给银河系测年龄,这事到底有多难
前两天晚上带孩子看星星,他突然问我:“爸爸,银河系几岁了?”我张口就想说个数字,结果愣住了——银河系大概有多长时间?这个问题可不像问“你今年多大”那么简单。
你想想,给人测年龄可以看身份证,给树测年龄可以数年轮,给银河系测年龄,我们连个“出生证明”都找不到,银河系诞生的时候,别说人类,地球都还没影儿呢,科学家们只能靠一些特别聪明的方法来推算,就像侦探在案发现场找线索一样。
最靠谱的“宇宙时钟”藏在哪儿
其实办法比我们想的巧妙,天文学家盯上了一种叫白矮星的天体,它们是恒星死后留下的残骸,这些白矮星就像一块块烧完的炭,会慢慢冷却,你只要测一测它现在有多凉,就能反推出它燃烧了多久。
2012年有一组研究人员,用哈勃太空望远镜在银河系的球状星团里找到了一批最老的白矮星,他们花了整整十年时间测量这些星星的温度,最后得出结论:银河系的年龄大约是130亿年左右,误差就一两亿年,说真的,这个精度已经很惊人了,想想我们连上周三中午吃了啥都记不清。
还有几种方法能互相印证
只靠一种方法总觉得不踏实,好在天文学家手里还有别的牌,他们就像老中医会诊,几套方案一起上,互相验证。
- 放射性同位素测年法:有些恒星大气层里含有钍-232和铀-238,这些东西衰变速度是恒定的,通过测量它们的比例,就能算出恒星形成的时间,有一项发表在《自然》杂志上的研究,用这种方法测出一颗名叫CS 31082-001的古老恒星年龄约为125亿年,跟白矮星法得出的结果差不多。
- 球状星团的赫罗图匹配:把星团里所有恒星的颜色和亮度画在图上,跟恒星演化模型去比对,这种方式测出最老的球状星团大概在120到130亿岁之间。
- 宇宙微波背景辐射反推:虽然这是推算整个宇宙年龄的方法,但银河系不可能比宇宙还老,目前公认宇宙年龄约138亿年,银河系在宇宙诞生后不到10亿年就开始成形了。
你发现没有,这几种方法指向的数字都在一个区间里晃悠,这就叫人放心了。
这些数字到底意味着什么
130亿年是个什么概念呢?我试着用我们普通人能理解的方式来打比方。
| 时间跨度 | 相当于 |
| 银河系年龄 | 约130亿年 |
| 如果把这段历史压缩成一天24小时 | 人类出现是在午夜前最后几十秒 |
| 太阳系的年龄 | 约46亿年,银河系当时已经80多亿岁了 |
| 恐龙灭绝 | 约6500万年前,在银河系时间尺度上就是眨眼之间 |
每次看到这个对比,我就觉得特别奇妙。我们抬头看到的那些星光,有的可能在银河系诞生没多久就出发了,飞了上百亿年才撞进我们的眼睛里。
银河系的“人生轨迹”
既然知道了年龄,天文学家们还顺便摸清了银河系的成长经历,它不是一口气长成现在这样的。
最早的时候,一大团气体和暗物质在引力作用下聚拢,形成了银河系的雏形,那时候的银河系还很狂野,疯狂吞噬周围的小星系,现在的银河系光晕里还散落着当年吃剩下的“残骸”,中间的核球部分大概在100亿年前就稳定下来了,而外面的旋臂结构一直在演化。
最有意思的是,按照目前的观测,仙女座星系正在以每秒110公里的速度朝我们冲过来,差不多再过40亿年,这两个星系会撞在一起,合并成一个更大的椭圆星系,到时候,我们熟悉的银河系将不复存在,但它会以另一种形态继续存在下去。
所以我后来跟孩子说,银河系大概活了130亿年,它年轻的时候什么样、老了会变成什么样,我们大概都知道一些,孩子听完想了半天,冒出一句:“那银河系现在算中年吗?”我想了想说,差不多吧,正是上有老下有小的年纪。
不过话说回来,这些数字虽然已经很可靠,但随着观测技术越来越强,说不定哪天又会有更精确的结果出来,到时候如果发现银河系其实只有128亿年,或者有135亿年,天文学家们估计又要兴奋好一阵子,科学的魅力大概就在这里,答案永远比问题多那么一点点不确定。