书城童书宇宙奥秘我来破
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第6章 宇宙的奥秘(6)

恒星是由炽热气体组成的,能自己发光的球状或类球状天体。离地球最近的恒星是太阳。其次是半人马座比邻星,它发出的光到达地球需要4.22年。晴朗无月的夜晚,在一定的地点一般人用肉眼大约可以看到3000颗恒星,借助于望远镜,则可以看到几十万乃至几百万颗以上。估计银河系中的恒星有一两千亿颗。恒星并非不动,只是因为离我们实在太远,不借助于特殊工具和方法,很难发现它们在天上的位置变化,因此古代人把它们认为是固定不动的星体,叫做恒星。

恒星也有自己的生命史,它们从诞生、成长到衰老,最终走向死亡。

恒星的生命历程极为规则。天空中的几乎所有恒星,无论是用肉眼还是用望远镜看到的,都是与太阳类似的恒星,它们的核心正熊熊燃烧着氢。这种极稳定的状态长达恒星整个核反应寿命的99%,并被称为主序。我们的太阳已经平静地处在主序态上50亿年了,不停地把它的氢转变成氦,它的生命之路正好走了一半。

此后的几亿年里,恒星处于暂时的平稳,核区的氢在渐渐消耗,氢的燃烧越来越向更外层推进。之后,恒星的颜色会改变,因为其外层与高温的核心区相距很远,温度就低了下来。这种状态的恒星称为红巨星。

红巨星时期的恒星表面温度相对很低,但极为明亮,因为它们的体积非常巨大。肉眼能看到的最亮的星中有许多就是红巨星,如参宿四、毕宿五、大角、心宿二等。我们的太阳在50亿年或60亿年后也将变成一个红色“巨人”。当核心的氢耗完时,太阳就开始膨胀,那时水星将化为蒸汽,金星的大气将被吹光,地球上的海洋将沸腾。然后太阳还会继续膨胀,并将地球纳入它的势力范围。地球被烧焦的残骸会继续在巨型太阳灼热而极稀薄的大气里转圈。红巨星外层物质的密度比地球实验室里能获得的最好的真空度还要低得多。

红巨星还不是恒星生命的终结。引力现在变得比以往更为重要。一个恒星的命运完全是由其质量决定的,至少对单颗星是如此。质量越大的恒星演化得越快,核燃料也就消耗得越快。

红巨星燃烧抛出的灰烬,最后形成了一个行星状星云,萎缩的残骸则成为一块“钻石”,这就是白矮星。

白矮星是中等质量恒星演化的终点,在银河系中随处可见。它的质量越大,半径就越小。当物质积累到一定程度时,作为其主要成分的氢会突然发生聚变,白矮星外层会爆发。

随后,恒星核里再没有任何“真空”留下,恒星核成了一种主要由中子组成的巨大原子核,这种远比白矮星紧密的新的物质叫做中子星。

这时恒星中的物质已不可能再做任何进一步的压缩,开始发生坍缩,但最终形成的并不是中子星,而是黑洞。

黑洞可从大质量恒星的死亡中产生。一颗大质量恒星坍缩后,当其引力大得无任何其他排斥力能与之相对抗时,恒星被压成了一个称为“奇点”的孤立点。

恒星从产生到死亡经历了一个漫长的过程,其间究竟还有什么不为人知的秘密,还要随着科学的不断发展去做进一步的探索。

恒星的颜色之谜

当我们仰望灿烂的星空时,看到星星闪烁着一点点白光。我们看到的夜空中那些闪烁的星星不就是这种白色吗?其实,不是这样的,天上的星星不都是一个颜色。

恒星的颜色可谓是五彩缤纷,比人类肉眼看到的要多得多。有红色、黄色、蓝色和白色等等,犹如五颜六色的明珠般诱人。恒星发出的光不仅有强有弱,而且它们的颜色也各不相同,天蝎α、猎户α色红如火;牧夫α金牛色橙可爱。可是,恒星为什么有多种多样的诱人色彩呢?

