银河中的魔力转圈圈①宇宙物质由“暗”到“明”

恒星形成是宇宙物质由暗（光学意义）到明（恒星及星系）的关键步骤。从1796年拉普拉斯的星云假说开始，过去了两个多世纪后，恒星形成领域终于在20世纪的第一个十年通过EEBarnard开创的宽视场成像（Barnard,1907,1919,ApJ）进入实测（靠谱+有钱）学科。

Barnard认证的“暗云”，至今都是本领域研究的重要对象，例如著名的B68 （Alves et al, 2001,Nature）被揭示具有经典的流体力学压力平衡密度结构Bonnor-Ebert轮廓。又例如基于我们首次捕获到的正在诞生的暗云B227（Zuo et al, 2018 ,ApJ “Catching the Birth of a Dark Molecular Cloud for the First Time”）。这两个工作分别研究了Barnard认证的第68个和第227个暗云。

拉普拉斯及其太阳系星云起源假说示意图

暗云之为暗，是由于尘埃消光，但其主要成分是气体。1951年星际中性原子氢气（HI）的发现，确立了其为星际介质的主要成分之一。20世纪60年代，Hollenbach和Salpeter的研究明确了氢原子在星际尘埃表面‘复合’成为分子氢。60年代四大天文发现之一的星际一氧化碳（CO）分子，使得难以探测的分子氢气得以现形，揭示暗云都是分子云。七八十年代，空间天文兴起，红外巡天确定了年轻恒星诞生于分子云。至此一个恒星诞生的完整图景基本完成。

恒星诞生过程

分子的辐射集中在毫米射电波段。恒星形成领域的天文学家从80年代初就开始推动大型毫米波阵列（MMA），经过几次10年规划、多边国际谈判、无数次高原反应，MMA演化、成长为当今地面天文设备的巨无霸——ALMA。到目前为止，ALMA观测用时最多的领域是恒星形成及星际介质，由最初的新兴成为主流显学。

90年代末，我在纽约上州的农村苦读学位，一把剪刀对付一月头发。现在回想起来，那时的手艺为今年的COVID-19疫情宅做了准备。村里有让胡适挂科的农场，自产牛奶和冰激凌。村边有“手指湖”（Finger Lakes），古冰川凿穿岩石深达数百米，与秋光一起烂漫至天际，非常适合思考恒星形成之三大经典问题：磁场问题、湍流问题、角动量问题。

至今，三大问题无一解决！

三大问题的本质是多数量级尺度跨越中的能量转移机制。从几千光年的弥散星际介质到百万公里腰围的太阳，缩水了几百亿倍。如果星际介质中的磁场在具有一定电离度的气体中冻结，其能量密度将远高于分子云所拥有的重力势能。磁场将阻止恒星形成。星际介质中遍布超音速的湍流。湍动对抗质量相吸的重力，直到在数万天文单位或更小的尺度，热运动才达到或超过湍动，使所谓的致密云核可能整体塌缩，开启新一代太阳的星途。

星际介质包裹中的太阳系

磁场、湍流如何耗散缺乏实证，数值模拟里面普遍直接忽略或者做生硬的量纲假设。人类距离物理解释恒星形成尚远。角动量问题是三大问题中相对简单的一个。大尺度的星际介质包含或者演化成为许多子结构。宏观的角动量不必等于局域角动量之和。

90年代以来，特别是哈佛大学天体物理中心Myers和Goodman关于暗分子云核的系列工作，确立了从分子云核中心向外延展5万亿公里左右（这个尺度范围被称为亚光年尺度），在这个范围内角动量已经远远小于重力势能或磁场能或湍动能，而后三者处于能量均分状态。

