在不久的將來天空會出現兩個”太陽“嗎,參宿四會給你答案

物理 宇宙 天文 地球 宇宙小百科 宇宙小百科 2017-08-07

在不久的將來天空會出現兩個”太陽“嗎,參宿四會給你答案

宇宙中的萬事萬物都有其發生、發展和死亡的過程,即使是萬物賴以生長的太陽也無法倖免。在每個夜空中的點點繁星,都是一個個的“太陽”,它們是如何生成的呢?

在宇宙大爆炸 38 萬年後,就開始形成了最輕的物質——氫元素,

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它佔了宇宙物質的 70%。氫氣在自身引力的作用下變成巨大的氫雲,逐漸形成團塊,進而收縮成恆星,此時其星核的溫度已高達 107K。這一高溫從何而來?無非是巨大尺度的氫雲變成相對來說小得多的“太陽”,使引力能轉化成熱能,從而引發氫的熱核聚變。核聚變產生的高溫使星球氣體膨脹,抵制了恆星自身物質的引力收縮,使得恆星保持穩態。恆星的氫燃燒歷時越長,其形態也越穩定。天文學家把恆星演化的這一時期,稱為它的主序星階段。

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氫核聚變成氦後,中心成了一個氦球,由於氦的質量比氫大,故在引力作用下星核日益縮小,密度、溫度俱增。直至中心密度達到 104 克/立方厘米(水密度為 1 克/立方厘米),溫度上升至 l08℃。此時氦開始燃燒,從而阻止了恆星的進一步塌縮。不過事實上,這時恆星的體積不是縮小,反而擴大了。原來前期氫燃燒時還有一些殘存的氫,它們浮在星球的外層,而此時的溫度足以點燃氫氣,以致它們向外膨脹,形成一個很大的殼層,直至膨脹到原來星體的 10 倍。此時恆星雖發出跟過去同等程度的光,但由於體積的龐大,單位面積的發光度就大為降低,它不再呈太陽般的白色,而是呈紅色,故稱紅巨星。

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當一顆太陽般質量的恆星在燃盡氫,繼而氦後,由於不產生熱壓力,也就無法阻止其自身的引力塌縮。它逐漸收縮,變成了一顆微弱的白矮星。

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至此,它不再收縮,這是由於星體物質越擠越緊,電子緊挨在一起,最終產生了電子簡併效應,它擋住了引力的向心壓力,從而保持住白矮星形態上的平衡。這顆星將一直存在下去,慢慢地散發其熱量,直至變成一顆完全冷卻的星體——黑矮星。不過宇宙中還未出現過這樣的星體,那是因為冷卻所需的時間遠比目前宇宙的年齡還要長。

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但是質量大於太陽 5 倍的恆星,其歸宿就很不一樣了。質量大引力就強,此時,電子簡併效應也頂不住引力,它就不能穩定在白矮星的形態上。隨著星體的塌縮,溫度和壓力皆進一步升高,此時星體中心進行著碳 → 氖、鎂、氧→硅、硫的聚變。在這一進程中,會產生爆聚核反應,從而出現大爆發,這也就是超新星爆炸。

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就在爆發前的一個短暫時刻,星核物質受到極大的推擠,它們的中子皆被擠入原子核內,與質子進行逆β衰變而生成中子。此時,星體的中心物質皆由中子組成,中子的簡併效應頂住了引力的進一步塌縮,星體就穩定在中子星形態上。若原恆星的質量遠大於 5 個太陽,那麼整個星體自身的引力塌縮,即使是中子簡併效應也無濟於事,它就一直塌縮下去,直至成為外面圍著一個視界的點,稱為黑洞。

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由於黑洞的極大引力場,任何物質(包括光)一旦落入視界之內,就永遠無法外逸。這樣,黑洞就成了一個與外界孤立的世界。後經霍金研究,黑洞物質經墜道效應不斷逸出,此稱霍金效應。由此可以看出,大質量恆星的最終命運是緻密天體:白矮星、中子星和黑洞。前二者皆已獲得觀察的支持,但黑洞至今也只有間接的觀測證據。

現在讓我們來談一下本文的主人公——參宿四。

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它是天空中最亮的紅超巨星,它的直徑是太陽的 700 倍,它發出的光是後者的 10000 倍,稱之為超巨星,確實當之無愧。但其表面溫度在 4000K 以下,而太陽約為6000K。

該星有一奇特之處,其亮度呈週期性(6 年)變化,明、暗相差很大。原來它的大氣很不穩定,處於脈動狀態。當恆星變小時,其大氣就會吸收近旁經過的能量,這樣它就升溫而膨脹;大氣因膨脹而變得稀薄,能量也就逃逸,氣體重新變冷而收縮。

像太陽這類的主序星,其中心的核聚變很穩定,而對參宿四深處究竟發生著什麼過程,天文學家不很清楚,但有一點可以肯定,那就是它的演化過程要比太陽快。它先前是一顆灼熱、明亮的藍星,僅僅在幾千萬年的時間之內,就演變成超巨星狀態。天文學家早就觀測到,它的大氣正以 15 千米/秒的速度向外運動,大量的氣體在恆星之外形成了一個包層 ——一個圍繞著恆星的氣殼。

天文界對此氣殼做了長期的觀測研究,結果發現氣殼邊緣的物質一直延伸到 10000 億千米之外。他們還發現,它擁有二顆伴星,它們比參宿四暗得多,一顆離它很近,其軌道穿越參宿四稀薄的外層大氣;一顆較遠,離它約 48 個天文單位。

天文學家預言,經過幾百萬年,若它很快地喪失掉其外部的氣體,那麼暴露出來的星核將很快冷卻下來,它將因此變成一顆白矮星;若外部的氣殼仍保留著,那麼星核中的核聚變仍將繼續,並日益走向高溫、高密,最終有可能激發一場大規模的爆炸,成為一顆超新星。

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最近,澳大利亞南昆土蘭大學的布拉德·卡特宣稱,參宿四可能在今後 100 萬年內的任何時刻發生超新星爆發,最早可能在 2012 年之前,也就是說我們有可能在今年看到這個千載難逢的宇宙奇景。屆時,我們將看到自地球誕生以來最耀眼的光芒,黑夜將如同白晝,就像天空中出現了二個太陽。這一過程將持續一週或更長的時間。

如若如此,人類豈非要遭殃了麼?回答是否定的。天文學家說,只要超新星爆發離地球有幾光年之遠我們就不會受到傷害,而參宿四離我們是 640 光年!再說,超新星爆發的能量輻射主要是通過中微子釋放。理論家計算超新星爆發一般將發出 1058 箇中微子,每個中微子攜帶著 1000 萬電子伏特的能量,當時落入地面的中微子通量,約為 10l0 個/平方釐米。據此,地球上每個人體都會通過 1013 箇中微子。可是中微子跟物質的作用太微弱了,故沒有人能感覺到它們。

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