所謂天上的星星,除了太陽(yáng)系內(nèi)的星星是行星之外~可見(jiàn)的基本都是恒星
先說(shuō)宇宙的產(chǎn)生：
宇宙的起源
宇宙是廣漠空間和其中存在的各種天體以及彌漫物質(zhì)的總稱. 宇宙是物質(zhì)世界,它處于不斷的運(yùn)動(dòng)和發(fā)展中.
《淮南子.原道訓(xùn)》注：“四方上下曰宇,古往今來(lái)曰宙,以喻天地.”即宇宙是天地萬(wàn)物的總稱.
千百年來(lái),科學(xué)家們一直在探尋宇宙是什么時(shí)候、如何形成的.直到今天,科學(xué)家們才確信,宇宙是由大約150億年前發(fā)生的一次大爆炸形成的.
在爆炸發(fā)生之前,宇宙內(nèi)的所存物質(zhì)和能量都聚集到了一起,并濃縮成很小的體積,溫度極高,密度極大,之后發(fā)生了大爆炸.
大爆炸使物質(zhì)四散出擊,宇宙空間不斷膨脹,溫度也相應(yīng)下降,后來(lái)相繼出現(xiàn)在宇宙中的所有星系、恒星、行星乃至生命,都是在這種不斷膨脹冷卻的過(guò)程中逐漸形成的.
然而,大爆炸而產(chǎn)生宇宙的理論尚不能確切地解釋,“在所存物質(zhì)和能量聚集在一點(diǎn)上”之前到底存在著什么東西?
“大爆炸理論”是伽莫夫于1946年創(chuàng)建的.它是現(xiàn)代宇宙系中最有影響的一種學(xué)說(shuō),又稱大爆炸宇宙學(xué).與其他宇宙模型相比,它能說(shuō)明較多的觀測(cè)事實(shí).它的主要觀點(diǎn)是認(rèn)為我們的宇宙曾有一段從熱到冷的演化史.在這個(gè)時(shí)期里,宇宙體系并不是靜止的,而是在不斷地膨脹,使物質(zhì)密度從密到稀地演化.這一從熱到冷、從密到稀的過(guò)程如同一次規(guī)模巨大的爆發(fā).
根據(jù)大爆炸宇宙學(xué)的觀點(diǎn),大爆炸的整個(gè)過(guò)程是：在宇宙的早期,溫度極高,在100億度以上.物質(zhì)密度也相當(dāng)大,整個(gè)宇宙體系達(dá)到平衡.宇宙間只有中子、質(zhì)子、電子、光子和中微子等一些基本粒子形態(tài)的物質(zhì).但是因?yàn)檎麄€(gè)體系在不斷膨脹,結(jié)果溫度很快下降.當(dāng)溫度降到10億度左右時(shí),中子開(kāi)始失去自由存在的條件,它要么發(fā)生衰變,要么與質(zhì)子結(jié)合成重氫、氦等元素；化學(xué)元素就是從這一時(shí)期開(kāi)始形成的.溫度進(jìn)一步下降到100萬(wàn)度后,早期形成化學(xué)元素的過(guò)程結(jié)束.
宇宙間的物質(zhì)主要是質(zhì)子、電子、光子和一些比較輕的原子核.當(dāng)溫度降到幾千度時(shí),輻射減退,宇宙間主要是氣態(tài)物質(zhì),氣體逐漸凝聚成氣云,再進(jìn)一步形成各種各樣的恒星體系,成為我們今天看到的宇宙.
