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两种学说都是以星云始,以暗星终。两者都以凝缩为要点。考察这些学说时,我们倒要知道是否将来有一时期中全没有星云而且一切星都消失不见。不过我们要记得这是讨论到一个极繁难的题目的先驱学说。宇宙发展过程极慢,因此也极难追求踪迹,我们又没有确切证据证明恒星不断地凝缩。
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恒星的演化是一个漫长而复杂的过程。我们现在认为,恒星的终态有3类:其一,大质量恒星的燃料用完后炸掉自己,最终灰飞烟灭,其残片又重新聚集,也为新恒星的诞生提供了条件。其二,超新星爆发后留下一个中心天体(中子星或夸克星),发出规则的脉冲,表现为我们熟知的脉冲星。休伊士女士最初发现这些脉冲时,还以为是外星人的信号呢。其三,发生引力的进一步塌缩,形成恒星级别的黑洞。这也是目前科学界的热门话题之一。
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新星
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“新星”是一切星中最惊人的,而且也实在是一切天界现象最惊人的。它们被叫做“新星”(novae),其实并不是新生出的星,只是表面和大多数恒星一样永恒的暗弱的星,因为我们未知的缘故突然炸裂了而已。在几小时之内,它们由不可见而一直升到不知若干倍的明亮,在它们暂时的光芒绝顶时,它们有时可以比得上最亮的恒星,而更稀少的时候竟可比得上最亮的行星。以后它们又较迟缓地沉入黑暗中去。
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最美的新星在1572年出现于仙后座中。它常被称为“第谷星”(Tycho’s star),因为那位著名天文学家虽非这颗星的第一个发现者,却是第一个观测者。那颗星突然升到和金星相等的亮度以后暗淡下去,约6个月以后消失不见。蛇夫座中的“开普勒星”(Kepler’s star)比木星还要明亮。这颗星在1604年出现于天空,整整一年半都可为肉眼所见——当时还没有望远镜可以继续看下去。
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图75 (左)第谷超新星
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图76 (右)开普勒超新星爆发后的遗骸
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20世纪初有4颗很亮的新星出现。英仙座新星出现于1901年,比五车二亮一点。天鹰座新星出现于1918年,是300余年来最亮的一颗,超过所有的恒星——除了天狼。在两三天内它增加了差不多5万倍的亮度。天鹅座新星在1920年几乎和天津四一样亮,正在这北方大十字(天鹅座)之顶。绘架座新星(Nova pictoris)出现于1925年,最亮时达到一等。
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这些都是突然出现的明亮新星。有许多新星最亮时也不能为肉眼所见,其中有的是借摄影而得,无疑还有许多升起衰落而未被人望见的。有人推测每年有至少20颗可为小望远镜看见的新星在我们周围恒星中突然出现,而此外还有无数颗在我们的银河系以外。
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总之,新星并不是非常稀罕的,在恒星的悠长生命中大概每一颗都可以有这样特别炸裂的时候。但一想起我们的太阳也许有一天会这样炸裂,那就更加有趣了。这样的事件毫无疑问地要成为地球上生命的最大灾难。我们很惊奇在恒星平常和顺的动作中何以能生出这样的炸裂来。天文学家利用望远镜、分光仪、照片,得到了不少关于这种突变现象的资料。我们现在说,新星伴随着恒星的死亡而出现,是引力塌缩的后果。当晚期恒星的内核不再提供足够能源时,引力开始发挥巨大威力,通过一系列剧烈的物理过程,释放出巨大的能量。
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现在已把我们所知的恒星各种特点考察了一遍,我们可以问一下本章题目所含的问题而加以简洁总括的答复了。恒星是什么?那位写“小星!小星!眨眨眼睛,我们真惊奇,你是什么东西?”的诗人是只安于惊奇的。天文学家也一样惊奇,但同时却坚决地要努力发现其中的道理。当然这也便是他的职责所在。他在这可以进行有效探索的短时期中所得成绩如何,我们已经看到了。
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恒星是宇宙的能源仓库,是大自然建立复杂而巨大工程的砖块。它们都是极其炽热的气体的球,其中所含的气体的量各星相差得并不太远。但在大小方面却有极大的不同,其直径排列起来要从红色超巨星的几亿千米到白矮星的几万千米。前者平均比空气轻几千倍,后者却比水还重几万倍。在其中心,至少密度是极大而温度也高得不可思议。有的恒星变光,使人想到脉动;有的会炸裂。如是如是便是所谓恒星。
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中子星
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如果你为白矮星的巨大密度而惊叹不已的话,这里还有让你更惊讶的呢!现在介绍一种密度更大的恒星——中子星。它的密度为1011千克/立方厘米,也就是每立方厘米的质量竟为1亿吨之巨!对比起白矮星的每立方厘米几十吨,后者似乎又不值一提了。事实上,中子星的质量是如此之大,半径10千米的中子星的质量就与太阳的质量相当了。
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同白矮星一样,中子星是处于演化后期的恒星,它也是在老年恒星的中心形成的。只不过能够形成中子星的恒星,其质量更大罢了。计算表明,当老年恒星的质量大于10个太阳的质量时,它就有可能最后变为一颗中子星,而质量小于10个太阳的恒星往往只能变化为一颗白矮星。
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但是,中子星与白矮星的区别绝不只是生成它们的恒星质量不同。它们的物质存在状态是完全不同的。简单地说,白矮星的密度虽然大,但还在正常物质结构能达到的最大密度范围内——电子还是电子,原子核还是原子核。而在中子星里,压力是如此之大,白矮星中的简并电子压再也承受不起了:电子被压缩到原子核中,同质子中和为中子,使原子变得仅由中子组成,而几乎整个中子星就是由这样的原子核紧挨在一起形成的。可以这样说,中子星简直就是一个巨大的原子核(表面的壳层除外)。
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在形成的过程方面,中子星同白矮星是非常类似的。当恒星外壳向外膨胀时,它的核受到反作用力而收缩。核在巨大的压力和由此产生的高温下发生一系列复杂的物理变化,最后形成一颗中子星内核。而整个恒星将以一次极为壮观的爆炸来了结自己的生命,这就是“超新星爆发”。
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中子星的表面温度约为100多万度,辐射出X射线、γ射线和可见光。它拥有极强的磁场,使极冠区沿着磁极方向发射束状无线电波。中子星自转非常快,有的能达到每秒几百圈。而磁极与两极通常不吻合,所以如果中子星的磁极恰好有可能朝向地球,那么随着自转,中子星发出的射电波束就会像一座旋转的灯塔那样一次次扫过地球,形成射电脉冲。我们又称这样的天体为“脉冲星”。
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图77 蟹状星云脉冲星所在的蟹状星云
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黑洞
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“黑洞”这个名词是美国物理学家惠勒在1968年发表的一篇题为《我们的宇宙,已知的和未知的》文章中首先提出来的。他不愿意用“引力坍缩物体”这样累赘的词汇,便创造了“黑洞”这样一个较简洁、概括性较好而又响亮、有力的名词。所谓“黑洞”,指的是这样一种天体:它的引力场是如此之强,就连光也不能逃脱出来。根据广义相对论,引力场将使时空弯曲。当恒星的体积很大时,它的引力场对时空几乎没什么影响,从恒星表面上某一点发的光可以朝着任何方向沿直线射出。而恒星的半径越小,它对周围的时空弯曲作用就越大,向某些角度发出的光就将沿弯曲空间返回恒星表面。等恒星的半径小到一特定值时,就连垂直表面发射的光都被捕获了。到这时,恒星就变成了黑洞。
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