能量均分也可能是暗云磁流体的一个基本性质。我们刚刚发表了对北天6个分子暗云中云核角动量的研究（Xu et al, 2020,ApJ）。在计算过程中，考虑了此前同类工作忽视的云核密度分布，因而导出了更为真实、数值更小的角动量，进一步验证了在亚光年尺度角动量已经不再影响云核整体塌缩的动力学。从亚光年尺度到恒星尺度（百万公里），角动量虽然不再影响整体塌缩的动力学，但是依然需要被大量耗散，才能加速物质吸积。一般认为外向流是角动量耗散的重要途径。

星际介质，特别是分子暗云中，各个层级的结构逐步紧实，最终小宇宙爆发点燃核聚变成为恒星。这一句话的星途，包含了多种基本物理、化学过程和环境变化：磁场、湍流、重力、热运动、等离子体、辐射转移、宇宙线、尘埃演化、无机-有机化学等等相互耦合，纠缠不休。

经过了一个世纪和多次新设备之重大突破，恒星形成的科学描述还主要是唯像的：巨分子云集群（Giant molecular cloud complex）到分子云（cloud）到云块（clump）到云核（core）到年轻星周盘（protostellar disk）加外向流(outflow)，最终由于某种神秘力量阻止吸积确定原恒星质量，并且整体达成那个统一的更为神秘的初始质量函数（IMF）。

恒星形成的唯像描述

星际云的形状柔弱多变，但是到了即将塌缩踏上星途的云核，就圆润起来，在物理学家眼里都是球，亦如物理学家眼里的牛。这个叙事过程朴素可爱：“现在的日子是鸡，长大了就变成了鹅；鹅长大了, 就变成了羊；羊长大了, 就变成了牛；等牛长大了, 就是共产主义了”

物理牛

如何实现太阳诞生这样“共产主义”的理想？2009年，人类 历史 上最大的单体空间望远镜（大过但是轻于哈勃）赫歇尔天文台的发射升空，带来了革命性的进步。

作者近期相关论文发表于：

美国《天体物理杂志快报》Xu et al 2020, ApJL，DOI:103847/2041-8213/ab8ad7，作者：徐雪芳，李菂, 戴昱等

美国《天体物理杂志》Xu et al 2020, ApJ，arXiv:200604309，作者：徐雪芳，李菂, 戴昱等

中国《天文与天体物理研究》 Yue et al 2020, RAA，arXiv:200604168，作者：岳楠楠，李菂, 张其洲等

英国《皇家天文学会月报》 Zhang et al 2020, MNRAS accepted, arXiv:200613410, 作者：张超，任志远, 吴京文等

参考文献：

Alves, JF, Lada, CJ, & Lada, EA Internal structure of a cold dark molecular cloud inferred from the extinction of background starlight 2001, nature, 409, 159

Barnard EE On a nebulous groundwork in the constellation Taurus ApJ, 1907, 25:218-225

Barnard EE On the dark markings of the sky, with a catalogue of 182 such objects ApJ, 1919, 49:1-24

Hacar, A, Tafalla, M, Forbrich, J, et al An ALMA study of the Orion Integral Filament I Evidence for narrow fibers in a massive cloud 2018, ApJ, 610, A77

Hollenbach, D, Salpeter, EE Molecular Hydrogen Formation on Grains in H I Regions 1969, BAAS, 1, 244

Li, H-X, Li, D, Qian L et al 2015, Outflows and Bubbles in Taurus: Star-formation Feedback Sufficient to Maintain Turbulence, ApJS, 219, 20

Tan, J C, & McKee, C F 2004, The Formation of the First Stars I Mass Infall Rates, Accretion Disk Structure, and Protostellar Evolution, ApJ, 603, 383

Xu, X, Li, D, Dai, YS, et al Independent Core Rotation in Massive Filaments in Orion 2020, ApJL, 894, L20

Xu, X, Li, D, Dai, YS, et al Rotation of Two Micron All Sky Survey Clumps in Molecular Clouds 2020, ApJ, arXiv:200604309

Yue, N, Li, D, Zhang, Q, et al Resolution-dependent Subsonic Non-thermal Line Dispersion Revealed by ALMA, 2020, accepted by RAA, arXiv:200604168

