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看名识星星

2021-09-04兰从古

农村青少年科学探究 2021年6期
关键词:白矮星中子星中子

○兰从古

在晴朗无月的夜晚,抬头仰望浩瀚无垠的星空,感到十分震撼的同时,心中会产生无限遐想。这时,如果定睛观察每颗闪烁的星星,会觉得大小和颜色都差不多,于是便认为所有的星星都是一样的。其实,它们的类型、特征和年龄,各有千秋。要了解其中的恒星,从一个个具有特定含义的简洁名称上,便可略知一二。

主序星——主导基本秩序保持稳定正常

“主序”是主导秩序的简称,那么主序星就是主导基本秩序保持稳定正常的恒星,这个秩序是指恒星有条不紊地进行核反应和持续平稳地输出光和热。据此,就不难理解这是一种核反应和能量释放稳定、正常的恒星。

恒星的前世是宇宙中的云气或尘埃,后来,在外界影响下不断凝聚,慢慢演变成恒星后,内部的氢燃料发生核反应,在生成氦气的同时,放出大量的光和热。这时,它既不再收缩,也不膨胀,一直表现得平和、稳定,被称为主序星再恰当不过了。

主序星阶段在恒星一生中最长,相当于人的青壮年时期。不过,不同质量的恒星,这种鼎盛期的长短相差悬殊。科学家测算,质量为5 个太阳的恒星,主序星寿命为7000 万年;而质量为太阳1/5 的恒星,相应寿命竟长达1 万亿年之久!

我们头顶的那轮红日,正是一颗主序星,但在50 亿年后,它的主序星阶段将结束,内部核反应会变得十分微弱,随之步入老年阶段。

红巨星——全身发胖臃肿如同老年发福

恒星内部的氢燃料快耗尽时,就以惊人速度膨胀,好比人年老发福。同时,它表面温度下降,就像灰烬发着红光,整个看起来,如同一只不断充气的巨型红色气球。

再过50 亿年后,我们的太阳也会变成红巨星。那时候,地球会被硕大的红色太阳所吞没,芸芸众生在劫难逃。不过,在遥远的未来,科技水平发展到极高程度,早已成“精”的人类,将安全移居其他星球。

可疑问来了:恒星到了老年,随着核反应变弱,内部供热开始减少,温度就会降下来,那么,根据热胀冷缩原理,它应当收缩变小,怎么反而会膨胀呢?原来,恒星在正常核反应时,受热膨胀的外层,被以燃料为主的核心紧紧吸引着,保持相对平衡;当燃料耗尽时,核心对外层的吸引力消失,而内部的温度依旧很高,所以就向外膨胀。

白矮星——冷却收缩变成白脸小个子

如果说红巨星是恒星家族中的大个子,那么白矮星就是小不点,它大小相当于地球,但体重不轻,有的比太阳还重,并且发出明亮的白光。近距离观看,它就像一轮明月挂在天空。人们最先发现的白矮星,是8.6 光年之外的天狼星B。如果从它身上取下米粒大小的一块,会发现特别沉,用一辆大卡车才能拖动。

白矮星的前身是红巨星。红巨星进入晚年,氢燃料彻底耗尽,核反应停止,便随着冷却急速收缩,但表面残存的温度仍然很高,于是便发出白色光焰。

太阳将来成为白矮星后,体积将收缩成地球大小。而且,由于它在红巨星阶段,猛烈膨胀和能量爆发,外层物质散失很多,演变成白矮星时,质量将减少一半。于是,根据万有引力理论,它对周围行星的引力也随之减半,则地球受到的束缚减弱,会被甩出轨道很远,这无疑是可怕的天文灾难!

