是在變遠(yuǎn),建議你看看
在群星之間,并不是空無(wú)一物,而是布滿了物質(zhì),是氣體,塵埃或兩者的混合物.其中一種低溫,不發(fā)光的星際塵云,相信是形成恒星的基本材料.
這些黑暗的星際塵云溫度很低,約為攝氏-260至-160之間.天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)這類(lèi)物質(zhì)如果沒(méi)有什麼外力的話,這些星際塵云就如天上的云朵,在太空中天長(zhǎng)地久的飄著.但是如果有些事情發(fā)生,例如鄰近有顆超新星爆炸,產(chǎn)生的震波通過(guò)星際塵云時(shí),會(huì)把它壓縮,而使星際塵云的密度增加到可以靠本身的重力持續(xù)收縮.這種靠本身重力使體積越縮越小的過(guò)程,稱(chēng)為”重力潰縮”.也有一些其他的外力,如銀河間的磁力或塵云間的碰撞,也可能使星際云產(chǎn)生重力潰縮.
大約在五十億年前,一個(gè)稱(chēng)為”原始太陽(yáng)星云”的星際塵云,開(kāi)始重力潰縮.體積越縮越小,核心的溫度也越來(lái)越高,密度也越來(lái)越大.當(dāng)體積縮小百萬(wàn)倍后,成為一顆原始恒星,核心區(qū)域溫度也升高而趨近於攝氏一千萬(wàn)度左右.當(dāng)這個(gè)原始恒星或胎星的核心區(qū)域溫度高逹一千萬(wàn)度時(shí),觸發(fā)了氫融合反應(yīng)時(shí),也就是氫彈爆炸的反應(yīng).此時(shí),一顆叫太陽(yáng)的恒星便誕生了.
經(jīng)過(guò)一連串的核反應(yīng),會(huì)消耗掉四個(gè)氫核,形成一個(gè)氦核,而損失了一點(diǎn)點(diǎn)的質(zhì)量.依據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)量和能量互換的方程式E=MC^2,損失的質(zhì)量轉(zhuǎn)化為光和熱輻射出去,經(jīng)過(guò)一路的碰撞,吸收再發(fā)射的過(guò)程,最后光和熱傳到太陽(yáng)表面,再輻射到太空中一去不返,這也就是我們所看到的太陽(yáng)輻射.當(dāng)太陽(yáng)中心區(qū)域氫融合反應(yīng)產(chǎn)生的能量傳到表面時(shí),大部份以可見(jiàn)光的形式輻射到太空.
在五十憶年前剛形成的太陽(yáng)并不穩(wěn)定,體積縮脹不定.收縮的重力遭到熱膨脹壓力的阻擋,有時(shí)熱膨脹力揚(yáng)頭,超過(guò)了重力,恒星大氣因此膨脹.但是一膨脹,溫度就跟著下降.膨脹過(guò)頭,導(dǎo)致溫度過(guò)低,使熱膨脹壓力擋不住重力,則恒星大氣開(kāi)始收縮.同樣的,一收縮,溫度就跟著上升,收縮過(guò)頭,導(dǎo)致溫度過(guò)高,又使熱膨脹壓力超過(guò)重力, 恒星大氣又開(kāi)始膨脹.
這種膨脹,收縮的過(guò)程反覆發(fā)生,加上周?chē)€籠罩在云氣中,因此亮度變化很不規(guī)則.但是脹縮的程度慢慢縮小,最后熱膨脹力和收縮力達(dá)到平衡,進(jìn)入穩(wěn)定期.此時(shí),太陽(yáng)是一顆黃色的恒星,差不多就像我們現(xiàn)在看到的一樣.
太陽(yáng)進(jìn)入穩(wěn)定期后,相當(dāng)穩(wěn)定的發(fā)出光和熱,可以持續(xù)一百億年之久.這期間占太陽(yáng)一生中的90%,天文學(xué)家特稱(chēng)為”主序星”時(shí)期.太陽(yáng)成為一顆黃色主序星,至今己有五十億年,再過(guò)五十億年,太陽(yáng)度過(guò)一生的黃金歲月后,將進(jìn)入晚年.
有足夠長(zhǎng)的穩(wěn)定期,對(duì)行星上的生命發(fā)生非常重要.以地球的經(jīng)驗(yàn)來(lái)說(shuō),地球太約和太陽(yáng)同時(shí)形成,將近十億年后才出現(xiàn)生命,經(jīng)過(guò)四十多億年后,才發(fā)展出高等智慧的生物.因此,天文學(xué)家要找外星生命,只對(duì)生存期超過(guò)四十億的恒星有興趣.
