正文 第 10 章
大历史，小世界：从大爆炸到你（出书版） 作者:辛西娅·斯托克斯·布朗/译者:徐彬/ 于秀秀/刘晓婷
第 10 章
假如距离地球500光年以内发生超新星爆炸，那我们就都会被烤焦。但是，宇宙那么大，多数超新星距离我们太远，它的光到达地球时，也只是闪烁一下。天文学家给我们吃了一颗定心丸，据他们观察，没有离地球很近的超新星能把我们变成烧烤。（科学家认为，《圣经》上记载的2000多年前耶稣诞生时，天空中出现的明亮星星，或许就是一颗超新星。）
距离地球足够近、能让肉眼看到的超新星并不多。一次发生在1054年，中国的天文学家看到了。但欧洲历史上并没有相关记载。借助望远镜我们依然能够看到它的残留，叫作“蟹状星云”。（参见[domain]/）
1987年在地球上看到的超新星，是肉眼能够看到的最近的一次超新星爆发，在南半球仅凭肉眼刚好能看到。这次超新星爆发发生在临近的一个较小的星系——大麦哲伦云，距离地球16.9万光年。由于它的光到达地球需要16.9万年的时间，因此我们看到的是16.9万年之前发生的事。由于这是自望远镜发明以来，第一次肉眼能看到的明亮的超新星爆发，所以天文学家都格外兴奋。
在中等大小的星系，一世纪才会发生一次超新星爆发。因此，天文学家颇费了一些时间进行观察，才搞明白它们到底是什么。20世纪30年代，洛杉矶加州理工学院的天体物理学家弗里茨·兹威基（Fritz Zwicky），创造了英语中的“超新星”（supernova）这个新词，但直到1957年，剑桥大学的弗莱德·霍伊尔（Fred Hoyle）才与他人合作弄明白了更重、更复杂的原子是如何在超新星爆发中形成的。
罗素·热内
自动观星者
罗素·热内（Russell zhaiyuedu.）是一个自学成才的研究者，他能用小型的、便宜的电脑控制望远镜。
罗素·热内喜欢探索宇宙，但不喜欢长时间坐在板凳上，枯燥地观察恒星，收集来自遥远恒星的光子。
为了解决这个问题，他发明了首个具有全自动望远镜的机器人天文台，由微型计算机控制。
为了实现这一点，热内循着自己的兴趣，试了很多方法。他在加利福尼亚尤凯帕的大牧场长大，那儿离帕洛马山天文台很近，能看到天文台的望远镜的圆顶的反光。他的祖父母住在威尔逊山脚下，每年夏天，他都在那儿待一个月，他们经常在威尔逊山天文台的空地上野餐。
8岁那年，热内用一台显微镜、一个放大镜和一个桂格燕麦盒，制作了他的第一架望远镜。借助那架望远镜，他能看到月球表面的环形山和木星的卫星。
1964年，热内在俄克拉荷马州大学取得电气工程理学学士学位。之后，他就开始追求自己的所爱：火箭、飞机和女人。他设计了火箭和飞行器的制导系统，还接受了飞行培训。1980年，他在空军技术学院获得了后勤管理的硕士学位，研究飞机和火箭的计算机模拟模型。
同时，热内在俄亥俄州的费尔伯恩搭建了一个天文台，后来为了观察得更清晰，将其迁至亚利桑那州的霍普金山。1983年，他和同事路易斯·博伊德（Louis Boyd）研制出首架全自动望远镜，由计算机操控的机器人对恒星亮度的变化进行精确的光学测量。打开计算机，定位好恒星，就可以自动拍摄照片，这样在寒夜里，天文学家再也不用熬夜守在望远镜前了。
1987年，南半球出现了超新星之后，热内写了本书：《1987A超新星：天文学的爆炸性谜团》（Supernova 1987A: Astronomy’s Explosive Enigma ）。他还给PBS（美国公共电视网）做了一期1小时的节目，内容是关于自动化天文台的，名为《完美的观星者》（The Perfect Stargazer ，1993）。
