恒星诞生

冬夜的天空冰清玉洁，在户外观星，至少在北半球，应该能够看到猎户座在地平线上昂首阔步。世界大文明均曾被猎户座腰带上的3颗“璀璨宝石”吸引——阿尔法星（贝图斯）、贝塔星（拉米达）和伽玛星（米兹亚尔）——它们组成了猎户座腰带。猎户座腰带的下方有一个不怎么起眼却更加非凡的天体：一片微弱的污点，甚至用肉眼也能看到。这是一个天体锻炉，恒星正在其中诞生。

恒星的诞生是星系生态极其重要的部分：恒星诞生，化宇宙之云雾，聚尘埃而成形；恒星璀璨一生，随后于壮烈爆炸中消亡。源自濒死恒星内部反应和随后的爆炸产生的巨能可产生重元素并向外射出，随后再次成为“星种”并形成新的恒星。星系就像巨大的珊瑚礁，是维持恒星诞生凋亡循环的生态系统，两者互依互存。而如果没有分子云，这一切都不可能发生。分子云是未来恒星形成的燃料：每颗恒星——包括约45亿年前诞生的太阳——都始于这些巨大的星际云。利用红外天文学的方法，我们可以观察恒星的诞生。

恒星的诞生通常是十分隐秘的事情：年轻的恒星裹在光学望远镜无法透视的星气和尘埃之中。但是红外线与短波长光大不相同。不可见光可以传播到可见光无法到达之地。原因是一种名为“瑞利散射”的物理现象。每当光线穿过云层——无论是太空中的星云，还是地球上的大气层，光都会遭受“散射”。换句话说，光子会被云中的粒子弹来弹去，好比弹球机中的钢珠。但这种散射程度因光子属性而异。波长越短，散射就越强烈。蓝光经过地球大气层时会呈现强烈的散射现象，而红光却相对通行无阻。因此，我们的天空是蓝色的：阳光中最蓝的部分由散射剥离，在大气层中屡经反弹，终于在我们的头顶上形成了一片蔚蓝。彤红晚霞也正是得益于此原理。当太阳贴近地平线时，光线需要穿过更多大气才能被我们肉眼所见。途经更多的大气伴随着更强的散射，消耗更多的短波光，最后只剩下波长最长的红光和橙光。红外线也遵循此规则：波长越长，受到尘埃和云气的影响也就越小。在红外线波段观察星际云，我们有可能直接越过完全屏蔽可见光的“神秘面纱”。利用不可见光，我们可以看到宇宙隐秘的举动，见证种种其他方法无法观测的过程——比如恒星的诞生。

这些巨大的分子云结构复杂，层层嵌套：大者可横跨数百光年，重达太阳的数百万倍。但是在其云层中，也可能隐藏着一簇簇丝状物或团状物，成为恒星形成的种子。通过图2.3我们可以看到，翻涌的红色物质和蓝色物质周遭围绕着一些更小、更亮的区域，在黑暗中闪闪发光……这是恒星苗圃，每一个光电都正在形成数百颗恒星。恒星苗圃在图中呈白色，因为巨大且年轻的恒星正不断加热周围的尘埃和气体，使其在远红外波段发出强烈的光芒。相比之下，周围的星云非常寒冷——仅比绝对零度高几十度。依偎分子云尘埃中心的恒星苗圃，是无法用可见光观测的，但利用种种红外观测手段，天文学家们已拼凑出分子云转变为星群的过程。

红外线有揭示恒星诞生的力量。这两张照片显示的是一对碰撞中的星系，左图是哈勃望远镜在可见光下看到的景象，右图加入了斯皮策太空望远镜拍摄的红外视图。右图中橙色和红色的薄雾显示了诞生新恒星的爆炸，隐藏在可见光区域之外。

银河大小的星系大约包含着数以万计的分子云，分布在旋臂和银河系中心。这些云在两种力量的拉锯战中保持平衡：一种是想要压垮星际云的引力；另一种是源自内部的压力，让星云如气球般膨胀起来。如果两种力势均力敌（通常如此）——那么分子云就以平衡状态存在，不会有坍缩形成恒星的危险。换言之，星际云处于平衡。但平衡状态有两种。比如，我面前桌子上的书就处于平衡——它不会乱跑，如果我戳一下，它也不会跑远。我们把这种情况称为“稳定平衡”，即系统受到干扰时也会保持其原有的常态。一支笔尖朝下平衡而立的笔，也处于平衡状态（要非常小心地让其保持平衡），但即便最轻微的推力也会让它倒下。平衡的笔尖属于“不稳定平衡”：系统在受到干扰时会发生很大的变化。陷入引力和压力拖拽的分子云，就像平衡笔尖一样——处于不稳定平衡状态。给分子云一个推力（或者，更贴近现实来说，在附近引爆一颗恒星），引力便会开始获胜，导致分子云坍缩并凝聚成碎片。这就是恒星形成伊始的样子。尼采曾谈及孕育恒星所需的混沌：假如没有这种推力与不稳定、滚雪球般的坍缩，就无法点燃最初的火花，宇宙将仍旧黑暗，没有一颗星尘。

一旦云层聚为碎片，小团分子云就会越聚越密，引力将它们压缩得越来越小。而当气体压缩时就会发热。但凡给自行车打过气的人都会有这样的经历：给轮胎打气会使打气筒尾端发热。气泵从大气中抽取空气并对其加压，空气在此过程中变热。同理，随着坍缩的分子云的碎片越来越小，其温度也逐步上升。经过数十万年的缓慢坍缩（请记住，分子云很大），微小的斑点就浮现于云中：这些斑就是“原恒星”。

原恒星，顾名思义，是诸如太阳这样成熟恒星的前身。原恒星很热，高达几千度，但还远不及成熟的恒星热。因此，原恒星在红外线波段下释放耀眼的光芒。随着原恒星坍缩，其温度进一步上升，最终达到足以让氢熔变成氦的临界温度。氢的聚核反应是恒星的动力引擎：聚变的开启标志着恒星正式形成。

通过红外观测，我们可以自始至终见证这一非凡的过程。感谢不可见光天文学家，是他们的努力，让我们可以看到充满恒星介质的云，也能窥探埋藏其中的原恒星。但我们也可从更宏观的视角观察恒星的诞生。新生恒星会加热其周围的气体和尘埃，如果把目光扩大，囊括整个星系，就可以看到这一效果。在中红外光下观察遥远的星系，可以让我们了解到星系中新星形成的速度。图2.3是约5亿光年外一对碰撞中的星系。在左图可见光视角下，画面已非常壮丽：两个星系合二为一，恒星旋转在一起。然而，每当星系碰撞，必会引发巨大能量波，扰乱分子云的平衡，催生恒星的诞生。右图显示的是同一画面：两个星系发生碰撞，只不过叠加了由斯皮策太空望远镜拍摄的红外视图。通过红外线，我们可以观察到隐藏的天体：诸多爆炸，代表成千上万枚新恒星的诞生，可见范围的光线却早已掩盖。由海量新恒星群产生的橙色光辉，代表了比我们太阳强大几百亿倍的能量输出。红外线可以揭示隐藏的宇宙，其戏剧性和爆发力均为依靠可见光无法设想的概念。我们将在第四章中进一步探索这些隐藏的怪物。 OmUOcyh73o/GpYPwk4fzxbw3ECQOskz1N/KBF6J/zwG3kM6XmOHCLzlR4DOKQcSq