太陽(yáng)在晚年將成為紅巨星
太陽(yáng)在晚年時(shí),將己經(jīng)耗盡核心區(qū)域的氫,這時(shí)太陽(yáng)的核心區(qū)域都是溫度較低的氦,周?chē)囊粚诱谶M(jìn)行氫融合反應(yīng),再外圍便是太陽(yáng)的一般物質(zhì).氫融合反應(yīng)產(chǎn)生的光和熱,正好和收縮的重力相同.核心區(qū)域的氦由於溫度較低,而氦的密度又比氫大,所以重力大於熱膨脹力而開(kāi)始收縮,核心區(qū)域收縮產(chǎn)生的熱散布到外層,加上外層氫融合反應(yīng)產(chǎn)生的熱,使得太陽(yáng)外部慢慢膨脹,半徑增大到吞沒(méi)水星的范圍.
隨著太陽(yáng)的膨脹,其發(fā)光散熱的表面積也隨之增加,表面積擴(kuò)大后,單位面積所散發(fā)的熱相對(duì)減少,所以太陽(yáng)一邊膨脹,表面溫度也隨之降到攝氏三千度,在發(fā)生的電磁輻射中,以紅光最強(qiáng),所以將呈現(xiàn)一個(gè)火紅的大太陽(yáng),稱(chēng)為”紅巨星”.
在紅巨星時(shí)期的太陽(yáng)不穩(wěn)定,外層大氣受到擾動(dòng)會(huì)造成膨脹,收縮的脈動(dòng)效應(yīng),而且脈動(dòng)的周期和體積大小關(guān).想想果凍的情形,輕拍一下果凍,它便會(huì)晃動(dòng),而且果凍越大,晃動(dòng)的程度越小.同樣的道理,紅巨星的體積越大,膨脹,收縮的周期也越長(zhǎng).
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),五十億年后,太陽(yáng)核心區(qū)域收縮的熱將導(dǎo)致外部膨脹,變成一顆紅巨星.充滿氦的核心區(qū)域則持續(xù)收縮,溫度也隨之增加.當(dāng)核心區(qū)域的溫度升至一億度時(shí),開(kāi)始發(fā)生氦融合反應(yīng),三個(gè)氦經(jīng)過(guò)一連串的核反應(yīng)后融合成為一個(gè)碳,放出比氫融合反應(yīng)更巨量的光和熱,使太陽(yáng)外層急速膨脹,連地球也吞沒(méi)了,成為一個(gè)體積超大的紅色超巨星.
太陽(yáng)的末路:白矮星
相似的過(guò)程是在紅色超巨星的核心區(qū)域再次發(fā)生,碳累積越來(lái)越多,碳的密度比氦大,相對(duì)的收縮的重力也更大,史的碳構(gòu)成的核心區(qū)域收縮下去.但是當(dāng)此區(qū)域收縮到非常緊密結(jié)實(shí)的程度,也就是碳原子核周?chē)械碾娮佣紨D在一起,擠到不能再擠時(shí),這種緊密的壓力擋住了重力收縮.雖然此時(shí)的溫度比攝氏一億度高很多,但是還沒(méi)有高到可以產(chǎn)生碳融合反應(yīng)的地步.因此,太陽(yáng)核心區(qū)域不再收縮,但也沒(méi)有多余的熱使外層膨脹,就如此僵持著,形成了白矮星.由於白矮星的核心沒(méi)有核融合反應(yīng)來(lái)供給光與熱,整個(gè)星球越來(lái)越暗,逐漸黯淡下去,最后變成一顆不發(fā)光的死寂星球----黑矮星.經(jīng)過(guò)理論上的計(jì)算,白矮星慢慢冷卻變成黑矮星的過(guò)程非常漫長(zhǎng),超過(guò)一百多億年,而銀河系的形成至今不過(guò)一百多億年,因此天文學(xué)家認(rèn)為銀河系還沒(méi)有老到可以形成黑矮星.
