恆星的一生--太陽的最終歸宿

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每當夜幕降臨，我們仰望璀璨的星空對著漫天的繁星思考自己人生的時候，是否有想過，夜空中每一個閃閃發亮的星星，都有著屬於自己的人生軌跡。

現在我們都知道天空中絕大多數的星星（金、木、水、火、土除外）都是一個個和太陽類似的恆星，只是因為它們距離我們人類的住所（地球）太過遙遠，導致我們看到時就變成了是滿天閃閃的小光點。但是大家也都知道我們的人生和動輒幾十、上百億年壽命的恆星相比，似乎就變成了彈指一瞬。蚍蜉撼樹、坐井觀天，我們這些宇宙中的灰塵又怎麼能去研究恆星的一生呢？

（一）研究恆星演化的工具--赫羅圖

這裡我們就要感謝天文學家赫茨普龍和羅素，他們為我們整理出了一個研究恆星演化的重要工具「赫羅圖」。恆星雖然種類和數量極多，各具特色，但它們主要有兩個重要的參數：一個是恆星表面的溫度；一個是恆星的光度。如果我們把表面溫度和光度這兩個因素作為橫縱坐標，再把我們目前發現的恆星按照其表面溫度和光度，填入對應的坐標系中，就得到了下面這張「赫羅圖」。

（赫羅圖）

我們有理由相信，圖中處於不同位置的不同恆星，可能就對應著恆星不同的年齡或者說不同的人生階段。

研究發現90%的恆星都處於圖中的一條帶狀區域上，處於這個區域的恆星我們稱之為主序星，主序星上的恆星相當於處於青壯年期的我們。而圖中右上方（紅巨星）和左下方（白矮星），則是恆星截然不同的兩種人生結局。

（二）生命的誕生--恆星的產生

我們研究發現恆星誕生於宇宙中的彌散星雲，所謂彌散星雲就是宇宙中一些氣體和少量的塵埃，星雲的直徑可以達到上百光年，同時基本上每一立方釐米的星雲內便有數百萬個原子；

（船底座星雲）

星雲中各種物質在特定的條件下，會在萬有引力的作用下開始坍縮，最終隨著不斷增加的氣體壓力和萬有引力相平衡時坍縮就會停止，在氣壓和密度不斷增大的過程溫度也在不停的升高，當星雲內部溫度達到了臨界800萬度時，氣體內部就會發生氫核聚變，一顆原始恆星由此誕生，它也就正式進入主序星的行列，恆星的壯年也就由此開始。之後它將經歷漫長而又複雜的恆星演化。

主序星的演化，只由兩個因素決定，一是化學元素的豐度，二是恆星的質量，但一般來說恆星的化學元素組成基本相同，也就是說影響恆星生命軌跡的主要因素就變成了恆星質量，所以不同質量的恆星在演化過程中會面對截然不同的人生命運。

（三）褐矮星--一顆失敗恆星（小於0.08倍太陽質量的恆星）

剛才我們說過在彌散星雲的坍縮過程中，隨著星雲密度和氣壓的增加，溫度也隨之升高，當內部溫度達到800萬度的點火溫度時，氫核就會聚變。那麼有沒有在坍縮過程中星雲的最高溫度達不到點火溫度，也就沒有發生氫核聚變的情況呢？

我們發現當坍縮的星雲質量小於0.08倍的太陽質量時，此時坍縮的產物就是一個褐矮星，褐矮星的質量介於恆星與行星之間，因此褐矮星非常黯淡，要發現它們十分困難。下圖就是一個褐矮星：

（褐矮星）

因此褐矮星也被稱為「失敗的恆星」，它由於質量不足無法成為燃燒的恆星，但其質量仍遠大於太陽系最大的行星木星，所以木星和褐矮星有本質的不同。

（四）紅巨星和白矮星--太陽的晚年（介於0.08倍至8倍太陽質量的恆星）

達到太陽質量的0.08倍但又沒有8倍太陽質量的恆星（比如太陽）會因為氫核聚變反應，生成氦原子核。恆星的核心會在氫原子燒完後快速收縮，這時候引力勢能會轉化為熱能，恆星內核的溫度急劇升高，外層的物質會被推開，此時恆星大幅膨脹，體積達到在其主星序時的數百倍大小，成為紅巨星。當太陽的晚年變成紅巨星，其膨脹的體積會吞沒地球所處的軌道，此時地球必然毀滅，當然這個時間還需要50億年。

（紅巨星）

隨著溫度的升高，當內部溫度達到1億度時，氦原子的核聚變反應也被促發，聚變反應產生碳原子核和氧原子核，紅巨星外層繼續膨脹，此時就形成了體積更大的紅超巨星。紅超巨星及其不穩定，它的外層物質會因為缺少束縛而拋射出去，此時拋射物就成為行星狀星雲。行星狀星雲中心留下的核心也會逐漸冷卻，成為一顆體積小而密度極大的碳-氧白矮星。

（白矮星）

其實在這中間還有兩種軌跡，一種是當恆星的質量高於0.08倍的太陽，而低於0.5倍的太陽質量時，恆星內核的溫度在升高時達不到一億度，就會導致內核的氦無法聚變，最終的產物也就變成了一顆氦-白矮星；另外一種軌跡是質量大於2.3倍而小於8倍太陽質量的恆星，在聚變後期可能產生碳爆發型超新星，這是兩者和上者的區別。

（五）超新星和中子星--最穩的老鐵也會爆炸（介於8倍至30倍太陽質量的恆星）

當恆星質量大於8倍而不足30倍太陽質量時，其內部溫度升高達到30億度的過程中，剛才的碳和氧的原子核也會迅速聚變，生成鈉、鎂、矽等等，核聚變反應會一直持續到最穩定的鐵元素，最終形成了一個鐵的中心核。

（中子星）

當最終內部溫度達到50億度的時候，鐵就會在伽馬射線的作用下光致分解，高能光子會擊穿原子核，釋放出中子和質子，然後質子與自由的電子發生作用，生成一個緻密的中子核，整個過程會吸收大量的能量，直接導致超新星爆炸，這個過程在我們的夜空中看，就會出現一顆超級明亮的星星。

（六）黑洞--既是結束也是開始（大於30倍太陽質量的恆星）

當恆星質量大於30倍太陽質量時，緻密的中子核就會因為巨大的萬有引力而被壓垮，形成密度更大的究極天體「黑洞」。關於黑洞有很多問題比如：1.黑洞的逃逸速度大於光速，因為任何物體速度不能大於光速，也就是說任何物體都不能逃離黑洞；2.黑洞可能會產生能穿越時空的蟲洞；等等一些有趣問題，之後有機會可以再寫！

（人類歷史的第一張黑洞照片）

不過我們都知道宇宙的產生來自於一場大爆炸，而大爆炸之前的宇宙是一個體積無限小，密度無限大的奇點。而宇宙似乎就這麼有趣，黑洞的內部也是一個奇點，也許某一天這個奇點也會發生一場大爆炸。似乎聯繫起來，恆星的毀滅也代表了宇宙的新生，黑洞就是這樣，既是開始也是結束。

小結：

就像愛因斯坦說的那樣，有些知識是我們已知的，有些知識是我們未知的。學習是永無止境的我們知道有我們知道的事，我們也只知道有一些是我們不知道的事，但是更多的卻是我們不知道我們不知道的事。但是沒關係，因為「宇宙」最不可理解之處，就在於它居然是可以被理解的。