夜空里的星星有大有小

夜空里的星星有大有小 夜空裡的星星有大有小,有亮有暗,還有藍、白、黃、紅等各種顏色,不過,它們都距離我們太遙遠了,所以在夜空中 看起來都是「小」星星。滿天的星星中,大部分都能夠自己發光,這些星星稱為「恆星」,而太陽就是離我們最近的恆星。恆星在太空的星雲中誕生,它會慢慢演變、成長,最後也會死亡。像太陽這樣的恆星壽命大概有一百億年,這麼漫長的一生是如何開始,如何結束的呢, 恆星從星雲中誕生 恆星的誕生是從星雲裡的氣體和塵埃慢慢聚集開始,當氣體靠得越來越緊密,核心的溫度也越來越高,這時核心的雛形就形成了。這個雛形會旋轉,還會激烈的噴出氣體,最後當溫度高到攝氏一千萬度以上時,核心就會開始產生核反應,放出光和熱,這時候恆星就誕生了。 恆星與行星 有些恆星在形成的過程中,周圍會形成圓盤,這些圓盤的物質會逐漸聚集,形成繞著恆星轉動的行星。例如太陽就有九大行星繞著它轉。太陽從誕生到現在大約有四十六億歲了,正處於中年期,穩定的發光、發熱,並使得地球上的生命得以存在。 恆星的老化 當核心的燃料用到一個程度時,恆星會開始膨脹變大,顏色也開始轉為紅色,這時候便進入了老年階段,成為一顆「紅巨星」。所以當太陽開始邁向死亡時,體積會膨脹成現在的一萬倍,顏色也轉變成紅色,成為紅巨星,到時候連地球都會被吞沒。 恆星中心部分的氫用盡了之後,在最中心就只剩下氦原子核了。這個時候,因為中心溫度還沒有高到可以讓氦原子核進一步融合,於是恆星最內部充滿了氦的核心部分就進一步由於萬有引力的作用而收縮。在此同時,核心的外圍仍然繼續進行著氫融合成氦的反應,形成一個「殼層燃燒」的現象。因為內部核心收縮,溫度逐漸上升,使得殼層燃燒也越來越劇烈,進而向外提供更多的熱量,使得外層的物質反而因為核心的收縮而大幅膨脹。 恆星的死亡 恆星的死亡途徑和它們的質量息息相關,質量與太陽相當或更小的恆 星壽命越長,最後會經過較平靜的收縮而變成「白矮星」。質量為太陽幾倍大的恆星,亮度較亮,燃燒的速度較快,壽命也比較短,死亡時會十分猛烈的收縮,甚至引起大爆炸,最後變成「中子星」或是「黑洞」。 白矮星 質量和太陽差不多的恆星,膨脹成紅巨星後,當能量逐漸耗盡,同時不斷的放出氣體,並在星體周圍形成一團環狀星雲,稱為「行星狀星雲」,核心則不斷收縮變成體積比原來小很多的「白矮星」,經過幾十億年後就會變成完全不發光的「黑矮星」,靜靜的結束了一生。 低質量的恆星在演化到第二次紅巨星階段時,會散失大量的物質到它四周的空間去,而漸漸裸露出內部的核心。這時的核心主要是高溫高密度的碳和氧所組成的。恆星四周的物質被高溫的恆星所釋放出的恆星風向外推,又接著被高溫的熱輻射持續照射,因此仍然閃閃發亮。當人們第一次發現這樣的天體時,因為它們在小望遠鏡裡看起來就像木星一樣,有個圓盤模樣的影像,於是就把它們叫做「行星狀星雲」,而這個名字也就沿用至今。其實它們和「行星」是一點關係也沒有的。 螺旋星雲 貓眼星雲 愛斯基摩星雲 超新星爆炸 質量是太陽數倍以上的恆星,會以燦爛的爆炸來結束一生,它們在燃料耗盡的時候,核心會猛烈的收縮,整個星球則會劇烈膨脹爆炸,而發出的亮光相當於十億顆太陽,稱為「超新星爆炸」,並將星球物質以接近光速的速度,向四面八方發射。 在恆星內部鐵核形成之後,並沒有進一步的核融合反應可以提供能量來抵擋萬有引力的收縮。因此核心密度一再升高,整個核心就像是一個超大的原子核一樣。在接下來的某一瞬間,許多電子被質子捕捉,轉變成中子。在這一瞬間,核心物質的性質頓時改變,變得堅硬了些。原先在這核心外圍一起向內收縮的物質一下子反彈子出來,而把更外圍較低密度的物質整個向外炸了開來。這就是超新星的爆炸。 伴隨這整個過程的是極大的能量釋放。首先是許多微中子帶走了絕大部分的能量,而後向外炸開的物質,本身也具有很大的能量,使得這整個星球外圍炸開的物質溫度增高,且放出大量的光。