埃及神话中的凤凰每经过500年就会把自己投入火中。在火中,凤凰得以重生。
在宇宙中也有类似的事件——并且我敢保证,在你看这篇文章的时候,它们就在发生着。它们的命运几乎在出生的时候就已经注定了:有的度过平凡的一生,经过上百亿年然后完全销声匿迹;有的会给宇宙留下鲜艳的“花环”;有的会带来宇宙间最激烈、暴力的事件,在剧烈的爆炸中,它们灰飞烟灭;有的最终产生了宇宙之心,一个吞噬物质的无底洞;有的却注定从来不会成功,暗淡的无人知晓。它们死后,身体成为了新一代的一部分。
这就是宇宙间最平凡、最普遍的故事;一个——或者说无数个——正在发生的故事。我们的世界、我们的生活,甚至我们这个物种本身都与这个故事有关。故事的主角,叫做恒星。
恒星的摇篮
没有一个人、没有一个天文学家能亲眼目睹一颗恒星的演化全过程——没有人能够那么长寿。但是,天空中遍布着数以十亿计的恒星,它们有的是婴儿、有的是青年、有的行将就木。通过观察处于不同演化阶段的恒星,我们完全能够了解恒星一生的奥秘。
假如我们的寿命可以与恒星的寿命相比拟,或者,如果把恒星的一生压缩到几分钟的时间内,那么我们又会看到怎样的一番景象呢?
不管恒星看起来多么明亮而不可一世,它们都诞生在朦胧、稀薄的星云中。星云是恒星的摇篮。因为某种原因,例如物质分布得不均匀,或者外界的扰动,稀薄的气体在引力的作用下慢慢聚集起来。起初,星云中每立方厘米可能只有数千个分子(地球表面附近每立方厘米的空气分子是它的1019倍以上)。只要星云足够大,它总能依靠万有引力收缩起来。
M16 鹰状星云的局部,一颗恒星正在形成。©NASA/HST
星云在收缩的过程中,引力势能转化成为了内能,简单的说,星云中的气体变热了。原先,星云的温度可能只有10K(—263摄氏度);现在,它的温度可能高达数千度,显现出鲜艳的色彩。在引力的不断作用下,星云的某一区域变得越来越稠密,甚至可能分裂成好几块——每一块都可能成为一颗恒星。大约经过10万年的时间,我们的太阳的前身——太阳的原恒星出现了。原恒星并不是真正的恒星,因为它们并不依靠核反应发光发热。使它们自身温度不断升高的源泉仍然来自收缩导致的引力势能释放。原恒星继续收缩下去,直至核心温度升高到1000万度,这时,恒星的舞台生涯才正式开始。
宇宙中有幸运儿,也有倒霉蛋,这一点也不奇怪。质量小于太阳质量0.08倍的原恒星就不太走运:他们永远也没有登台演出的机会,因为它们的质量太小,不能引发核心的核聚变。当收缩释放出的能量耗尽的时候,它们也就销声匿迹了。天文学家把这类不走运的天体称作褐矮星。
在主星序的舞台上
引力和压力是恒星永远躲不开的两个死对头。引力把物质聚集在了一起,引力让恒星核心的核聚变得以发生。但是当引力逐渐显现它的威力的时候,恒星内部的压力也开始行动。压力是核反应产生的。你可以设想,加热一个装有空气的钢瓶,钢瓶内部的压力就会上升,直至爆炸。当引力和压力刚好抗衡的时候,恒星就能保持稳定,于是,它登上了主星序的舞台。
“主星序”是所谓的赫—罗图(恒星的绝对星等和温度的关系图)上的一个带状区域。处在这个区域的恒星就是主序星。主序星是恒星的“正常”阶段,我们看到的大多数亮星都是主序星,包括我们的太阳。所谓“正常”是指它们的核心都在进行着由氢聚变为氦的核反应。
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