谢丽尔·琳达·戴维森（da Davidson）是热内少年时期的心上人，二人后来终于重逢，2001年11月17日步入婚姻殿堂。同年，热内还取得了天文学博士学位，他们一起在加州圣玛格丽塔附近建立了猎户座研究所和天文台。圣玛格丽塔距海边30多千米（约20英里），能够避开海上雾气的干扰。他们的房子不大，旁边还有一个小型天文台，里面配备先进的望远镜。
到了这时候，身为天文学家的热内的视角已经变得更广阔了，开始关注到人文领域。他写了一本面向普通大众的书，讲述宇宙和人类进化，关注人类的未来命运。该书于2007年出版，题为：《人类：即将成为蝼蚁的黑猩猩》（Humanity: Th<b><a /" target="_blank">/</a> 文字首发无弹窗</b>ho wouldAnts ）。
热内和谢丽尔每年冬天都前往夏威夷瓦胡岛的怀厄奈过冬。其余月份他们都待在圣玛格丽塔，一边在奎斯塔学院教书，一边观察短期出现的食双星现象（两颗恒星连在一起）。罗素还是加州州立理工大学的研究学者，在那儿设立了一个本科研究项目。谢丽尔负责柯林斯基金会出版社（柯林斯教育基金会的出版部门）的管理工作。罗素和谢丽尔定期举办会议，把科学家和人类学家召集起来，一起研讨。
热内才华横溢，喜欢骑自行车、划皮艇、开飞机、弹琴、写书等等。他敢于追求自己的兴趣，生活过得很好，同时也为人类做出了杰出贡献。下面是他对未来的看法：
“我认为，人类注定是要离开生于斯长于斯的地球，离开我们所在的这一方小角落，去往银河系的其他恒星系统，或许最终还能遍布整个银河系。太阳只剩下短短的50亿年时光，我们注定要比它活得更长久。宇宙还很年轻，我们也很年轻，宇宙的未来就在我们眼前展开——这场巨大的盛宴，人类将世世代代品味下去。”（[domain]）
超新星爆发时，其中心坍缩成极度致密的物质。（英裔美国科普作家比尔·布莱森说，即便我们想象把100万颗炮弹压缩成弹球大小，依然接近不了那个密度。）由于超新星核心温度极高，电子与质子融合，形成中子。
超新星爆发不是通过核聚变，而是通过中子捕获产生比铁（原子序数26）重、一直到铀（原子序数92）的元素。在极度的高温状态下，许多质子与电子融合形成中子。这些多出来的中子与核内剩余的质子结合。然后多余的中子衰变（失去电子）形成多余的质子，于是形成更重元素的核。
重元素的产生是在非常罕见的超新星死亡时非常短的时间内发生的，前后也就15到30分钟。这也解释了重元素为何那么罕见。即便是现在，经过了几十亿年不断的超新星爆发，氢和氦依然占全部原子的98%。在剩下的2%中，最常见的是原子量从氢和氦以上一直到铁的元素，是濒死恒星内发生的核聚变产生的。其他元素，那些比铁还重的，则极为稀少。随着更多恒星的坍缩和爆炸，比氢和氦重的元素，会继续增多。
讲到这儿，大家应该知道濒死恒星在大历史中为何是一个临界点或转折点了吧。早期宇宙膨胀并冷却得太快，重元素来不及形成。而恒星核心的高温则为重元素的产生提供了所需的能量。这些重元素能够以不同的方式结合，形成全新的、意想不到的物质。最终，它们结合形成了有生命的东西。假如宇宙中仅存在氢和氦，那么宇宙中也就没有什么故事了。我们生活的宇宙变幻莫测，在宇宙历史进程中的关键临界点，都会经历意想不到的变化。
化学是研究原子如何结合形成新材料的学科。下一章我们会一起来了解地球表面是如何成为供化学反应发生、组合形成许多新元素的绝佳环境的。
超新星天文化学家研究什么呢？
光是宇宙中的伟大奥秘之一。还记得第2章中我们对光的定义吗：没有质量的能量。科学家称之为电磁辐射，即以波的形式在真空中传播的电场和磁场。光的传播不需要任何物质媒介。而且，如果光穿过物质媒介，比如玻璃，它的速度会慢下来。
