书城科普读物科学伴你行——天体世界
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第21章 星辰

红巨星

一般人听说太阳的直径是地球直径的109倍,体积是地球的130万倍时,都会觉得太阳是大得惊人的天体。实际上,太阳按大小来说,只是恒星中的寻常之辈。

星际空间的巨人是一组被称做红巨星的恒星。例如,牧夫座中的大角星,直径相当于太阳直径的24倍,体积是太阳的13800多倍;御夫座的毕宿五,直径是太阳的45倍,体积是9万多倍;天蝎座的心宿二,直径是太阳的230倍,体积是1200多万倍!然而,心宿二也不是最大的恒星,至少现在天文学家知道,猎户座的参宿四,直径是心宿二的2.39倍,体积是心宿二的13.67倍。要是和太阳相比,参宿四更是大得惊人,它的直径为太阳的550倍,体积相当于1亿6千6百多万个太阳!

人们不禁要问,如此巨大的天体是怎样形成的呢?目前,天文学界认为,红巨星是比太阳更老的恒星。开始,它们也曾是靠着由氢变成氦的热核反应维持着发光、发热的个头中等的恒星。当它们的氢燃料消耗殆尽时,排斥力日益减小,引力的作用使它们发生收缩。引力收缩时产生的能量使其中心区域的温度上升到1亿度以上。于是,在那里产生了在地球上根本无法实现的另一种热核反应:三个氦原子核聚变成一个碳原子核。这一反应产生了极强烈的爆炸力,使星体的外壳一下子膨胀几十倍、甚至几百倍,外壳处的温度一般在3000℃到4000℃之间,呈现出明亮的红色。理论推算表明,靠氦聚变为碳的反应释放的能量来维持其庞大体积的红巨星,寿命都较短,一般仅能存在几百万年。当绝大部分的氦元素都转变成碳元素后,恒星的体积会再一次缩小,同时使其中心区的温度上升到一个新的数量级,进而引发新的向更重化学元素转化的热核反应。

如此螺旋状升级的热核反应,一次比一次更猛烈。最终会产生最强烈的大爆炸,其威力之大,使许多原属于恒星的物质,获得了脱离开其引力场的巨大速度,飞向宇宙空间。在这样的突变后,红巨星就变成了另一类恒星了。

踪迹难寻的白矮星

几乎所有的天文学家都确信:宇宙空间中的“侏儒”比“巨人”多得多。

目前的天文学理论认为,所有的恒星都是靠热核反应来维持其能源的。

勿庸置疑,恒星的核原料迟早有用完的一天,那时,这颗恒星将如何度过它的暮年时光呢?先让我们来看看多数恒星的情况吧。

天文观测表明,一些质量不太大的恒星,或者说质量小于太阳质量1.4倍的恒星,用完自身的核燃料后,一般都不可能再产生突发性的能量释放过程了。开始阶段,它们都是较平稳地发挥着“余热”,随着温度下降,它们的体积日渐缩小,同时也就把它所存有的引力能也无私地奉献给宇宙空间。

最后,它们体积缩小到了自身的极限,密度增大到每立方厘米几百千克!这时,恒星就变成了白矮星——恒星家族的侏儒。白矮星的直径一般只有太阳的几十分之一。例如,在天空中肉眼看去最明亮的天狼星,实际上是双星,主星直径2倍于太阳的普通恒星。它的伴星天狼星B,则是一颗白矮星,直径大约只有太阳的三十分之一。

白矮星体积小,亮度低,一般用肉眼都无法看到它。而冷却到不再发射可见光的白矮星,天文学家也很难用天文望远镜直接看见它们,而只能依据天体系统质量分布的大概情况去推断它们的存在。因为,冷却后的白矮星,和我们称之为行星、卫星等的天体的重大区别,就在于白矮星有大于行星、卫星几万倍或十几万倍的密度。换言之,白矮星的巨大质量,会使靠近它的可见天体的运动受到不容忽视的影响,这正是科学家寻找白矮星的重要途径,同时,也是白矮星踪迹难寻的重要原因。

天文学家期待着宇宙空间的飞船,在寻找智慧生命的同时,能早日查清距我们较近的白矮星的情况,为恒星演化的研究提供更多的事实资料。

星际“双生子”

被阿拉伯人称为“阿尔果尔”——意为“魔鬼之星”的一颗亮星坐落在银河的繁星之间。这颗英仙座的亮星,中国人称它为大陵五,怎么得到了“魔鬼”的诨号?

一位聋哑人,英国的天文学家约翰·古德里克在1783年首先解释了这个问题。他发现大陵五的亮度每2天22小时变暗一次;他提出,大陵五是两颗星组成的:一颗较亮的恒星和一颗暗一点的伴星,它们互相绕转时,当伴星遮掩了主星时,我们就会看到似乎这颗星“变暗了”。就是说,大陵五看上去是亮度不断改变的星,所以阿拉伯人称之为“魔鬼之星”,而实际上它是双星——星际空间奇异的双生子。古德里克的理论为其后的天文观测所证实,人们称大陵五这类因伴星遮掩而改变亮度的双星叫食变双星。

人眼在夜空所看到的天狼星,也是一对双生子,不过它们的发育程度却有天壤之别。天狼星的主星直径相当于太阳的2倍,发出耀眼的蓝白色光芒,表面温度高达40000~50000℃,属于热核反应最激烈的青壮年恒星;而它的那颗伴星,直径约为太阳的1/30,光也暗得多。别看这对双生子的体积相差21万多倍,可它们的“体重”却相差无几。

星际中的巨人型双生子也不少,在紧靠大陵五的御夫座中,就有一对风采过人的双星。其中一颗,直径约为太阳的7倍,发出蓝色的光;另一颗的直径为太阳的98倍,发红色的光。它们绕着共同的重心旋转一周要用去约2.66年的时间,每一周期中我们可以观测到两次相互掩食的现象,一次是红星将蓝星完全遮住,另一次则是蓝色的星在红星表面上掠过;每次掩食过程从偏食开始,到食甚,到结束,共历时约40天!

有些双星相距很近,它们是宇宙中快节奏的“舞伴”。例如,北斗七星中勺柄上的双星,互绕一周的时间仅0.67天左右,两星的大气层则联成一体,看上去颇像天际的巨型哑铃。

最初,天文学家以为宇宙中双星是罕见的,茫茫天际,充其量有几千对而已。可是,80年代末期,随着观测手段的进步,人们惊奇地发现,恒星孪生的现象,在银河系中比例高达千分之二、三。按绝对数量而言,在银河系中双星可能有4~6亿颗之多。

目前,已查明的河外星系约有10亿个,宇宙中可能有多少“双生子”,每个读者不妨自己去估算一番吧。