UFO中文网

 找回密码
 注册会员

QQ登录

只需一步,快速开始

快捷导航
搜索
查看: 384|回复: 0

恒星的形成和演化之谜 恒星的生命周期大揭秘

[复制链接]
发表于 2016-8-22 21:18:50 | 显示全部楼层 |阅读模式
恒星,也就是我们所说的太阳,太阳孕育了地球上所有生命,恒星的形成是怎样的,今天科学家已经能推测到了,恒星的生命周期更是我们关注的,因为恒星死亡就代表人类的灭亡。

天上星,数不清,有的暗,有的明,有的蓝,有的红。古人认为天上有些星星的位置是恒定不变的,他们将其称之为“恒星”。今天我们知道了,其实恒星并不“永恒”,它们的年龄、位置、亮度都各有不同。那么,谁最大,谁最小?谁最热,谁最冷?谁最远,谁最近?谁最亮,谁最暗?


800px-The_life_of_Sun-like_stars.jpg


圣赫勒拿岛上的发现

在离开非洲西海岸1800千米的南大西洋的万顷碧波中,有一个名声显赫的火山岛——圣赫勒拿岛。这个只有120多平方千米的小岛之所以举世闻名,是因为它是拿破仑兵败之后的放逐地。1821年,拿破仑在这个岛上绝望地结束了自己的一生。对于天文学来讲,圣赫勒拿岛也是一个值得一提的小岛。在17世纪前,所有的天文知识都囿于北半天球。1676年11月,刚满20岁的一个英国大学生哈雷在巴黎天文台台长卡西尼的鼓励下,踌躇满志地登上了英国东印度公司的一艘海轮,来到了这个荒岛。

他在那儿建立了一个临时性的天文台,这是人类科学史上第一个位于南半球的天文台。哈雷用一年的观测,使天文学家第一次了解了全天的所有恒星。1678年哈雷回到英国,发表了他的观测结果,并编出了一本包括381颗恒星的括星表,使人们对这位青年肃然起敬,并称他为“南天的第谷”。
1718年,哈雷完成了一系列重大发现后,又继续研究星表。他把自己测出的一些恒星位置与古希腊的星表进行比较,发现不少恒星的相对位置有了改变,而且改变的方向和大小漫无规律。他在疑惑之余又与一个世纪前观测大师第谷的结果进行了对比,发现三者都不完全相同,但他与第谷的差别极微。哈雷经过仔细研究,终于大胆提出了“恒星不恒”的观点——恒星有“自行”,它们在天球上的位置在移动着,而且年代越长,移动的角距离越大。

1384408001895qeuxa.jpg

自行是恒星在垂直视线方向上的“横向”运动,科学地讲是切线方向,故称切向。很明显,人们见到的恒星切向运动不仅与这星的切向速度有关(速度越快,移动越大),也与这颗星离开观测者的距离关系极大。

我们知道,一架飞翔在高空的飞机,尽管时速可达几百、上千千米,但在人们眼里,它的切向移动还不如小鸟快,所以自行又与恒星的距离成反比。正是因为这个原因,恒星的自行都是十分微小的——一般都小于0.1’’/年,这相当于它们十年移动的角度仅仅与六千米外的一枚50分普通邮票相当!难怪在哈雷以前谁也没有想到过恒星竟然是“不恒”的!在人的一生中,恒星自行的影响一般可不予考虑,但是日积月累从历史角度来考察,却是惊人的。以北斗七星为例,它在10万年之前与10万年之后的形状就不大一样。如果当年北京猿人也画下他们所见的星图,相信到现在谁也无法辨认了。


南十字架
在南天,有一个全天最小的星座,叫南十字座,星座内的四颗星,构成一个十字架形。十字架2就是星座中最亮并且处于最南端的一等亮星。自古以来,它和邻近的南门2、马腹一等亮星,不知为多少行人和航海船只指引了方向。澳大利亚、新西兰等南半球国家的国旗,都以南十字星座为基本标志,可见它的意义的重要。

2013032975109816_410_o.jpg

恒星温度有多高

我们离太阳1.5亿公里,夏天里我们仍被它晒得酷热难忍。可见,太阳的温度一定很高。有多高呢?太阳表面的温度在6000K,也就是摄氏5000多度。钢、生铁、金的熔点(熔解时的温度)都在1400℃以下,到了1500℃时,生铁就被烧成白热状并且溅射火花;就连耐火砖到了2000℃左右也不再耐火了,而是熔解成了液态。了解了这些就能想象5000多度是多么高的温度了。然而在恒星世界里,太阳的表面温度不是最高的,就连高也谈不上,甚至是属于较低的。
所以,天文学家把它归入“冷星”之列。宇宙里有许多星的表面温度比太阳高得多,它们被称为“热星”。例如,我们十分感兴趣的织女星,表面温度有10000度左右。幸亏这位“织女”离我们很远(27光年)。否则,还没等我们一睹它的“芳容”便已全部被它化为灰烬了。但它还不是最热的星。在夜空中,能看到一些发出蓝色光的星,这几乎便是最热的星了,它们的表面温度估计在50000度以上。