阿尔伯特·爱因斯坦证明，光可以理解为在真空中传播的波，速度恒定，每秒几乎是30万千米（约18万英里）。他还指出光也可以理解成一个个独立的能量包，即能量的粒子。但实际上，他证明了光既不是粒子，也不是波。它到底是什么要看具体的环境。正是从这个想法出发，爱因斯坦打开了量子世界“无常”的大门。
早于爱因斯坦很久，牛顿第一个证明了光包含不同的颜色。光经过三棱镜（三角形玻璃）后，其波长会被分散开，呈现不同颜色组成的光谱。光谱中波长最长的是紫色（红色），中间是绿色，波长最短的是蓝色。
要想研究来自恒星的光，由于光源太远，星光比地球上的光要弱得多，必须得发明比棱镜更复杂精密的仪器。1814年，德国玻璃工人约瑟夫·冯·弗劳恩霍费尔（Joseph von Fraunhofer，1787—1826）就发明了这样一种仪器，叫作“分光镜”。现在，人们把分光镜装在望远镜上，观察者可以看到来自恒星的可见光被分散成不同的波长。这一进步使天文学转变成了天体物理学。
借助分光镜，科学家研究发现，来自遥远恒星和行星的光，与地球上的光包含相同的颜色。跟有些人猜想的一致，在其他行星和恒星上，也不存在任何新的颜色。
但是分光镜所呈现的光谱颜色确实带来了出人意料的新发现：吸收线。这是一种有着奇怪模式的细黑线，出现在光谱中的特定位置。它们看起来就像是在商店购买的商品包装上的条形码。虽然来自恒星的光与地球上的光具有同样的彩虹中的色彩，但恒星光中还多出了暗色的吸收线。（参见[domain]）
1900年左右的分光镜
观察者借助分光镜，能够通过透镜和棱镜看到燃烧的元素产生的气体。光谱中的黑色线条和其他颜色形成鲜明对比，可以确定是哪种元素。从光谱可以看出，钢瓶中燃烧的元素是钠。
进一步的研究表明，地球上的光也有暗色的吸收线。通过研究地球上的光的“条形码”，科学家发现，造成“条形码”的是不同的化学元素。比如，钠就会在光谱中的黄色部分显示出明显的吸收线。
每一种元素因其电子轨道不同，都会对光产生特有的效应。每种元素的原子都会产生由线条、间隙和颜色构成的特色鲜明的“条形码”。这就意味着，不论是哪颗恒星，天文学家通过观察它发出的光，就能确定上面存在哪些元素。结果，他们发现恒星并不都是一样的，这让他们感到非常吃惊：有些恒星包含的元素与其他恒星并不相同。由于每颗恒星都会共同具有几种不同的元素，其吸收线往往乱作一团。不过，观察者已经找到了理清这些吸收线的方法。
在地球上以及银河系中的恒星上，因存在不同元素造成的吸收线，在光谱中以同样的形式排列。
然而，等待天文学家的还有另一个惊奇。19世纪末的时候，当时天文学家维斯托·斯莱弗（Vesto Slipher，1875—1969）正在亚利桑那州弗拉格斯塔夫市的一个天文台工作。他发现，星云的谱线排列，呈现向光谱中红端移动的现象。吸收线的排列模式相同，但是位置与预期的位置看起来似乎出现了移动。如果吸收线朝向红端（波长较长）移动，那就意味着该星云正在远离地球。如果吸收线朝向蓝端（波长较短）移动，那就意味着星云正在接近地球。而谱线间隔的模式则保持不变。吸收线朝红端移动的现象叫作“红移”。
红移意味着什么？这是多普勒效应的一种表现。这种效应在声波中的表现大家比较熟悉。
光和声音都以波的形式传播，波峰与波峰之间的距离就是波长。波的频率是指单位时间内出现的波峰数。
声音传播的速度比光慢得多。这一点通过观察一下看到闪电之后多久听到雷声就能了解。如果发生闪电的地方很远，看到闪电几秒钟之后，雷声才传过来。
朝你开过来的救护车或警车的鸣笛声听起来声调更高一些。一旦从你身旁经过，其声调就降低了。之所以会这样，是因为拉着警报声的车辆朝你前进的时候，声波会被推得更紧密（短），而离开之后，声波则被拉得更长。换句话说，声波的频率发生了改变，而你的耳朵感知到了前后之间的差异。