之所以叫做「超新星」是因為它突然變得很亮,像一顆新出現的星星,並且常常有可能亮到幾乎是一整個星系的亮度。在爆炸的那一瞬間,巨大的能量也使得許多比鐵更重的元素得以形成,包括許多放射性元素。 中子星 質量約為太陽四到十倍的恆星在超新星爆炸的過程,遺留下來的核心變成一顆體積很小,質量卻很大的中子星,同時不停的旋轉並發出電波。 超新星爆炸除了往外炸開的殘骸之外,原先核心部分仍繼續向內塌縮。這時有兩種可能的情況會發生。核心質量很大的,一般認為大約大於3到5個太陽質量,會一直塌縮下去,變成一種很奇怪的物體:黑洞。而質量較小的,因為萬有引力相對地較小,當核心縮小,密度大到中子的簡併壓力足以抵擋萬有引力時,一個穩定的結構就可以形成。因為這樣一個星球是由中子簡併的壓力在支撐著,所以叫做「中子星」。 黑洞 質量比太陽大十倍以上的恆星,超新星爆炸後會形成「黑洞」。黑洞會把附近所有的物質都吸進去,就連光線也會被吞沒,所以我們是看不見黑洞的。但是如果黑洞附近有另外一顆恆星,我們可以從這顆鄰近恆星的物質被吸入黑洞時的情形,證明黑洞的存在。 死亡與誕生的輪迴 瀕臨死亡的恆星,經由行星狀星雲或是超新星爆炸等方式,讓組成恆星的物質再度散佈在孙宙間,成為產生新恆星的「原料」,恆星就這樣循環不斷地誕生、燃燒和死亡。 在早期的孙宙裡,孙宙間主要的物質只有氫和氦,以及極少量的鋰。所有重的元素都是在開 始有最初的恆星之後,在恆星內部形成的。尤其是比鐵重的元素,更是只有在超新星爆炸時才被製造出來。 星際間的物質,從最原先只有氫和氦,經過一代接一代的恆星演化,組成成分變得更複雜了,包含了各種不同的元素。雖然氫和氦仍然佔了98%以上,但這些少量的其他物質卻是人類生命所必需的。 讓我們想想太陽系裡這些元素的來源,譬如說鐵和矽。這些元素都不是在太陽或太陽系裡形成的,而是原先就存在於這一些後來形成太陽系的星際物質裡的。因此,它們:這些較重的原子們,包括你我身上,在血液裡流的鐵原子們:都是曾經在遙遠的過去,遙遠的地方,某一個超新星爆炸時所噴發出來的。它們經歷了漫長時間的旅行,在廣大的孙宙空間裡遊蕩。 然後有一天,太陽系形成了,它們在這裡落腳,到了你我的身體裡。它們也許在想著遙遠的故鄉,也許在想著下一個去處。 星際間的雲氣因為萬有引力的關係而互相吸引,使得密度越來越大,而組成雲氣的物質速度也越來越快,被此的碰撞也就愈趨頻繁。如此一來,整個系統的溫度也就越來越高。這時熱 能的來源是物質之間的萬有引力。當這原型星的中心密度與溫度高到足以讓氫原子核(也就是質子)克服彼此的靜電斥力,而聚合在一起產生核融合的反應,一顆恆星就此誕生了。 恆星內部的核融合反應提供了向外的壓力,抵擋住萬有引力的作用,使得恆星不再收縮。假如這向外的壓力有一點點不足,萬有引力造成的收縮會使得恆星內部溫度進一步升高,而使得核反應更劇烈,提供足夠的向外壓力。因此恆星結構會處在一個穩定的平衡狀態,直到恆星中心的燃料?氫原子核?開始短缺。 質量比較大的恆星因為萬有引力的作用比較大,所以需要有較多的核反應釋放較多的能量,提供較大的向外壓力,維持住穩定的結構。因此我們會看到,在赫羅圖裡,主序列帶上的恆星?它們都是處於這種結構穩定的階段?會按照質量大小依序排列。質量越大的越在左上方高亮度的地方。恆星在形成之後就依據它的質量出現在主序列帶上的某個位置,然後緩慢變化,在主序列帶上度過主要的生命期。 不同質量的恆量在主序列帶上所花的時間也不一樣。質量比較大的恆星消耗氫的速度比較快,快到使得它們雖然有比較多的氫燃料,但是仍然比較快用盡,也就是在主序列帶上停留的時間比較短。一個生命期長短與質量關係的大概估計是,生命期和質量的2.5次方成反比。 地球-> 太陽系-> 太陽的鄰居-> 本銀河系-> 本星系群-> 孙宙的海棉結構 水星 金星 地球 月球 火星 木星 土星 天王星 海王星 冥王星