頭條楓林網宇宙何處惹塵埃?
只要一段時間不擦拭，桌上、地上、窗臺上就布滿了灰塵。這些無孔不入的髒東西到底是從哪兒來的?
“這還不明白?當然是空氣從土裡帶來的了。”你或許會這樣回答。倘若侷限於地球範圍，這麼回答誠然是不錯的。但是，倘若要從整個宇宙範圍來回答這個問題呢?因為要知道，像我們地球這樣的巖石質行星，其前身就是一大團的塵埃雲——巖石是塵埃凝聚熔化之後形成的——那麼，在那個時候，這些塵埃又是從哪裡來的呢?
這一問，就問到天文學家的要害處了。
如今在宇宙空間，也瀰漫著大量的塵埃。這些塵埃主要是由無定形碳(沒有特定形狀的碳)、碳酸鹽和矽酸鹽組成的固體小顆粒，尺寸只有1微米的幾分之一，僅相當於抽菸時那嫋嫋上升的煙霧顆粒般大小。假如沒有這些塵埃，人類的空間望遠鏡在太空中就能看見更多的星星。
但宇宙塵埃對於形成我們今天所看到的宇宙又確乎少不得。假如沒有它們，那麼：首先，恆星就無法形成。因為宇宙塵埃的存在，阻擋或減輕了許多高能輻射，有助於恆星的前身——星際氣體雲的冷卻凝聚成恆星;其次，假如真像有的科學家所認為的，地球上的生命種子來自太空，那麼沒有宇宙塵埃，地球上也就不會出現生命，因為有機小分子遇到塵埃顆粒，粘附在上面，有利於複雜大分子的形成，這比讓小分子盲目地瞎碰瞎撞去形成大分子要強多了。
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所以，宇宙塵埃是建造宇宙天體的起點。事實上我們這些地球生命，且撇開生命起源問題不提，單組成我們身體的元素，大部分最終也來自宇宙塵埃。
但宇宙在誕生之初本沒有塵埃，因為在大爆炸後的早期，只有氫、氦和少量的鋰，像碳、矽這類比較重的元素那時連影子都還沒有。這些塵埃是後來才製造出來的。
那麼，是誰在宇宙中“揚起了這麼大的灰塵”?
第一嫌疑犯：紅巨星
才在不久之前，我們還自以為對這個問題已經瞭然於胸了呢。天文學家信誓旦旦地認為，老年恆星在它們演化的後期就成了製造宇宙塵埃的天然“大煙囪”。
按照天文學家的描述，一顆恆星在演化過程中，其內部會通過核反應合成越來越重的元素，由於其核心溫度越來越高，到了晚年，它將膨脹成一顆紅巨星，尺寸比原先大上百萬倍。譬如，一旦我們的太陽也膨脹成一顆紅巨星，那麼它將吞噬掉水星、金星，甚至還有地球。紅巨星膨脹之後，其稀薄的外層溫度迅速降低，在那裡，從內部噴出來的炎熱氣態物質冷凝成固態小顆粒，就像煤煙在煙囪裡凝結一樣。這時它就成了製造塵埃的“大煙囪”。
在銀河系，這幅圖景與觀測事實很相符。我們在銀河系所觀測到的塵埃數量，與我們預計在銀河系100億年的歷史上形成和死亡的紅巨星數量剛好匹配。
但在單個星繫上成立並非就能保證在整個宇宙範圍也成立。事情的轉折點發生在1990年代，那時由於高效能望遠鏡剛剛建成，天文學家能夠觀測到遙遠星繫上的塵埃。這些星系非常古老(因為星系發出的光傳播到地球上是需要時間的，離我們越遠，發出的時間就越早，所以我們看到的星系就越古老。譬如一個星系如果離我們10億光年，那麼它的光是10億年之前發出的，我們現在看到的就是該星系10億年之前的樣子)，離宇宙誕生才數億年時間。但恆星演化到紅巨星階段至少需要10億年，而這些星系形成連10億年都還不到，所以按理說它們是非常“乾淨”，沒有塵埃的。可事實上，這些星系卻瀰漫著塵埃。典型的例子是代號為J1148+5251的一個星系，儘管它的年齡不到9億年，但它所擁有的塵埃數量是銀河系的10多倍。
宇宙在過去比現在塵埃還多!這麼說，在那些遙遠的古老星系裡，一定有除紅巨星之外別的什麼東西在製造塵埃，並且比紅巨星還幹得出色。
那麼它會是誰呢?
第二嫌疑犯：超新星
天文觀測又為我們提供了一個“嫌疑犯”：超新星。
超新星是大質量恆星坍縮成白矮星、中子星或者黑洞之前的最後一次“迴光返照”。超新星爆發時，通過劇烈的核爆炸，會把自己的外層剝個精光，只剩下小小的核心。而在它拋撒出來的物質中，就含有豐富的碳、氮、氧等比較重的元素。
一般來說，只有大於8倍太陽質量的恆星才會在後期演化為超新星。這些恆星因為質量大，燃燒就比小質量恆星更為劇烈，所以壽命也較短，從誕生到變成一顆超新星，用不了10億年。而在宇宙的早期，由於那時氫氦元素十分豐富，形成的恆星個頭都很大，質量動輒是太陽的十幾倍，這些恆星大多數以超新星爆發的形式了此殘生，所以它們自然就成了製造宇宙塵埃的“大煙囪”。這樣，我們似乎就解釋了早期宇宙為什麼也瀰漫著塵埃的問題。
但是且慢，這裡還有個問題：超新星在爆炸中會製造塵埃，這固然沒錯，但“成也蕭何，敗也蕭何”，爆炸產生的衝擊波又會把塵埃顆粒激盪得粉碎，就好比現在醫院裡用超聲波來擊碎膽結石一樣。超新星產生的衝擊波比超聲波強上百萬倍，而且還會在超新星爆發的附近空間振盪上百年，有足夠的能量和時間把許多剛形成的塵埃顆粒擊得粉碎，重新回到單個原子的狀態。這樣一來，很多塵埃不可避免要化為烏有了。
當然，也會有少量的塵埃躲過一劫，現在的問題是，這部分倖存下來的塵埃比例有多大?能倖存下來的宇宙塵埃能否與觀測事實相符?