光波也有类似的效应。光在远离我们的时候，其波峰的频率被拉长，被拉伸到偏向波长更长的红色。如果是朝我们接近，波长就会变短，朝较短的蓝色偏移。
由此，天文学家意识到，光线朝光谱的红端移动的遥远星云，应该是正在离我们远去。哈勃和其他天文学家发现，星云越远，它们随着宇宙膨胀远离的速度越快。这一发现，是借助分光镜的研究获得的，也为宇宙大爆炸理论（参见第2章）奠定了基础。分光镜是使讲述大历史成为可能的最重要的发明之一。
不过，为什么银河系中的恒星不是在远离太阳系呢？临近恒星的引力，银河系中心的黑洞的引力，以及遍布在银河系各处、神秘的、看不到的暗物质的引力，使得银河系紧紧聚合在一起。
知识前沿的疑问
·什么是中子星？
一些超新星爆发的中心产生了中子星。中心坍缩，将每个质子与一个电子挤压在一起变为中子。如果恒星体积不是太大，中子能终止坍缩，暂时以中子星的形态存在，不再发生核聚变。在蟹状星云的超新星残余物中，就有一颗极小的、温度极高的中子星。
中子星是已知宇宙中最致密的物质，相当于把太阳的质量压缩到一座城市的大小。一块方糖大小的中子星材料的重量约为1亿吨，相当于一座大山的重量。中子星还具有宇宙中最强的磁场，此外，它的温度可能也是最高的。有的中子星会非常快地旋转，有规律地发出电磁辐射，这样的中子星叫作脉冲星。由于中子星上的状况如此极端，让天文学家得以一瞥物理学中非常特殊的领域，这一领域如果没有中子星的存在是无法研究的。
濒死恒星与你
你与濒死恒星有着直接联系。如果你能数出自己体内的原子数，你会发现平均62%的原子中包含着氢，它们是138亿年前宇宙诞生时产生的。
第 10 章
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第 10 章
假如距离地球500光年以内发生超新星爆炸，那我们就都会被烤焦。但是，宇宙那么大，多数超新星距离我们太远，它的光到达地球时，也只是闪烁一下。天文学家给我们吃了一颗定心丸，据他们观察，没有离地球很近的超新星能把我们变成烧烤。（科学家认为，《圣经》上记载的2000多年前耶稣诞生时，天空中出现的明亮星星，或许就是一颗超新星。）
距离地球足够近、能让肉眼看到的超新星并不多。一次发生在1054年，中国的天文学家看到了。但欧洲历史上并没有相关记载。借助望远镜我们依然能够看到它的残留，叫作“蟹状星云”。（参见[domain]/）
1987年在地球上看到的超新星，是肉眼能够看到的最近的一次超新星爆发，在南半球仅凭肉眼刚好能看到。这次超新星爆发发生在临近的一个较小的星系——大麦哲伦云，距离地球16.9万光年。由于它的光到达地球需要16.9万年的时间，因此我们看到的是16.9万年之前发生的事。由于这是自望远镜发明以来，第一次肉眼能看到的明亮的超新星爆发，所以天文学家都格外兴奋。
在中等大小的星系，一世纪才会发生一次超新星爆发。因此，天文学家颇费了一些时间进行观察，才搞明白它们到底是什么。20世纪30年代，洛杉矶加州理工学院的天体物理学家弗里茨·兹威基（Fritz Zwicky），创造了英语中的“超新星”（supernova）这个新词，但直到1957年，剑桥大学的弗莱德·霍伊尔（Fred Hoyle）才与他人合作弄明白了更重、更复杂的原子是如何在超新星爆发中形成的。
罗素·热内
自动观星者
罗素·热内（Russell zhaiyuedu.）是一个自学成才的研究者，他能用小型的、便宜的电脑控制望远镜。
罗素·热内喜欢探索宇宙，但不喜欢长时间坐在板凳上，枯燥地观察恒星，收集来自遥远恒星的光子。