但是,根据测量结果知道,中子星的表面温度可高达1500万度!这也许才是最热的星。上面只谈了恒星的表面温度。恒星内部的温度呢?当然比表面温度还要高得多。例如,太阳的温度是越靠近中心就越高。在中心处,温度约有1500万度。根据理论计算,恒星在它演化的某些阶段,中心的温度可以达到几亿度。
那么,恒星的温度是不是都这么高得吓人?太阳是不是最冷的星?还不是。太阳发出的光主要是黄光。如果把太阳移到很远的地方,我们将看到它是一颗黄色的星。所以天文学家把它叫做黄矮星。黄色恒星的表面温度在5000℃—6000℃之间。此外,我们还可以在夜空中看到一些发红光的星,例如著名的猎户座α、大火星(心宿2)都是红星。

201607131645098283354.png

红星的表面温度比黄星更低,在2600℃—4900℃之间,是更冷的星。比比谁大谁小有位作家曾写过一篇极有趣的童话故事。故事的主人公被海水漂到一个巨人国里。这位主人公的个子和我们都差不多。可是,在巨人国里的巨人们面前,他却小得像只蟋蟀。后来,他又被风浪卷到了一个小人国。这小人国里的人们在他面前就像一群蚂蚁。他只要吹一口气就可以把他们全都吹散。只有在恒星世界里,才真正存在这样的“巨人国”和“小人国”。而且,这里出现的悬殊还远远超过了这位作者的想象。十分凑巧的是,我们的太阳恰恰就是这位运气特别的主人公。

我们的地球已经是一个庞然大物,它的直径是13000公里。太阳直径是地球的109倍,也就是140万公里。这有多大呢?如果乘一架时速2000公里的超音速飞机绕它一周,需要半年时间。但是,如果和某些恒星相比,我们的太阳恰恰像是进入了巨人国。这些恒星巨人——红超巨星的直径可达太阳直径的几十倍、几百倍,甚至几千倍。例如,有名的大火星(心宿2)的直径是太阳的640倍,体积则是太阳的26000多万倍。如果把太阳放在它的中心,太阳系的成员水星、金星、地球、火星就会统统葬身在它的大腹中。大火星如此巨大,但还不是最大的。柱一这颗星还要大得多,它的直径比太阳大2000多倍,体积比太阳大90多亿倍!它可以把土星的轨道也装在肚子里,太阳系几乎要全军覆灭了!

如果把太阳放在它的旁边,就像把一粒芝麻放在一个大西瓜旁边一般。太阳并不总是这样狼狈不堪。在另外一些星星面前,它就完全成了另一副样子——神气十足,因为它这时成了非常魁梧的巨人,而那些星则成了小人国的居民。这些星被天文学家叫做矮星。例如,天上最亮的天狼星的伴星就是一颗白矮星,直径只有太阳的1/30。后来又发现了更小的星——中子星。半径只有几十公里,为太阳的十几万分之一。如果把它放在太阳的旁边,它就无异于在一个大西瓜旁的一粒细尘了。

老人星
老人星是南天船底座的α星。在全天21颗最亮的恒星中居第2位,仅次于天狼星。实际上,老人星是比天狼星发光度大得多的超巨星,只是由于它距离我们约有200光年,比天狼星要远20倍以上,因此看上去比天狼星稍暗一些。我国古代人民把老人星称为“南极老人”星或“寿星”,认为谁只要能看到它一眼,就能长命百岁。

“脸谱”泄漏天机

人云:“天上星,亮晶晶。”一般人认为所有星星都是白色的。果真如此吗?其实不然,每颗恒星都有各自不同的“脸谱”。早在汉代,我们充满智慧的祖先通过细心观察,已经把恒星分出白、赤、黄、苍、黑等八种颜色。1965年,英国的牛顿利用三棱镜发现了太阳的连续光谱,从而知道日光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等各种不同颜色的光混合而成的。1814年,德国的夫琅和费继续做太阳光谱的研究,他在一间暗室的百叶窗上开了一条狭缝,让太阳光通过狭缝照射到一块棱镜上,棱镜后面则是一架小望远镜。夫琅和费通过小望远镜,惊奇地发现太阳的“七色彩带”样的光谱中又出现了许多条暗线。经过反复计数,这样的暗线共有567条之多。