在來(lái)說(shuō)恒星是個(gè)什么東東：
恒星的誕生
在星際空間普遍存在著極其稀薄的物質(zhì),主要由氣體和塵埃構(gòu)成.它們的溫度約10～100K,密度約10-24～10-23g/cm3,相當(dāng)于1cm3中有1～10個(gè)氫原子.星際物質(zhì)在空間的分布并不是均勻的,通常是成塊地出現(xiàn),形成彌漫的星云.星云里3/4質(zhì)量的物質(zhì)是氫,處于電中性或電離態(tài),其余約?是氦以及極少數(shù)比氦更重的元素.在星云的某些區(qū)域還存在氣態(tài)化合物分子,如氫分子、一氧化碳分子等.如果星云里包含的物質(zhì)足夠多,那么它在動(dòng)力學(xué)上就是不穩(wěn)定的.在外界擾動(dòng)的影響下,星云會(huì)向內(nèi)收縮并分裂成較小的團(tuán)塊,經(jīng)過(guò)多次的分裂和收縮,逐漸在團(tuán)塊中心形成了致密的核.當(dāng)核區(qū)的溫度升高到氫核聚變反應(yīng)可以進(jìn)行時(shí),一顆新恒星就誕生了.'
主序星
恒星以內(nèi)部氫核聚變?yōu)橹饕茉吹陌l(fā)展階段就是恒星的主序階段.處于主序階段的恒星稱為主序星.主序階段是恒星的青壯年期,恒星在這一階段停留的時(shí)間占整個(gè)壽命的90%以上.這是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的階段,向外膨脹和向內(nèi)收縮的兩種力大致平衡,恒星基本上不收縮也不膨脹.恒星停留在主序階段的時(shí)間隨著質(zhì)量的不同而相差很多.質(zhì)量越大,光度越大,能量消耗也越快,停留在主序階段的時(shí)間就越短.例如：質(zhì)量等于太陽(yáng)質(zhì)量的15倍、5倍、1倍、0.2倍的恒星,處于主序階段的時(shí)間分別為一千萬(wàn)年、七千萬(wàn)年、一百億年和一萬(wàn)億年.
目前的太陽(yáng)也是一顆主序星.太陽(yáng)現(xiàn)在的年齡為46億多年,它的主序階段已過(guò)去了約一半的時(shí)間,還要50億年才會(huì)轉(zhuǎn)到另一個(gè)演化階段.與其他恒星相比,太陽(yáng)的質(zhì)量、溫度和光度都大概居中,是一顆相當(dāng)?shù)湫偷闹餍蛐?主序星的很多性質(zhì)可以從研究太陽(yáng)得出,恒星研究的某些結(jié)果也可以用來(lái)了解太陽(yáng)的某些性質(zhì).
紅巨星與紅超巨星
當(dāng)恒星中心區(qū)的氫消耗殆盡形成由氦構(gòu)成的核球之后,氫聚變的熱核反應(yīng)就無(wú)法在中心區(qū)繼續(xù).這時(shí)引力重壓沒(méi)有輻射壓來(lái)平衡,星體中心區(qū)就要被壓縮,溫度會(huì)急劇上升.中心氦核球溫度升高后使緊貼它的那一層氫氦混合氣體受熱達(dá)到引發(fā)氫聚變的溫度,熱核反應(yīng)重新開(kāi)始.如此氦球逐漸增大,氫燃燒層也跟著向外擴(kuò)展,使星體外層物質(zhì)受熱膨脹起來(lái)向紅巨星或紅超巨星轉(zhuǎn)化.轉(zhuǎn)化期間,氫燃燒層產(chǎn)生的能量可能比主序星時(shí)期還要多,但星體表面溫度不僅不升高反而會(huì)下降.其原因在于：外層膨脹后受到的內(nèi)聚引力減小,即使溫度降低,其膨脹壓力仍然可抗衡或超過(guò)引力,此時(shí)星體半徑和表面積增大的程度超過(guò)產(chǎn)能率的增長(zhǎng),因此總光度雖可能增長(zhǎng),表面溫度卻會(huì)下降.質(zhì)量高于4倍太陽(yáng)質(zhì)量的大恒星在氦核外重新引發(fā)氫聚變時(shí),核外放出來(lái)的能量未明顯增加,但半徑卻增大了好多倍,因此表面溫度由幾萬(wàn)開(kāi)降到三、四千開(kāi),成為紅超巨星.質(zhì)量低于4倍太陽(yáng)質(zhì)量的中小恒星進(jìn)入紅巨星階段時(shí)表面溫度下降,光度卻急劇增加,這是因?yàn)樗鼈兺鈱优蛎浰馁M(fèi)的能量較少而產(chǎn)能較多.
