二、亿载一瞬话死生

 

夜幕深垂，天穹上繁星 点点，亘古如斯。宇宙的 深远无尽，引人遐思无限。然而那一颗颗闪烁的 星 星 ，果真永恒不灭吗？科学的 答案是否定的 ，宇宙中形形色色的 各种天体，包括和太阳一样发光发热的 恒星 ，也都有它自己的 “生命”历程。

一．恒星 摇篮

银河系 是由上千亿颗恒星 组成的 庞大天体集团，整个星 系 象一个扁平的 盘子，称为星 系 盘，盘中则缠绕着几条光亮的 “臂”，称为旋臂。(图：银河系 之外一个遥远而美丽的 星 系 M100，与我们所在的 银河系 十分相似)

科学分析表明，旋臂和旋臂之间的 暗区域大多是炽热而高度电离的 气体，其中气体压力很大，可以抵制气体在引力作用下的 收缩倾向，所以不易形成恒星 。而在旋臂中，离子、原子和尘埃颗粒之间的 碰撞相当频繁，能有效地使气体“冷却”，并产生氢分子构成的 气体云团――分子云。分子云的 温度通常低至绝对温度10度左右，质量大约相当于太阳的 数千倍。这些分子云进一步碎裂和坍缩导致一群群原始恒星 的 诞生。这些分子云又称星 云，就是恒星 的 诞生地。(图：M16星 云中的 恒星 形成区)

二．星 胎初生

星 际气体云团十分稀薄而且温度极低，云团中与引力相抗衡的 气体压力很弱，云团在引力的 作用下缓慢地坍缩。超新星 爆炸产生的 冲击波或云团周围一些亮星 向外喷射的 高热气流（“星 风”）都会使云团中出现不均匀的 密度分布，多个密度中心分别吸引周围的 气体向内坍缩，形成一个个小云团。坍缩过程中，小云团中心温度升高，旋转加快，密度越来越大，演变成中心有核，周围由盘状物质包围的 形状，云团的 表面温度一般为绝对温度2000－3000度，只发出红外辐射，不发射可见光，因此还只是恒星 的 胚胎――“星 胎”。(图：猎户座中的 一个恒星 形成区，图的 左上角是三颗新生恒星 的 放大像，这些恒星 周围均可看到有星 云盘包围着。)

不同大小的 云团演化快慢大不一样，像太阳这样典型大小的 恒星 ，其处于星 胎的 状态可维持100多万年，在复杂的 坍缩过程中，中心温度持续升高，直到在700万度以上的 极高温度下出现由氢原子核变成氦原子核的 核聚变反应，这是恒星 的 根本特征。星 球只有到了能由核聚变反应而释放能量，才真正进入了“成年恒星 ”的 阶段，变得光华灿烂，耀眼夺目。此时恒星 中心的 密度和温度都很高，巨大的 气体压力足以阻止引力坍缩，恒星 的 性质变得十分稳定，就像我们的 太阳一样。恒星 一生中90％以上的 时间都处于这一阶段。

三．成年，壮年与暮年

恒星 发光发热的 源泉来自内部的 核聚变反应，维持稳定热核反应的 阶段就是恒星 的 壮年期，天文学上称为主序星 阶段。质量不同的 恒星 维持核反应的 时间大不一样，虽然质量大的 恒星 内部有更多的 燃料，但是温度和压力也相应更高，这使核反应消耗氢的 速度比小质量恒星 快得多，导致质量大的 恒星 寿命反而要短得多，比如象10个太阳质量那样大的 恒星 只能维持一千万年左右的 生命，而我们五十亿岁的 太阳刚好度过了一生中一半的 岁月，它的 核燃料消耗速度还足够维持剩下五十亿年的 平静日子。

 

太阳这样大小的 恒星 是宇宙中最为典型的 ，它们生命中80％－90％的 时间都处在稳定的 主序阶段，而当中心的 氢逐渐燃烧完后，一颗恒星 的 生命就接近尾声了。此时恒星 的 中心将形成一个氦核并且迅速坍缩，坍缩时产生的 热又使氦核外尚未燃烧的 氢达到核反应所需的 温度。于是恒星 在其氦核的 周围形成了一个氢燃烧的 “壳”，它推动着外层急剧膨胀，星 体的 体积大大增加，比如太阳这样的 恒星 会膨胀数百倍，其结果是恒星 表面温度下降，颜色变红，成为一颗典型的 红巨星 。虽然恒星 表面温度下降，但由于发光表面积同时剧增，其总能量输出和光亮度仍大幅增加。当我们的 太阳处在这一阶段时，它的 能量输出将增强一千倍，而它膨胀的 外壳将越过水星 轨道，将水星 汽化。(图：变成红巨星 后的 太阳与主序星 阶段的 太阳比较)

 

相对而言，红巨星 阶段是很短暂的 ，此后由于核心的 收缩导致温度进一步升高而引发氦原子核聚变为碳原子核的 反应以及此后一系 列更为复杂的 核聚变反应，恒星 快速地走向死亡。

 

【小资料】赫罗图：是天文学家赫茨普龙和罗素共同提出，用以描述恒星 温度（颜色）与光度之间关系 的 图，也是用来研究天体演化的 重要指示图。其横轴为温度，纵轴为绝对星 等（等价于恒星 的 光度）。炽热明亮的 蓝巨星 位于左上方，而比较冷且暗的 红矮星 分布在图的 右下角。大多数恒星 ，包括太阳都在从左上至右下的 一条对角线上，这条对角线被称为主星 序，主星 序上的 恒星 称为主序星 ，它们都处于一生中的 稳定氢燃烧阶段。              (图：赫罗图)

