宇宙誕生才138億年,一顆恒星卻已160億歲,是大爆炸理論錯了嗎?

死亡通常被認為是 爆炸的伴隨事件,世界上每年都會發生許多 爆炸事件,造成 人或動物的傷亡。

爆炸:在周圍介質中造成高壓的化學反應或狀態變化

可是有一次爆炸不同,它不僅沒有帶來 死亡甚至還為 生命的形成提供了 最初的條件,這場爆炸 是什麼?它就是 宇宙大爆炸,也是目前科學界對于 宇宙形成和演化的主流觀點。

宇宙大爆炸理論 是什麼?它是如何取得科學家的 認同的?宇宙的年齡是 如何推算出來的?用到了哪些 儀器和數據?根據這個理論,宇宙的年齡大約在 138億年,科學家卻發現了一顆 160億歲的恒星,難道大爆炸理論 錯了嗎

宇宙大爆炸概念圖

宇宙爆炸論

人類對于 宇宙的形成和演化有過諸多猜測,甚至有人猜測宇宙是 某個神秘生物創造的。畢竟宇宙太過 神奇和廣闊自然形成的話,聽起來確實很 奇幻。不過那些有關 造物主的說法都沒有確實的 依據,反倒是宇宙 自然形成的觀點受到了認同。

宇宙爆炸論認為,創世之初只有一個 體積無限小密度又無限大的奇點存在,某一天奇點內的物質發生了一場 大的爆炸。奇點在爆炸之后 越變越大,爆炸過后出現了 時間和空間。爆炸產生的 物質互相反應形成了宇宙間的 最初成分,它們不斷地 聚集和分離,于是有了 初始星系。隨著時間的推移,又形成了 恒星等天體

宇宙大爆炸理論

剛開始這一理論也沒有得到科學家的認同,連 物理學家愛因斯坦也并不贊同。直到 哈勃發現 紅移現象,才使得 宇宙爆炸論受到肯定。哈勃觀測到如今的宇宙中,那些遙遠的星系正在 逐漸遠離,這說明宇宙正在 不斷地膨脹

既然觀測到宇宙在膨脹,那麼 奇點爆炸膨脹成宇宙的觀點就有了現實依據。 愛因斯坦也在親眼看到 紅移現象時,推翻了自己認為的 宇宙亙古不變的觀點,并修改了 最開始創造的公式

波長增加在可見光端是朝向紅光移動,這種現象叫紅移

宇宙的年齡

知道了宇宙是 如何形成的之后,科學家們便開始測算 宇宙的年齡,畢竟生活在宇宙的星球上,肯定是對它的 了解越多越好。光靠 肉眼和望遠鏡的話,顯然能做的事情 非常有限,于是 COBE衛星1989年發射升空了。

COBE結構示意圖

COBE衛星上攜帶著兩個 測量宇宙年齡的重要儀器,當然宇宙的年齡不會在某個儀器顯示屏上 直接出現,而是需要通過其他的 間接數據推算得出。COBE衛星上的兩個儀器便是測量這些間接數據的,分別是 FIRAS(遠紅外絕對分光光度計)和 DMR(差分微波輻射計)。

COBE衛星測量的宇宙微波背景輻射能譜

這些數據也被稱為 宇宙微波背景的觀測數據,科學家從這些數據推算得出,宇宙的年齡在 138億歲左右。也就是說宇宙從奇點爆炸到現在, 已經演化了138億年

宇宙微波背景輻射圖

最古老恒星

恒星在宇宙中還算是比較常見,它是為數不多 能夠發光的宇宙天體,當然也不是 永遠都在發光。當它們星球內部的 「燃料」被消耗殆盡之后,便會熄滅變為 白矮星,質量較大的恒星也許會 再次發生爆炸,形成 中子星或者黑洞

為地球帶來陽光的 太陽便是太陽系的一顆恒星,目前 正值壯年,大約在 50億年之后會消亡成 白矮星。太陽對 地球生命的重要性不言而喻,植物的 光合作用離不開太陽, 氧氣的產生也離不開陽光。

光合作用示意圖

人類在探索宇宙的過程中,自然不會停止 尋找恒星的存在。畢竟如果要將 人類文明延續下去,就得提前找到 適宜人類生存的第二個地球和第二個太陽。與地球 相似度高的行星,已經被人們發現了超過 4000顆,也被稱之為 超級地球

至于 恒星的數量,更是無法估計,畢竟它們并不需要有什麼「苛刻」的 生命形成條件,只需要觀察其處于 燃燒的哪個階段就可以了。這不,一個世紀前人們就在 天秤座方向發現了一顆距離地球 190光年的恒星—— HD140283恒星

迄今發現最年長的恒星:位于天秤座的HD140283

不過這個恒星并不適宜成為 第二顆太陽,不僅僅是因為其 距離實在太遠,還因為它已經 不再燃燒,處于 消亡的邊緣。但是這樣一顆看起來 毫無價值的恒星,卻受到了許多科學家的 關注,這是為何?