为了解决这个问题，他发明了首个具有全自动望远镜的机器人天文台，由微型计算机控制。
为了实现这一点，热内循着自己的兴趣，试了很多方法。他在加利福尼亚尤凯帕的大牧场长大，那儿离帕洛马山天文台很近，能看到天文台的望远镜的圆顶的反光。他的祖父母住在威尔逊山脚下，每年夏天，他都在那儿待一个月，他们经常在威尔逊山天文台的空地上野餐。
8岁那年，热内用一台显微镜、一个放大镜和一个桂格燕麦盒，制作了他的第一架望远镜。借助那架望远镜，他能看到月球表面的环形山和木星的卫星。
1964年，热内在俄克拉荷马州大学取得电气工程理学学士学位。之后，他就开始追求自己的所爱：火箭、飞机和女人。他设计了火箭和飞行器的制导系统，还接受了飞行培训。1980年，他在空军技术学院获得了后勤管理的硕士学位，研究飞机和火箭的计算机模拟模型。
同时，热内在俄亥俄州的费尔伯恩搭建了一个天文台，后来为了观察得更清晰，将其迁至亚利桑那州的霍普金山。1983年，他和同事路易斯·博伊德（Louis Boyd）研制出首架全自动望远镜，由计算机操控的机器人对恒星亮度的变化进行精确的光学测量。打开计算机，定位好恒星，就可以自动拍摄照片，这样在寒夜里，天文学家再也不用熬夜守在望远镜前了。
1987年，南半球出现了超新星之后，热内写了本书：《1987A超新星：天文学的爆炸性谜团》（Supernova 1987A: Astronomy’s Explosive Enigma ）。他还给PBS（美国公共电视网）做了一期1小时的节目，内容是关于自动化天文台的，名为《完美的观星者》（The Perfect Stargazer ，1993）。
谢丽尔·琳达·戴维森（da Davidson）是热内少年时期的心上人，二人后来终于重逢，2001年11月17日步入婚姻殿堂。同年，热内还取得了天文学博士学位，他们一起在加州圣玛格丽塔附近建立了猎户座研究所和天文台。圣玛格丽塔距海边30多千米（约20英里），能够避开海上雾气的干扰。他们的房子不大，旁边还有一个小型天文台，里面配备先进的望远镜。
到了这时候，身为天文学家的热内的视角已经变得更广阔了，开始关注到人文领域。他写了一本面向普通大众的书，讲述宇宙和人类进化，关注人类的未来命运。该书于2007年出版，题为：《人类：即将成为蝼蚁的黑猩猩》（Humanity: Th<b><a /" target="_blank">/</a> 文字首发无弹窗</b>ho wouldAnts ）。
热内和谢丽尔每年冬天都前往夏威夷瓦胡岛的怀厄奈过冬。其余月份他们都待在圣玛格丽塔，一边在奎斯塔学院教书，一边观察短期出现的食双星现象（两颗恒星连在一起）。罗素还是加州州立理工大学的研究学者，在那儿设立了一个本科研究项目。谢丽尔负责柯林斯基金会出版社（柯林斯教育基金会的出版部门）的管理工作。罗素和谢丽尔定期举办会议，把科学家和人类学家召集起来，一起研讨。
热内才华横溢，喜欢骑自行车、划皮艇、开飞机、弹琴、写书等等。他敢于追求自己的兴趣，生活过得很好，同时也为人类做出了杰出贡献。下面是他对未来的看法：
“我认为，人类注定是要离开生于斯长于斯的地球，离开我们所在的这一方小角落，去往银河系的其他恒星系统，或许最终还能遍布整个银河系。太阳只剩下短短的50亿年时光，我们注定要比它活得更长久。宇宙还很年轻，我们也很年轻，宇宙的未来就在我们眼前展开——这场巨大的盛宴，人类将世世代代品味下去。”（[domain]）
超新星爆发时，其中心坍缩成极度致密的物质。（英裔美国科普作家比尔·布莱森说，即便我们想象把100万颗炮弹压缩成弹球大小，依然接近不了那个密度。）由于超新星核心温度极高，电子与质子融合，形成中子。