褐矮星——脸面褐色个头矮小的特殊存在

褐矮星表面为暗褐色,质量介于最小恒星与最大行星之间,内部不足以形成恒星那样的核心,更谈不上发生核反应,所以被称为“失败的恒星”。科学家发现,褐矮星有近似恒星的密度和温度,但却不能像恒星那样发光;它与太阳一样位于星系中心,四周围绕着数颗行星,但又是不折不扣的气态行星。可以说,它是介于恒星和行星之间的特殊存在。

有人认为,褐矮星中心拥有少量易燃氘核燃料。因此,它早期如同普通恒星,内部发生核反应,看起来是个炽热的大火球;可是,燃料很快耗尽,核反应停止,它变暗变冷,但质量未减;偶然间,它以足够的引力俘获到一组行星,围绕自己运行。

人们推测,分布在茫茫宇宙的褐矮星,数量可能接近恒星。但因为它们不发光,不易观测到,目前只找到3000 多颗。它们有的表面会出现类似于木星上的风暴,这有可能是天然气和水汽在流动;有的上面呈现出极光,说明它拥有磁场。这些情况与地球相似,从而为人类寻找宇宙生命和宜居星球增强了信心。

中子星——腹中挤满中子身躯显得极沉

顾名思义,中子星由中子构成。众所周知,把物质往开分,分到一个叫原子的微粒时,很难再分了,这说明原子是构成物质的基本单元。殊不知,在原子中心,还有带正电和不带电的更小微粒,分别叫质子和中子,它们紧紧抱成一团。而外围是带负电的叫电子的微粒,在围绕质子和中子飞速旋转,类似于八大行星围绕太阳运行。

科研发现,质量为太阳1.4 倍~3 倍的恒星,会经由红巨星转化成中子星。在转化时,内缩力大得出奇,以至于把原子压碎,电子也被强压进质子与中子之间,并与质子发生中和,变成中子,中子星由此形成。

本来,原子内部几乎是空的。如果把原子看成一座100 层的大厦,则质子和中子只有电梯的一个按钮那么大,而电子只是楼内漂浮着的一粒灰尘。然而,形成后的中子星,原子的原有空间被中子填满,所以中子星密度大得惊人。如果从它上面取下一粒花生米大的一块,将重达1 亿~10亿吨。这相当于把整个地球压缩到一间屋子里。

红外星——持续释放人眼看不见的红外线

晴朗的夜晚,满天的星星熠熠生辉,将深邃的夜空装点得格外美丽。也许有人认为,凡恒星都会发光,其实不然,有些恒星不发光,只辐射我们肉眼看不见的红外线,它们叫红外星。

红外线虽然看不见,但能携带热量,并且越强带的热越多。一切物体无论温度高低,都会释放红外线,连冰雪也不例外。不过,物体温度越高,辐射红外线越强。我们坐在火炉旁感觉热乎乎的,正是受到炉子红外线辐射的缘故。红外星表面温度高低不一,有的高达4000 ℃,有的竟只有几十摄氏度。因此,它可能不会发出可见光,但少不了释放红外线。

恒星诞生过程中,虽然温度逐渐升高,但还不足以产生核反应,因而只能发出红外线;相反,即将死亡的老年恒星,核燃料耗尽,处在冷却过程之中,也只能发出红外线。这两种情况,如同还未烧红又转向冷却的铁块,不发亮只发热,也就是释放红外线。

变星——因运动和爆发亮度频繁变化

变星,是指亮度不断变化的天体。茫茫星海,会突然出现一颗明亮的星星,之后亮度会增加几万倍,一跃成为夜空中璀璨的明星,后来又逐渐变暗,以至完全消失,这就是所谓的变星。

原来,有的恒星在运行过程中,会被大型天体或厚厚的宇宙尘埃暂时遮挡,类似于日食一样,造成星光时有时无,忽亮忽暗;有的恒星在衰退过程中,显得极不稳定,内部能量会一次又一次向外猛烈爆发,间断地发出大面积的亮光;还有的恒星亮度像人的脉搏,呈周期性变化,原因是星体有节奏地膨胀和收缩,膨大时显得明亮,缩小时暗淡。

有一颗造父变星,能帮人测出它到地球的距离,被称为“量天尺”。原来,造父变星的亮度与光变周期之比,是个定值。据此,只要测出它的光变周期,就可算出其实际亮度;接着,再与我们观测到的亮度相减,就可得出光线传播的衰减值;最后,运用传播距离与亮度衰减量的比值(已知常数),即可马上算出造父变星到我们的距离。

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