书城科普世界未解之谜之宇宙地球之谜
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第8章 神奇的宇宙(8)

质量比太阳大的恒星,其表面温度也比太阳高,可达10000℃、20000℃,甚至更高。在所有已知的恒星中,质量最大、温度最高、亮度最强的恒星,其稳定的表面温度至少可达50000℃,甚至可能更高。也许可以大胆地说,主序星的最高的稳定表面温度可以达到8万℃。

为什么不能再高呢?质量再大的恒星,其表面温度会不会比这还要高呢?恐怕是不可能的。因为一颗普通的恒星,如果具有这样大的质量,以至它的表面温度竟高达8万℃以上,那么,这颗恒星内部的极高温度就会使它发生爆炸。在爆炸时,也许在瞬间会发出比这高得多的温度,然而当它爆炸之后,剩下来的将是一颗更小更冷的恒星。

但是,恒星的表面并不是温度最高的部分。热会从它的表面向外传播到该恒星周围的一层很薄的大气层中(即它的“日冕”)。

这里的热量从总量上说虽然不大,但是,由于这里的原子数量相比是很少很少的,以致每一个原子可能获得大量的热供应。又因为我们以每一个原子的热能作为测量温度的标准,所以日冕的温度可高达100万℃。

此外,恒星的内部温度要比其表面温度高得多,若使恒星的外层能够战胜巨大的向里拉的引力,就必须是这样。已经查明,太阳的中心温度大约是1500万℃。

显然,那些质量比太阳大的恒星,它们不但表面温度更高,中心温度也会更高。同时,对于具有一定质量的恒星来说,其核心的温度一般总是随着它的年龄的增长而越来越高。有一些天文学家曾试计算出:在整个恒星爆炸的前夕,其核心温度可以达到多少度。其中估算的最高温度是60亿度。

那些不属于主序星的天体,其温度有多大呢?尤其是那些在20世纪60年代新发现的天体,其温度可达到多少度呢?例如脉冲星的温度可达到多少度呢?有些天文学家认为,脉冲星实际上就是非常致密的中子星,这种中子星的质量虽然和一颗普通恒星一样大,但它的直径只有十几千米。这样的中子星的核心温度会不会超过60亿度这个“最大值”呢?此外还有类星体,有人认为类星体可能是由数百万颗普通恒星坍缩而成的,既然如此,这种类星体的核心温度又有多高呢?

所有这些问题,迄今为止还没有人能够回答。

自相残杀的星系与星球我们知道,宇宙中星体之间相距十分遥远,相互靠近的机会很少。但经过天文学家的观测和研究,发现星球之间也在互相吞食,互相残杀。科学家们把这类星球称为宇宙中的“杀星”。

前不久,美国天文学家就发现了这样一颗“杀星”。这两颗恒星,本来是一对双星,都已进入晚年,均属白矮星。这两个星球体积很小,可质量要比太阳大得多。经观测发现,这两颗星体靠得很近,相互围绕对方旋转运动。其中一颗大的恒星,时刻都在吞吃比它小的那一个。大恒星把小恒星的外层物质剥下来吸到自己身上来,使自己越来越胖,体积和质量不断增大。而那颗被吞食的恒星,逐渐变得骨瘦如柴,现在只剩下一个光秃秃的星核了。

不但星体之间存在着互相吞食的现象,星系之间也在互相吞食和残杀。现在有一种理论认为,宇宙中的椭圆星系就是由两个漩涡扁平星系互相碰撞、混合、吞食而成。有人曾用计算机做过模拟实验:用两组质点代表星系内的恒星,分布在两个平面内,由于引力作用,以一定的规律相向而行,逐渐趋于混合。在一定条件下,两个扁平星系经过混合确能发展成一个椭圆星系。

在宇宙中,除漩涡扁平星系和椭圆星系外,还有一种环状星系。天文学家们发现,这类星系从外形看,恒星分布在环状圈内,有时环中央没有任何天体,有时有天体,有时环上还有结点。有人认为,这种环状星系的形成,是由两个星系碰撞、互相吞食的结果。

环中心的天体和环上结点,就是相互吞食后留下的痕迹。

加拿大天文学家科门迪通过观测还发现,某些巨椭圆形星系,其亮度分布异常,好像中心部位另有一个小核。他认为,这就是一个质量小的椭圆星系被巨椭星系吞食的结果。前面说过,天体之间、星系之间距离都非常遥远,碰撞和吞食的机会很少。所以,要想证实以上说法能否成立,还需一定的时间。