 

四．走向衰亡

 

恒星 走向死亡的 途径因其质量的 不同而有很大的 不同，象太阳这种中等质量的 星 体其死亡是比较“温和”的 ，在红巨星 阶段之后，恒星 的 外壳一直向外膨胀，核心则持续坍缩，发出紫外光或X射线，高能射线激发外层气体发出荧光，形成美丽的 行星 状星 云。外壳气体逐渐消散在星 际空间，成为下一代恒星 的 原料，而中心部分在坍缩到一定程度后，停止了一切核反应过程，变成一颗冷却了的 、密度却极大的 “白矮星 ”，其中1个方糖大小的 物质，重量可与一辆卡车相当。

 

质量较大的 恒星 走向死亡的 过程往往十分壮烈，通常质量大于太阳8倍以上的 恒星 ，不会平静地演化为白矮星 ，而是引发一场震天动地的 大爆炸，这就是所谓的 “超新星 爆发”。超新星 爆发对恒星 来说是一场真正的 灾变，恒星 变得面目全非，其光度会增强千万倍甚至上亿倍，即使远至几十亿光年以外，地球上用望远镜也能观测到。超新星 爆发后，原来的 恒星 体粉身碎骨，其残留核心质量如果和太阳差不多，遗留下来的 天体将变成“中子星 ”，半径仅有10千米左右，其密度更比白矮星 高得多。如果残留的 核心质量仍较大，则会形成密度更为惊人的 “黑洞”，任何物质甚至连光线都无法逃脱它强大的 引力场，我们无法直接看到它，这也正是其名为“黑”的 由来。(图：船帆座超新星 遗迹，由一颗超新星 的 遗迹扩散形成。)

 

质量小于0.08倍太阳质量的 原恒星 ，坍缩时核心的 温度达不到点燃氢燃烧核反应所需要的 700万度，因此不能成为主序星 ，而变成一颗褐矮星 ，只能发出微弱的 红外光，慢慢冷却并走向死亡。

 (图：1987年在大麦哲伦云（一个位于银河系 附近的 小星 系 ）中爆发的 一颗超新星 （箭头所指）。)

【小资料]】脉冲星

1967年，英国剑桥大学的 研究生贝尔用射电望远镜发现了一种特别的 星 体，它以一种周期非常稳定的 脉冲形式发出射电波，周期在1秒左右。后来证明，这种能发射脉冲波的 脉冲星 就是具有超强磁场、自转极快的 中子星 。超强磁场使中子星 发出的 射电波只能沿两个磁极方向射出，中子星 的 自转轴与磁轴有一定交角，结果使得中子星 发射出的 射电波像灯塔的 光束一样，只有扫过我们地球的 时候才能被我们接收到。脉冲的 周期，也就是中子星 的 自转周期。（图：脉冲星 示意图。)

【思考与讨论】

是什么决定了一颗恒星 的 寿命？如果一颗恒星 的 质量是太阳的 2倍，它的 寿命比太阳长还是短 ？

 

五．生死循环

 

正如动植物的 死亡将成为下一代生命的 养料一样，恒星 的 死亡也都有一个共同的 特征，即将其本体中的 大量物质抛射到星 际空间中，这些物质逐渐弥漫在宇宙空间中，以气体或尘埃的 形式成为新一代恒星 的 原材料。根据 现行的 宇宙起源学说，宇宙在大爆炸之后，出现了电子、质子和中子，由这些基本粒子结合形成的 元素，主要是氢和氦，前者约占3/4，后者约占1/4。此外，还有极微量的 轻元素，如锂、铍、硼等。其余的 所有元素，包括更多的 氦和锂等轻元素，都是在恒星 内部核反应过程中形成的 。这种过程，自130多亿年前宇宙中第一批恒星 诞生就已经开始。(图：恒星 的 世代循环)

 

正是恒星 的 存在以及它们的 演化，产生了今天宇宙中除了氢和氦等最轻的 几种元素之外的 100多种元素，宇宙从此变得丰富多彩，生命也赖以产生和发展，使整个世界生机勃勃。

 

【小资料】生命与“星 尘”

特别需要指出的 是，要产生像人类这样的 智慧生命，没有铁元素是不行的 。可是，太阳内部进行中的 热核聚变反应不会制造铁，因此，太阳和太阳系 里富含的 铁元素，必定是在太阳形成之前就已经存在了。这也就是说，太阳不应该是银河系 中的 第一代或第二代恒星 ，而应该至少是第三代或第四代。银河系 中，在太阳附近，本来应该有一颗第一代或第二代的 恒星 ，在至少五十亿年之前，走完了它的 生命历程，变成一颗超新星 ，在爆发中把它所制造的 铁抛到了银河系 空间，混合在弥漫的 星 际介质中。这种混合了铁和其他各种重元素的 气体，就成了后来形成太阳和太阳系 的 原料。请想象吧，正在你身体里流动的 血液中的 铁元素，就是这颗超新星 在那时候制造的 ！ (图：正在你身体里流动的 血液中的 铁元素，是在至少五十亿年之前爆发的 一颗超新星 制造的 )

 

追根溯源，组成生命的 元素物质，包括我们人类自身，都由在恒星 内部的 核火炉中亿万载熔炼而就的 “星 尘”所组成。