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导语：美丽的星云、神秘的暗物质、百亿年尺度的星系变化…它们从哪儿来，又将去哪里？在本期的SELF讲坛上，来自上海天文台的郝蕾带来了她的分享。在距银河系250万光年的仙女大星云，正在向银河系快速靠近，45亿年后两个星系将会相撞，而太阳在距银河系中心2700光年的地方，你猜猜人类会毁灭吗？ ---嘉宾介绍---  郝蕾 天体物理学家、中科院上海天文台研究员 以下内容由郝蕾演讲精编而成： 你眼中的天文学，是什么样子的？ 提起天文，大家可能感觉既熟悉又陌生。每个人都常常抬头仰望，看星星看天空，但究竟天文学是什么呢？每当郝蕾和身边的人聊起自己的职业，常常会有人和她吐槽说你们的天气预报怎么不准呢，还会有人问她外星人、UFO是怎么回事，甚至还有直接和她聊起星座的……郝蕾表示，其实这些都不是他们平时所做的天文研究。  当然了，也会有一些可爱的天文爱好者对天文这个专业领域更了解一些，也会亲自去做一些天体的拍摄，这些照片把一些平时看不到的美景带到我们面前，非常令人感动。不过即使是这些美丽的照片，也离真正的天文研究有着不小的差距。天文真正让郝蕾心潮澎湃的，并不是这些美丽的照片，而是这些照片背后呈现出来的故事，以及如何去破译这些故事的过程。  “宇宙好像一本书，以前只看到美丽的封面，现在开始读里面的内容”  其实在一开始郝蕾并不是做天文的，但在一次准备学期报告的过程中，郝蕾系统地读了一些天文学相关的文献，然后就惊异地发现，“哇，天文学家怎么对我们的宇宙、对恒星、星系知道的这么多！”她开始想要阅读宇宙这本书了。  那么，天文学家是如何阅读宇宙的呢？郝蕾说，天文学家就是通过研究天体的模样、形状、大小、颜色，以及它发出来的各种各样的光谱来推测、聆听它们给我们讲的故事。比如对银河系，通过测量远远近近的不同恒星离地球的距离，以及它们的运动状态，建立某种模型来推测、重新构建银河的样子。 下面这一幅图展示的就是天文学家通过现在的一些研究结果构建出来的银河系的样子，假如我们从上往下看银河的话，银河系的中心有一个雪茄样的棒旋结构，颜色偏红，因为它有很多年老的恒星。在这之外，有若干的旋臂，到底是三条、四条还是五条六条，是现在大家争论的焦点之一。  你能称出银河系的重量吗？ 太阳距离银河系中心大概有27000光年，银河系里面有很多像太阳的恒星，我们把这些恒星的质量加起来可以得出，银河系的质量大概是五百亿个太阳质量这么大。 实际上更有意思的是，天文学家发现，银河系里的总质量应该远远比所有恒星加起来的质量要大得多。有多大呢？应该至少有6000亿个太阳质量这么大，天文学家为什么会这样说？是因为银河系必须有这么大的质量，才能拽着银河系里的恒星高速转动。 比如说，太阳现在也以每秒220公里的速度绕着银河系转动，就是说，假设我们不算地球的公转、自转，不算银河系自身的运动，仅仅算太阳绕着银河系的转动，我们每秒就已经飞出去了220公里了。 在这么高的速度下太阳并没有飞出银河系，表示银河系里一定有某种质量在拉着银河系里的恒星在转，这些多余的质量天文学家称其为暗物质。 “银河系如果和M31碰撞的话，太阳会灰飞烟灭吗？”  我们知道，银河系是有邻居的，它并不是孤零零的一个星系。它大概处在一个叫本星系群的群体里面，这个群体大概有30到50个星系左右，里面大部分的星系个体都比银河系矮小。但是有一个个大的邻居，它就是仙女座大星云（M31），尺寸比银河系还要大，它距离银河系大概有两百五十万光年。  