經(jīng)過(guò)計(jì)算,太陽(yáng)體積縮小一百萬(wàn)倍,約像地球一樣大時(shí),物質(zhì)間擁擠的的程度才足以抗拒重力收縮.想想,質(zhì)量與太陽(yáng)相當(dāng),體積卻只有地球大小,很容易算出白矮星的密度比水重一百萬(wàn)倍,也就是說(shuō)一一方公分的物質(zhì)約有一公噸重,是非常特別的物質(zhì)狀態(tài),物理學(xué)家稱(chēng)為簡(jiǎn)并狀態(tài).原子是由原子核和電子構(gòu)成.一般人都看過(guò)電子圍繞原子核的圖畫(huà)或動(dòng)畫(huà),雖然是簡(jiǎn)化的示意圖,卻也反映了微小的物質(zhì)狀態(tài).通常電子都在距離原子核很遠(yuǎn)的地方繞轉(zhuǎn)著,如果溫度逐漸降低,或是外力逐漸增加,則電子的活動(dòng)范圍便被押擠而越來(lái)越小,逐漸靠近原子核.但是電子與原子核之間的距離有其最小范圍,電子不能越過(guò)這道界線.就像圍繞在玻璃珠周?chē)纳沉Ｒ粯?沙粒最多依附在玻璃珠表面,而無(wú)法壓入玻璃珠中.
同樣的,當(dāng)所有的電子都被迫壓擠再原子的表層時(shí),物質(zhì)狀態(tài)達(dá)到了一個(gè)臨界,即使在增加壓力,也無(wú)法將電子往內(nèi)壓擠.這種由電子處?kù)蹲顑?nèi)層而產(chǎn)生的抗壓力稱(chēng)為電子簡(jiǎn)并壓力.依據(jù)理論推算,質(zhì)量小於一點(diǎn)四個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的星球重力,不足以壓垮電子簡(jiǎn)并壓力,因此白矮星的質(zhì)量不能比一點(diǎn)四個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量更大.到目前為止,所發(fā)現(xiàn)的白矮星數(shù)量超過(guò)數(shù)百個(gè),也都符合這個(gè)理論.這個(gè)上限首先是由一個(gè)印度天文學(xué)家錢(qián)德拉沙哈(Subrahmanyan Chandrasekhar 1910-1995)在1931年利用量子力學(xué)所求出來(lái)的,因此稱(chēng)為錢(qián)式極限(Chandrasekhar’s limit).
當(dāng)錢(qián)德沙哈拉當(dāng)年提出的這種由電子簡(jiǎn)并壓力擋住重力收縮的星球時(shí),并沒(méi)有得到贊揚(yáng),再英國(guó)皇家天文學(xué)會(huì)在一九三五年所舉辦的研討會(huì)中,更受到當(dāng)代大師愛(ài)丁頓(Authur Eddington)爵士打壓,認(rèn)為宇宙中并沒(méi)有這種天體.德拉沙哈受到這個(gè)打擊后,沒(méi)有辦法在即刊上發(fā)表論文,因此他寫(xiě)了一本書(shū),后來(lái)成為這個(gè)領(lǐng)域中的經(jīng)典之作.為什麼要稱(chēng)之為白矮星呢?這是因?yàn)榈谝桓绱_定的白矮星是天狼星的伴星,顏色屬高溫的青白色,但是體積如此小,因此稱(chēng)之為白矮星,但是后來(lái)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)許多同類(lèi)的恒星,星光顏色屬於溫度較低的黃色橙色,但是仍然稱(chēng)它們?yōu)榘装?白矮星因此成為一個(gè)專(zhuān)有名詞,專(zhuān)指這類(lèi)由電子簡(jiǎn)并壓力擋住重力收縮的星球.
