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作者：刘远景 （原载“新浪博客”，题目是《宇宙的无奈》） (2009-01-14 13:29:37) 我们赞美善良,可是,善良虽然每个时代都有,但是历史上的善良的个体却一个一个地消失；我们厌恶罪恶,可是罪恶的个体虽然不能长存,罪恶的个体却每个时代都有，并且将会永远存在下去。这是人类的无奈。 不仅人类存在无奈，所有生物界也是如此，不仅生物界是这样，自然界也都是如此，整个宇宙也是如此。 用现代观测工具可以看到,宇宙是由100多亿个星系所组成的,构成这些星系的天体是恒星.我们可以说,恒星是构成宇宙的主要天体成分。当然，宇宙中还有零散的气体、行星、小尘埃、卫星等。但是这物质的质量与恒星的质量相比，那是微不足道的。比如我们的银河系的质量百分之九十多集中在恒星中，其他星系也差不多。 虽然恒星在整个宇宙中占物质总量的百分之九十多，但是在宇宙空间中却整个宇宙体积的10-31左右宇宙单位，也就是说无物的宇宙空间占绝大部分。这样，才能满足天体的高速运动。 恒星并不恒。恒星也同地球上的生物一样，有一个出生、成长、兴盛和衰老到消亡的过程。其步骤如下： 1，星球汽体团（由中心密度大的部分的引力形成）———2，原始星（如金牛星座T型，能量来自万有引力）———3，主序星（能量来自热核反应，H—He.我们的太阳就是一个主序星）——-4，红巨星（抛撒物质到星际空间,体积膨胀）———5，白矮星和超新星爆发———6，成为三部分：a,部分成为星际尘埃；b,收缩为中子星；c,成为黑洞。 这个演化过程是不可逆的，不可重复的。这一点已经由现代物理学所证明。（引自李宗伟、肖兴华的《天体物理学》） （1），收缩阶段 我们的太阳也是恒星，但是，我们无法回答关于我们的太阳是在何处形成的问题。这是由于我们的银河系也像所有旋涡星系一样，是旋转的。银河系自形成以来，可能已经围绕星系群的中心旋转了20多次，太阳自从形成以来，也同样参加了这种旋转之中。我们只能大致地指出太阳最近一次出现在这个位置上的时间，而且现在它还处在这个位置。这是在巨蕨类开始生长的时候，今天我们烧的煤炭就是由这些巨蕨植物埋在地下形成的，因此，大致在两亿年前。说得更白话一点，就是从古生代末期到现在，我们绕银河只转了一周。虽然银河也在飞速地运动，但是银河实在是太大了，转一周需要很长的时间。比如牛郎星也是我们银河系的一颗恒星，它也在飞速地运动，但看起来，几千来总是在那个位置上。 与我们的太阳不同，宇宙中现有一大批年轻的蓝恒星，它们大致仍然在形成时的位置上。因为我们只能在星系旋臂中的星团内部找到它们，也可以在那里代到恒星形成的位置。值得注意的是，被发现的这些恒星总是伴有引人注目的星际气体与尘埃的浓缩，我们必须把这些像云一样的气体和尘埃看成是形成恒星的材料。每一立方米通常只包含很少的原子。我们把地球上能够制造的最好的真空也仍然比星际云密得多，尽管如此，由于宇宙的范围大，它所包含的质量仍然比几千个太阳还多。从理论上说，这种星际云应该处于平衡状态，当气体压力和星际磁场的压力在这种云内部阻止它本身的重力而压缩时就是这种状态。只要这种云的密度超过某个临界的极限值，这种平衡状态就会遭到破坏。我们可以说，超过这种临界值的瞬间也就是恒星开始形成的时刻。接着，就在宇宙中的某个空间出现这种情况：星际间的这种云状物质在平衡状态时就像汽车遇到交通繁忙时的红灯，一旦红灯一停，绿灯一亮，立即向前冲，这种云状物质立即会以自由下落的方式向它的重力中心下落。由此，进入了恒星形成具有决定意义的所有其他过程。在这里，重力提供了最初的推动。正是由于宇宙中这种最弱的力，对恒星的形成和恒星最后的灭亡都江堰市起着关键的作用。我们称这种自由下落为“处女坍缩。” 