預(yù)計(jì)太陽(yáng)在紅巨星階段將大約停留10億年時(shí)間,光度將升高到今天的好幾十倍.到那時(shí)侯,地面的溫度將升高到今天的兩三倍,北溫帶夏季最高溫度將接近100℃.
大質(zhì)量恒星的死亡
大質(zhì)量恒星經(jīng)過(guò)一系列核反應(yīng)后,形成重元素在內(nèi)、輕元素在外的洋蔥狀結(jié)構(gòu),其核心主要由鐵核構(gòu)成.此后的核反應(yīng)無(wú)法提供恒星的能源,鐵核開(kāi)始向內(nèi)坍塌,而外層星體則被炸裂向外拋射.爆發(fā)時(shí)光度可能突增到太陽(yáng)光度的上百億倍,甚至達(dá)到整個(gè)銀河系的總光度,這種爆發(fā)叫做超新星爆發(fā).超新星爆發(fā)后,恒星的外層解體為向外膨脹的星云,中心遺留一顆高密天體.
金牛座里著名的蟹狀星云就是公元1054年超新星爆發(fā)的遺跡.超新星爆發(fā)的時(shí)間雖短不及1秒,瞬時(shí)溫度卻高達(dá)萬(wàn)億K,其影響更是巨大.超新星爆發(fā)對(duì)于星際物質(zhì)的化學(xué)成分有關(guān)鍵影響,這些物質(zhì)又是建造下一代恒星的原材料.
超新星爆發(fā)時(shí),爆發(fā)與坍塌同時(shí)進(jìn)行,坍塌作用使核心處的物質(zhì)壓縮得更為密實(shí).理論分析證明,電子簡(jiǎn)并態(tài)不足以抗住大坍塌和大爆炸的異常高壓,處在這么巨大壓力下的物質(zhì),電子都被擠壓到與質(zhì)子結(jié)合成為中子簡(jiǎn)并態(tài),密度達(dá)到10億噸/立方厘米.由這種物質(zhì)構(gòu)成的天體叫做中子星.一顆與太陽(yáng)質(zhì)量相同的中子星半徑只有大約10千米.
從理論上推算,中子星也有質(zhì)量上限,最大不能超過(guò)大約3倍太陽(yáng)質(zhì)量.如果在超新星爆發(fā)后核心剩余物質(zhì)還超過(guò)大約3倍太陽(yáng)質(zhì)量,中子簡(jiǎn)并態(tài)也抗不住所受的壓力,只能繼續(xù)坍縮下去.最后這團(tuán)物質(zhì)收縮到很小的時(shí)候,在它附近的引力就大到足以使運(yùn)動(dòng)最快的光子也無(wú)法擺脫它的束縛.因?yàn)楣馑偈乾F(xiàn)知任何物質(zhì)運(yùn)動(dòng)速度的極限,連光子都無(wú)法擺脫的天體必然能束縛住任何物質(zhì),所以這個(gè)天體不可能向外界發(fā)出任何信息,而且外界對(duì)它探測(cè)所用的任何媒介包括光子在內(nèi),一貼近它就不可避免地被它吸進(jìn)去.它本身不發(fā)光并吞下包括輻射在內(nèi)的一切物質(zhì),就象一個(gè)漆黑的無(wú)底洞,所以這種特殊的天體就被稱為黑洞.黑洞有很多奇特的性質(zhì),對(duì)黑洞的研究在當(dāng)代天文學(xué)及物理學(xué)中有重大的意義.
科學(xué)家發(fā)現(xiàn),在木星和土星的表面散放出來(lái)的能量比它們所吸收的能量要多,這就意味著木星和土星也可以發(fā)光,只是它們發(fā)出的是遠(yuǎn)紅外線而不是可見(jiàn)光而已.