超新星爆发不是通过核聚变，而是通过中子捕获产生比铁（原子序数26）重、一直到铀（原子序数92）的元素。在极度的高温状态下，许多质子与电子融合形成中子。这些多出来的中子与核内剩余的质子结合。然后多余的中子衰变（失去电子）形成多余的质子，于是形成更重元素的核。
重元素的产生是在非常罕见的超新星死亡时非常短的时间内发生的，前后也就15到30分钟。这也解释了重元素为何那么罕见。即便是现在，经过了几十亿年不断的超新星爆发，氢和氦依然占全部原子的98%。在剩下的2%中，最常见的是原子量从氢和氦以上一直到铁的元素，是濒死恒星内发生的核聚变产生的。其他元素，那些比铁还重的，则极为稀少。随着更多恒星的坍缩和爆炸，比氢和氦重的元素，会继续增多。
讲到这儿，大家应该知道濒死恒星在大历史中为何是一个临界点或转折点了吧。早期宇宙膨胀并冷却得太快，重元素来不及形成。而恒星核心的高温则为重元素的产生提供了所需的能量。这些重元素能够以不同的方式结合，形成全新的、意想不到的物质。最终，它们结合形成了有生命的东西。假如宇宙中仅存在氢和氦，那么宇宙中也就没有什么故事了。我们生活的宇宙变幻莫测，在宇宙历史进程中的关键临界点，都会经历意想不到的变化。
化学是研究原子如何结合形成新材料的学科。下一章我们会一起来了解地球表面是如何成为供化学反应发生、组合形成许多新元素的绝佳环境的。
超新星天文化学家研究什么呢？
光是宇宙中的伟大奥秘之一。还记得第2章中我们对光的定义吗：没有质量的能量。科学家称之为电磁辐射，即以波的形式在真空中传播的电场和磁场。光的传播不需要任何物质媒介。而且，如果光穿过物质媒介，比如玻璃，它的速度会慢下来。
阿尔伯特·爱因斯坦证明，光可以理解为在真空中传播的波，速度恒定，每秒几乎是30万千米（约18万英里）。他还指出光也可以理解成一个个独立的能量包，即能量的粒子。但实际上，他证明了光既不是粒子，也不是波。它到底是什么要看具体的环境。正是从这个想法出发，爱因斯坦打开了量子世界“无常”的大门。
早于爱因斯坦很久，牛顿第一个证明了光包含不同的颜色。光经过三棱镜（三角形玻璃）后，其波长会被分散开，呈现不同颜色组成的光谱。光谱中波长最长的是紫色（红色），中间是绿色，波长最短的是蓝色。
要想研究来自恒星的光，由于光源太远，星光比地球上的光要弱得多，必须得发明比棱镜更复杂精密的仪器。1814年，德国玻璃工人约瑟夫·冯·弗劳恩霍费尔（Joseph von Fraunhofer，1787—1826）就发明了这样一种仪器，叫作“分光镜”。现在，人们把分光镜装在望远镜上，观察者可以看到来自恒星的可见光被分散成不同的波长。这一进步使天文学转变成了天体物理学。
借助分光镜，科学家研究发现，来自遥远恒星和行星的光，与地球上的光包含相同的颜色。跟有些人猜想的一致，在其他行星和恒星上，也不存在任何新的颜色。
但是分光镜所呈现的光谱颜色确实带来了出人意料的新发现：吸收线。这是一种有着奇怪模式的细黑线，出现在光谱中的特定位置。它们看起来就像是在商店购买的商品包装上的条形码。虽然来自恒星的光与地球上的光具有同样的彩虹中的色彩，但恒星光中还多出了暗色的吸收线。（参见[domain]）
1900年左右的分光镜
观察者借助分光镜，能够通过透镜和棱镜看到燃烧的元素产生的气体。光谱中的黑色线条和其他颜色形成鲜明对比，可以确定是哪种元素。从光谱可以看出，钢瓶中燃烧的元素是钠。
进一步的研究表明，地球上的光也有暗色的吸收线。通过研究地球上的光的“条形码”，科学家发现，造成“条形码”的是不同的化学元素。比如，钠就会在光谱中的黄色部分显示出明显的吸收线。
