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第九三八天,聊聊太阳的这个“假想”的兄弟,拥有“复仇女神”之称的黑暗伴星:涅墨西斯星。

为什么科学家认为太阳有一颗“伴星”?

其实太阳拥有伴星的假说并非空穴来风。长久以来,科学家们通过观测发现,大量的恒星系统都是联星系统。它们有两颗恒星共同组成,它们围绕著共同的质心,在轨道上互绕。甚至有些恒星系统拥有多颗恒星组成。

我们熟知的北极星以及离太阳系最近的比邻星,那都是三星系统中的一颗。目前的观测数据显示,仅仅在北半球的天空中,亮度在9等星亮度的恒星中,每18颗中就至少有一颗是双星系统。

这就让太阳在宇宙中显得非常特立独行,既然宇宙中那么多恒星都有兄弟,为什么太阳就是这么孤零零的独一个呢?

1984年,古生物学家大卫·劳普和他的搭档杰克就发表了一篇论文,他们分析了过去2.5亿内物种大规模灭绝的时间,发现在这期间共出现了12次大灭绝事件,而每次大灭绝之间的平均间隔大致为2600万年。

其中白垩纪到第三纪的物种灭绝,以及始新世到渐新世的灭绝,都与陨石撞击地球的时间相吻合。所以两人认为,灭绝事件一定与地球以外的某些因素有关。

很快,天文学家关注到了他们发表的论文,并对此展开了数据分析。其中,美国堪萨斯大学天体物理学家梅洛特就与古生物学家班巴奇展开合作,重新检查了化学数据,通过新改进的年代测定法,二人发现,从五亿年前至今,灭绝率真的会以2700万年为一个周期大幅度上升。

同一年,天文学家Daniel P. Whitmire和Albert A. Jackson IV在看过他们的分析报告后就提出了一个大胆的假说:太阳或许真的有一个未曾被我们发现的伴星。

它的运行轨道非常的扁平,这颗伴星与太阳有所不同,它并不像太阳一样无偿地奉献自己的光和热以滋养地球上的万物,它更像是一名杀手,会周期性的从太阳系出发进入宇宙深处,每隔2600万年就周期性的返回一次。

当它再次光顾太阳系时,引力裹挟的来自冥王星轨道之外的奥特云,会使大量的流星如雨点般的飞向地球,从而造成地球气候的改变以及生物的毁灭。

还有一个诡异的事件也暗示着“涅墨西斯”的存在,那便是海王星外天体赛德娜异常的轨道。

赛德娜是2003年由天文学家布朗、特鲁希略及拉比诺维茨共同发现的小行星。在它大部分的公转周期中,它与太阳之间的距离比任何已知的矮行星候选都要遥远。

它也是太阳系中最遥远的天体之一,比大部分的长周期彗星都还要远。它几乎是沿着一条被严重拉长的轨道在围绕着太阳旋转,这个轨道甚至比太阳系中的任何大天体都要长。

因为它不曾接近海王星,所以海王星的引力扰动无法造成它的轨道如此的椭圆,所以天文学家认为一定有一个太阳系附近的恒星跟太阳共同吸引着赛德娜,这才使得它的轨道在两颗恒星中如此摇摆不定。而这颗有着和太阳不相上下引力的恒星,很可能就是“涅墨西斯”星。

且不说“涅墨西斯”星是否真实存在,如果它存在,那它会是一颗怎样的恒星呢?科学界们对此有两种不同的看法。

有的天文学家认为它可能是一颗红矮星,大小较小,温度较低,亮度大概在7等星到12等星之间,现在的位置应该在长蛇座附近。

也有的科学觉得不是这样,如果“涅墨西斯”星是一颗红矮星的话,那早就应该被记录在星表中了,但现在却只能靠测量和推算来假定它的存在,所以它可能是介于大型气态巨行星和最轻恒星之间的次恒星,也就是褐矮星,或叫棕矮星。

更有不少科学家认为,“涅墨西斯”星或许在太阳系形成之初是真实存在的,后来在数十亿年前从双星系统中分离出去了。目前它可能位于距离太阳大约1.4到1.5光年之间的位置上。

当然,在没有找到这颗恒星之前,以前的推论都只能是假说。所以还是加大观测力度,尽快找到它才是王道。

从上世纪80年代起,天文学家们就开始了坚持不懈地观测寻找工作:早在1986年,加州大学洛伊施纳天文台就尝试去寻找“涅墨西斯”星,NASA甚至也动用了红外线天文卫星进行搜索,然而最终却是一无所获。2001年,天文学家又启动了2微米全天巡天的方式尝试寻找“涅墨西斯”星,但最终还是无功而返。