原來 2000年左右,科學家利用 依巴谷衛星觀測到的 HD140283恒星數據,測算了一下該恒星的 年齡。結果得出了 160億歲的結論,是現目前宇宙中當之無愧的 最古老恒星,還因此收獲了 「瑪土撒拉」星的名字,這也是《圣經》中 最長壽老人的名字。

HD140283位于這個近似三角形的直角頂點

可是它未免也 太過古老了,畢竟宇宙的測算年齡也只有 138億年左右,怎麼會出現 160億歲天體呢?難道它根本 不屬于這個宇宙嗎?有關 平行宇宙的觀點雖然一直存在,但并未發現 實質性的證據,況且按理說,平行宇宙中的事物也 到不了其他宇宙中來。

這就讓科學家感到 頭疼了,宇宙的年齡是經過了 大量的數據得出的,也被科學家 驗證過許多次,應該不會出現什麼 問題。那很可能就是瑪土撒拉星的 年齡測算出現問題了

宇宙與天體的構想圖

年齡測算

科學家們在測算恒星的年齡時,會通過其 質量和光亮度來計算,因為恒星的大部分時間都在發生 核聚變反應,從而放出 光亮2003年霍華德·邦德利用哈勃望遠鏡觀測到了這顆 hd140283恒星,發現它主要由 氫和氦構成,上面的 鐵元素很少,不到太陽的 1%

宇宙中每種元素的主要來源

不過 鐵元素等較重元素在宇宙的 第一批恒星中是 非常少見的,像hd140283恒星這樣的天體通常會形成于 第二批恒星中。

一個畫家描繪的超新星形成重元素的概念圖

也許是因為最開始的 觀測位置和角度有所影響,得出了該恒星 160億歲的結論,這是對 宇宙大爆炸論的一次 挑戰。所以科學家們必須得 重新測定hd140283恒星的年齡,看一下 問題究竟出現在哪里。

于是有關hd140283恒星 2003年到2011年的觀測數據全都被調閱了出來,科學家們開始對這些數據進行 詳細的分類和研究。為了消除 視差影響,科學家們 連續六個月對hd140283恒星進行了 觀測,得到了 較為準確的距離信息

hd140283與其他天體的對比圖

最終在結合了 光譜學、光度學測量和視覺誤差等數據之后,得出了hd140283恒星的年齡大約在 140億歲左右的結論。當然這個數據還是要比宇宙的 138億年要大,但科學家們還給出了 8億年的誤差,也就是說hd140283恒星的實際年齡可能在 132億歲

這個誤差就使得宇宙大爆炸論又 站穩了腳跟,hd140283恒星也被認為是宇宙大爆炸之后誕生的 第一批恒星

光譜學與光譜測定法示意圖

太陽

太陽是地球所屬 太陽系的恒星,太陽系 以它命名便能夠看出它的 重要程度。它的內部時刻都在發生 核聚變反應,不斷地 燃燒氫氣釋放出光熱,但其實太陽并沒有 火焰,所謂的燃燒也 不是真的燃燒,只是一種 核聚變的反應狀態而已。

太陽的 質量非常大,是地球質量的 330000倍,所以其內部的 氫元素也十分豐富。研究表明,太陽已經燃燒了 50億年左右,但其 內部的氫元素還能再支撐它燃燒 50億年,直到最后燃料耗盡,變成一顆 白矮星

太陽中的質子-質子鏈反應

時間上來看,太陽系和太陽只是 宇宙漫長演化中形成的一個 普通星系和天體。大約 50億年前,一團 巨大的分子云由于自身的 重力開始 坍縮,在這個過程中,中心內部的氣體 旋轉速度變快, 溫度也升得更高。

最終形成了 圓盤狀的太陽系中心內部的氣體便 聚集成了如今的 太陽。其他的物質在后來演化中不斷地 聚集和分離,也演變成了 行星等天體地球也是在這樣的環境下 演變而來的。

或許太陽熄滅后,我們會找到一顆紅外星星創建新家園

至于為什麼太陽與地球的 距離如此適中,為什麼只有 地球進化出了 生命形態,以及 木星和月球為什麼要充當地球的 保護者抵抗 隕石的撞擊。科學家們還在不 斷探索這些問題的答案。


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