这些暗线是怎么形成的呢?有的人认为,暗线是光谱中各颜色之间的天然分界线;有的人则怀疑是仪器的故障或人的幻觉。总之,暗线形成的真正原因和性质人们始终没有搞清。经过近半个世纪的研究,暗线之谜终于解开了。原来,在太阳和恒星的深处,是高温高压气体,能发出连续光谱。它们的表面却被一层温度较低的大气包围着,当内部发出的光线穿过这些较冷大气时,这些较冷大气中的诸元素便吸收了他们各自所能发射的特有光线,使得在连续光谱中,相应波长位置处的光线减弱,形成暗线。因此,人们只要将天体的暗线光谱与各元素的特征谱线相对照,测出其波长,如果天体的光谱中存在某一元素特有波长的谱线,即可断定该天体上存在这种元素。

ac6eddc451da81cb1b39018d5266d01608243196.jpg

可见,来自遥远天空的光线,能把星辰成分的秘密泄漏给我们。光线能说出的秘密,远远不止星辰的化学成分。科学家利用光谱分析,还能让光线说出天体的大小、质量、温度、密度、磁场、距离和运动速度等极其丰富的内容。所以说,光线是一部无字天书,而光谱分析则是打开这部天书的金钥匙。它使人类在认识奥妙无穷的宇宙中向前迈进了巨大的一步!


哈佛分类法
美国哈佛天文台的皮克林对全天24万多颗恒星都拍摄了光谱,他组织了十几位终身不嫁而一心一意为天文学献身的女性,对这些恒星的光谱进行分类和研究。最后,以坎农女士的结论为准,她按照恒星的表现温度由高到低的顺序,从温度最高的O型星开始,构成了如下的序列:O-B-A-F-C-K-M。这便是非常有名的“哈佛分类法”。


遥远的“银钉”

睛夜仰望星空,只见星星有明有暗,却不觉星星有远有近,全天的星星似乎都镶嵌在同一个墨黑的天球壁上。其实恒星的距离是非常遥远的,只是用古代简陋的仪器无法正确测定。所以,在托勒密的体系里,甚至在哥白尼的体系里,都以为天上的星星是嵌在天穹上的银钉,离我们都是一样的远近。当然,在古人当中也有人猜想,不同恒星的距离是不同的,它们散布在无限的宇宙中,离我们十分遥远。

这种猜想,当然是非常大胆的,比起托勒密和哥白尼的观点,要更深入一步,然而并不完全符合实际情况。17世纪以后,在天文学中,对恒星开始了系统地观测和深入的研究,随着新发现增多,天文学家对恒星的距离有了新的认识。那位以研究哈雷彗星闻名于世的哈雷先生,根据恒星在天上的位置移动证明,这些恒星的距离是有限的,因为对于无限遥远的物体,我们不可能测定出它们在天上的位置移动。在哈雷之前,荷兰天文学家兼物理学家惠更斯,根据亮度的比较,估计天狼星的距离大约是太阳距离的2700倍。这个数值比真实的距离虽小20倍,但给人产生一个印象,就是恒星的距离是非常遥远的。

英国天文学家布拉德雷从他的观测中得出一个结论:即使最近的恒星,它们的距离也有40—50万天文单位,也就是比地球到太阳的距离(约1.5亿公里)还要远40—50万倍。在整个18世纪以及19世纪,许多天文学家都在致力于直接测定恒星的距离。第一个测定出结果的是德国天文学家白塞尔,那是1838年,他是在对天鹅座61号星的几次观测结果做了比较之后得到的,他定出这颗星的距离等于10.4光年,约等于104万亿公里。

用地球上的尺度来测量,这是一个巨大的数值。假如有一天你高兴,想乘宇宙飞船到这颗恒星上旅行,而且这架飞船的速度是42公里/秒,你猜,要经过多少年才能到达呢?不多不少,大约7100年!
当你知道这个数字时,肯定是要大为扫兴的!这颗恒星还是离我们比较近的呢,至于更遥远的恒星,那就不仅仅是望尘莫及,实在是更让人望而却步了!