如此看来,“涅墨西斯”星或许真的是颗亮度黯淡、温度低的都不足以烧开一壶水的褐矮星,光靠传统的恒星观测法的确很难找到它。

2009年,NASA通过广域红外线巡天探测卫星再次对“涅墨西斯”星展开大面积搜索,这颗卫星可以拍摄全天99%的影像,且同一区域影像至少将拍摄八幅以增加精确度。它还可以拍摄太阳系、银河系以及宇宙深处的影像。

透过该卫星更新、更强的红外线望远镜观测技术,天文学家已经能够观测到温度低至150K,距离太阳系10光年远范围内的褐矮星了,但即使这样,仍然还是没有找到“涅墨西斯”星的踪迹。

2011年,人们通过对陨石坑的研究,以及对彗星的观测,对“涅墨西斯”星的说法提出了质疑:因为恒星位置的变化,地球上每2700万年发生一次灭绝事件根本就是无稽之谈。不少科学家分析认为:造成灭绝的原因有很多,包括疾病、火山爆发和地球气候的自然变化。将它们与某个遥远的死星来访联系在一起,实在是缺乏逻辑根据。

【中国科普博览】#植物为什么会落叶# ?掐指一算,并不简单

诗人面对秋天落叶的景象,不免要感伤一番。但是笔者最喜欢的是李白的那首:“#草不谢荣于春# ,木不怨落于秋天。谁挥鞭策驱四运,万物兴歇皆自然。”

确实,这岁月轮回的风景,也只有大自然才能够驱策吧。今天,笔者就来和朋友们聊聊这落叶背后的自然之道。

Part.1 #植物只在秋天落叶吗# ?

不是,树叶有两种落法。

叶子对于绝大部分树木来说,主要功能是生产“食物”。和动物一样,植物也需要消耗糖类以维持生理功能。只不过动物是靠吃,而植物主要靠阳光来自己制造。所以在生态系统中,植物一般也称为“生产者”,而动物称为“消费者”。

这么重要的器官,怎么能说丢就丢呢?当然是不得已而为之啦。

第一种情况是,这片叶子死了。

叶子也是生命,也得有个生老病死,或者意外之类的。比如被扯碎啦、被折断啦、被月光宝盒砸中啦,或者就是老死了也有可能。此时死掉的叶子没有任何生理功能,只好丢弃。所以即便是常绿树,也会因为这种情况而落叶。但是常绿树的落叶是随时死随时落,不可能出现所有的叶子一起掉光,所以就不会出现落叶树(90后)那种全部秃掉的情形。

第二种情况是,树木生长的环境发生了不好的变化,因此只能选择落叶。

这些变化包括干旱、极端的高温和低温、病虫害等。虽然叶子很重要,但是在保命面前还是没那么重要。这就好比核电站事故,虽然周边的很多土地有很多重要工厂和建筑,但是为了生命安全,也必须全部遗弃。这就是所谓的“遭受逆境时的主动落叶”。

到了冬天,树木无法在极低温度的情况下进行生理活动,所以必须休眠。如果我们想要停止工厂的运转,只要切断电力即可。可是叶子这个工厂所使用的“电力”是太阳光,不可能被切断。因此,就只好通过落叶的方式将他们丢弃了。

Part.2 落叶:未化春泥也护花

落叶离开之后,落在大树的脚下,通过一系列物理化学作用变成富含营养的腐殖质,重新被根系吸收,这就是所谓落叶归根。

但是科学家发现,其实,在还没有落下之前,落叶就已经开始了它的奉献。而这一切,要从植物的进化过程说起。

数亿年前植物的祖先,都是生活在水中的物种。后来地球经历过了数次冰期,海平面降低,因此植物也不得不“登陆”了。登陆后的植物面临的最大问题,就是缺水。为了能够有效利用土壤里那些少得可怜的水,植物长出了根系,把自己固定在土壤里。虽然这样解决了水的问题,但同时也带来了新的问题:缺乏氮磷钾等营养元素。

为什么呢?

