久,恒星摇篮也诞生了。
2016年3月,人类观察到了“GN-z11星系”,这是我们所知道的最古老的星系,似乎形成于宇宙诞生后的4亿年【2】;换算到宇宙历中是1月10日的下午3点,这个时候大概所有人都在想是否需要办一个健身房会员卡。
银河系中最古老的恒星表明,它形成于宇宙诞生后约8亿年,也就是1月21日左右,尽管那时诞生的恒星只剩下寥寥几颗。大多数初代恒星已经耗尽核燃料并解体,将更重的元素从恒星内部抛射出来,成为包括太阳在内的次代恒星的肥料。
形成我们太阳的物质在46亿年前(宇宙历8月31日夜晚)聚集在一起,但初代恒星的许多元素杂质并没有进入熔炉。相反,它们在太阳周围形成巨大的岩屑盘,这些岩石涡流最终变成了行星。
我们猜测行星是由岩屑凝结而成的,这并不是空穴来风:我们可以看到它正在发生。宇宙中有许多恒星等待观察,所以我们可以把望远镜对准那些刚刚凝聚起来的恒星。当然,每颗新生的恒星周围都有正在形成的行星。比如,七公增十七b行星(Smertrios)围绕着七公增十七恒星(HD 149026)运转,而名字不够有吸引力但更容易观察到的PDS 70b行星围绕着PDS 70恒星运转。【3】通过这些正在诞生的行星,我们可以实时观察行星诞生的每一个步骤。好吧,严格来说,这些行星诞生于很久以前,来自它们的光今天才到达地球。你知道我为什么这么说。
我们称之为“家园”的太阳系形成于宇宙历的9月1日正午,大约是太阳开始发光之后1亿年。四个内行星的外层大气被太阳风剥离,外行星的大气由于距离足够远而得以保留(5)。根据这一标准,太阳系可以划分为岩石内行星和气态巨行星两个区域。这两个区域之间有一圈小行星,它们是一颗夭折行星的残骸。
在宇宙历9月1日的大约下午6点,一颗叫“忒伊亚”(Theia)的小行星漫步到地球附近,并撞向了地球。撞击产生的碎片开始凭借自身力量绕着地球转动,最终在地球诞生1亿年后合并成另一个球体:月球。
在接下来的大约10亿年里,地球死气沉沉,遍地焦土。直到9月30日深夜以后,万物开始降温,大气中的水分凝结成海洋。不久之后,原始的生命形式开始在泥滩中发出咯吱咯吱的声音。这个过程仍然是科学界最令人兴奋的谜团之一。我们所知道的是,最早的植物在12月20日开始进行光合作用,并在5天后被前文提到的恐龙吃掉了。接着,人类出现了,在12月31日午夜前的4分钟大摇大摆地出现了。
我们可以想象在临近新年的时候每个人都大声地倒计时,那么苏美尔文明将在喊“十”的时候诞生,金字塔会在喊“九”的时候建成。倒数第四秒,罗马陷落了。倒数第三秒,维京人开始征服西欧。倒数第二秒,成吉思汗征服了亚洲,建立了史上最大的帝国。接着,在最后一秒,哥伦布登上了美洲的海岸,我们迎来了新一天的零点。
我们还可以放眼未来,继续拓展宇宙历的长度。关于下一个宇宙年太阳系将发生什么,我们可以做出可靠的预测。
从现在开始过3亿年,也就是1月8日,土星环会消失,变成雨水降落在土星表面(6)。如果你喜欢漂亮的行星环,不必担心:就在土星失去其装饰物的5000万年前,火星的卫星火卫一(Phobos)将在引力的作用下裂开,变成一个绕着火星的环,让火星拥有属于自己的呼啦圈。
再过50亿年,太阳中心的氢燃料也开始枯竭。目前,太阳的质量正在以每秒60亿千克的速度减少。一旦太阳消耗完氢能,引力就会占据上风,其外层就会崩溃。
与我们的直觉相反,在此之后,太阳的核心会继续受到长达数千年的压力,最终爆发出强烈的核聚变。它产生的能量将比以前任何时候都要高。太阳的外层会继续向太空中膨胀,它会变成一颗红巨星,吞噬水星、金星,最终也吞噬地球。在宇宙历的明年5月初,地球将永远消失。
再过10亿年,太阳的外层会溶解在周围的空间中,留下一个由发光原子组成的致密的核,这里曾是太阳燃烧的核心。我们把这个核叫作“白矮星”。白矮星是由氢、氦以及碳、氧等稍重元素组成的炽热的大晶体。说真的,白矮星就是炽热的大钻石,我不知道人们为什么通常不这样形容。
离我们最近的白矮星是大犬座(Canis Major)的天狼星B(Sirius B)。它比地球小得多,但在冬季,你可以用合适的望远镜看到它(至少在21世纪20年代初如此,之后它会隐匿在天狼星A后面,这是紧挨着天狼星B的大恒星)。其微弱的光点预示着我们的太阳将在宇宙历的明年6月变成什么样子。
太阳形成的晶体会缓慢散热,直到形成我们所说的“黑矮星”——恒星的冰冷残骸。然而,形成黑矮星所需要的时间比宇宙的年龄更长,因此宇宙中还没有这样的天体。但终有一天,太阳会凝结成一颗孤独的黑珍珠。巧合的是,这也是你刚刚看完的《加勒比海盗》电影中主船的名字。