首绘银河系的生命元素分布图

“你我也是在大爆炸时开始，因为宇宙所有的物质整个是一个有机体。在万古之前，所有的物质都聚合成一大块，质量极其紧密，因此即使是小如针头般的一块，也可以重达好几十亿吨。在这样大的重力作用下，这个‘原始原子’爆炸了，就好像某个东西解体一样。所以说当我们仰望天空时，我们其实是在试图找寻回到自我的路。”

——《苏菲的世界》

卡尔萨根曾经说过：“如果你想从零开始做一个苹果派，你必须先创造一个宇宙。” 这对于人类也是如此。事实上，我们都是恒星的产物。大部分生命所需要的基本元素都是在一代代恒星的诞生和死亡这个循环往复的过程中产生的。

在地球上，六种构成生命的关键元素是：碳、氢、氮、氧、磷和硫，它们被称为CHNOPS。人体质量的>97%都是由这些元素构成的。

△ 天文生物学的周期表。（图片来源：Charles Cockell）

依旧是在美国天文学会的冬天会议中，来自史隆数位巡天（SDSS）的天文学家公布，在对银河系超过15万颗恒星进行观测后，他们首次精确地绘制了银河系的生命元素分布图。这些元素包括CHNOPS，以及钠、镁、铝，硅、钾、钙、钛、钒、锰、铁和镍，都已被SDSS探测到。这是第一次，天文学家在如此大的一个恒星样本中测量了这些元素的丰度。

△ 史隆数位巡天（SDSS）是使用位于新墨西哥州阿帕契点（APOGEE）天文台的2.5米口径望远镜进行的红移巡天项目。（图片来源：SDSS）

当然，我们不可能只是用望远镜对准这些恒星，收集光线就可以确定这些元素，而是利用了一个叫“光谱仪”的设备。这就像棱镜一样，可以把白光分解为彩色光，由此获得这种光的光谱。每种元素都会在光谱中留下独特的印记，对光谱的分析天文学家就可以知道恒星包含了哪些元素以及元素的丰度。而天文学家正是利用了SDSS的APOGEE的光谱仪对这些进行观测。

△ 氢原子光谱：电子在不同能级之间跳跃可以在光谱中产生发射或吸收谱线。每种元素都有自己独特的光谱印记。

在银河系中，有许多恒星是用肉眼无法看到的，即使你用世界上最强大的光学望远镜。因为在银盘中存在着大量的气体、尘埃和其它物质。也就是说有许多地方是被遮掩的：它们对可见光都是不透明的。

△ 银河系中心的中红外、近红外和可见光图像。可以看出，在红外波段比可见光波段可以看到更多的恒星。（图片来源：ESO / ATLASGAL Consortium / NASA / GLIMPSE Consortium / VVV Survey / ESA / Planck / D. Minniti / S. Guisard / Ignacio Toledo / Martin Kornmesser.）

为了观测到银河系中更多的恒星，我们就需要用到光谱中的红外波段，这也是APOGEE的优势。红外光会直接穿过星际间的尘埃，因此我们才可以绘制银河系的元素分布。

△ 研究发现，生命所必须的六种元素遍布在银河系，越靠近银河系中心元素的丰度越高。图中不同颜色代表不同的元素，以及跟人体的关联，比如肺中的氧到骨骼中的磷。光谱的凹陷的大小代表了元素在恒星大气的总量。（图片来源：Dana Berry/SkyWorks Digital Inc.; SDSS collaboration）

天文学家利用计算机来模拟星系的形成，而SDSS/APOGEE的新数据就可以用来比较模拟所做的预言是否符合观测。他们的研究可以更好的帮助天文学家理解银河系的结构和演化。

与此同时，从该研究中我们也深刻理解了人类和太空之间的紧密联系：人体所需要的原子都是由过去的恒星产生的。

虽然人体65%的质量都是氧原子，但氧原子只占了不到太空中所有元素的1%. 恒星大部分都是由氢气组成的，但在恒星的光谱中也探测到了一小部分的重元素（包括氧）。APOGEE还发现，在银河系内部拥有更多的重元素。在银河系内部的恒星比较老，这意味着在银河系内部比在外部合成了更多的生命元素。

△ 生命所需要的有机分子普遍存在于星系和宇宙中，但在特定的情况下才能产生生命体。（图片来源：Jenny Mottar）

太阳离星系中心25000光年，而银河系内部在宇宙诞生的50亿年后，其化学丰度就达到了同样的水平。这是否暗示着生命在宇宙早期的时候就在靠近星系中心产生了？

文/Zwicky/原理（principia1687）

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