这种向内坠落最初并没有受到阻力，从原理上说，这是很简单的，星际云是可以被长波热辐射穿透的，由坍缩物质所产生的压缩热因此就完全被放射出去了。 这种云内部并没有产生加热过程,因此,也并没有产生升压过程。由收缩所引起的更加迅速增加的重力并没有受到由内部压力升高所产生的平衡力的阻抗。 我们不能从这样一点出发就认为这种云的密度最初到处都是一样。在最初较密的局部范围，中等密度在下坠过程中变得比在整个云中都强，这样，这种云就变得成了碎片。在同样的过程中，在较低层次上还多次重复，这些碎片又会变成更小的碎片。但更准确标定的一点上，这种分裂过程就停止了。只要某一碎片内的密度变得足够大，以至于热辐射不再能穿透这片云，内部的气体压力就开始以比重力更快的速度增长。因此，再一次分裂就变得不可能了。天体物理学的模型演算得出结论说，以这种方式产生的最小的碎片是有质量的，这种质量介于最小的恒星质量与最大的恒星质量之间。 为何由引力处女坍缩的云块不会再一次发生破碎为更小的碎片呢？这是因为有角动量以及星际云中内在的一般来说是较强的旋涡的缘故。由于这个缘故，碎片云向这种云的重心方向的塌缩转变为巨大云块围绕这个重心点作轨道运动。 经过几百万年或者上千万年由坠落---旋转形成的碎片星云就形成了所谓的原恒星（protostar）。由于密度小，它的直径是很大的，相当于几十万个太阳的半径 。在成熟的恒星的深处，来自内部的气压在与其外部各层的重力保持平衡，相反，原始恒星却不处于这种平衡状态，它继续塌缩。然而，原始恒星的形成显示出引力塌缩的方式有明显的改变，在形成小片时，每片云块内部的密度差别不大，但到了原始恒星阶段，内部的塌缩比它的外部要快得多，也就是说，我们所说的内紧外松的局面。同样，原始恒星的中心部位的温度和气压的增加也比外表快得多。中心部位的温度和气压随外部物质的自由下落继续升高，在核心的表面上形成一个激荡前沿，落下来的物质的动能在这里变成了热能，因此，温度迅速上升，达到2000多开氏度时，氢分子分解成为原子。 现在，第一个核心的中心领域又开始塌缩了。因为分解夺去了气体的热，温度的增长不再能与重力形成平衡。只有当达到极高的密度和二万开氏度之后，第二次的塌缩才能停止，并形成第二个流体静学平衡核心。当温度升高到一万度左右时，氢原子电离，电离氢增多，中性氢云转化为电离氢云。H H天体就是这种半星半云的天体。接下来就是金牛座T型星阶段了。1947年1 月20日，用蓝光拍到的猎户座里的一个H H天体的照片和约八年后1954年12月20日用蓝光拍到的同一天体的照片，两者有明显的区别：后一张照片上多了两个凝聚物，它们就是恒星的胚胎，1957年又用红光拍摄这两个新出现的凝聚物，轮廓就更清楚了。 由此，我们知道，恒星的演化的第一个阶段就是引力收缩阶段。 由于排斥和吸引接近平衡，原始恒星就转化为恒星，不过，在较长一段时间内，引力仍然占优势。但收缩得比较慢一些了。恒星的慢收缩阶段比快收缩阶段长得多。质量越小时间就越长。例如，质量等于太阳质量的15倍、1倍和0.2倍的恒星，慢收缩的时间大约分别为：6万年、7千万年和17亿年。在快收缩阶段，原始恒星物质是透明状态的。外部的物质基本上不吸收内部物质所产生的辐射，因此，整个原始恒星是等温的。内部温度超过一万度后，原始恒星已经转化为正式的恒星，这时，物质现再透明了。内部的温度和密度的分布越近中心就越高。在快收缩后期，辐射主要是在无线电波段和红外波段；慢收缩开始时，辐射主要是红光波段，恒星的表面温度为二、三千度，后来才升高。在快收缩后期和慢收缩初期，能量从内部向外部转移主要是对流。到了慢收缩后期，能量的转移才主要以辐射为主。 恒星一旦形成，就自转着并就有了磁场，在慢收缩时期，恒星内部又有了强烈的对流。对流、自转、磁场三者结合在一起，常会使恒星外部出现强烈的变动。比如今天的太阳黑子活动，有些恒星因质量大，活动表现得比太阳还厉害得多。 