宇宙與塵埃

周志宏

灰塵無處不在

在我們的周圍充斥著各種灰塵，它帶來許多煩惱，因?yàn)槲覀儾坏貌粫r(shí)常打掃，否則這些灰塵可能影響到我們的健康。

我們屋子里的灰塵包羅萬象，從隨風(fēng)而來的各種土壤的細(xì)小顆粒、火山噴出的地下物質(zhì)、野火燃燒產(chǎn)生的煙塵碳粒、煙囪和汽車排氣管排放的固態(tài)污染物、植物的花粉，到我們毛發(fā)的碎屑、因死亡而脫落的皮膚細(xì)胞、衣服和紙張的纖維、塑料袋分解后的微粒等等，可以說五花八門應(yīng)有盡有。

跳出地球的大氣層，太陽系的空間里有沒有灰塵呢？當(dāng)然有，不僅是有，太陽系里的灰塵絕不比地球上的少。

天文愛好者都知道黃道光。黃道光的最佳觀測時(shí)間是在春天日落之后的黃昏和秋天日出之前，這時(shí)候黃道光與地平線形成一個(gè)陡峭的角度。由于它的光線太過微弱，月光或地面的光污染都會(huì)令其黯然失色，使人看不見它。

黃道光是太陽附近的星際塵埃散射陽光產(chǎn)生的天文現(xiàn)象，說明在我們與太陽之間除了金星、水星和一些小行星外并非空無一物，這里還存在有大量的氣體分子和灰塵顆粒。事實(shí)上這些行星際塵埃充滿著整個(gè)太陽系，從太陽表面直到遙遠(yuǎn)的奧爾特云，到處都有它們的身影。

如果我們走得更遠(yuǎn)一點(diǎn)，飛出太陽系，在浩瀚的銀河之中會(huì)有灰塵嗎？當(dāng)然有。銀河系里除了數(shù)十億顆恒星和行星外，還廣泛分布著許多星云，這些星云是氣體和星際塵埃的混合體，當(dāng)它們聚攏在一起時(shí)，會(huì)誕生出新的恒星和行星，其中或許就有一顆新的地球和地外生命。

不僅是銀河系，天文學(xué)家們發(fā)現(xiàn)在其他星系內(nèi)部，以及在星系之間看似虛空的廣袤空間里，依然分布著大量的星塵。由此，我們可以知道，灰塵不僅僅存在于我們身邊某些打掃不到的角落里，它更是整個(gè)世界和宇宙的一部分，它與我們有密切且不可分割的關(guān)系。

灰塵從哪里來？

我們房間里的灰塵大多來自我們的身體、衣服被褥或其他用品，太陽系和宇宙中的那么多灰塵從哪里來？這是一個(gè)有趣的問題。

首先，“宇宙大爆炸”理論認(rèn)為，咱們的宇宙本身就來自一粒灰塵——一粒極小極小、小到看不見的微塵，它被稱為奇點(diǎn)。在大約138億年前，這個(gè)有著無限密度和無限溫度的灰塵瞬間發(fā)生爆炸，壓力的釋放形成了空間和空間中無數(shù)個(gè)粒子;這些粒子因?yàn)闃O高的溫度相互碰撞組合，漸漸演變成更大的原子和塵埃;原子和塵埃聚攏在一起形成最原始的恒星，恒星從生長到死亡的過程中形成了更大的原子，然后通過爆炸將這些原子和灰塵拋灑到太空中;如此循環(huán)，便形成了我們今天看到的宇宙。

按照“宇宙大爆炸”理論，宇宙就是一個(gè)從灰塵中來，再到無數(shù)灰塵中去的過程。在這個(gè)反復(fù)進(jìn)行的循環(huán)中，產(chǎn)生了黑洞、星系、星云、恒星、行星和地球上的你我。是不是很神奇？

最大的恒星只能生產(chǎn)出碳、氧、鎂和鐵等輕元素，而超新星爆炸制造了所有比鐵更重的元素，在星云的塵埃中，所有這些元素交錯(cuò)混合在一起，當(dāng)條件合適時(shí)，它們中的一部分會(huì)因?yàn)橐Χl(fā)生碰撞、聚集，形成新的星球。與宇宙中其他星球一樣，我們的太陽和地球就是由這樣一些星際灰塵聚集而成的。

