探索星辰奥秘的新视角

1975年夏天，约根·克里斯滕森-达尔斯加德沉迷于观察太阳内部的想法。他在一次会议上听到一位天文学家展示的数据，表明我们的母恒星在交替膨胀和收缩。“我立刻想到，产生这些振荡的波一定能穿过太阳的中心，”他说。

他意识到，如果真是这样，天体物理学家将拥有强大的新工具来监测太阳核心的反应，在那里核聚变将太阳质量转化为辐射能量。

尽管1975年的数据后来被证明是伪影，但后来对太阳的观测表明，克里斯滕森-达尔斯加德的直觉是正确的。天体物理学家已经研究了内部声波，以研究太阳内部的结构、演化和动力学，以及数千颗遥远恒星的内部。

天文学家最早在20世纪60年代就发现了太阳表面的振荡。不久之后，现任加州大学洛杉矶分校天体物理学名誉教授的罗杰·乌尔里希提出了方程，解释了为什么太阳会闪烁发光。“我像计算风琴管的音调一样解决了它们，”他回忆说。

乌尔里希的理论工作证实了太阳内部的热气体向上涌向太阳表面，并在冷却时下沉，从而产生在太阳内部共振的波，就像在风琴管中振动的空气产生共振以产生特定音调的波一样。由于声波的行为会随着其传播介质的特性而变化，乌尔里希意识到，研究恒星的声波可以揭示恒星内部的组成和动力学。

乌尔里希和克里斯滕森-达尔斯加德，这位现在在丹麦奥胡斯大学的星震学家，随后多年来致力于推动建立地面望远镜网络，以及后来建立足够精确的太空望远镜，以探测太阳和遥远恒星内部声波的可见迹象。这些数据为星震学家提供了一个强大的工具，可以测量数千颗恒星的质量、引力、化学成分、自转和年龄，从而揭示银河系本身的演化。

“这些数据是我们将在很长一段时间内继续研究的东西，”克里斯滕森-达尔斯加德说，他因在日震学和星震学方面的开创性工作，与乌尔里希和比利时鲁汶大学的星震学家康妮·艾尔茨分享了2022年卡弗里天体物理学奖。

在这里，克里斯滕森-达尔斯加德指出了我们目前对恒星内部（包括我们自己的太阳）的理解中的漏洞，并思考地球的命运、我们星系的历史以及外星生命的可能性。

当一颗类似太阳的恒星耗尽氢并演化成红巨星时，其内部会发生什么？

当一颗恒星变成红巨星时，其外层会膨胀并冷却，而其氦核会收缩。您会期望这个收缩核心的自转速度加快，就像花样滑冰运动员在收回手臂时旋转得更快一样。但在这些红巨星中，核心的自转速度并没有我们模型预测的那么快。某种东西在减缓它的速度，可能是磁场。但是这些磁场是如何产生的，它们如何与恒星中的物质相互作用，以及它们在恒星生命周期中如何演化——这些都是悬而未决的问题。这些答案可能会影响我们对那些会变成超新星并产生宇宙中大量元素的巨大恒星的演化的理解。

地球最终会被太阳吞噬吗？

我们尚不清楚。在太阳演化的非常晚期阶段，太阳的体积会大大膨胀。同时，它将失去质量。这意味着地球将漂移得离太阳更远。太阳失去质量的速度与膨胀速度相比有多快，将决定地球最终是被吞噬还是设法继续待在那里。无论如何，在50亿年后，太阳将比现在亮得多，因此地球将不再是一个宜居的好地方。

银河系是如何演化的？我们星系的下一步会是什么？

回到大约70亿年前，有证据表明一个相当大的星系与银河系合并了。我们可以看到在星系主体形成后加入的恒星流。我们看到这种情况的一种方法是观察恒星的构成：它们的成分包含了恒星形成的秘密。我们还可以看到它们在天空中的移动方式，并确定它们的年龄。

合并仍在当前的宇宙中进行。两个麦哲伦云很可能会在十亿年左右与银河系合并，而仙女座星系也可能会在几十亿年后与银河系合并。在这些合并事件中，您会看到两个星系重叠的区域出现非常快速的恒星形成。尽管它发生在数亿年的时间尺度上，但这仍然非常引人注目。

宇宙中其他地方会有生命吗？

感谢开普勒任务，我们已经在“适居带”中发现了类地行星——不太热，也不太冷。我们还没有发现很多，有些是围绕着与太阳非常不同的恒星运行的。我们希望在与太阳不太不同的恒星周围的合适位置寻找更多的类地行星。然后，我们希望观察这些系外行星的大气层，寻找表明生命存在的分子。例如，氧气。知道生命在宇宙的其他地方进化出来将是巨大的发现。人们可能会想象，至少在宇宙的某个地方存在着智慧生命。

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