到恒星去旅行

宇宙里的恒星虽然为数极多,但一个个都离我们十分遥远。尽管人类已经有能力谈论去木星、土星那里“观光”的问题,但是,我们何年何月有可能去“拜访”一下恒星,却还没人敢谈论一句。就算我们制成了接近光速的光子火箭,然而到织女星上去一趟,来回也需60年。这样的旅行,时间岂不是太长了吗?的确,宇宙无限,生命有限。怎么才能解决这个问题呢?根据爱因斯坦的理论,如果宇宙航行员离开地球后,以接近光的速度飞行,他们的时间将比我们的时间慢得多。

他们到达一个遥远的目的地,然后返回时,也许觉得只花了几个星期。可是在地球上,可能已经渡过了几个世纪。如果在运动中的时间确实变慢了,那么一个人就有可能在自己的一生中,到遥远的星球上去旅行,不过他们得向他那一代人以及他们所知道的那个世界告别,因为等他返回时已经是未来的世界了。我们又想起了一个有趣的记载,它提供了解决时间流逝问题的另一途径,有了这种方法,人的生命不仅足以到织女星上去旅行,还可以到更远的恒星上去观光呢!这个方法,就是“生命的冻结”。把宇宙航行员冰冻起来,装在飞船里“储存”,飞船完全由自动装置驾驶,到达目的地后,自动装置使人苏醒,从事各种考察。考察完毕,再用这种生命储存的方法飞回来。

这并非纯属空想,自然界里就有类似的事情。几十年前,一支北极探险队在冰雪覆盖的北极圈里,生起篝火宿营,发现冻死在冰上的鱼在篝火的温暖下翻滚跳跃,竟然复活了。我国科学家也曾作过冰冻对虾复活的实验,方法是把对虾放在冰箱里,急速冻结,以保证对虾细胞组织不受损害,数星期后再将对虾浸入一定浓度和温度的食盐水中,对虾竟渐渐蠕动,舞摇长须,弹划水流,悠然自得地游了起来。这些小动物冻结复苏的实验,为“生命储存”提供了理论上的支持。说明用冰冻之法“储存生命”,并不是不可能的,人们正在这条道路上探索。也许有一天,我们将欢送“冰冻人”到遥远的恒星上去远征呢。


怪星之谜

20世纪30年代,天文学家在观测星空时发现了一种奇怪的天体,经过对它的光谱进行分析表明,它既是“冷”的,只有23千度;同时又是十分热的,达到几万度。也就是说,冷热共生在一个天体上。1941年,天文学界把它定名为“共生星”。它是一种同时兼有冷星光谱特征(低温吸收线)和高温发射星云光谱(高温发射线)的复合光谱的特殊天体,几十年来已经发现了约100个这种怪星,许多天文学家为解开怪星之谜耗费了毕生精力。半个世纪过去了,它的谜底仍未完全揭开。最初,一些天文学家提出了“单星”说,认为这种共生星中心是一个属于红巨星之类的冷星,周围有一层高温星云包。可是星云包层的高温从何而来呢?

t01f5d6087e45eb0f14.jpg

人们却无法解释。也有人提出了“双星说”,认为共生星是由一个冷的红巨星和一个热的矮星(密度大而体积相对较小的恒星)组成的双星。但是,当时光学观测所能达到的分辨率不算太高,其他观测手段尚未发展起来,人们通过光学观测和红外测量测不出双星绕共同质心旋转的现象,而这是确定是否为双星的最基本特征之一。

现在,观测手段有了很大发展,大多数天文学家都认为,共生星可能是由一个低温的红巨星或红起巨星和一个具有极高温度的看不见的极小的热星以及环绕在它们周围的公共热星云包层组成、它是一种处于恒星演化晚期阶段的天体。但迄今为止,也没能观测到共生星中的热星,科学家只不过是根据激发星云中的高温间接推出热星的存在,从理论上判断,它是表面温度高达几十万度的矮星。揭开共生星之谜,对恒星物理和恒星演化的研究都有重要的意义,但要彻底揭开这个谜看来还需要付出许多艰辛的努力。

恒星特爱拉帮结派

人们一般喜欢结伴,尤其是出远门的时候,不是有句俗话叫“人多势众”吗?殊不知,天上的星星也有这种“爱好”。古时候人们就发现北斗七星中的开阳星旁边还有一颗小星——辅,并把它当做“视力表”检验人们的眼力。天文望远镜发明之后,不仅扩展了人们的视力,使人们看到了肉眼看不到的暗天体和暗天象,而且提高了分辨能力,让人们看到天体和天象的细节。威廉·赫歇尔在发现天王星的第2年(1782年),根据多年的观测发表了第一个“双星表”,开列了284对双星,后来他又补充了564对双星。目前,双星队伍已扩大到了64247对。天文学家巡视星空还发现有些三五成群聚在一起的聚星。


