书城科普小学生最想知道的100个为什么:科学的秘密
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第40章 太阳是怎样形成的?在数百万年以后,它会变成什么样?

太阳系

通常,我们印象中的太阳系都是这样的:八个行星排着整齐的队伍,环绕在永不熄灭的太阳周围。但是事实要远比这复杂有趣得多。在行星的附加物中,有十来个奇异卫星和数以千计小行星。在冥王星的轨道之外,潜伏着上万颗彗星,也许还有其他的小天体。由于太阳引力的牵制,这些星体之间都保持着很大的距离。

太阳系也是非常混乱的,经常发生改变,有时还相当剧烈。一颗行星的万有引力作用在另一颗之上,久而久之会使其轨道发生改变。小行星的猛烈碰撞,也能让行星倾斜成新的角度。也就是说,随着环境的进化与改变,行星在不断地经历着变化。作为这个混乱领域的指挥者,太阳供给的核燃料也将渐渐被消耗殆尽。十亿年后,我们的恒星会膨胀成一个巨大的红球,而在更晚些的时候,它会缩小成一个冰冷、烧毁的空壳。

带来了温暖和光明。没有太阳,地球上将不会有生命。

在50亿年以前,太阳和八大行星还都不存在。那时我们身体或者这一页纸里的原子,还漂浮在星星间气体与尘埃组成的云里面。

科学家认为,气体云的主要组成部分是氢气,它转动得非常缓慢。随着气体和灰尘的不断聚积,云开始将它们拉向自己。这种使云收缩的力就是万有引力。在云的内部,粒子们相互吸引,然后聚成一团。

同时,云开始向一个方向旋转。想知道具体的情形吗?美国亚桑那州行星研究院的天文学家威廉·哈特曼,提出了这样一个实验:上下左右地搅拌杯中的咖啡,然后在里面倒入一些牛奶。这时你会看到,咖啡会朝一个方向打旋。

类似的情形也发生在云里面,偶然的、任意方向的运动,都会逐渐汇合成朝一个方向转动的漩涡。太空中旋转着的巨大星云,就是这样形成的。

有的科学家又为这个故事增添了戏剧性的一笔。他们认为,可能是附近一颗星星发生了爆炸,它将一些物质喷射到各个方向。有部分物质正好漂到了我们的气体云中。而且,爆炸产生的冲人类依靠着太阳生存。每天早晨,太阳从地平线升到空中,给大地击波也使云收缩得更加厉害了。

随着云的收缩,它开始转动得更快,就像一位花样滑冰选手在转圈时,把双臂紧紧地抱在身上一样。云旋转得越快,它的形状改变得越大。随着更多的物质聚集在那里,云的中心鼓了起来,外围的部分则慢慢变平。不一会儿,它的形状就像一块披萨饼,中间卡住了一个球。你也许已经猜到了,这个球就是太阳的初期形态。那时的它是一个气体团,比我们现在的整个太阳系还要大上几倍。(科学家把初生的太阳叫做“原恒星”。)

那么,太阳又是怎样从一个黑暗的气体球变成灿烂夺目的恒星呢?这个过程相当漫长。经过千万年的岁月,在万有引力的拉动下,原恒星和它周围的云继续收缩在一起。云内部的原子发生碰撞,使之变热。云中的温度升高,特别是在拥挤的中心,原子的冲撞非常迅速和激烈。原恒星的气体开始发热发光。在不断收缩的太阳内部,温度持续升高,可达到上百万度。

由于剧烈的高温和巨大的压力,那些挤在一起的原子发生了一些新的变化。氢原子开始熔化,或者聚合在一起,形成了氦原子。

每当一些氢变成氦时,都有一小部分剩余的能源——光和热,被释放出来。由于这种情形在太阳的中心不断发生,就聚积了很多能源,使新的太阳系充满了亮光:太阳制造了这些能量。它成为了一颗活的星球,加入到了夜空中闪闪发亮的气体球的行列中。