如能搞清楚世界上为什么会有不同的颜色这个问题,那么恒星有各种不同颜色的原因也就不难理解了。

早在1666年,牛顿用棱镜片把阳光分解成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色。恒星光与太阳光一样,是由不同颜色(波长)的色光合成的。

那么恒星的颜色又说明什么呢?

科学家发现,星星是什么颜色往往取决于它的年龄。幼年的恒星发光明亮,呈蓝色或红色;青年的恒星呈现肉红或鲜红色;当恒星到中年和老年时,将呈现多变的色彩。

星星的颜色还能表明该星的温度。

如果你去参观过炼钢厂就会发现,当钢水在钢炉里的时候,由于温度很高,它的颜色呈蓝白色的,而出炉以后随着温度慢慢降低,它的颜色也慢慢转为白色,再变成黄色,再由黄色逐渐变成红色,最后变成黑色。由此可见,物体的颜色是由物体温度决定的。

天上的星星也是如此,它们的不同颜色也代表星体表面的不同温度。天体的温度不同,它们发出的光在不同波段的强度也是不一样的。从恒星光谱型我们已经知道,不同颜色代表不同的温度。一般说来,蓝色恒星表面温度在25000摄氏度以上,如参宿七、水委一、腹一(甲星)、十字架二(甲星)和轩辕十四等。白色恒星表面温度在7700~11500摄氏度,如天狼星、织女星、牛郎星、北落师门和天津四等。黄色恒星表面温度在5000~6000摄氏度,如五车二和南门二等。红色恒星表面温度在2600~3600摄氏度,如参宿四和心宿二等。

太阳的表面温度约为6000摄氏度,按理,太阳应是一颗黄色的恒星,为什么我们白天看见的太阳发出耀眼的白色呢?

其实,这是因为太阳离我们较近的缘故。如果有机会乘宇宙飞船到离太阳较远的地方,你将会发现,太阳是一颗黄色的星星,而美丽的朝霞和晚霞绽放红光的原因是因为地球大气对太阳光7种颜色中红光折射偏角最大的原因造成的。

美丽的星空绽放着奇异的色彩。也许,随着科学的进一步探索,恒星的颜色可能还远远不止这些,它们形成的原因可能比我们想象的更复杂。但是我们相信,终有一天这些神秘的恒星会被揭开面纱,呈现在世人面前。

天狼星变色之谜

天狼星是大犬星座中最亮的星,在整个天空中,它也是看起来比较亮的恒星之一,按其亮度可以排在第六位。它和地球相距8.7光年,是离我们较近的恒星之一。

相传,在古罗马的时候,每年七月,当天狗星首次从晨曦中的地平线出现时,人们总要献上红毛的狗,作为他们的祭品。他们的诗人写道:“火星闪烁着温和的红光,而天狗星的红色却比它更强。”很多有名的古代作家都把天狗星的光芒描写成红色。甚至在公元前1000年以前,巴比伦人也用他们的楔形文字记录下这颗星的颜色是红色的。

这颗天狗星,就是我们今天所称的天狼星。

在古巴比伦、古希腊和古罗马的典籍中记载的天狼星是红色的,而今天人们所看见的天狼星却是白色的。这是为什么呢?难道古代天文学家都观察错了吗?

