宇宙——一起來了解恆星的誕生與消亡

2021-01-15 探尋知識海洋

夜空中一閃一閃的恆星,是超熱氣體形成的發光球體,遠遠大於任何一個行星。每一顆都有一個故事,生命戲劇性地誕生在宇宙的邊緣。

引力使小質量塊不停集中成恆星,然後使之坍縮,最後在引力的作用下消亡,整個過程就這樣瞬間完成了!

宇宙暴力動蕩動感十足——恆星的誕生與毀滅。

創造之柱

就像是沙漠中金光閃閃的城市裡一樣,星系在宇宙中最黑暗的角落誕生。星空是由數十億計、閃耀的宇宙灰塵所組成的,它們被叫做恆星。

宇宙裡有數以百億計的恆星,實際上銀河系裡就有四千億顆恆星,還只算銀河系。

但是這些恆星是如何誕生的?它們會如何消亡?為什麼地球上所有的人類多虧恆星的消亡才得以生存?

問題的答案從這裡開始,氣體和塵埃組成的雲。盤旋在無盡的星際沙漠,你所看到的是創造之柱。

鷹狀星雲

創造之柱其實是恆星託兒所,新的恆星在中心區域孕育誕生。離地球七千光年之遙,這些柱子是鷹狀星雲的一部分,宇宙中這樣的恆星孕育不計其數。這些柱子是塵埃和氫氣形成的塔狀星雲。

元素周期表

如果你還記得化學課上的元素周期表,會看到周期表頂部的輕元素氫、氦、鋰等。元素周期表越往下,元素的原子質量越大。氫元素宇宙中最輕而且最充足的元素之一,它是恆星構成中的關鍵元素。在星雲中成團的灰塵還有氣體,慢慢的經過數百萬年的時間聚合成小雲團。而這種作用力大家很熟悉,引力同樣使物體互相吸引,這樣才形成宇宙中的行星恆星星系。引力從某種程度上說是天文學裡最重要的力。當引力作用於宇宙萬物,最基本的產物就是恆星。

恆星是引力作用下質量集中在一起,所形成的最基本單元。想要形成太陽那樣的恆星,直徑一百萬英裡,那就需要比我們整個太陽系,總體積大一百倍的氣體和塵埃團。

原恆星

這些星雲誕生初期溫度極低,低到零下幾百度。但由於引力摩擦和擠壓它們,溫度開始顯著上升。再過個幾十萬年,這些星自旋成扁碟,引力使得扁碟的中心凝聚成球體。那裡的溫度炎熱到二百萬度,這個發光系統被稱之為「原恆星」。再過一千萬年,羽翼未豐恆星灼熱的氫核心,溫度突破一千八百萬度。不可思議的事發生了,核心的溫度如此之高以至於能夠持續核聚變。

氫原子劇烈運動,以至於互相聚變,形成氦原子。這種核反應產生巨大的能量,使得恆星維持生命,保持著持久的光源和熱源。引力凝聚了恆星,然後使之坍縮,如果恆星想要壽命足夠的長。那麼就必須找到抗衡引力的方法,想要對抗引力必須使作用方向正好和引力相反!比如有根繩子的話,你用力拉繩子就有了一股力能抗衡甚至超越引力。恆星的狀況亦是如此,恆星也盡力維持自身抗衡引力的作用。

恆星

對恆星而言核聚變就提供了繩子,以壓力的形式,熱能使得恆星內的粒子超高速運動,伴隨著向外的爆炸力,這就提供了壓力。維持恆星自身對抗了引力,把恆星往外推的壓力正好等於把恆星往裡拉的引力。只要有燃燒恆星就能穩如泰山直到出現了意外。

恆星大部分時間都處於平衡狀態,科學術語是「主序」。太陽每天提供給我們相同的能量,從而創造了生命。

處於主序的恆星各不相同,有的遠比太陽更小更冷,而有的更大更熱。有證據顯示物體的熱量,和其發出的光色有著緊密聯繫。恆星發出的光亮大多屬於黃色光,要是太陽更熱,那麼其主要光的波長就處於藍光波段,甚至處於紫外線波段。

高熱恆星

熱量低的恆星發出更多的紅色光,小、冷、紅的恆星比如比鄰星,離太陽系最近的恆星也叫「紅矮星」,可能只有太陽質量的十分之一,表面溫度比太陽低數千度。一般是看不到紅矮星,因為它們太暗了,你僅僅見到非常稀有非常明亮的恆星,正好離我們非常遙遠,波長段處於最短處,正是巨大的藍色主序恆星。表面平均溫度達到四萬五千華氏度,質量可能是太陽的二十倍比太陽亮一萬倍。

對於恆星而言,質量當然是關鍵質量是最基本的屬性,決定著一顆恆星的發展歷程,質量越大的恆星比起質量較小的恆星壽命更短。這聽上去很奇怪,因為質量越大,染料也就越多所以你會誤以為它的壽命也會長!所以,恆星越大質量越大、溫度越高、壓力越強、核聚變速度也就越快。而且消耗速率質量曲線是非曲線的,你有多少燃料,燃料轉換速率是多少,大質量恆星壽命也就更短!一顆質量是太陽十倍的恆星,可能壽命只有一千萬年,大質量恆星,壽命通常短於一百萬年。一顆質量是太陽十倍的恆星,壽命可能就短了一千倍。

恆星的消亡

宇宙不斷製造恆星已經有一百億年了,小質量恆星還都處於嬰兒期,但對所有恆星而言,包括太陽主序狀態不可能永遠維持下去,只能維持到燃料燒光那天!燃料燒光了,核聚變停止了引力也就獲勝了。

恆星和登山者面臨著同樣的問題,要是他們不能和引力打持久戰就難逃一死。恆星的大小不僅決定著壽命長短,也決定著恆星如何消亡,大質量恆星會在劇烈核聚變爆炸中消亡,小質量的則慢慢變暗,直到油盡燈枯。穩定的恆星如同養尊處優的消耗著氫燃料,好比生活有條有理的人,就好比恆星燃燒氫氣燃料換得長壽命,可是最終還是難逃燃燒殆盡!

參考文獻:《探秘宇宙》;有關專家講解和專家語錄

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