郝蕾分享了一个关于仙女座大星云很有意思的故事，就是有研究发现，银河系和仙女座大星云在朝着对方以非常高的速度靠近，这说明在某个未来，大概四十五亿年的未来，银河系将要撞上仙女座大星云。 其实宇宙里面星系和星系之间碰撞是经常发生的事情，但如果银河系要和M31碰撞的话，太阳会灰飞烟灭吗？ 好消息是，这种事情是不会发生的。 郝蕾解答道，因为在宇宙中，星系和星系之间的距离，相比于它们自身的尺寸来说，不是那么大，所以星系和星系撞在一起的几率还是挺大的。但是，星系里面的恒星其实很小，恒星和恒星之间的距离，相比于它们自身尺寸来说，其实要大很多很多。所以，不管多少个星系撞在一起，一个太阳撞上另一个太阳的几率是非常小的。  天文学家模拟了银河系和M31撞到一起的状况，黄色的点表示这两个星系中间的恒星，蓝色的点表示这两个星系中的气体。你会发现，气体和恒星在这样的碰撞过程中，他们的命运是不一样的。 恒星在这种碰撞中会丢失角动量，然后会更快地聚集到星系中心去。也就是说，太阳在这样的碰撞中，很可能会急速地掉到星系更靠近中心的地方。 一般来说，星系中心的高能辐射会很强，如果太阳掉进去了，恐怕人类是不好承受的。假如人类在这场碰撞中活下来了，恐怕也没有几年好日子过，因为太阳也是有寿命的。 大概在50亿年以后，也就是这个碰撞发生大概几亿年以后，太阳里面的氢就烧光了。烧光以后会进入红巨星的阶段，将会开始烧里面的氦，它的体积会变得非常的巨大，直径将接近两倍于现在太阳到地球之间的距离，会完全把地球给吞噬掉。 “我们能理解、阅读的宇宙比我们想象的要大很多” 天文学让郝蕾心潮澎湃的另外一个地方在于它的“大”，它的广阔无垠。 这张图片是太阳系大家族，看上去成员很多，其乐融融。如果真的飞到上面去的话，你会发现太阳系真是太空旷了。不仅仅太阳系，整个宇宙都是这样子的。太阳到地球之间的距离，在整个太阳系的尺度上，是看不见的。  再打个比方，假设我们现在乘坐最快的火箭以直线距离冲出太阳系，用我们中华民族上下五千年的时间，也只能飞到太阳系不到1/4的地方，即使你飞出了太阳系，到距离我们最近的一颗恒星，也还要再飞三倍太阳系这么大的空间。  透过望远镜来一场星际旅行 我们知道，银河系有几千亿颗恒星，飞到离我们最近的恒星都这么费劲，想要飞出银河系就更遥远了。这么一想，是不是觉得很灰心？这时候不要忘记还有一种神器——望远镜！ 借助天文望远镜，我们可以实现星际旅行，但由于望远镜本身和我们身处银河系的一些限制，会有一些和实际情况不同的地方。比如，我们越往远处走，看到的星系越红，其实这是一种选择效应，我们越往外走，那些红的星系因为很亮才能被望远镜看到，那些更暗的蓝色星系我们看不到，所以就没法在图片里展示。 天文学家一直想建造更强大的望远镜。天文学里的望远镜有很多种，几乎覆盖了整个电磁波的所有波长。去年中国刚刚完成了FAST望远镜，在贵州建立的500米的世界上口径最大的望远镜，用来探测星系里面的中性氢气体还有脉冲信号。 在云南丽江高美古观测台，有一个2.4米的望远镜，这是我们中国最大的普通用途的望远镜，郝蕾一直致力在那上面配备一个光谱仪。真实的科研生活，并不只是坐在办公室研究，郝蕾需要在3000多米的高美古高原上爬上爬下，关注每一颗螺丝、每一根纤细的光纤，还需要搬运几吨重的镜面和架子，正是通过这个项目使她深刻地体会到天文学实际上是一个很丰富的科学，它不仅仅是关于科学，它还包括工程技术管理等等很多东西。 正是因为天文学的丰富性，让郝蕾对天文如此着迷，它每天都在带给郝蕾新的挑战，让她不断地开拓视野，沉淀自己的心灵。对她来说，阅读宇宙也是在阅读自己，这是一次非凡的心灵之旅。 |
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