有關(guān)星星歷史上的記載與傳說(shuō)
不論中外,有關(guān)昂宿星團(tuán)的記載都超過(guò)三千多年,它就是北天最明亮的星團(tuán)之一.這個(gè)看起來(lái)模糊的一團(tuán)天體,我國(guó)稱(chēng)之為昂宿,是二十八星宿中的一個(gè).詩(shī)經(jīng)中的就已經(jīng)提到昂宿,釋天中也提到西路昂也,昂的意思是毛毛的,所以稱(chēng)之為昂.史記—天關(guān)書(shū)中昂曰髦頭,就是這個(gè)意思.昂宿星團(tuán)在日本神話故事中,有許多不同的名稱(chēng)和故事,但大都與農(nóng)業(yè)和漁業(yè)有關(guān).例如在日本有些農(nóng)業(yè)區(qū),當(dāng)看到昂宿星團(tuán)與太陽(yáng)一同升起時(shí),表示到了春天播種的季節(jié).有些沿海的地區(qū),余名看到昂宿星團(tuán)升起與落下來(lái)決定是否撒網(wǎng).而在希臘神話中,七姊妹是擎天神阿特拉斯的女兒,她們是月亮女神阿特密斯的宮女,有一天再草原上玩耍的十,獵戶奧萊翁突然闖了進(jìn)來(lái),七姊妹嚇的逃到天上,躲在女神的袖子里,事后女神打開(kāi)衣袖只見(jiàn)七只鴿子縮成一團(tuán).雖然奧萊翁無(wú)法抓到她們,但是他卻一直追求著,直到天神宙斯同情而將她們安置在天上,成為七姊妹星團(tuán).從天文學(xué)的角度上看,最有可能的情況是第七顆星是一顆變星,原來(lái)很亮,后來(lái)變暗了.依據(jù)天文學(xué)家的研究,昂宿星團(tuán)是一個(gè)行程至今約一億年的年輕星團(tuán),其中包含許多亮度變化不規(guī)則的變星.由於昂宿星團(tuán)屬於年輕的星團(tuán),其中一些壽命很短的恒星才剛進(jìn)入演化末期,這些恒星的亮度大都不穩(wěn)定,例如金牛座BU星就是一顆亮度變化不規(guī)則的變星.
重質(zhì)量恒星的演化
當(dāng)這些物質(zhì)以高速撞擊在堅(jiān)硬無(wú)比的內(nèi)核區(qū)域時(shí),產(chǎn)生強(qiáng)大的反彈力,而形成向外傳播的震波.這種情形就像一個(gè)人用力拍桌子,越用力,產(chǎn)生反彈力道也越大.震波以超音速往外震動(dòng),擠壓外層物質(zhì),促使溫度急速升高,因此整個(gè)星球由內(nèi)重質(zhì)量恒星的穩(wěn)定期依其質(zhì)量有很大的差別,擊中質(zhì)量恒星的壽命相當(dāng)短,只有數(shù)千萬(wàn)年.質(zhì)量比太陽(yáng)大倍以上的恒星壽命大約為數(shù)億年至數(shù)十億年.重質(zhì)量恒星短壽的原因是質(zhì)量大,導(dǎo)致收縮的重力也非常強(qiáng)而有力,使得恒星內(nèi)和區(qū)域溫度比較高,連帶使核反應(yīng)速率更勁爆,發(fā)出威猛的光與熱,造成核星表面的溫度比太陽(yáng)型恒星高數(shù)倍以上,向太空輻射的光與熱成幾何級(jí)數(shù)增加.當(dāng)恒星形成時(shí),質(zhì)量就已經(jīng)固定,因此恒星發(fā)光發(fā)熱都是在吃老本.重質(zhì)量恒星本錢(qián)雖比太陽(yáng)要多,但是其發(fā)熱的速度卻是數(shù)十倍以上,顯然很快的便耗盡核反應(yīng)的原料而進(jìn)入演化的末期.
中子星
原子的直徑范圍比原子核大上一萬(wàn)倍,所以當(dāng)電子被擠壓進(jìn)入原子核時(shí),直徑就縮小了一萬(wàn)倍以上,體積則縮小了一兆倍以上.因此,所有物質(zhì)都成為中子時(shí),體積可以說(shuō)是小的驚人,密度也大的嚇人.抗壓力更是大.這種以中子緊密壓擠在一起的抗壓力,稱(chēng)為｛中子簡(jiǎn)并壓力｝.依據(jù)理論,重質(zhì)量恒星在演化末期,核心區(qū)域的質(zhì)量如果在二至三個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量之間,則強(qiáng)大的重力會(huì)把物質(zhì)擠壓成為中子.此時(shí)星球直徑約為三十公里左右,強(qiáng)大的中子簡(jiǎn)并壓力擋住了重力,星球不在收縮成為一個(gè)中子星.說(shuō)到這里,中子星的故事并不完整,前面只其到恒星中央?yún)^(qū)域的情形,因此還要加上外層區(qū)域的變化情形,才會(huì)完整.經(jīng)由目前物理學(xué)家仍不完全了解的過(guò)程,中心區(qū)域的物質(zhì)全被擠壓成中子時(shí),星球內(nèi)部的物質(zhì)隨著強(qiáng)大的重力陷向中心,陷落得速度非?？?核區(qū)域到表層的溫度都高到能產(chǎn)生核融合反應(yīng).想想,如果地球上所有氫彈同時(shí)爆炸的情景.這可是整個(gè)星球都在發(fā)生核融合反應(yīng),將整個(gè)星球炸碎,形成天文學(xué)家所說(shuō)的”超新星爆炸”.超新星爆炸有如煙火一樣四射,只是規(guī)模大的多,持續(xù)得時(shí)間也久,整個(gè)超新星爆炸有如煙火一般四射,只是規(guī)模大的多,持續(xù)的時(shí)間也久.整個(gè)超新星爆炸擴(kuò)散的過(guò)程可以持續(xù)數(shù)千年至數(shù)萬(wàn)年之久,闊至張范圍渴達(dá)數(shù)十光年之遠(yuǎn).在銀河系中,超新星爆炸是最壯觀的事件了.總結(jié)來(lái)說(shuō),質(zhì)量比太陽(yáng)大三倍以上的恒星就可能產(chǎn)生超新星爆炸.而炸碎后中心留下一個(gè)中子星.中子星主要經(jīng)由中子構(gòu)成,直徑約為數(shù)十公里,密度是水的數(shù)千萬(wàn)至一億倍,真是個(gè)異常的星球.