有的科学家认为,这可能是视觉假象造成的错误。古代天文学家是在天狼星接近地平线时观察它的,因而它总呈现出红色,就像朝阳和落日一样。因此科学家推定,天狼星可能是因为地球大气的折射而呈现红色。

但是,德国天文学家施洛夏和历史学家柏格文却提出异议,认为一直到公元6世纪,古代天文学家观察到的天狼星都是红色的。

他们研究了中世纪前期法兰克王国都尔主教格里哥利在公元577年所创作的编年史。为了给当时各修道院提供正确的晨祷时间,格里哥利主教在他的卷册中列出了每一个月某些星座从地平线上升起的时刻。根据编年史中记载这些星星的上升时间及它们在晨曦中消失的时刻,可以分析出其中的一颗星就是天狼星。格里哥利主教把这颗星称为“卢比奥拉”,意思即是“红色”或“铁锈色”。他们指出,格里哥利没有用传统的星名,可能是因为他不熟悉古希腊古罗马的星象知识之故。

因此,这两位德国科学家得出结论:天狼星在1400年前,还是红色的。

然而,大约400年之后,在阿拉伯天文学家阿尔·苏菲所制作的星表中,天狼星并没有被列入红色星一类。所以天狼星大约是在400年的时间中改变颜色的。

天狼星发生过什么样的重大变化吗?

1844年,德国天文学家贝塞尔发现,天狼星在天穹上移动的轨迹是波纹状的,而不是像其他恒星那样沿着直线前进。贝塞尔认为,这种现象说明天狼星实际上是个双星,它们之间的相互引力使得天狼星一边旋转一边前进,所以看起来才像沿着波纹状的路线移动。因为天狼星的伴星太暗,我们用肉眼看不到,因此,天文学家推测,它很可能是一颗白矮星,是死亡中的星球。

可是,当时人们还无法观测到天狼星的那个伴星在哪里,直到1862年,美国天文学家克拉克在检验用当时最大透镜(直径为47厘米)做成的望远镜的性能时,才在明亮的天狼星旁边发现了一个微弱的光点,它正好在预先推测的天狼星的伴星的位置上。

天狼星的伴星是一个白矮星,它的表面温度很高,约为23000摄氏度,因而呈白色或蓝白色,但是由于体积很小(其质量比太阳大,可半径比地球还小),所以光度很小。在天文学上,这种光度很小的恒星被称为“矮星”,而白色的矮星就是“白矮星”。

天文学家认为,年老的星球在变成白矮星之前,都会先变冷,膨胀成为红巨星。古天文学家观察到的正是变成红巨星的天狼星的伴星。因为古代天文学家是用肉眼观察的,所以他们不能把白天的天狼星从天狼星伴星耀眼的红光中分辨出来。由于两颗星的光芒相加,所以当时的天狼星特别明亮。古巴比伦人的楔形文字记载,当时可以从白天的天空中看见天狼星。

从现有的星球演变理论得知,白矮星是天体中一种变化较快的巨星,它的前期阶段是红巨星,那时候其核心温度可达l亿摄氏度,可以说是相当明亮的。随着内部燃料逐渐耗尽,它逐渐暗了下来。这个过程需要几万年的时间。

天狼星伴星演变为白矮星的过程可能是逐渐的,也可能是突然坍缩的。这取决于它原来的质量。大多数天文学家认为,一颗红巨星逐渐演变成白矮星大约需要10万年的时间。所以如果天狼星伴星在400年之内逐渐演变成白矮星,这段时间实在短得令人惊奇。

如果说天狼星伴星是突然坍缩的,那么这个过程应伴随有一次天狼星伴星的大爆发,并且抛出它的大部分星体物质到空间。但是我们却观察不到这次爆发的任何蛛丝马迹。例如我们应该观察到围绕着天狼星伴星有一个向外扩张的气体云环。而且,天狼星伴星的爆发肯定会引起天狼星在几个星期或者几个月中突然变得十分耀眼,会在地球人心中留下深刻印象。但是到目前为止我们还找不到任何有关这方面的文字记载。

通过对天狼星的光谱分析,天文学家猜想,天狼星的金属含量可能比同类星球的正常含量要高。这些多出来的金属成分可能是天狼星伴星爆发时喷到天狼星上的,并为天狼星所吸收。

如果天狼星真能吸收其他星球的金属,那天狼星又会不会再改变颜色呢?这个问题还需要进一步探讨下去。