据统计,在太阳周围20光年内共有恒星72颗,其中有19颗是双星、3颗是三合星,1颗是四合星,只有49颗是“单身汉”。从更大的范围看,单星的比例也不占优势。天体也经常欺骗我们,在双星中有一些是“假冒”的,它们的相近只是看起来方向一致,实际上并无联系,这样的双星称为光学双星。真正的双星是按照牛顿万有引力定律,绕着它们共同的质心旋转的,称为物理双星。当代天文学家最感兴趣的是由一颗红巨星和一颗白矮星组成的双星、由一颗红巨星和一颗中子星组成的双星以及由一颗蓝巨星和一个黑洞组成的双星。这类双星常常是新星爆发、超新星爆发、X射线爆发等引人注目的“动态”宇宙现象的发生地。



恒星的生命周期

宇宙间的万物都在运动、发展和不断变化,作为宇宙的成员,恒星也在不断演化,有其出生、成长、成熟、衰老和死亡的过程。但是恒星的一生那样漫长,要经历几千万年、几亿年,甚至100亿年以上。相对恒星漫长的演化岁月,人的一生只是微不足道的一瞬,那么,科学家怎样去了解恒星的一生呢?恒星从生到死要经过哪些演变过程呢?


恒星也有生命吗?它们会不会衰老、死亡?我们的太阳有多大年龄?它还能活多久?这些问题,也是天文学里的百年不解之谜。从形成到衰亡,就是恒星的一生。恒星的一生有多长?一般都在1亿年以上,与此相对照,人类的历史才不过几千年。即使人类从第一天就开始研究恒星的一生,这几千年时间也是短得十分可怜的。

这就相当于要你只用5分钟的时间去弄清楚人的一生中的生命过程。你能做到吗?对此,可以做出两种截然相反的回答:“不能”,“能”。为什么“不能”?假定你在这5分钟的时间里只有机会观测一个人(并且还要假定他不说话,因为恒星是不会说话的),于是便只能知道他这5分钟内的短暂过程,而对他的过去、未来则一无所知。为什么“能”?假定你在这5分钟的时间里能看到的不止是一个人,而是包括各种不同年龄的许多人,尽管他们仍然都是一言不发,你却可以从各种不同的人的身上看到,一个人的生命过程是怎样演变的——从呱呱坠地到老年,以至最后寿终正寝。

u=4050393113,2248686019&fm=21&gp=0.jpg

天文学家从大量的观测、研究中发现,在纷繁的恒星社会里,竟然存在着同人类社会惊人类似的地方:既有孕育待产的“胚胎”,极富生命力的“儿童”,又有朝气蓬勃的“青年”和年富力强的“中年”,还有老态龙钟的“寿星”,并且最后每颗恒星都将无一例外地结束自己的生命。一句话,每颗恒星都将经历从诞生到衰亡的漫长的演化过程。

“呱呱坠地”的恒星

在人类社会里,每天都有一些人死去,另一些人则哭喊着降生人间,还有一些则仍在母腹中躁动。人类社会就这样地绵延不断。那么,恒星从何而来,由什么组成,它是怎样形成的?关于恒星的起源,目前大多数科学家倾向于接受下面的说法。在恒星形成之前,宇宙空间里弥散着尘埃和气体。它们的密度并不均匀。于是,密度大的地方尘埃和气体就不断吸引周围的尘埃和气体,逐渐形成了星云。在自身引力的作用下,星云开始向中心收缩。

在收缩过程中,引力势能不断减少。这些减少了的引力势能并没有消灭,一部分转化成热能,使星云内部的温度不断升高,另一部分则转化为辐射能,以光和其他电磁波的形式向外辐射。如果你接通一个电炉的电源,经过一段时间,你就可以开始感觉它在发热,这说明它在向外辐射红外线。再过一段时间,你可以看到电炉丝被烧红了,这说明它不仅辐射红外线,还辐射红光。

星云收缩到一定时候,就与此类似,开始向外界较大量地辐射红光或红外线。这时,恒星就算形成了。在它发射较强大的红外线的时候,我们称它为红外星。在它发出红光的时候,它就成为我们通常用肉眼或望远镜能看到的红色的星了。到现在为止,星云温度的升高和向外界不断辐射的能量,其能量来源主要是靠引力收缩。但是,引力收缩会产生越来越大的内部压力,使收缩的过程逐渐缓慢下来。一旦内部压力能与收缩相抗衡,收缩便停止了。

所以,引力收缩的能源并不十分丰富。在恒星的一生中,收缩阶段的长短各不相同,甚至相差很远。其中,短的只有几十万年,长的则可达几百万年,最长的甚至可以达到4亿年。这些差别是由星云的质量不同所造成的。质量大的星云引力十分强大,所以收缩得很快,不用很长时间就可使温度升得很高,成为辐射红外线或红光的早期恒星,质量小的星云则相反,引力弱,收缩慢,所以要成为红外星或红星就需要漫长得多的过程。


