第12章　太阳和地球是怎样诞生的

第137夜：休息日给家里打的电话

任务第137天是一个休息日。在空间站上，休息日大约每周一次，而且并不是完全空闲的。上午，努尔仍然做了锻炼，因为在失重中，骨骼和肌肉的衰弱不会休息一天。她还打扫了自己的睡眠舱，擦了厨房区附近的各处表面，那里是小小的食物残渣和水滴喜欢藏身的地方。但午饭之后，地面发来的日程表就空了，整个下午都属于她自己。

空间站上的休息日有它自己安静的习惯。托马斯在主舱里用平板电脑放音乐，声音不大，当他以为没人在听时，还会跟着哼唱。阿德在屏幕上读一本很长的书，相对于其他人倒着飘浮，因为他说这样有助于他思考。没有人介意。在失重中，并没有真正的上和下，只有乘组约定称为“地板”的那个方向，这样标签和开关就容易找到。

下午有一部分时间，努尔带着相机待在大窗户旁。空间站正飞过一片宽阔的海洋。从大约400公里的高处看，海水是一种深沉的暗蓝色，云层铺在上面，形成一条条长长的白线和一个个卷曲。有些云又薄又软，像洒出来的牛奶。另一些则高高耸起，形成顶部平坦的高塔。在行星的边缘，一条细细的淡蓝色大气带把地球和漆黑的太空分隔开来。努尔拍了一张又一张。科学家们会用到这样的照片，但她拍照也只是因为她停不下来。

傍晚，她和家里进行了一次视频通话。萨米也在，他那天休息，坐在他们母亲厨房的餐桌旁。母亲像往常一样，把屏幕凑得离脸太近，问努尔吃得够不够。萨米问起了窗外的景色。努尔把镜头转向窗户，让他们能看到海洋和云层缓缓滑过。有一会儿，谁都没有说话。

然后，母亲问了一个听起来很简单的问题：“地球一直都在那里吗？它是和其他一切同时造出来的吗？”萨米笑了，说努尔需要整整一个晚上才能回答这个问题。他说得对。通话结束后，努尔在窗边飘了很久。她下方的那颗行星看起来那么完整、那么平静。然而它也有过诞生，而那场诞生一点也不温和。

所以，今晚的故事讲的是太阳和地球是怎样诞生的。在前一个夜晚，我们看到了恒星怎样造出元素，并把它们撒进太空。今晚，一些被撒出去的元素又聚到了一起。它们聚集成一颗新的恒星，也就是我们的太阳，以及绕着它运行的行星，其中就包括努尔窗下那个蓝色的世界。

一片向内坠落的云

大约46亿年前，我们的太阳系如今所在的地方，是银河系里一大片气体和尘埃云的一部分。那时，宇宙已经九十多亿岁了。许多代恒星已经生生死死，它们的元素已经混入了恒星之间的云里。那片将要成为我们太阳系的云主要是氢和氦，但也含有少量的碳、氧、硅、铁，以及许多其他由更早的恒星造出的元素。

这样的云可以安静地存在很长时间。然后，某种东西让云的一部分在自身引力的作用下开始向内坠落。在我们这个例子里，是什么引发了坍缩，还不能确定。一种想法是，附近一颗爆炸的恒星用它的冲击波推动了这片云，挤压了它的一部分。在古老岩石中发现的一些元素与这个想法相符，但其他解释也是可能的，科学家们仍在讨论。清楚的是，云的一部分开始坍缩了。

随着气体向内坠落，它开始转得越来越快。你也许见过一位滑冰者在冰上收拢双臂，转得更快。一片旋转的云在变小时，也会发生同样的事。这片旋转的云还变扁成了一个圆盘，就像面包师在空中甩转一块面团时，面团会变扁一样。大部分物质落进了圆盘的中心。在那里，压力和热量不断增大，直到中心热到足以开始核聚变。一颗新的恒星诞生了。那颗恒星就是太阳。

太阳拿走了几乎所有的物质。今天，整个太阳系99%以上的质量都在太阳里。其余的一切，所有的行星、卫星、小行星和彗星加在一起，也只是很小的剩余部分。如果太阳系是一家面包房一整天烤出的东西，那么太阳几乎就是全部的面包，而行星只是留在桌上的几粒碎屑。但我们知道，碎屑也可能非常重要，因为其中一粒就是我们的家园。

今天，天文学家能看到这个过程正在别的地方发生。他们用大型望远镜发现了一些被扁平的气体和尘埃盘包围着的年轻恒星。在其中一些盘里，有暗环和空隙，那可能是年轻的行星在成长过程中清扫出道路的地方。观察这些盘，有点像翻看别人家孩子的老照片，来了解你自己还是婴儿时的模样。我们无法回到过去看着自己诞生，但我们可以看着别人诞生。