宇宙流浪者——彗星

1.天空三客彗星可分为沿椭圆形轨道运动的周期彗星,以及沿抛物线和双曲线轨道运动的非周期彗星。周期彗星循着轨道周期性的回到太阳附近来,只有在这时显得亮,我们在地球上才容易发现它。周期彗星以200年为界,分为长周期和短周期两种。哈雷彗星是短周期彗星的代表,它的周期是76年,下次它来到太阳附近将是21世纪60年代,犹如美国市场颇受欢迎的儿童运动衫上的字样“哈雷彗星,2061年我将再次看到你”,表达了人们的盼望之情。虽然它如“稀客”一般,但终有回归之时。最短的是恩克彗星,周期3.3年,从1786年发现以来,已出现过50多次,算是“常客”了。而非周期彗星就可以算是太阳系的“过客”,他们可能沿着双曲线和抛物线从遥远的太阳系深处来,在太阳这儿打个弯,就循着另一支“臂”一去不复返了,不知跑到哪处天涯海角去了。

2.神秘的哈雷彗星蛋哈雷彗星每靠近地球时,地球上就出现神奇的彗星蛋,令人百思不解。

1682年德国的马尔堡,有只母鸡生下一个奇异的蛋,蛋壳上布满星辰花纹。

1758年美国霍伊克附近名叫齐尔斯·卡拉斯的农民的母鸡,下的一枚蛋,壳上有彗星图案。

1834年希腊科扎尼一只母鸡产下的蛋上彗星图案特别清晰、规则,后来献给国家收藏。

1910年5月17日法国一名叫阿伊德·布莉亚尔的女人家里的母鸡生下一个蛋,蛋上的彗星图案擦不掉。

1986年彗星蛋又出现,意大利的博尔戈一户居民得到一枚珍贵无比的彗星蛋。

彗星蛋之谜尚待解开,作为研究彗星的宝贝,被认为与免疫系统的效应原则,甚至生物进化有关。

3.20世纪发现的大彗星20世纪发现七百多颗彗星,肉眼可见的只有几十颗。

20世纪的大彗星有十多颗。

①池谷一关彗星1965年10月21日彗星有残月那么亮,彗尾长。

②白日彗星1910年白天可见③威斯特彗星1976年白天可见④史克杰勒普—马里斯坦纳彗星1927年白天可见⑤维斯卡拉彗星1901年⑥哈雷蕾星1910年彗尾有半个天空长⑦莫尔科斯彗星1956年较亮、彗尾较长⑧阿仑·罗兰彗星1957年较亮、彗尾较长⑨别尔加夫斯彗星1912年较亮、彗尾较长⑩南天大彗星1947年较亮、彗尾较长瑏瑡百武彗星1996年5月1日明亮瑏瑢梅尔·波普彗星1997年4月2日客星与类星体类星体是迄今为止人们发现的距离我们最远,同时又是最明亮的天体。因其像恒星而又不是恒星,所以叫做“类星体”。这是20世纪60年代著名的天文学四大发现之一。到目前为止,已发现类星体数千个。

1960年,美国天文学家桑德奇用当时世界最先进的望远镜,看到一个名叫3C48的射电源,发现它并不是一个射电星系,而是一颗星,这颗星很暗,颜色发蓝。3年以后,另一位美国天文学家施米特又发现了一个类似3C48的射电源3C273。施米特对射电源3C273进行光谱分析,发现在这个天体上,并没有什么地球上未知的新元素,不过是普通的氢光谱线,所不同的是,这些元素的谱线都向长波方向移动了一段距离,天文学上把这种现象叫做“红移”。

这种红移现象一般恒星也有,不过移动的距离很小。可是类星体的红移量非常大,比一般恒星的红移量要大上几百倍甚至上千倍。

根据美国天文学家哈勃在1929年总结出的规律,红移的大小同星系与我们的距离成正比,红移越大,星系距离我们也就越远。按照哈勃定律,可以推算出这些类星体远在几十亿光年甚至上百亿光年之外,换句话说,在这些类星体发光的时候,我们的太阳系还未形成呢,因为太阳系只有50亿年的历史。

科学家们经过研究发现,类星体的发光能力极强,比普通星系要强上千百倍,因此获得了“宇宙灯塔”的美名。更令人吃惊的是,类星体的体积非常小,直径只有一般星系的十万分之一、甚至一百万分之一。为什么在这样小的体积内会产生这么大的能量?这一问题使科学家们兴趣倍增而又大伤脑筋,因此,种种假说便接踵而来。有人认为其能源来源于超新星的爆炸,并猜测其体内每天都有超新星爆炸;还有人推测类星体中心有一个巨大的黑洞。要想解开类星体之谜,还有待于科学家们的辛勤探索。

在晴朗五月的夜晚,当你抬头仰望那漫无边际的星空时,如果你注意到在以前没有星星的地方,突然冒出一颗明亮无比的星,在它面前,著名的天狼星变得暗淡无光,耀眼的“太白金星”也不能与之匹敌,甚至太阳的光辉也不能将之压倒,那么你所见到的那颗星就是一颗超新星。