在慢收缩阶段，主要能源仍然是收缩释放出的引力势能，但在慢收缩后期，当内心温度超过80万度时，内部开始出现热核反应，这些核反应成为这一阶段除了引力收缩以外的另一种能源。 当内部温度进一步升高到700万度时，质子---质子反应和碳氮循环反应开动起来，恒星内部最丰富的原子---氢原子---的聚变这时就成为主要能源，并长时间保障恒星的能源供应。 我们可爱的太阳也是这样诞生的！我们经常用太阳作为喻体，形容我们尊敬或者喜欢的事物，这主要是因为太阳给了我们能源，让我们能够生存的缘故。其实，太阳开始就是一团氢气云，一点也不伟大，它的外表一点也不慈眉善目。太阳也是一把双刃剑,它给我们带来好处,有时也给我们带来灾难。如果客观地说，用太阳来比作伟大一点也不合适。从银河结构上说，似乎地球在依附哪一个恒星的问题上，曾经的确经历过一个艰难的选择，如果不是银河的扰动，也许应该归属比邻星的。现在地球成了太阳的行星这也是一种造化，太阳总的说来还算不错，由于质量不是太大，能量释放比较慢，致使地球的温度不太高，适合人类生存。 (2),主序阶段 恒星以内部的氢核聚变成氦核作为主要能源的那个发展阶段称为主序阶段。我们的太阳在这个主序阶段已经运行了46亿年了。恒星在主序阶段是一个相对稳定的阶段，排斥力和吸引力两个方面相互抗衡，内部压力大致顶住重力，恒星基本上不收缩也不膨胀。恒星停留在主序阶段的时间以恒星的质量的大小不同而异。质量越大，光度就越大，能量消耗也就越快，停留在主序阶段的时间就越短。我们以太阳为质量单位，质量等于太阳质量的15倍、5倍、1倍和0.2倍的五个恒星，它们在主序阶段生存的时间分别是：1000万年（15倍的）、7000万年（5倍的）、100亿年（1倍的）、10000亿年（0.2倍的）。太阳现在的年龄是46亿岁，所以，太阳在主序阶段已经过去了一小半的时间，还要过五十多亿年才会转移到另一个演化阶段。 德国天文学家史瓦西（Karl Schwarzschild 1873---1916年）曾把质量比作金钱，把质量小的恒星比作穷人，他们平时省吃俭用，细水长流日子过得长久，寿命也就长；把质量大的恒星比作大腕富翁，他们拥有大量的金钱，但挥金如土，花天酒地，大腹便便，很快就把钱花了，由于脂肪过多，寿命也短。恒星也是如此，小质量的恒星平时发光少，角动量小能量消耗也就少，因此，在主序阶段上生存的时间就长，当然由于它们发光小，也不被我们人类重视。那些大质量的恒星平时发光量大，在宇宙中闪闪发光，引人注目，但是，能量消耗大，在主序阶段的生存的时间也就短得多。在人间，不少人追求“不求天长地久，但求一朝拥有”的人，把大把的钱花当作人生的最高追求目标，到了钱尽寿终时自诩说：老子二十年后又是一条好汉。这些人此时算是卖回了面子，真有点阿Q精神。那些质量大的恒星如果有意志，在熄灭时也许会说：一千万年后，老子又是一颗耀眼的明星！小质量的恒星，你们这些穷光蛋等着瞧。我们地球上的人算是命好，遇上了太阳这样一个中等质量的恒星，它算是一个会过日子的恒星，才有现在我们的日子，如果地球跟上一个大质量的恒星，地球以及我们人类早已经成为宇宙的尘埃了。 对于恒星的质量也不能太小，如果小于太阳质量的百分之五，内部的温度和密度由于不够高，不能开启氢核聚变，它们只能靠引力收缩作为能源来发光，收缩力小了，光也就小。这样的恒星不经过主序阶段而直接从红矮星转化为黑矮星，成为不发光的天体。也有的天体不成为恒星而成为行星的，比如太阳系木星。质量小的恒星以0.1个太阳质量为关节点。 主序阶段的恒星稳定性是相对的。太阳是一个从整体上讲是一个很稳定的恒星，它进入主序阶段40多亿年来，光度没有什么变化，如有变化地球上一定会反应出来的。但是太阳的局部区域在一定时期，也会出现一些变化，这就是太阳活动。这种活动释放出来的能量比地球上出现的台风和大火山爆发释放的能量还要大得多。这种释放虽然也会影响太阳的寿命，但由于发生的时间短，周期长，所以并不重要。 