探索星辰奧秘的新視角

1975年夏天，約根·克里斯滕森-達爾斯加德沉迷於觀察太陽內部的想法。他在一次會議上聽到一位天文學家展示的資料，表明我們的母恆星在交替膨脹和收縮。“我立刻想到，產生這些振盪的波一定能穿過太陽的中心，”他說。

他意識到，如果真是這樣，天體物理學家將擁有強大的新工具來監測太陽核心的反應，在那裡核聚變將太陽質量轉化為輻射能量。

儘管1975年的資料後來被證明是偽影，但後來對太陽的觀測表明，克里斯滕森-達爾斯加德的直覺是正確的。天體物理學家已經研究了內部聲波，以研究太陽內部的結構、演化和動力學，以及數千顆遙遠恆星的內部。

天文學家最早在20世紀60年代就發現了太陽表面的振盪。不久之後，現任加州大學洛杉磯分校天體物理學名譽教授的羅傑·烏爾裡希提出了方程，解釋了為什麼太陽會閃爍發光。“我像計算風琴管的音調一樣解決了它們，”他回憶說。

烏爾裡希的理論工作證實了太陽內部的熱氣體向上湧向太陽表面，並在冷卻時下沉，從而產生在太陽內部共振的波，就像在風琴管中振動的空氣產生共振以產生特定音調的波一樣。由於聲波的行為會隨著其傳播介質的特性而變化，烏爾裡希意識到，研究恆星的聲波可以揭示恆星內部的組成和動力學。

烏爾裡希和克里斯滕森-達爾斯加德，這位現在在丹麥奧胡斯大學的星震學家，隨後多年來致力於推動建立地面望遠鏡網路，以及後來建立足夠精確的太空望遠鏡，以探測太陽和遙遠恆星內部聲波的可見跡象。這些資料為星震學家提供了一個強大的工具，可以測量數千顆恆星的質量、引力、化學成分、自轉和年齡，從而揭示銀河系本身的演化。

“這些資料是我們將在很長一段時間內繼續研究的東西，”克里斯滕森-達爾斯加德說，他因在日震學和星震學方面的開創性工作，與烏爾裡希和比利時魯汶大學的星震學家康妮·艾爾茨分享了2022年卡弗裡天體物理學獎。

在這裡，克里斯滕森-達爾斯加德指出了我們目前對恆星內部（包括我們自己的太陽）的理解中的漏洞，並思考地球的命運、我們星系的歷史以及外星生命的可能性。

當一顆類似太陽的恆星耗盡氫並演化成紅巨星時，其內部會發生什麼？

當一顆恆星變成紅巨星時，其外層會膨脹並冷卻，而其氦核會收縮。您會期望這個收縮核心的自轉速度加快，就像花樣滑冰運動員在收回手臂時旋轉得更快一樣。但在這些紅巨星中，核心的自轉速度並沒有我們模型預測的那麼快。某種東西在減緩它的速度，可能是磁場。但是這些磁場是如何產生的，它們如何與恆星中的物質相互作用，以及它們在恆星生命週期中如何演化——這些都是懸而未決的問題。這些答案可能會影響我們對那些會變成超新星併產生宇宙中大量元素的巨大恆星的演化的理解。

地球最終會被太陽吞噬嗎？

我們尚不清楚。在太陽演化的非常晚期階段，太陽的體積會大大膨脹。同時，它將失去質量。這意味著地球將漂移得離太陽更遠。太陽失去質量的速度與膨脹速度相比有多快，將決定地球最終是被吞噬還是設法繼續待在那裡。無論如何，在50億年後，太陽將比現在亮得多，因此地球將不再是一個宜居的好地方。

銀河系是如何演化的？我們星系的下一步會是什麼？

回到大約70億年前，有證據表明一個相當大的星系與銀河系合併了。我們可以看到在星系主體形成後加入的恆星流。我們看到這種情況的一種方法是觀察恆星的構成：它們的成分包含了恆星形成的秘密。我們還可以看到它們在天空中的移動方式，並確定它們的年齡。

合併仍在當前的宇宙中進行。兩個麥哲倫雲很可能會在十億年左右與銀河系合併，而仙女座星系也可能會在幾十億年後與銀河系合併。在這些合併事件中，您會看到兩個星系重疊的區域出現非常快速的恆星形成。儘管它發生在數億年的時間尺度上，但這仍然非常引人注目。

宇宙中其他地方會有生命嗎？

感謝開普勒任務，我們已經在“適居帶”中發現了類地行星——不太熱，也不太冷。我們還沒有發現很多，有些是圍繞著與太陽非常不同的恆星執行的。我們希望在與太陽不太不同的恆星周圍的合適位置尋找更多的類地行星。然後，我們希望觀察這些系外行星的大氣層，尋找表明生命存在的分子。例如，氧氣。知道生命在宇宙的其他地方進化出來將是巨大的發現。人們可能會想象，至少在宇宙的某個地方存在著智慧生命。

要了解有關卡弗裡獎得主傑出工作的更多資訊，請訪問kavliprize.org。要探索更多科學領域中的最大問題，請單擊此處。