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大历史,小世界:从大爆炸到你_[美]辛西娅·斯托克斯·布朗【完结】(16)

  恒星就类似于一颗缓慢爆炸的氢弹。最初气体云的坍缩用了大约10万年的时间。由于恒星核心周围的物质的压力,将中心的爆炸包裹在内,因此核聚变会持续几百万年甚至几十亿年的时间。

  其他事件有时也会加强恒星形成过程中的引力。一颗大恒星诞生时,会释放大量的能量,对周围氢和氦的气体云产生压缩,引发一连串恒星发生反应。有时一颗超大恒星在生命末期的爆炸(参见第4章)也会产生同样的效果。

  一大堆氢原子中心一旦发生聚变,就形成了恒星,中心释放的能量传到原子物质的外围,恒星开始发光(即辐射)。第一批恒星发出的辐射,是宇宙中第一次集中的光线,这与遍布宇宙的宇宙背景辐射的昏暗光芒大不相同。

  恒星(太阳)的结构

  与所有恒星一样,太阳中心也发生氢原子的核聚变,外层则储存着更多氢。

  恒星是物质和能量自动调节的系统。氢质子核聚变释放能量,产生巨大的向外的力,而引力产生巨大的向内的力,两者相互平衡。如果向外的能量的力稍微超过一点,恒星就会冷却,体积随之增大。这个过程会减缓核聚变,使得引力再次将恒星收缩变小,而这又会让温度升高,加速核聚变。这种负反馈环产生了所谓的“动态稳定状态”。它的工作原理就像燃气锅炉上的恒温器,室内温度一下降,火炉就会再次点燃。多数恒星都自行调节,稳定燃烧,但一些年代久远的恒星,其亮度则有规律性的变化。与星系不同,尽管自由飘浮在星系中的氢和氦比过去少很多,但今天依然有恒星正在形成。结果是,新恒星的大小和数量都随着时间推移而减少。每年,银河系中约有10颗新恒星产生。

  恒星大小不同,取决于最初形成时氢和氦气体云的大小。恒星中,我们了解最多的就是太阳了——一颗普通、中型的恒星,直径约是地球的100倍,质量约是地球的30万倍。体积最小的恒星差不多是太阳质量的1%,最大的恒星质量是太阳的200倍左右。质量相当于太阳的6倍或以上的恒星有潜力成为超新星。(超新星的信息参见第4章。)

  银河系呈现美丽的旋涡状,有上千万颗恒星分布其中。它之所以能够保持形状不变,是因为至今还没有与其他星系发生碰撞。太阳位于银河系外围的一个旋臂上。这个位置可是好得很,距离中心既不太近,也不太远,太近则超新星太多,太远则超新星太少,无法产生足够更重的化学元素,以供行星和生命的形成。

  太阳和它的行星绕着银河系中心的黑洞在轨道上运行。整个太阳系沿轨道运行的速度为200千米/秒(125英里/秒)。虽然速度如此之快,但太阳系绕银河系旋转一周,仍需2.25亿年左右。以这样的速度,你觉得地球已经绕银河系中心旋转多少次了呢?(提示:你得知道太阳和地球形成于约45亿年前。)

  不过,为什么速度如此之快,我们却感受不到呢?奥妙就在地球外围的大气层是随地球而动的。跟我们一样,大气层受地球引力的吸引。由于同样的原因,地球日复一日绕轴自转或年复一年绕太阳公转,我们都没有感觉。我们自以为坐在那里一动不动,但实际上,我们同时朝多个方向快速运动。想到这一点,你“晕地球”了吗?

  之前提过,距离太阳最近的恒星是比邻星,它在4.24光年之外。也就是说,比邻星的光以接近每秒30万千米的速度,还需要4.24年的时间才能到达地球,而太阳光到达地球,平均需要8分18秒。(地球绕太阳公转的轨道是椭圆形的,离太阳的距离是有变化的。)

  地球距太阳与地球距最近的恒星两者相比是什么情况,可以做下面这个三步走思维实验。[感谢理查德·道金斯(Richard Dawkins),他从约翰·卡西迪(John Cassidy)的《地球寻找》(Earthsearch )中借来了这个主意。]

  1.想象在足球场中间,放一只足球,足球代表太阳。

  2.走25米之后,放一粒胡椒,代表地球,与太阳相比,大小和距离都是成比例的。

  3.再想象另一只足球,稍微小点,代表比邻星。你需要把它放在6500千米(4038英里)之外,这个距离相当于整个南美洲的长度。

  恒星最初出现时,从某种程度上说,是完全新兴的事物。引力作用在氢原子上产生新的、更为复杂的原子结构,并将分布于本区域、稳定热点的能量流集中起来。这些恒星点产生大量的能量,将临近的天空都照亮了。它们代表了宇宙中局部秩序的快速增长。

  宇宙从诞生之初就一直在膨胀,这是件好事,不然就会有大麻烦。如果恒星是在小而又不膨胀的宇宙内燃烧,整个空间的温度就会越来越高。热力学第二定律表明,局部或区域秩序的出现,必然造成别的地方的无序。(表示这种无序的专有名词是“熵”。)有些系统,比如恒星,会变得越来越有序,但代价是,别的地方越来越混乱。没有空间容纳这种无序,没有真空区倾倒多余的热量,恒星就会因产生的热量窒息,无法保持稳定。

  (同样的,我们的身体会散热、排尿和粪便,这也是把无序排掉,这些是比我们摄入的热量质量更差的热量。如果人体不能散热、排泄废物,人就无法存活。)

  下一章中,我们将了解恒星的生命周期——它们如何形成、存在,又如何在令人目瞪口呆的爆炸中,产生生命所需的化学元素。


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