因为水相当于是“可再生资源”,消耗掉之后可以通过降水来补充。但是下雨的时候总不可能下一场氮磷钾复合肥吧?所以这些物质是“不可再生资源”,消耗完了之后,植物又没法拔根溜走,只能干着急。

Part.3 解决方法有两个:一个开源,一个节流。

怎么开源?

猪笼草和捕蝇草就是很好的例子。它们是植物界的猎食者,通过变形的叶子来捉昆虫吃(甚至其他小动物,例如下图中的猪笼草正在“吃”苍蝇)。昆虫含有高蛋白,能够为植物补充氮元素。这就是植物为了获得更多氮素而进化出来的极端手法之一。另外例如豆类植物的根系上会长有一些叫做根瘤的瘤状物,那是豆类植物的氮素工厂,在根瘤里,植物把自己的一些糖类分给根瘤菌,根瘤菌作为回报,能够将空气中的氮气转化为植物可以利用的氮素供给植物。这也是一个植物进行开源的例子。

怎么节流?

就是尽量减少废弃。

前面我们说到,植物在遭受诸如寒冷等的逆境时会主动落叶以求自保。叶子落掉,那么叶子里含有的营养元素就跟着丢失了。这对于植物来说就是极大的浪费。虽然会变成腐殖质以供来年使用。但是这样并不十分保险,比如落叶被风吹走或者被动物吃掉等等。所以最好的办法就是在叶子要落之前,赶紧把里面能回收的东西全部拆掉回收,储藏在树干里面,尤其是氮磷钾等不可再生的物质。所以,落叶的献身“护花”并非在化作春泥之后才开始,而是在还没有落之前就已经开始了。

连遗弃的叶子也不放过,植物为何这么抠门?用一句话来说,就是“穷怕了”。

更有甚者,就拿我们上文提到的根瘤来说,大豆生长到秋天要成熟的时候,由于它自己的生长周期已经快结束了,所以它知道自己不需要那么多氮素了,于是就切断根瘤的营养供给,残忍地饿死为它打工的根瘤菌,把他们的尸体连同根瘤一起拆解吸收,将营养运送到大豆的种子里。

写到这里,不禁感叹植物看似柔弱,却也是无所不用其极,为了适应自然,真的是什么都肯做,也做得出来!让我们真正懂得了“进化”二字。

Part.4 红妆:最后的演出

我们知道,秋天落叶之前,落叶树的叶子会由绿色变成红色或者黄色。枫树红叶也是深秋一道灿烂的风景。这并非是由于马上要被遗弃随便染上的颜色,而是植物为它即将抛弃的叶子精心准备的妆容。

在秋天,紫外线未必比夏天弱,这是因为秋天云层较少,空气也干燥,虽然阳光没那么毒,但是紫外线被云层反射和被水吸收的也少。植物虽然依赖阳光生存,但是也是会被紫外线所晒伤。而红色或者黄色正是植物给自己涂的防晒。

肯定有朋友会问:为什么叶子在夏天不变色?

这是因为夏天的时候叶子需要充分发挥它的制造养料的功能,如果涂了防晒,就相当于遮蔽了阳光,生产效率就受到了影响。夏天的时候,植物有另一套对抗紫外线的方法,此处就不罗嗦了。

然而到了秋天,植物的叶子逐渐停工,即便不接触阳光也不要紧,所以就简单暴力一点,用涂颜色的方法来防晒了。

另外,许多热带植物的叶子刚长出来的时候,都是红色的,因为未成熟的叶子需要防晒。等逐渐成熟了可以工作了,才会褪掉红色,也是这个道理。

而且,秋天植物在拆解叶子里的可回收物质搬运回树干的过程中,会产生很多“装修垃圾”,这就是自由基。自由基是一种有毒物质。红叶里的防晒色素也兼有清除自由基的功能,可以防止叶子在没有拆解完毕之前先被自由基毒死。还有,有的科学家认为,相对于绿色来说,红色和黄色对食草动物的吸引力较低。植物选择这两种颜色,意在告诉食草动物“不要吃我,我不好吃”,以防止自己被吃。

所以,落叶这件小事还真是简约而不简单。

冬天要变冷,所以要落叶;而营养元素的不可再生,使得植物在落叶前必须回收叶子中的营养;为了保证这一回收过程的顺利完成,植物生产色素来充当防晒。这一切不都是植物为了适应大自然而采取的应对措施吗?

读完此文,朋友们一定对开头的那句“谁挥鞭策驱四运,万物兴歇皆自然”有更深的理解了吧。

出品:科普中国


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