我們前面提到的黃道光是由黃道帶聚集的灰塵散射太陽光形成，這些灰塵也是大爆炸的直接結(jié)果嗎？其實(shí)并不是，天體物理學(xué)家們通過對(duì)這些太空塵埃的分析后認(rèn)為，太陽系里漂浮著的固體灰塵99% 以上都很“年輕”，它們大多只有十幾億年的歷史。這些灰塵是由小行星、行星碰撞而飛散到太空中的細(xì)小粉塵，還有一些是彗星揮發(fā)到空間中的細(xì)小顆粒。它的尺寸范圍介于10～300微米之間，大部分質(zhì)量約在150微克。

太空中的灰塵是什么樣子的？

科學(xué)家們一直對(duì)太空中的灰塵充滿著好奇。這種好奇心是有道理的，因?yàn)樗鼈兌加泻苡凭玫臍v史，研究太空灰塵可以窺探太陽系形成的歷史、宇宙中原始礦物質(zhì)的生成、有機(jī)物是怎么產(chǎn)生的，甚至為生命的起源尋找到蛛絲馬跡。

盡管每年有數(shù)千噸宇宙塵埃穿過大氣層到達(dá)地球表面，但它們實(shí)在是太細(xì)小了，我們很難分辨落在窗臺(tái)上的塵土中哪一顆來自附近的工地，哪一粒來自遙遠(yuǎn)的太空。

1999年，NASA（美國航空航天局）向太空發(fā)射了一顆名為星塵號(hào)的飛船，目的是收集Wild-2彗星散發(fā)出來的塵埃物質(zhì)并將樣本帶回地球。2014年，科學(xué)家宣布他們從星塵號(hào)返回艙的樣本盒子里發(fā)現(xiàn)了10個(gè)顆粒物，其中小的有0.1毫米，最大的有1毫米，另外在收集器的凝膠中至少嵌入了100萬個(gè)細(xì)微的灰塵斑點(diǎn)。

這些太空灰塵都是些什么東西呢？與地球上一樣，它們大多是些硅酸鹽和碳酸鹽顆粒;其中還有硫化鐵和硫化銅礦物，證明了彗星中必須存在過液態(tài)水，因?yàn)檫@兩種礦物的形成離不開水;科學(xué)家們甚至還發(fā)現(xiàn)了大量有機(jī)化合物，其中包括兩種含氮的有機(jī)物和脂族碳?xì)浠衔?，這說明形成地球生命的基礎(chǔ)物質(zhì)早在太陽系形成的過程中就已經(jīng)在太陽星塵中存在了。

灰塵帶給我們的，不只有煩惱

當(dāng)你再一次拿起掃帚開始打掃房屋時(shí)，你應(yīng)該知道，灰塵帶給我們的并不只是煩惱。事實(shí)上它是我們這個(gè)世界、包括你我在內(nèi)萬千生命形成的必要條件之一。

不僅如此，就連那些我們深惡痛絕的沙塵暴，也是有害有利的呢！沙塵暴多發(fā)端于干旱的地區(qū)，強(qiáng)風(fēng)將干燥的沙塵和土壤吹到空中，通過大氣的運(yùn)輸作用將這些灰塵搬運(yùn)到很遠(yuǎn)的地方。當(dāng)這些攜帶著沙漠豐富營養(yǎng)物質(zhì)的灰塵重新降落到地面，它會(huì)為中美洲和南美雨林帶來天然的肥料、促進(jìn)了東南亞地區(qū)農(nóng)作物的生長、為黃土高原帶來新鮮的土壤，還為海洋生物提供了大量的鐵和其他礦物質(zhì)。

灰塵在日常生活中是令人討厭的東西，大家都想遠(yuǎn)離灰塵，它會(huì)令我們過敏、讓我們生病。我們不喜歡灰塵，但又不得不生活在灰塵里，因?yàn)樗鼈儫o處不在?；覊m不僅存在于房屋的各個(gè)角落，它還遍布地球、太陽系、銀河系和其他所有星系，甚至我們認(rèn)為空無一物的浩瀚太空中也無處沒有灰塵，它們就是這個(gè)世界不可分割的一部分。