我们知道，宇宙中不只有恒星，还有像我们的地球一样的行星，还有慧星、流星等天体，那么区分恒星和行星及其他天体物质的标准是什么呢？科学家给恒星下的定义是：本身能发光、发热的炽热的天体。 对于恒星的质量，除了太阳以外，只有少数双星的质量能够从轨道运动中求出。但是，使用质量与光度的对比，可以从物理性质上推算出一些恒星的质量。光度大致与质量的三次方成正比。恒星在光度和大小方面差别很大，但是质量方面的差别则小得多。质量大的恒星为太阳质量的上百倍，质量小的恒星为太阳质量的几十分之一。目前已知，质量最大的恒星为太阳质量的120倍；最小的恒星仅为太阳质量的百分之八。 （3），红巨星阶段 恒星内部越靠近中心，温度越高，所以主序星阶段的恒星内部的氢核聚变反应是在中心进行的。越靠近中心氢越早消耗完，被合成氦。这样，在中心部分便出现了一个由氦核组成的核心。如果温度超过一亿度，密度超过每立方厘米一百公斤，那么，氦核会聚变为碳核。但是，主序星内部温度和密度都没有那么高。比如今天的太阳中心的温度就只有1500万度，中心密度只有每立方厘米100克左右，所以，当在主序星内部形成一个同温的氦核心以后，会有一段时期由于核心部分不产生能量，排斥和吸引的平衡受到破坏，吸引力占恒星运动的主要的局面。计算结果表明，当同温氦核心的质量达到恒星质量的10%到15%之后，恒星物质的分布会自动地进行调整，核心部分收缩。这种收缩释放出的引力能一部分使核心温度升高，以恢复力学平衡。还有一部分则使外部膨胀，使外表面积加大。由于向外发射的辐射能的增加比外表面积的增加要小一些，每单位面积所发出的辐射能会反而比以前减少，这样，表面温度降低，主序星就转化为红巨星。恒星在赫罗图上从主序向右方移动。以上就说明了各星在赫罗图上彼此的差别。 恒星在从主序阶段过渡到红巨星阶段的过程中，在氦核心的外围进行着氢核聚变反应，这个进行着的氢核聚变的外壳逐步外移，以保持能量的供应。当核心收缩到温度高于一亿度，密度高到每立方厘米100公斤时，氦便开始聚变为铍核。铍核又很快和另一个氢核反应结合成碳核。 在氢核聚变阶段，恒星内部的物理状态会发生改变，导致外层收缩，使恒星表面积减少，表面温度升高。这时，恒星在赫罗图上就从红巨星区转回，向左移动，结束红巨星阶段。 一个像我们的太阳的恒星，拥有的能源足够燃烧上一百亿年，但是当氢燃烧尽的时候，会发生什么呢？因为核反应在恒星的核心进行，恒星的核心最后将主要由氦构成，与氢相比较，氦需要更高的温度和压力才能发生核反应，当恒星产生的能量越来越少的时候，引力将在原来的动态平衡中占上风。恒星开始坍缩。这时温度重新升高，一直升到比氢燃烧更快的碳循环过程开始。这些氢的核反应最初在核心周围的一层很薄的壳中开始，不断增加的热量引起恒星外层膨胀，直到恒星的半径达到原来的几百或几千倍。因为现在的恒星产生的总能量被分散，一个比原先大得多的空间，恒星的外表温度看上去呈红色，所以我们称它为“红巨星”。如果我们的太阳到了那个时候，它会吞噬它附近的一切行星。这种吞噬有两种：一是简并；二是吸食。 所谓简并，就是恒星由于体积扩大，占领了行星的运行轨道，行星已经成了恒星的一部分，也就是太阳体积的半径再向外扩大6000万公里，太阳就把水星给占领了。所谓吸食，就是由于行星与太阳之间轨道距离太小，太阳的引力把附近的行星吞噬进去了。比如地球和金星。不过，不必担心，到那时，我们人类将不会受到什么痛苦，因为到那时。人类早已经不存在了，不但人类不存在了，就是其他生物也都不存在了。 （4），脉动和爆发阶段 恒星在演化中过了红巨星阶段，就进入了一个很不稳定的阶段。由于在这个阶段里，发现大部分恒星都江堰市有脉动现象，表现为：周期性膨胀和收缩。