发现原恒星
最近,通过红外方法观测到在猎户星云的星际气体和尘埃物质之中有大量密集的蓝色高光度的年轻星,在那里发现了一个直径约为太阳的1500倍的发出强红外辐射的“婴儿星”——原恒星,并发现在人马座星云后面隐藏的一片厚尘星云之中有新生的恒星刚刚诞生,这些刚刚涎生、开始闪烁发光的星就是原恒星。


恒星如何步入壮年

在恒星的早期演化阶段,由于内部压力不能同引力收缩相抗衡,所以收缩一直在继续。这样,就使恒星内部的温度继续不断地升高,恒星的颜色也逐渐由红色变为黄色或白色。当恒星中心的温度升高到700万度以上时,就开始发生热核反应。这个转变是恒星一生中的转折点,此时恒星的早期演化阶段宣告结束。

从此,恒星进入漫长而稳定的中期演化阶段。原子和原子核物理学的研究告诉我们,在很高的温度(700万度以上)下,在经过相互碰撞之后,4个氢原子核就可以结合成1个氦原子核。这样的过程称为核聚变。核聚变能够产生巨大的能量。这个能量的大小是按爱因斯坦的质量——能量关系式来计算的。

当恒星内部有l克的氢聚变成氦时,质量会亏损0.0069克,要和这0.0069克的质量亏损相当,就要释放出l500亿卡的能量。这个能量有多大呢?太阳从诞生到今天已有50亿年,假定在这50亿年中太阳一直是按目前这样的功率辐射能量,那么,太阳的每l克质量在这漫长的时间里总共辐射了45亿卡能量,只是上述l500亿卡的几十分之一。

所以,到了这时,恒星内部就成了一个巨大的核反应堆,每秒钟都产生着巨大的能量。这些能量的一部分便以光和热的方式向外界辐射,另一部分则使恒星内部的温度继续升高。当恒星内部的温度升高到1千多万度时,热和光所产生的辐射压力就大到可以同引力收缩相抗衡。
于是,恒星的收缩就停止了,恒星进入了稳定燃烧的时期。在这个时期里,恒星的能量全部是由热核反应提供的。已经查明,所有的恒星都是气态的。恒星在开始热核反应而进入中期演化阶段的时候,含有非常丰富的氢(占90%)。氢核聚变为氦核所造成的质量亏损是非常小的,对恒星的总质量影响非常小。

例如,按目前辐射能量的功率计算,太阳在100亿年的氢核—氦核聚变过程中,质量只损失0.06%。这几乎就像一个体重50千克的人,在一生当中体重只减少了0.6两,真是微乎其微。因此,恒星在开始热核反应之后,就变得十分地稳定(和过去相比较),并且可以不慌不忙地在那里燃烧很久很久。
在这个时期,恒星以相当稳定的功率经久不衰地向外辐射能量。我们的太阳正处在这个时期。地球上地质方面的资料表明,太阳发出的热量(功率)几十亿年来没有明显的变化,表现得相当稳定。

类星体
天文学家在20世纪60年代初发现了一种奇异的天体。他们在天文照相底片上是一个光点,看起来像恒星,也有的像星云或星系。但是,它们的性质却与恒星、星云都大不相同。鉴于它们貌似恒星、星云而实际上并不是恒星、星云,所以天文学家便把这类似星非星的天体称为类星体。目前认为类星体是星系一级的天体。


苟延残喘的恒星

随着热核聚变继续不断地进行,恒星中的氢将逐渐减少,氦则逐渐增加。当氢和氦的含量之比下降到某个临界值以后,恒星就开始发生又一次新的巨大的变化:体积膨胀,从而开始冷却。以后,有的恒星就变成一种脉动变星而继续存在几百万年,另一些恒星则比较平稳地继续膨胀,一直到体积十分庞大,物质(至少外围部分)十分稀薄为止,到这时它就变成了一颗红巨星,进入了恒星演化的后期。顾名思义,红巨星就是红色的巨星。
“红”,是指它的颜色偏红,这说明它表面的温度不高,大约只有3000摄氏度左右;“巨”,说明它的个子很大。有人说,红巨星是恒星中的巨人。这句话一点也不假。它到底有多大呢?