黑洞
質(zhì)量在六個(gè)至八個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量以上的恒星,在演化末期發(fā)生超過(guò)超新星爆炸時(shí),如果內(nèi)核區(qū)域的質(zhì)量大於三個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量,則連中子簡(jiǎn)并壓力也抵擋不住強(qiáng)大的重力收縮,物質(zhì)只好一路收縮下去,目前只有愛(ài)因斯坦提出的廣義相對(duì)論可以解釋這種問(wèn)題.依據(jù)理論,物質(zhì)縮小到約三公里左右,進(jìn)入一個(gè)連光線都無(wú)法脫逃的范圍,除了總值量,電核自轉(zhuǎn)外,失去的所有的訊息,理問(wèn)物理學(xué)家稱(chēng)這種奇異的狀態(tài)為”黑洞”.既然黑洞不發(fā)光,那麼要如何去發(fā)現(xiàn)他勒?對(duì)於單獨(dú)的黑洞,物理學(xué)家仍想不出好方法,但是如果黑洞是雙星系統(tǒng)之一,則可以藉由觀測(cè)雙星的運(yùn)動(dòng)來(lái)推估看不到的伴星質(zhì)量,伴星質(zhì)量超過(guò)三個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量而又看不到他,則可能是黑洞了.在雙星系統(tǒng)中,如果其中之一是黑洞,則另外一顆恒星在演化晚期膨脹成為超巨星時(shí),膨脹的物質(zhì)會(huì)被黑洞強(qiáng)大的重力吸引,盤(pán)旋般向黑洞陷落.在盤(pán)旋陷落得過(guò)程中,形成一個(gè)吸積盤(pán).物質(zhì)在吸積盤(pán)中盤(pán)旋陷落得過(guò)程中,一路碰撞推擠,半徑越來(lái)越小,溫度也隨之升高.在吸積盤(pán)內(nèi)層溫度高達(dá)攝氏百萬(wàn)度,發(fā)出X光.因此,天文學(xué)家搜索X光雙星系統(tǒng)來(lái)推算看不見(jiàn)的伴星質(zhì)量,如果這個(gè)看不見(jiàn)的伴星質(zhì)量超過(guò)三個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量,則認(rèn)為他是黑洞的候選者.經(jīng)過(guò)科學(xué)家近一百年的探究,對(duì)恒星結(jié)構(gòu)的演變勾勒出一個(gè)輪廓,讓我們認(rèn)識(shí)恒星如何演變,步向終局的故事.其中有的恒星不由自主的步向轟轟烈烈的爆炸,許多元素像是鈣,矽,鐵等,就藉著超新星爆炸四散成為星際介質(zhì).這些物質(zhì)在機(jī)緣巧合下,化作春泥更護(hù)化,經(jīng)過(guò)重力的壓縮后,又成為一顆燦爛的恒星,由於有這些元素,因此可以形成類(lèi)似地球的行星,稱(chēng)命的發(fā)生也是要靠這些元素.例如在人體里面,血的成份有鐵,骨骼有鈣等,所以天文學(xué)家常說(shuō):”我們是超新星的子民’’.