解读最古老的石头

我们怎么知道太阳系是什么时候诞生的？当时并没有人拿着日历在场。答案来自石头，尤其是从天上掉下来的石头。有些陨石是在年轻太阳周围的盘里形成、却从未成为行星一部分的物质碎块。从太阳系开始以来，它们基本上保持着原来的样子，就像在抽屉里存放了几十亿年的信件。

岩石里的一些元素具有放射性。这意味着它们的原子会以一种稳定的速率慢慢变成其他原子，这个速率不受冷热的影响。科学家们可以测量原来的原子还剩多少，新的原子已经形成了多少。由此，他们就能推算出这块岩石是在多久以前变成固体的。这是一座天然的时钟，有点像一个沙漏，不管周围发生什么，里面的沙子都以同样的速度流下。

20世纪中期，科学家们用这类时钟测定陨石，得出的年龄大约是45亿年。后来的测量变得越来越精确。今天，在陨石中发现的最古老的固体碎块大约有46亿年的历史。它们是我们能够握在手里的最古老的固体物质。许多博物馆都收藏着这类陨石的碎块，有些还允许参观者触摸。

在地球本身上，要找到来自最初时期的岩石就更难了。年轻的地球很热，它的表面从那以后被熔化、破碎、侵蚀、循环过许多次。所以地球上最古老的岩石，要比最古老的陨石年轻。但一些微小而坚硬的矿物颗粒从地球形成后不久的时期留存了下来，它们告诉我们，地球很早就已经有了固体的地壳。来自陨石、来自地球岩石以及来自从月球带回的岩石的不同种类的证据，全都指向太阳系的同一个年龄。

从圆盘中诞生的行星

当太阳在中心形成时，圆盘的其余部分也在忙碌着。在年轻太阳附近，温度很高。只有能经受高温的物质，比如岩石和金属，才能在那里变成固体。在更远的地方，温度低到足以让水和其他物质冻结成冰。这种差别有助于解释，为什么靠近太阳的行星，水星、金星、地球和火星，又小又是岩质的，而更远的行星，木星、土星、天王星和海王星，则要大得多，含有大量的气体和冰。

在圆盘里，微小的尘埃颗粒粘在一起，有点像床底下积起来的灰尘。这些团块长成了小石子，小石子长成了岩石，岩石又长成了直径好几公里的天体。这些天体一次又一次地碰撞、合并。最后，少数几个大天体清空了自己的轨道，成为了行星。建造岩质行星的整个过程大概花了几千万年，和太阳系的年龄相比，这很短。

巨行星们必须赢得一场赛跑。木星和土星主要由氢气和氦气组成，它们只能在气体还留在圆盘里的时候把它聚集起来。一部分气体落进了年轻的太阳，其余的则慢慢被年轻太阳强烈的光和它向外吹出的粒子驱散了。在几百万年之内，圆盘里的大部分气体就消失了。所以，巨行星一定成长得很快，先建起固体的核心，然后在气体消失之前吸入大量的气体。靠近太阳的岩质行星不需要气体，它们可以慢慢来。

年轻的地球并没有过上平静的生活。它一次又一次地被较小的天体撞击，它的表面很热，常常处于熔化状态。铁这样的重金属沉向中心，形成了地球的核心。较轻的岩石浮在它上面。气体从炽热的岩石中逸出，慢慢地形成了早期的大气。随着时间推移，地表冷却下来，水汇集成了最早的海洋。

并不是圆盘里的每一块物质都成了行星的一部分。许多岩质的剩余物仍然在火星和木星之间一条宽阔的带子里绕着太阳运行，它们被称为小行星。在更远的地方，在海王星之外，有许多冰质的剩余物，其中一些在运行路径把它们带到太阳附近时，就会变成拖着长长发光尾巴的彗星。这些剩余物对科学家来说十分珍贵，因为它们的变化比行星要小。太空探测器已经造访过好几颗小行星和彗星，有些甚至把少量样本带回了地球，这样太阳系最古老的物质就能在实验室里得到研究。

地球的水是从哪里来的，至今仍在讨论之中。其中一部分可能原本就存在于构成地球的岩石里。另一部分可能是后来由来自太阳系更远处的冰质天体带来的，比如某些小行星或彗星。科学家们比较彗星、小行星和地球海洋中发现的不同种类的水，想找出哪些来源最相符，但完整的答案还不知道。所以，下次你喝一杯水的时候，你喝下的是一种确切来历仍然是个小谜的东西。

月球与太阳的家族史

月球的诞生也很富戏剧性。今天主流的想法是，在地球生命的早期，另一个大约有火星那么大的天体撞上了年轻的地球。这次碰撞把大量炽热的物质抛进了地球周围的太空。其中一些物质聚集在一起，成为了月球。这个想法能解释好几个事实，比如为什么月球只有一个小小的铁核，以及为什么月球的岩石在许多方面都和地球的岩石相似。但细节仍在研究之中，科学家们还在继续检验这个想法的其他版本。