每一种元素因其电子轨道不同，都会对光产生特有的效应。每种元素的原子都会产生由线条、间隙和颜色构成的特色鲜明的“条形码”。这就意味着，不论是哪颗恒星，天文学家通过观察它发出的光，就能确定上面存在哪些元素。结果，他们发现恒星并不都是一样的，这让他们感到非常吃惊：有些恒星包含的元素与其他恒星并不相同。由于每颗恒星都会共同具有几种不同的元素，其吸收线往往乱作一团。不过，观察者已经找到了理清这些吸收线的方法。
在地球上以及银河系中的恒星上，因存在不同元素造成的吸收线，在光谱中以同样的形式排列。
然而，等待天文学家的还有另一个惊奇。19世纪末的时候，当时天文学家维斯托·斯莱弗（Vesto Slipher，1875—1969）正在亚利桑那州弗拉格斯塔夫市的一个天文台工作。他发现，星云的谱线排列，呈现向光谱中红端移动的现象。吸收线的排列模式相同，但是位置与预期的位置看起来似乎出现了移动。如果吸收线朝向红端（波长较长）移动，那就意味着该星云正在远离地球。如果吸收线朝向蓝端（波长较短）移动，那就意味着星云正在接近地球。而谱线间隔的模式则保持不变。吸收线朝红端移动的现象叫作“红移”。
红移意味着什么？这是多普勒效应的一种表现。这种效应在声波中的表现大家比较熟悉。
光和声音都以波的形式传播，波峰与波峰之间的距离就是波长。波的频率是指单位时间内出现的波峰数。
声音传播的速度比光慢得多。这一点通过观察一下看到闪电之后多久听到雷声就能了解。如果发生闪电的地方很远，看到闪电几秒钟之后，雷声才传过来。
朝你开过来的救护车或警车的鸣笛声听起来声调更高一些。一旦从你身旁经过，其声调就降低了。之所以会这样，是因为拉着警报声的车辆朝你前进的时候，声波会被推得更紧密（短），而离开之后，声波则被拉得更长。换句话说，声波的频率发生了改变，而你的耳朵感知到了前后之间的差异。
光波也有类似的效应。光在远离我们的时候，其波峰的频率被拉长，被拉伸到偏向波长更长的红色。如果是朝我们接近，波长就会变短，朝较短的蓝色偏移。
由此，天文学家意识到，光线朝光谱的红端移动的遥远星云，应该是正在离我们远去。哈勃和其他天文学家发现，星云越远，它们随着宇宙膨胀远离的速度越快。这一发现，是借助分光镜的研究获得的，也为宇宙大爆炸理论（参见第2章）奠定了基础。分光镜是使讲述大历史成为可能的最重要的发明之一。
不过，为什么银河系中的恒星不是在远离太阳系呢？临近恒星的引力，银河系中心的黑洞的引力，以及遍布在银河系各处、神秘的、看不到的暗物质的引力，使得银河系紧紧聚合在一起。
知识前沿的疑问
·什么是中子星？
一些超新星爆发的中心产生了中子星。中心坍缩，将每个质子与一个电子挤压在一起变为中子。如果恒星体积不是太大，中子能终止坍缩，暂时以中子星的形态存在，不再发生核聚变。在蟹状星云的超新星残余物中，就有一颗极小的、温度极高的中子星。
中子星是已知宇宙中最致密的物质，相当于把太阳的质量压缩到一座城市的大小。一块方糖大小的中子星材料的重量约为1亿吨，相当于一座大山的重量。中子星还具有宇宙中最强的磁场，此外，它的温度可能也是最高的。有的中子星会非常快地旋转，有规律地发出电磁辐射，这样的中子星叫作脉冲星。由于中子星上的状况如此极端，让天文学家得以一瞥物理学中非常特殊的领域，这一领域如果没有中子星的存在是无法研究的。
濒死恒星与你
你与濒死恒星有着直接联系。如果你能数出自己体内的原子数，你会发现平均62%的原子中包含着氢，它们是138亿年前宇宙诞生时产生的。
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