恆星不僅是宇宙中的燈塔,還是冶煉爐,創造萬千世界

2021-01-09 騰訊網

恆星是我們人類最為熟悉的一類天體,我們的身邊就有一顆最普通的恆星——太陽,沒有什麼比我們人類更熟悉太陽了,太陽為地球提供能量,而且非常規律地使地球生物度過白晝和黑夜,因為太陽具有非常強烈的光芒,使得我們人類不能在正午時分直視,但是我們可以在日出和日落時分看到太陽美麗的身影,地球生物從不間斷地每天都可以獲得太陽提供的能量,這也是我們這顆小小的星球充滿生機的能量源泉。我們的地球距離太陽只有一億五千萬公裡,這為我們提供了最為便利的觀測條件,我們處在觀測太陽頭排座位中最佳的觀察位置。與太陽相比,距離太陽系最近的另一顆恆星是人馬座的恆星,它的距離是太陽距離地球的30萬倍以上,距離遙遠也意味著難以觀測到細節,比如天文學家可以觀測到太陽的日冕、日珥和太陽黑子,但是觀測其他恆星類似的細節就非常困難。

不論從哪個角度看,恆星都是整個宇宙的主角,我們遙看整個夜空,繁星點點布滿你的視野,你看到單獨的恆星閃爍,是距離我們最近的銀河系中的一些恆星和鄰近星系的恆星,你看到模糊亮斑應該是較為遙遠的某個星系,在整個星系中恆星是唯一發出耀眼光芒的天體,恆星毫無例外是由氣體形成的發光球體,一般表面溫度較高,恆星內部溫度和壓強高到令人難以想像的程度。例如我們的太陽,表面溫度只有5800開爾文,但是太陽的內核溫度達到15百萬開爾文,內核的壓強更是高達3千億個大氣壓。我們人類在地球上製造最耐受高溫高壓的物品,如果將這些產品發射到太陽的大氣層以下,瞬間就會氣化為烏有。恆星都具有極端的物理環境,無論是超高的溫度還是壓強,這些物理環境都是在地球上難以複製的,在恆星之中物質不會存在固體狀態,所有的東西都被氣化,只有極少部分的重金屬元素在內核中呈液態。

恆星在我們已知的天體中屬於中等體積,恆星比行星的體積大出許多倍,但是與星系、類星體相比要小很多。一般而言,恆星和一個原子在體積上相差的數量級與一個星系群和一顆恆星之間體積相差的數量級是相似的。恆星是一類巨大的氣態星體,這些氣體由於自身的相互引力而聚合在一起,正是這種引力的作用,使得聚集在一起的氣體呈現嚴格的球形幾何形態,這是宇宙中的自然規律為質量足夠大的物體設立的最低能量結構,在任何受重力主導的物質總是以球形顯現,恆星、太陽系中的行星和月球一類的衛星都是球形和近似球形。恆星的形成和演化與行星完全不同,恆星主要吸納了宇宙中的星際氣體,在引力的作用下引發熱核聚變反應,並且以光輻射釋放能量。引力並不是恆星受到的唯一作用力,引力使得恆星的氣體向中心點擠壓,當壓力到達一定程度時,氣體分子的密度就會迅速增加,分子之間的碰撞使得溫度急速增高,當溫度達到臨界點時核聚變熔爐就會開始工作。核熔爐釋放的能量產生了向外爆發的張力,這種張力與向內壓縮的引力相抗衡,在這兩種作用力的相互對抗之下,恆星的外周邊界就會達到一種穩定平衡的球形狀態。

恆星具有許多引入矚目的特點,它不僅是我們人類可觀測的宇宙範圍內能夠直接看到的天體,同時也是巨大星系的主要骨架結構。當你放眼布滿星辰的夜空,你可以看到距離我們的星球較近的單個恆星,還可以看到遙遠的由恆星組成的巨大星系,恆星的光芒指明了它的位置所在,為我們人類探尋宇宙的奧秘提供了許多幫助。恆星在宇宙之中具備的作用是其他天體無法替代的,可以大致歸納為這樣幾個方面。

1、恆星可以在較長時期持續、穩定地為鄰近行星提供光照和能量。太陽這顆普通的恆星就具有這一典型的特點,我們的太陽只是恆星系統之中的一顆黃矮星,它對於地球生命的起源和演化起到至關重要的作用,如果沒有太陽一類的黃矮星在地球附近,那麼我們的地球就會是冰冷荒蕪的世界,也不會演化出任何生命。恆星持續、穩定地釋放能量非常重要,如果恆星像演化後期階段不同種類的天體,恆星附近的行星和地球將面臨巨大的災難,比如像超新星一樣的爆炸,星爆在瞬間釋放出巨大的能量,那麼四周的行星就會灰飛煙滅、消失殆盡;或者像中子星一樣,在它快速旋轉時兩極釋放出高能量的伽馬射線,強大的射線會掃過四周,周圍的行星表面將會受到強烈射線的無情摧毀;或者像撲動紅巨星,它的火焰會吞噬周遭的一切,附近的行星便會燃燒直至熔解。

2、恆星的引力為行星提供相對穩定的運行軌道,避免行星四處遊蕩,另外恆星的強大引力可以清掃附近的星子和碎石,減少這些小型天體與行星相撞。

3、恆星成為化學元素形成的熔爐,恆星的熱核聚變反應是以氫原子為原料來輸出能量的,通過將氫融合為氦,將氦融合為更重的元素,如鈹、硼、碳、氮、氧、矽,一直到鐵原子。但是,如果在恆星之中不能鍛造這些相對較重的元素,或者在超新星爆炸中不能產生比鐵元素更重的化學元素,如果沒有這些更為複雜的化學元素存在,那麼我們周圍的土地、大氣、地球等一切都不復存在。

4、恆星是構成星系的骨架,現代天文學和宇宙學就是通過觀測遙遠的恆星和星系的一些光學性質來探索宇宙的奧秘,科學家已經通過對這些發光天體的觀測了解到星系的退行變化和速度,宇宙的範圍在加速擴展,了解到宇宙中暗物質的存在,推斷出構成宇宙最大部分——暗能量的作用等。

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