年轻的月球离地球比今天要近得多。从诞生以来，它一直在慢慢地远离。科学家们可以非常精确地测量这一点，办法是把激光射向留在月球表面的反射器，再测量光返回所需的时间。今天，月球每年远离地球大约四厘米，差不多就是你指甲生长的速度。经过几十亿年，这些小小的步伐累积成了一段很远的距离。

现在我们可以回答努尔母亲提出的问题了。不，地球并不是和其他一切同时造出来的。宇宙大约有138亿岁。太阳和地球大约有46亿岁。这意味着，在我们的太阳系开始之前，宇宙已经存在了大约相当于它现在年龄三分之二的时间。在太阳诞生之前，许多恒星已经来了又去。

事实上，太阳自身就带着这一点的证据。当天文学家研究阳光的光谱时，他们不仅发现了氢和氦，还发现了少量较重的元素，比如碳、氧和铁。最早的恒星不可能含有这些元素，因为宇宙最初的几分钟几乎没有造出它们。所以，太阳一定是由已经经过了更早恒星的物质形成的。太阳不是宇宙的第一代孩子。它是许多更早世代的孙辈，也许是玄孙辈。

这是今晚故事中一个安静的教益。地球并不像宇宙那样古老。它来得很晚，是由更早的恒星留下的东西建造起来的。努尔窗下的一切，海洋、云、岩石和生物，都依赖于一段漫长的恒星的历史，那些恒星在有任何人能看到它们之前很久，就已经工作过、终结了。

在这颗年轻的、不断变化的地球上，生命终于开始了。这件事究竟是怎样发生、什么时候发生的，至今仍是科学中的重大未解之谜之一。科学家们找到的、被广泛接受的最古老的生命迹象，大约有三十五亿年的历史，有些可能的迹象也许更古老，不过最早的那些迹象又小又难以解读，它们确切的年龄仍在讨论之中。看来清楚的是，一旦有了海洋和较凉的地表，生命在地球历史上相当早的时候就出现了。从那些最初的简单生物出发，一段非常漫长的故事，引出了海洋里成团的浮游生物、陆地上的森林，以及很久以后，从空间站窗口向下眺望的人们。

通话之后

当空间站进入地球的阴影时，下方的海洋消失在黑暗中，星星出现在那条细细的大气线之上。努尔把相机收好，给萨米和母亲一起写了一条消息。

“地球比宇宙年轻，”她写道，“它大约有46亿岁，而宇宙大约有138亿岁。太阳和地球是由一片旋转的、充满来自更古老恒星的尘埃的云造出来的。月球很可能是在某个大东西撞上年轻地球时形成的。所以，妈妈，地球并不是一直都在那里的。它来得晚，但来得好。”

发完消息后，努尔又在窗边待了一会儿。当空间站再一次从地球的阴影中出来时，一条细细的橙色光线沿着行星的边缘铺展开来，海洋慢慢地又变回了蓝色。这是满是日出的一天里的又一次日出。她已经不再数它们了，但她并没有停止观看。然后她回到自己的睡眠舱，钻进了睡袋。

萨米在他夜班的中途回了消息：“妈妈说，这听起来就像你。来得晚，但来得好。”努尔在睡袋里轻轻地笑了，怕吵醒隔壁睡眠舱里的阿德。

明天在上班或回家的路上，如果你看看脚下的地面，也许会想起它曾经是一个旋转圆盘里的尘埃。它花了很长的时间、经历了许多次碰撞，才成为一个人们可以行走、建造和休息的坚实之地。就像许多值得拥有的东西一样，它不是匆匆忙忙造出来的。

常见的误解

许多人以为，太阳和地球和宇宙一样古老，好像一切都是在开端时一下子出现的。这样想象很容易，因为太阳和地球感觉就像我们生活中永恒不变的背景。但宇宙大约有138亿岁，而太阳和地球大约有46亿岁。在九十多亿年里，宇宙一直在没有我们太阳系的情况下存在着。在太阳开始发光之前很久，恒星就已经在诞生、死去，星系就已经在成长。

许多人还以为，太阳是最早的恒星之一。事实上，真正最早的恒星几乎只由氢和氦组成，它们中的大多数很可能寿命很短，很久以前就终结了。太阳含有只有更早的恒星才能造出的较重元素。这就是为什么天文学家说，太阳属于较晚的一代。它是一个非常古老的家族里的一位年轻成员。

最后，有些人以为，地球一直都是今天这个样子，有蓝色的海洋、白色的云和绿色的陆地。但年轻的地球非常不同。在很长一段时间里，它很热，常常被其他天体撞击，也没有我们所知道的海洋和空气。它的大陆移动过，它的空气改变过，它的生命也改变过许多次。努尔拍下的那个平静的蓝色世界，是几十亿年变化的结果。在下一个夜晚，我们将看到另一种变化，它要大得多，而且至今仍未得到解释：整个宇宙已经开始越来越快地膨胀。