Zuo P, Li D, Peek JE G, et al Catching the Birth of a Dark Molecular Cloud for the First Time ApJ, 2018, 867:13

作者简介：李菂，国家天文台研究员，从事天体物理和天文技术研究，撰写关于猎户座大质量“宁静”云核的系列论文，在美国天体物理杂志（ApJ）发表。

[ 责编：赵宇豪 ]

《爱的魔力转圈圈》游戏规则是游戏把所有人分为两队或四队，每队6-8人，所有参与者站在游戏区域的两端。

游戏开始后第一位队员在裁判处将布条缠到身上，然后迅速跑到对面队友处，互相配合将布条缠到队友身上，以此类推，直至最后一名队友完成，用时最短的队伍获胜。布条贴到身上后，不可用手触碰布条，碰一次总时长加5秒。

《爱的魔力转圈圈》游戏的注意事项。

在玩这个游戏的时候要注意，玩家将布条通过转圈方式，缠到护腰上，然后迅速跑到下一名队员处，并通过转圈方式缠到队友身上，依次接力，最后一名队员完成后与裁判击掌。挑战过程中，手不可触碰布条，转动的过程中，要注意安全，地面要平整。

在接吻中，因为信息的不对称，很容易顾此失彼。但要想得到女人的欢心，更重要的，其实应该是女人怎么想，满足了女人的需求，她才会更加的爱你。所以，在接吻的时候，男人要有所为有所不为，不做傻事，同时，有一些你觉得不合适的，也许，正是女人想要的。事实上，“接吻”时，男人做这三件事，女人不仅不会生气，反而会爱你如命！

见缝插针地说情话

接吻的时候，越是热情的吻，越没有说话的空隙。有的男人觉得，当女人沉浸在你的吻里时，一定不能停下来，一定要让她满足。事实，接吻是爱的表达，情话也一样是爱的表达。而且，就算你们再想对方、再爱对方，也不可能一下吻下去，那再美好的感觉也会麻木的。

在接吻的过程中，特别是“换气”的时候，男人要学会打破沉默，要见缝插针地说情话，对她说“我爱你”“我好想你”之类的。不要担心女人会觉得你虚伪，会怪你打破这种无言的美丽。事实上，当你说了情话之后，她不仅不会生气，反而会爱你如命。

在拥抱的基础上，把她抱起来

两个人接吻，拥抱是最基本的。男人如果在和女人接吻的时候，连拥抱都没有，还要让女人来抱着你，那女人的心里其实是很伤心的。接吻的时候，抱得越紧、越用力，女人其实会越开心。哪怕，她嘴上会说着你勒到她了，让她喘不过气来了，但她的心里，一定是很开心的，嘴角也是挂着微笑的。

在这个时候，男人如果还会把她抱起来，对她来说，更像是“公主抱”的一种表现，更能让她感觉到你的力量和爱。男人千万不要以为，接吻的时候要认真吻，不要有多余的小动作，怕影响了美感、打断了情绪，在你的吻里，女人感受到更多的温暖和安全感，她不仅不会生气，反而会爱你如命。

深吻之后，再意犹未尽地亲一下

很多男人经常会想不通，为什么明明刚刚接吻的时候，她还很开心地，转脸就开始生气了，是自己哪里做得不对吗？事实上，不是你做得不对，而是她想得更多。女人在接吻这件事情上，是很感性的。之所以会生气，或者会觉得难过，往往是女人的富于联想，比如想到了“刚刚这么甜蜜，突然就冷淡了，以后怎么办？”

所以，男人不妨在深吻之后，再意犹未尽地亲她一下，不要以为女人会觉得你是多此一举，会觉得你这是太贪心了，刚刚深吻了，还要再亲一下，会生气，事实上，这其实叫爱的延续，反而会让她爱你如命。至少会给女人一种直观的感觉，你不是那种吃干抹尽转身就走的人，在欲望的源头上，是深爱。