如果用一个篮球来代表红巨星的大小的话,那么我们的太阳与之相比,大约只有一颗绿豆那么大。在完全进入红巨星阶段以后,恒星核心的氢已消耗殆尽。在核心部分,氦越来越多,使得核心的质量不断增加。于是,核心部分又开始引力收缩,使核心的温度继续升高。当核心的温度达到l.4亿度(约等于太阳中心目前温度的10倍)时,就开始产生一种新的热核反应:3个氦原子核聚变为1个碳原子核,同时释放出能量,使恒星继续变热。氦聚变所能提供的能量比氢聚变的少得多,只是它的9%。

所以,氦聚变已经不能继续维持恒星在氢聚变时代那种显赫的场面。在氦聚变以后,所产生的碳原子核还可以在一定的条件下聚变为更复杂的原子核。这样一步一步的核聚变可能继续进行下去,最后变成铁原子核。在这些核反应过程中,都有能量释放出来。但是,释放的能量都比氢聚变小得多。
可以计算出来,从氦核聚变为碳核开始,一直到聚变为铁原子核时止,总共释放的能量,只有氢-氦聚变所释放能量的22%。就是说,当一颗恒星的氢消耗殆尽之时,它的生命已经消耗了5/6,恒星这时已是风烛残年了。从此,恒星就苟延残喘,逐步走向衰亡了。

可怕的重量天狼星
有一颗白矮星伴星,直径是地球的2倍,却比地球重30万倍。如果有一块长、宽、高都等于1厘米的物质落到了地球表面上,它的重量就是11.6吨,它对支撑物产生的压强是11.6吨/平方厘米!面对如此巨大的压强,我们将束手无策。因为在地球上找不到任何一种材料来支承它,我们只能眼睁睁地看着它如入无物之境,穿透一切妨碍它下落的物体,穿透地壳,直向地球中心落去。


恒星中的小矮子

恒星中有许多矮子,它们的个头一般比地球要小,有的甚至比月球还要小,它们的颜色发白,所以人们称它们为白矮星。白矮星是在恒星演化到晚年时才形成的。在恒星的一系列核反应停止或接近尾声之时,恒星外层的物质挡不住中心的引力而发生收缩,直到与引力势均力敌,收缩才停止,白矮星便形成了。

收缩过程中释放出很大的能量使白矮星白热化,表面温度能高达1万摄氏度以上。这就是白矮星发白光的原因。白矮星虽“矮”,却重得惊人。一颗和地球一样大的白矮星有太阳那么重。一般白矮星比地球要重几十万倍乃至几百万倍。我们来设想一下,这样大的密度会创造出什么样的奇迹?设想有一个白矮星,体积和地球的相同,而密度为11.6吨/立方厘米。我们知道地球的平均密度是5.53克/立方厘米,地面附近的重力加速度是9.8米/秒。

那么,这颗白矮星的质量是地球的2×106倍,即200万倍,在它表面附近的重力加速度就是地球的200万倍。如果有一个人在地球上的体重是60千克,那么,万一他落到了这颗白矮星的表面上,他的体重就要增大200万倍,变成12万吨重!即使他是钢筋铁骨,也会被自己的体重(实际上是白矮星对他的引力)压成一张薄饼!白矮星怎么会有这么大的密度呢?这是因为它是由特殊材料构成的。我们知道,物质是由原子构成的,原子本身像一个空虚的气球,它的大部分质量都集中在只有整个原子体积的近亿亿分之一大小的原子核上。原子就像包着一粒小铁蛋的大气球。所以,一般的物体中,无数原子核之间并不紧挨在一起,而是有很大的空间,它们是分散的。

但是,在白矮星这种特殊的星球内部,却存在着令人难以想象的高压,原子的外壳被挤破了,原子核和绕核运转的电子被挤成一团,原子核之间不再是分散的,而是排列得紧紧的。这就使得整个星球的体积大大缩小,而重量却不减少,它的密度就变得特别高。可见白矮星并不是长不大的恒星,而是“压缩”了的恒星。


可怕的“魔鬼”

小朋友们可能知道,地球上的万事万物基本上都由原子构成。原子又是由什么构成的呢?原来,在原子的中心,是一个由带正电的质子和不带电的中子组成的原子核,带负电的电子在核外围绕原子核飞速旋转,就有点像八大行星围绕太阳旋转一样。那么,你有没有听说过,在宇宙中存在一种完全由中子构成的恒星呢?这种恒星内部的压力大得惊人,以至于原子都被压碎了,电子也被紧紧压进了原子核里,和质子中和,变成中子。
以氧为例,氧原子外围有8个电子,核内有8个质子和8个中子,所以氧原子核的质量是其电子质量的29000多倍。但原子核的体积很小,只有整个原子的十亿分之一。如果原子像个直径1米的圆球,那原子核只有菜籽那么大。

但是,电子的壳层十分牢固,任你重锤猛敲,火烧冰冻,都无法破坏它。20世纪30年代时科学家认为,宇宙间有各种特殊条件,由于某种极大的压力,使原子的电子壳层被压碎,本来在外围高速运动的电子被压进了原子核内,带负电的电子与带正电的质子就会吸在一起,电荷抵消而变成中子,这样便形成了全部由中子组成的“中子星”。可想而知,中子星的密度将大得不可思议!它表面水滴大小的物质大约重10万吨,需要足足10艘万吨轮一起拖才能拖得动!