说到这里,大家也许会纳闷:平白无故怎么会突然多出一个叫做“超新星”的星呢?这是怎么回事?其实,超新星并不是新生成的恒星,它们是原本早就存在的恒星。要想弄清什么是超新星,首先我们要先知道什么是新星。

在整个宇宙背景很暗的情况下,有些星星我们用肉眼是根本看不到的,甚至用一些大的望远镜都看不见。由于某种原因,这种恒星突然产生了爆炸,亮度一下子增长了上万倍,随后又逐渐变暗,这种星星,叫做新星。其中,我们把那些爆炸时亮度超群出众的,就称为“超新星”。

故事讲到这儿,大家也许又会问,超新星既然是恒星爆炸时形成的,那么恒星为什么会爆炸呢?

为了解决这个问题,我们需要大致了解一下恒星的演化过程。

大家都知道,一个人总要经历诞生、成长、衰老直至寿终的整个一生。同样,自然界的动物、植物也是如此。那么,天上的星星又怎么样呢?也不例外。它们也要经过从生到死的过程。具体可以分为“早期形成”阶段、“中年”阶段和“晚年”阶段。所谓“早期”是指恒星开始形成的时候;“中年”指恒星相对稳定的时期。我们每天所见的太阳目前就处于“中年”阶段,所以它的光度基本不变。而当恒星迈入“晚年”阶段后,它就处于一种很不稳定的状态。是什么原因造成了这种结构的不稳定呢?许多科学家对此进行了猜测和设想。有人认为进入晚年的恒星,就像一个物体由于内外受力不平衡。晚年恒星就会被迫改变形状。由于星星要发光,它就必须消耗自身的能量。当它内部“燃料”逐渐被消耗时,它所能利用的也就越来越少。这就使得恒星向外放出的能量大大减少。这一下可不得了,本来向外压力和向内的引力是平衡的,而这时向外的压力大大减少,巨大的引力因此而失去抗衡,就像房屋突然断了横梁和支柱一样,就会向中心猛然“坍缩”下去。结果,中心区域的物质被挤压得十分厉害。于是从恒星内部放出巨大的能量。一种被称作“中微子”的粒子流,就像超级飓风一样把恒星摧毁。而这个过程所需要的时间非常地短,不到一秒钟,瞬时温度可高达万亿(102)K。很难想像这个过程是如此迅猛,放出的能量如此之大,于是,我们就看到了它突然变亮的过程。这就是超新星爆炸的原因和过程。

这里,我们可以看看历史上一颗典型的超新星的形成过程。

北宋的时候,也就是公元1054年的一天早上,东方天空中的天关星附近突然出现了一颗非常亮的星星。它光芒四射,白天看起来就像整个天空里最亮的金星一样亮。它持续了23天才开始变暗,但肉眼仍能看到。一直过了大约两年的时间,它才消失了。

宋朝的天文学家们称它为“客星”。不像吗?莫名其妙地出现在天空,又莫名其妙地走了,不恰似一位太空“游客”,来也匆匆,去也匆匆吗?大约在七百年以后,也就是18世纪,有个英国人用望远镜观测天空的时候,在“客星”出现的位置出现了一团很模糊的气体云,样子很像一只张牙舞爪的大螃蟹。于是人们就给它起了一个绰号叫“蟹状星云”。后来,经过天文学家考证:“客星”就是超新星爆发,而“蟹状星云”正是超新星爆发后遗留下来的物质。凭什么这么说呢?我们下面可以做一个简单的数学运算外,现在所有活在世上的人当中都没有见到过它,只有在历史的记载上还珍藏着它的一些简略的史料。现在,在我们银河系里能完全肯定为超新星的“事件”的只有几起,其中之一就是宋史上记载的1054“客星”。

提起1054“客星”或“蟹状星云”,就会激起中国天文学家们的自豪感。1054超新星是我国古代关于超新星爆发的记录,是全世界最丰富和最准确的记录。而最近,我们国家的天文学家们在这方面又取得了一些新的进展:北京天文台李卫东博士分别于1996年4月11日和1996年10月18日发现了两颗银河系外的超新星。

他也是在这方面取得进展的中国第一位天文学家。这两颗星分别命名为SN1996W,SN1996Bo,其中SN1996W是1996年国内外发现的最亮的一颗,因此显得更有价值,更有历史意义,在当代天文学的发展史上为中国人又添上了光辉的一笔。

关于超新星,人们已经发现了许多,但对它形成的原因,却仍然处于猜想阶段。究竟是什么原因使晚年的恒星产生了大爆炸,这还是一个没有得出答案的谜。