宇宙中存在各種各樣的天體——小行星、彗星、衛星、矮行星、行星、恆星。那麼,為什麼有些天體是像地球一樣的行星,有些則是像太陽一樣的恆星呢?是什麼決定了天體的性質呢?
138億年前,最初的宇宙並沒有天體,也沒有物質,而是只有純能量。在宇宙誕生之後的極短時間內,能量逐漸轉變為各種基本粒子。幾分鐘之後,氫和氦元素被合成出來,它們的質量比例為3:1。由於宇宙迅速膨脹冷卻,宇宙來不及產生其他元素,導致宇宙中的普通物質幾乎是由氫和氦組成。
氫和氦氣體雲瀰漫在宇宙中,它們在引力作用下形成了宇宙中的各種天體。至於會形成怎樣的天體,一切都由質量所決定。
一團星雲的絕大多數物質都會聚集在一起,形成質量非常大的天體,它們自身強大的重力不斷擠壓核心,使得那裡的溫度和壓力升高到足以點燃氫核聚變。一旦開始這個過程,就會產生巨大的能量,不斷向外輻射出光和熱,這樣的天體就是恆星。
恆星釋放出的恆星風吹散了周圍的物質,所以恆星不會無止境的吸收星雲中的物質。殘餘的星雲經過引力作用,最終形成了小行星、彗星、衛星、矮行星、行星。
小行星的質量和尺寸較小,它們的形狀是不規則的,因為自身的引力較弱,不足以把自身塑造成球體。彗星則是由小塊的巖石、塵埃以及冰組成,它們靠近恆星時,吸收熱量,大量蒸發,所以就會變得非常明亮。
大量的太空巖石和塵埃聚集在一起,如果質量足夠大,引力足夠強,就能形成球形天體。質量較大的會成為行星,它們繞著恆星旋轉。質量較小的會成為衛星或者矮行星,前者繞著行星旋轉,後者繞著恆星旋轉。
行星的質量不同,也會產生不同類型的行星。質量較小的行星是巖質行星,它們的表面是固態的,主要由矽酸鹽以及金屬構成,我們的地球就是一個典型的例子。
如果行星的質量足夠大,它們的引力能夠束縛住大量的氫氣和氦氣,這樣就會形成氣態巨行星,太陽系中的木星就是一個典型的例子。
如果氣態巨行星非常靠近恆星,表面溫度很高,它們會被歸類為熱木星,太陽系中並沒有這樣的行星。而在太陽系外,天文學家已經發現了不少的熱木星,例如,位於2.2萬光年外的SWEEPS-10是一顆熱木星,它的表面溫度高達1650攝氏度,繞其主恆星公轉一周僅需10小時。
另外還有一種行星主要由碳、氧、氮等比氫和氦更重的元素構成,它們組成的物質呈現為固態,所以被稱為冰巨行星,其質量介於巖質行星和氣態巨行星之間,太陽系中的海王星就是一個典型的例子。
對於恆星而言,質量不同,最終的演化結果也會不一樣。像太陽這樣的中低質量恆星,最終的死亡過程較為溫和,核心會演變成白矮星。而對於超過8倍太陽質量的恆星,它們最終會發生超新星爆發,核心要麼劇烈坍縮成中子星,要麼坍縮成黑洞。