嚴重不符!26年前，在銀河系的鄰居星系——大麥哲倫星雲中爆發了一顆超新星，被天文學家命名為SN1987A。SN1987A是自人類發明望遠鏡以來，爆發時間上離我們最近的一顆超新星。天文學家經過觀測，發現這顆超新星爆發產生的宇宙塵埃實際質量是理論預言的4到7倍——這麼多塵埃足夠製造20多萬個地球了。一次超新星爆發就能產生如此多的塵埃，相比之下，紅巨星製造的塵埃甚至都可以忽略不計。由此可以得出這樣的結論：幾乎所有的宇宙塵埃很可能都來自超新星爆發。
宇宙塵埃何時落定?
但丹麥天文學家馬特森對此結果表示懷疑，在他看來，超新星製造的塵埃似乎多了點。他認為，既然超新星爆發產生的衝擊波會在爆發位置附近來回激盪上百年，而超新星SN1987A的爆發離我們才短短26年，所以現在就下結論似乎為時尚早。事實上，300多年前在銀河系爆發的一顆超新星，它所產生並倖存下來的塵埃量就少得多，且與理論預言大體相當。
這個質疑聽起來也很合理。這樣一來，由於在非常早期的宇宙中紅巨星不存在，而超新星爆炸產生的衝擊波又會把自己製造的大部分塵埃加以摧毀，如此我們又回到了問題的起點：遙遠星系中的這些大量的塵埃究竟來自何處?
美國普利斯頓大學的布魯斯·德瑞尼提供了第三種可能的解釋：現在組成塵埃的元素還是由紅巨星或者超新星製造的，但這些材料凝結成塵埃顆粒，卻是後來的事。
按他的看法，事情是這樣：超新星產生的衝擊波橫掃整個星系，不僅摧毀了超新星自己製造的幾乎所有塵埃，還摧毀了由紅巨星製造的塵埃。但在星際空間，由氫氣和氦氣分子組成的密度稍大的“分子雲”卻能減緩衝擊波，由此為少量塵埃提供了一個“避難所”，以躲過衝擊波的破壞，在那裡，塵埃慢慢凝聚成小顆粒。最初以少量倖存下來的微小顆粒(或來自超新星，或來自紅巨星)作為凝結核，那些被衝擊波擊碎的塵埃，以原子的形式不斷吸附上去，於是塵埃逐漸變成現在這般大小。
這個解釋可靠嗎?要回答這個問題，需要實際捕捉和分析一些宇宙塵埃才能回答。因為在超新星的“核熔爐”中產生的塵埃與紅巨星產生的塵埃，其成分是有區別的。另外，塵埃顆粒的緻密程度應該還可以告訴我們它形成所花的時間，以及分子雲在它形成的過程中所扮演的角色。所以需要捕捉一些宇宙塵埃才行。你或許會問“用我們身邊的這些灰塵分析不行嗎?它們在本質上不也是宇宙塵埃?”不行!因為這些灰塵在地球上經過數十億年的地殼運動，其成分已經發生了很大的變化，我們無從得知它們最初是什麼樣子的。
雖然，不論紅巨星還是超新星都遠在人類飛行器能抵達的範圍之外，但要捕捉宇宙塵埃其實並不難。太陽系在繞銀河系中心運動，我們始終在不斷地與宇宙塵埃相撞。我們只要派個飛行器，到太空收集一些來就是了。
的確，歐洲宇航局於1999年已派出“星塵”號飛行器，2006年它把收集的塵埃樣品用降落傘送回了地球。因為它曾與兩顆彗星的彗尾相遇，所以收集的大部分塵埃來自彗星，一部分則來自飛行器自己脫落的粉塵，但還有一小部分塵埃顆粒，已鑑別出來自太陽系外——只有這部分塵埃才是真正意義上的“宇宙塵埃”。分析結果可能今年能夠出來。到時候，宇宙塵埃來自何處這個問題也許就可以“塵埃落定”了。
我們如何觀測宇宙塵埃?
宇宙塵埃一般是很難被觀測到的，但不論何時，當一個可見光的光子與塵埃顆粒碰撞的時候，光子的能量就會被塵埃吸收，從而把塵埃顆粒加熱。塵埃被加熱後，它又會把一部分熱量以紅外光的形式輻射出來，輻射的紅外光可以被紅外天文望遠鏡探測到。
因為紅外光很容易被地球大氣吸收，所以為了避免幹擾，紅外天文望遠鏡一般要發射到太空。擁有直徑3.5米接收鏡的赫歇耳望遠鏡是迄今發射的最大紅外望遠鏡，是接收來自宇宙塵埃訊號的理想儀器。