这种给太阳提供动力的过程叫做原子核聚变。核聚变是发生在太阳中心的一种持续受控爆炸,那里的温度可接近27,000,000到40,000,000华氏度。现在,太阳里每秒钟都会有4百万吨氢被转换为氦。爆发出的光相当于4万亿万亿个电灯泡的亮度。

由于太阳中只有过多的氢在熔化,渐渐地,它开始发生变化,内部包含了75%的氢和25%的氦。到现在,经过了几百万年的核聚变,太阳核心中大量的氢下降到了35%。

也许你已经想到了,到最后,恒星将耗尽它核心中的氢。和其他的燃料一样,它早晚要被用完。恒星中不会再充满着氢,它的中心将由氦占满,四周围绕着氢的“外壳”。壳里的氢继续通过核聚变转化成氦,这时的恒星已经开始衰落。

和人一样,星星也要经历从诞生到衰老,再到死亡的这个过程。太阳到现在已经46亿岁了,算是步入了中年。科学家估计,太阳还能活上50亿到60亿年。

随着年龄的增长,太阳核心的氢在慢慢减少,熔化的氢也越来越接近表层。在不久之后,氢聚变会结束。氦的核要缩小一些。这时一个新的进程就开始了:那就是氦聚变。

经过亿万年的聚变形成的氦聚在一起,它的原子也发生聚变,形成了更重的碳原子。太阳依然发出耀眼的光辉。然而再过几百万年,太阳的外部会渐渐扩大,延伸到冰冷的空间里,从现在的10,000华氏度下降到5,800华氏度。变得更冷、更大的太阳将释放出较低能量的红色光。我们把这样的恒星称作“红巨星”。

这颗变大的太阳还在不断膨胀,直到吞并了它的两个行星——水星和金星。当太阳开始逼近地球时,我们星球的温度会急剧升高。海洋被蒸发成陆地,整个地球将变成一个干燥、多岩石的世小趣闻当太阳还很年轻的时候,它比现在要大上20倍,亮上100倍。

界,就像现在的水星一样。到那时,也许人类会离开地球,寻找其他更适合生存的坏境。

当氦全部用尽时,碳又开始熔化。但核聚变不是持续永恒的。太阳中的气体慢慢遗失在太空中,最后只剩下一个炎热的核。

太阳将由红巨星坍塌成一个白矮星,也许才和地球差不多大。(因为白矮星的密度非常大,其中一茶匙物质的重量就能达到一吨。)接着再过上百万年,太阳又将变成一堆死气沉沉的黑碳渣——一颗黑矮星。

那些比太阳巨大的恒星,随着年龄的增长,还会发生一些更奇特的变化。耗尽了氢和氦之后,它们将碳熔化成氧。一旦恒星拥有了氧的核心,它又会熔化成氖。氖还能熔化成其他元素,如此下去,直到硅的原子被熔化成铁。充满铁的核最后发生坍塌,有可能带来一场巨大的爆炸。这颗爆炸的恒星叫做超新星,它把自己的所含之物喷向太空。

最巨大的恒星最终有可能收缩成黑洞。在黑洞里,万有引力非常强大,连光也无法逃离。黑洞就像太空中的一个漩涡,吸入各种物质后不断变大。有些科学家猜测,黑洞可能是通往外太空的大门,或者是可以用来环游宇宙的捷径。所以,有些恒星在死亡之后,仍然会再度重生,成为奇特而美好的新天体。

我们知道,地球按照自己的轴心自转,随着和太阳的靠近与远离,白昼变为黑夜。我们还知道,地球围着太阳公转,转一圈需要花上365天多一点儿。那我们眼中的太阳呢?一个闪亮的大球,稳稳地挂在空中不动,四周的行星都围着它转动。不过,这个理解是错误的。太阳也是不断在运动的。其他行星和它们的卫星随着太阳在太空中的旅行,且并要跟上它的脚步。

首先,太阳确实是在转动的,就像地球和其他行星一样。第二,科学家认为太阳在脉动——它在有频率的膨胀和收缩。最后,太阳在太空中穿行,它的旅程跨越了星球间的黑暗空间。行星如同飞蛾一般,一直围绕在它的身旁。