你知道吗--现代科学中的100个问题-第6章
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天文学家目前正在宇宙的各个角落寻找可证明确有这种黑洞存在的证据。
第16节
这个问题的答案取决于你所说的是什么样的恒星，以及你所指的是恒星的哪一个部位。
在我们能观测到的恒星中，９９％以上都和太阳一样，属于称为“主序星”的一类。至于恒星的温度，我们一般是指恒星的表面温度。下面我们就从这里谈起。
任何恒星都具有一种在其自身的引力作用下发生坍缩的倾向，但是当它坍缩时，它的内部会变得越来越热。而当它的内部温度越来越高时，这颗恒星就有一种发生膨胀的倾向。最后，两种倾向会达到平衡。结果，这颗恒星便达到了某种固定的大小。一颗恒星的质量越大，为了平衡这种坍缩所需要的内部温度就越大，因而它的表面温度也就越高。
太阳是一颗中等大小的恒星，它的表面温度为６０００℃。质量比它小的恒星，其表面温度也比它低，有一些恒星的表面温度只有２５００℃左右。
质量比太阳大的恒星，其表面温度也比太阳高，可达１０，０００℃、２０，０００℃，甚至更高。在所有已知的恒星中，质量最大、因而温度最高、亮度最大的恒星，其稳定的表面温度至少可达５０，０００℃，甚至可能更高。也许可以大胆地说，主序星的最高的稳定表面温度可以达到８０，０００℃。
为什么不能再高呢？质量再大的恒星，其表面温度会不会比这还要高呢？到这里，我们不得不停下来。因为，一颗普通恒星，如果具有这样大的质量，以致它的表面温度竟高达８０，０００℃以上，那么，这颗恒星内部的极高温度就会使它发生爆炸。在爆炸时，也许在瞬间会发出比这高得多的温度，然而当它爆炸之后，剩下来的将是一颗更小和更冷的恒星。
但是恒星的表面并不是温度最高的部分。热会从它的表面向外传播到该恒星周围的一层很薄的大气层（亦即它的“日冕”）。这里的热量从总量上说虽然不算大，但是，由于这里的原子数量同该恒星本身的原子数量相比是很少很少的，以致每一个原子可以获得大量的热供应。又因为我们以每一个原子的热能作为测量温度的标准，所以，日冕的温度高达１，０００，０００℃。
此外，恒星的内部温度也比其表面温度高得多。要使恒星的外层能够战胜巨大的向里拉的引力，就必须是这样。已经查明，太阳中心的温度大约为１５，０００，０００℃。
自然，那些质量比太阳大的恒星，它们不但表面温度更高，中心温度也同样会更高。同时，对于具有一定质量的恒星来说，其核心的温度一般总是随着它的年龄的增长而越来越高的。有一些天文学家曾试图计算出，在整个恒星爆炸的前夕，其核心的温度可以达到多少度。我所看到的其中一种估算，认为最高可达到６，０００，０００，０００℃。
那些不属于主序星的天体，其温度有多高呢？尤其是那些在六十年代新发现的夭体，其温度可达到多少度呢？例如脉冲星的温度可能达到多少度呢？有些天文学家认为，脉冲星实际上就是非常致密的“中子星”，这种中子星的质量虽然和一颗普通恒星一样大，但是它的直径只有十几公里。这样的中子星的核心温度会不会超过６，０００，０００，０００℃这个“最大值”呢？此外，还有类星体，有人认为类星体可能是由数百万颗普通恒星坍缩而成的，既然如此，这种类星体的核心温度又有多高呢？
所有这些问题，迄今为止，还没有人能够回答。
第17节
我们知道，当质子和中子相互结合而形成原子核时，这样的结合不但是一种较稳定的结合，而且所含有的质量要比同样一些质子和中子单独存在时所含有的质量少。因此，在发生这样的结合时，多余的质量就会转变为能量而被发射出去。
一千吨氢（氢核由单个质子组成）可以转变为９９３吨氦（氦核由两个质子和两个中子结合而成）。失去的这７吨质量将作为同它等效的能量而被释放出来。
凡是象太阳这样的恒星都会辐射出以这种方式形成的能量，太阳每秒钟会把大约６３０，０００，０００吨氢转变为略少于６２５，４００，０００吨氦。换句话说，它每秒钟会失去４，６００，０００吨质量，然而即使在这种惊人的速率下，太阳仍然含有足够多的氢，以保证这种过程继续不断地进行数十亿年之久。
不过，太阳的氢供应量总有一天会消耗殆尽。这是不是说，到了那一天，这样的聚变过程将会终止，太阳从那时起将会成为一颗冷星呢？
情况并非如此，因为氦核并不是质子和中子的一种最“节约”的组合方式。氦核还可以经过聚变转化为更加复杂的原子核，例如可以经过聚变而成为象铁原子等一类很复杂的原子核，同时发射出更大的能量。
由此可见，前面所说的那１，０００吨氢聚变为９９３吨氦之后，还可以进一步聚变为９９１．５吨铁。也就是说，当氢聚变成氦时会有７吨质量转变为能量，而当氦聚变为铁时，只有１．５吨的质量转变为能量。
然而，到了氢原子都聚变为铁原子，聚变过程就到头了。因为在铁原子核中，质子和中子是以最稳定的形式组合在一起的。铁原子的任何转化，不论是转化为较简单的原子，还是转化为更复杂的原子，总是吸收能量、而不是放出能量。
因此可以说，当一颗恒星发展到“氦阶段”时，它已经用掉了五分之四可资利用的聚变能，而当朝着“铁的阶段”发展时，它放出剩下的那五分之一的聚变能，全部聚变能到此就用完了。