这种恒星的内部在进行着氦核聚变反应，内心温度和密度都很高，外层密度双很低，在表面之下一定深度，有一个氦电离区，其温度分布使得一次电离氦原子处于部分地二次电离状态，在外层边沿处，温度不高，氦原子不能二次电离，下面一点，由于温度较高，氦原子有一部分二次电离，越下面，温度就越高，二次电离的氦原子就越多。到了这个恒星的中心部分，全部氦原子都二次电离，恒星的脉动就是由这个中心部位的二次电离的氦原子维持的。恒星收缩时，热能增加到比对抗吸引力时还要多，多余的部分就转化为电离能存储起来。二次电离的氦原子增多，电离吸收了热能，使温度不再升高，恒星膨胀时，热能不足，存储的能量便自动地用来补充。二次电离的的氦原子(氦核)和自由电子复合,回到一次电离氦原子,复合时放出所需的能量,使温度不降低,让脉动能够维持下去。我们称这种脉动的恒星为变星。变星又分为几大类：造父变星、长周期变星、半规则变星和不规则变星。之所以称这些恒星为“变星”，就是因为它们的亮度或电磁辐射不稳定，经常发生变化，有时很亮，有时又几乎看不见它发光。 这里介绍一下“造父变星”。造父是中国周穆王时一个会驾车的人，一次为周穆王驾车向西游玩，忘记回来，途中得知有人作乱造反，造父立即驾车帮助周穆王平息了这次叛乱，周穆王于是封他为赵王。用“造父”给恒星命名是古代中国人给仙女座五个恒星取的名字，又称“司马”、“伯乐”。这几个恒星在夏天黎时时和冬天上半夜如果它们正处于发光时，可以在北纬中天看见它们。因为它们变化有规律，又称它们为经典造父变星。后来人们把每一天到五十天变光一次的变星都叫“造父变星”。 恒星的演化到了后期，很大一部分还经常爆发，其规模和猛烈程度无法用人类的语言来表达。这种爆发一般发生在脉动之后，形式很多，行星状云就是晚期恒星的一种爆发方式的产物。云状物质就是核星中抛撒出来的。例如我们在北纬度天亮之前在金牛座可以看见的蟹状星云就是我们银河系的一个晚期恒星爆发后产生的星云。它离我们地球的距离是6300光年，不能算太远。它的中心位置在爆发后还留有一个高密度的中子星，抛撒出的物质形成星云，以每秒四万公里的速度向四周散发。这个中子星虽然只有十公里的直径，却质量比太阳还要大。它的密度每立方厘米高达上亿吨，现在还发出强烈的射电和Х射线、伽马射线。这些射线发射时如果正好对着地球上的人类，对我们的健康是非常不利的。 这些恒星在几万年内大致连续抛撒大量的物质。60年代，人们才肯定行星状星云的核星是演化到晚期的恒星，其核心由碳核组成，中层有氦，外层有氢。爆发是由于中外层的氢和氦落入核心部分迅速聚变释放大量能量，引起大量物质抛撒射。 另一种是超新星和新星的不规则的爆发。爆发虽然不规则，但是超新星和新星的爆发比行星状的变星爆发要猛烈得多。新星爆发后，有一个平静期，等若干时期再爆发，时间并不固定；超新星爆发最为猛烈，有的爆发后就会全部破碎了，成为弥漫太空的尘埃，也有一些则留下一部分组成一个比原恒星小得多的高密度的中子星。 恒星到了晚期，当内核温度升到几十亿度，密度升到水的一亿倍以上时，内部会产生大量的中微子。中微子（Neutrino）是一种不带电的基本粒子，静止质量等于零，穿透力特别强。我们人体和我们的地球经常会有大量的中微子（从太阳和其它天体而来）从中穿过，而我们自己却根本感觉不到。中微子从恒星内产生后，逃逸到外面，带走大量的能量，这种状况会造成恒星的引力坍缩，导致急速的收缩，于是引力能就转化为爆发能。 超新星的爆发会产生强烈的射电源。对于我们，除了太阳，感受到的最大射电源是仙后座的射电源。在那里，现在已经看不到恒星了，但是却散发着很多的碎片以每秒7400多公里的速度向四面八方飞奔，比我们的人造地球卫星还快好多倍呢！但是，它们原来的恒星已经不见了。斯星已逝，射电犹存！ 宇宙中的一切具体事物都有一个形成、发展、兴盛和衰落的过程。这是谁也无法控制的。恒星尚且如此，何况我们人类呢！ |
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