设想有l立方厘米的中子星物质来到了地球上(这实际上是绝对不可能的),别看它只有那么一丁点儿大,但却具有l亿吨的质量。这样大的质量会像一个魔鬼一样对它附近的一切物体产生很强的万有引力。如果有一个体重70千克的人不小心走近了它,立即就会大难临头。首先假定这个人离这个“魔鬼”还不十分近:0.3米。那么,这个“魔鬼”就以520牛顿的引力拉他,这个力几乎等于他自身的体重,他是无法抗拒的。想一想,一个人从屋顶失足落下时,他所受到的地球引力和这相当,他能抗拒这个力而不下落吗?他只会被这个力拉得更拢。随着距离减小,这个力会越来越大。当相距0.2米时,这个力将达到1200牛顿。当距离0.1米时,这个力将达到4700牛顿。所以,只要他一旦靠近这个“魔鬼”就只能束手就绍,乘乖地让这“魔鬼”抓住,再也别想逃脱。

奇异的“小绿人”

1967年7月,英国剑桥大学射电天文台专门设计制造的一架新型射电望远镜开始投入观测。它的观测结果都自动记录在一盘盘的纸带上,一天下来,得到的纸带有30多米长。一天,休伊什教授在分析这些资料时发现,其中似乎有一个神秘的射电源,每到子夜时便会发光闪烁,而分析表明,子夜时仪器正对着狐狸座的上方,这种闪烁表现为一个个有规则、有周期的脉冲。这是什么引起的呢?显然不是太阳,因为子夜时太阳在地球的“下面”。

是人类自己造成的无线电干扰吗?也不像,因为它来自固定的天区——狐狸座。休伊什不禁怦然心动,他想到了科幻小说中的“宇宙人”,或许这是他们正在向茫茫太空中发出找寻知音的讯号?这种周期准确、强度变化的讯号难道正是它们的电码?这时,休伊什刚读到一本引人入胜的描写“宇宙小绿人”的科幻小说,在宇宙深处某个遥远的星球上,有着一个极其繁荣发达的文明社会。由于这个星球强大的引力作用,那儿的居民怎么也长不高。因为科学技术太先进了,那儿的人不必劳动,四肢也退化了,惟有发达的大脑。他们也不要吃东西,因为他们那绿色的皮肤可以像植物那样进行光合作用……当然他们也在努力寻找其他的星球。


于是,休伊什把这个神秘射电流记为“LGM”,LGM正是小绿人(little green man)的缩写。他也确实花了一番工夫来研究这些“密码”,企图破译“小绿人”呼叫的具体内容……随后,有关这种奇特脉冲的发现纷至沓来,到1968年1月,已查明会发出这种令人费解的“密电码”的射电源有4个!哪会有这么多的“宇宙小绿人”同时向我们呼叫?而且它们正好不约而同地使用同一“电台”的频率(81兆赫或波长3.7米)?于是科学家相信,这是一种以前不知道的射电脉冲星,简称脉冲星。

经过几年研究,人们终于相信,脉冲星不是什么“怪物”,而是人们还未见过面的老朋友。早在20世纪30年代时,一些核物理学家就预言,宇宙中可能存在着全部由中子组成的“中子星”。中子星旋转的同时,从它的两个磁极各发出一束电波。每当波束扫过地球时,我们探测到一次射电波脉冲,就像灯塔的灯光一样。旋转着的中子星逐渐散尽了它的能量并慢下来,几百万年后它就慢得发不出射电波并逐渐消失了。

形形色色的脉冲星

自从1967年发现第一颗脉冲星以来,天文学家已经发现1000多颗脉冲星。最快的脉冲星发出的脉冲为624次/秒,而最慢的脉冲为每5.1秒一次,多数脉冲星位于我们银河系,但也有很多在球状星团中发现。麦格内塔星是新发现的一颗有着更强烈磁场的中子星。他们可能与太空中的一些神秘伽马射线的爆发有关。

您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册会员

本版积分规则


快速回复 返回顶部 返回列表