但是再往后又将发生什么情况呢？
在一颗恒星超过氦阶段继续向前发展的过程中，该恒星核心的温度将会变得越来越高。有人提出一种理论说，当恒星发展到铁阶段时，其核心的温度将会高到足以引起产生大量中微子的核反应。由于中微子不会被星体物质所吸收，所以它们一旦形成，就会以光速向四面八方飞奔，并把能量一起带走。这样一来，恒星的核心就会失去能量，并且很快就突然冷却下来，结果，这颗恒星就会坍缩成一颗白矮星。
在坍缩过程中，它的外层，由于仍然含有许多没有铁原子那么复杂的各种原子，因而将会全部立即发生聚变，并爆炸而成为一颗“新星”。由此产生的能量将会形成一些比铁更为复杂的原子，即周期表中位于铁以后的各种原子——一直到铀原子和超铀原子为止。
含有重原子的这种“新星”的碎屑将和星际气体混合在一起。由这类气体所形成的恒星就是“第二代恒星”，正因为如此，所以在“第二代恒星”中才含有少量在恒星本身的聚变反应中绝不可能形成的各种复杂原子，太阳就是这样的第二代恒星，而这也正是地球中为什么会有金和铀这类元素的原因。
第18节
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第一，恒星会发射出无质量的电磁辐射——光子，这种电磁辐射包括从能量最大的γ射线到能量最小的射电波（甚至一个冷的物体也会发射出光子；物质的温度越低，光子也越弱）。可见光就是这类辐射的一部分。
第二，恒星还会发射出中微子和引力子等无质量的粒子。
第三，恒星还会发射出各种具有质量的带电高能粒子，主要是质子，但同时也包括数量较少的各种原子核及其它各种粒子。它们就是宇宙射线。
恒星发射的所有这些粒子（光子、中微子、引力子、质子等等），只要当它们是单独出现在宇宙空间的时候，它们将是稳定的。就我们所知，它们可以在数十亿年的时间内不发生任何变化地通过数十亿光年的真空。
由此可见，恒星所发射的一切粒子只要没有遇到任何会把它们吸收掉的物体，就会一直存在下去。拿光子来说，几乎任何东西都能把它们吸收掉。能量很大的质子就较难被别的东西阻挡和吸收，至于中微子，那就更难被别的什么东西阻挡和吸收了。关于引力子的情况，直到目前为止，人们尚未弄清。
假如我们的宇宙中，除了以固定不变的位形分布的恒星以外，什么东西也没有的话，那么，由某一颗恒星所发射出的每一颗粒子，除非它遇到了另一颗恒星并被吸收掉，否则，都一定会在宇宙空间“旅行”。在这种情况下，所有的粒子将只会从一颗恒星“旅行”到另一颗恒星，这样，总的说来，每一颗恒星都应当能够收回它所发射出去的全部能量。从这种假定出发，宇宙似乎应当会永远不变地继续下去。
但是以下三个事实的存在、使实际情况不会象上面所说的那样。
第一，宇宙并不是单由恒星所组成，而是包含有大量的冷物质，从巨大的行星直到星际尘，当这些粒子遇到冷物质时，粒子就被吸收，冷物质则发射出能量较小的粒子以作为交换。这就意味着，总的来说，冷物质的温度会逐渐上升，而恒星所含的能量会逐渐减少。
第二，恒星以及其他天体发射出来的某些粒子（如中微子和引力子）被物质吸收的几率是如此之小，以致在宇宙的整个生存期间，业已被吸收的只占其中很小的一部分。这就意味着，在恒星发射出来的全部能量中，有很大一部分仍在宇宙空间中“旅行”，而这同样也等于说，恒星所含有的能量正在逐渐减少。
第三，宇宙正在膨胀。这就意味着星系与星系之间的空间正在逐年扩大，因此甚至象质子和光子等一类能被其他物体吸收的粒子，平均说来，也要旅行更长的路程才遇到其他物体而被吸收掉。正因为如此，恒星所吸收的能量抵偿不了它所发射的能量的倾向正在逐年加大。同时，为了填补因宇宙膨胀而增大的这部分宇宙空间，就一定会有额外的能量（亦即快速的高能的、但尚未被吸收的粒子）进入到这部分宇宙空间。事实上，这个道理是很明显的，只要宇宙还在继续膨胀，总的来说，它将会继续变得越来越冷。
当然，如果宇宙有朝一日开始再一次从膨胀转为收缩的话，情况就会倒转过来，到那时，宇宙将会开始再一次逐渐变热起来。
第19节
１８５０年，一位名叫卡林顿的英国天文学家在观察太阳黑子时，发现在太阳表面上出现了一道小小的闪光，它持续了约５分钟。卡林顿认为自己碰巧看到一颗大陨石落在太阳上。
到了２０世纪２０年代，由于有了更精致的研究太阳的仪器。人们发现这种“太阳闪光”是普通的事情，它的出现往往与太阳黑子有关。例如，１８９９年，美国天文学家霍尔发明了一种“太阳摄谱仪”，能够用来观察太阳发出的某一种波长的光。这样，人们就能够靠太阳大气中发光的氢、钙元素等的光，拍摄到太阳的照片。结果查明，太阳的闪光和什么陨石毫不相干，那不过是炽热的氢的短暂爆炸而已。
小型的闪光是十分普通的事情，在太阳黑子密集的部位，一天能观察到一百次之多，特别是当黑子在“生长”的过程中更是如此。像卡林顿所看到的那种巨大的闪光是很罕见的，一年只发生很少几次。
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