恒星三大经典问题或者三国之枪王横行

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E.E.Barnard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:10.3847/2041-8213/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:2006.04309，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:2006.04168，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:2006.13410, 作者：张超，任志远, 吴京文等

参考文献：

Alves, J.F., Lada, C.J., & Lada, E.A. Internal structure of a cold dark molecular cloud inferred from the extinction of background starlight. 2001, nature, 409, 159

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

Barnard E.E. 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, E.E. 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, Y.S., et al. Independent Core Rotation in Massive Filaments in Orion. 2020, ApJL, 894, L20

Xu, X., Li, D., Dai, Y.S., et al. Rotation of Two Micron All Sky Survey Clumps in Molecular Clouds. 2020, ApJ, arXiv:2006.04309

Yue, N., Li, D., Zhang, Q., et al. Resolution-dependent Subsonic Non-thermal Line Dispersion Revealed by ALMA, 2020, accepted by RAA, arXiv:2006.04168

Zuo P., Li D., Peek J.E. 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。

作为80后一代中的一员，见证了一些经典游戏的兴衰，也曾痴迷过那些现在看来单调的单机以及邀兄弟一起血战沙城的传奇。今天伴随着几本书来回忆我们所玩过的经典游戏，惦念我们逝去的青春。

《无敌黑枪》：作者边城浪子内容简介：因为在山上没摸过枪叶爽只是身体灵活 就像一个在深山中的猴子一样。不管是战斗还是日常生活他的身手都是走敏捷型的。 看到后面叶爽师傅那段你就知道了。他师傅武功很高。喜欢跟叶爽动手。叶爽肯定不行啊。敏捷的身手就是这样练出来的。神经枪是他的兄弟。在叶爽困难的时候帮助叶爽。后来落难了叶爽又帮助神经枪重回巅峰。

个人推荐：书中两个主角叶爽与神经枪，看简介大概能看出一些东西，算是一本爽文，很多地方是有一些小白的程度，但相比不少网游类作品还是不错的，且看叶爽怎么样疯疯癫癫的创出自己的一片天下，成为一代黑枪王。推荐指数3颗星。

《机械主宰》作者突然光和热内容简介：未来世界异兽横行，人类不再是世界的主宰。这一天，一名来自过去身怀《地下城与勇士》神枪手技能的年轻人来到了这个世界。

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《魔兽多塔之异界风云》作者蚕茧里的牛内容简介：“想合成魔龙之心吗？想合成圣剑吗？想合成辉耀吗？” “不需要任何手工费，材料准备双份就行了。” “合成之后，一个给你，一个给我。” “什么，说我黑？” “靠，不想合拉倒，有本事，你找别人去。” 顾南升在玩魔兽dota的时候，在npc哪里买到了一颗紫色的极限法球，于是他穿越到了多塔的世界。 在这颗神秘紫色极限法球的帮助下，他拔出了霜之哀伤，并成为了一名尊贵的附魔师。 打怪升级，合成物品，打造装备。 还有与秀逗魔导士不得不说的故事……

个人推荐：这是憨憨高中大学时期风靡的竞技类游戏，像魔兽世界，3c，dota都是当时比较风靡的竞技类网游，经常和大学同学通宵大战的最多的就是dota，那些一个个熟悉的英雄仿若就在眼前，本书以穿越游戏世界以主线，带领着读者走进那些曾经让人难忘的经典，在主角的世界里熟悉而又陌生的人物，一件件耳熟能详的装备名称，且看我们的主角如何在魔兽异界叱咤风云。推荐指数3颗星。

《法师传奇》：作者麻烦内容简介：没有穿越，也不重生，既不是传统的网游争霸，也不是无敌的游戏高手，没有数不清的白痴美女，也没有搞不到当种马的资金，这故事只是笔者当年好几年传奇的亲身经历，一个普通人玩传奇的美好回忆，纪念那时日PK的狂热、打到装备的兴奋、和因为传奇而联系到一起的友情！一款曾经疯狂的网络游戏，让无数网者沉迷，仅献给对当年的传奇有着无限回忆的兄弟姐妹们！

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《嗜血神灵》：作者萨满的迷茫内容简介：这是一部震撼人心的情感励志大作，全书完美的将108个DotA英雄融合在一起，给冰冷的DotA人物赋予灵魂，其人物形象饱满，性格真实，跃然纸上。场景描写具有热血动漫的画面感，心理描写拿捏精准，代入感十足。 三次波澜壮阔的亡灵战争史，酣畅淋漓的英雄决战阅读起来更是有一种电影大片级享受。穿插在一系列大战中的是让人肝肠寸断的情爱抉择，作者对人心，人性的把握举重若轻，恰到好处，勾起无数读者的甜涩回忆和纯情向往。对于友情，团队合作的诠释本书也是别具一格。在引人入胜的情节背后充分体现了在逆境中，兄弟之间互帮互助，风雨同舟的万丈豪情。

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还有多少老书虫经历过那个cs1.5局域网，红警多人联机到后面的热血传奇、星际争霸、魔兽游戏的年代，满满的青春与回忆，回忆的不是那些游戏的本身，更多的却是逝去的、难忘的、有趣的人与事。