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流浪地球科学背景,太阳在50亿年后真的会终结?恒星为何会死亡?

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发表于 2021-5-1 17:56:26 | 显示全部楼层 |阅读模式

流浪地球科学背景,太阳在50亿年后真的会终结?恒星为何会死亡?

在上一世纪里,天文学家了解到当恒星死亡时,它们可依照质量被区分为两个截然不同的族群。那些诞生时超过八倍太阳质量的巨大恒星,临死时会突然爆炸而成为超新星。其他类似太阳般较普通的恒星则苟延残喘,它们不会爆炸,而是在来日不多的余年里,像汽油将尽的汽车引擎般,断断续续地燃烧它们的燃料。

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恒星一生的能量来源,几乎都来自中心的核反应,过程中会耗尽所有可用的氢,然后是氦。当核燃烧向外进行到核心周边壳层的新物质时,恒星会膨胀成所谓的红巨星。当壳层中的氢也燃烧殆尽,恒星便开始融合氦。在这个过程中,恒星变得极不稳定。深层的扰动,结合辐射压与其他作用力,将胀大而松散的表层高高举起,向外抛入太空中,创造出行星状星云。

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自18世纪至今,天文学家已拍摄并且记录了大约1500个行星状星云。在我们的星系里,可能另有一万个行星状星云,潜藏在致密且厚重的尘埃云气底下。银河系中,虽然每隔几世纪有一颗超新星爆发,但每年都有一朵新的行星状星云形成,并有上百朵老旧星云消褪隐遁。超新星或许较为明亮耀眼,但其残骸翻腾无序,欠缺如同行星状星云般的对称与复杂。

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猫眼星云(NGC6543)是星系中最诡异的行星状星云之一。它距离太阳约3000光年,是一个多重层次、多重色彩的气体云。这类星云与行星并无关联,此名词纯粹是个历史的错误。它们是一般体型的恒星死后,缓慢舒展开来的遗体。我们的太阳将会以相似的方式,结束自己的生命。猫眼的揪扭复杂,一如1994年哈伯太空望远镜所见,使天文学家为了解释它而疲于奔命。

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从美国华盛顿大学的天文系大楼,很容易就可以看见吹玻璃大师奇胡立(Dale Chihuly)的铸造工厂。奇胡立是位著名的玻璃雕塑家,他晶亮流畅的作品常让人联想到活跃的海底生物。当这些雕塑在暗室中投以强光照射,光线穿梭流转于刚硬的玻璃间,将使它们更显栩栩如生。黄色的水母与红色的章鱼,在钴蓝的水域中喷射前进;海底丛丛的海藻随着潮水摇曳生姿;一对泛着粉彩光泽的扇贝,像情侣般相互拥抱着。

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对天文学家而言,奇胡立的作品具有另一层次的共鸣;很少有其他的人类创作,可以如此神似「行星状星云」这种天体构造绚丽夺目的光辉。燃料即将耗尽的恒星由内部将它们照亮,炽热的原子和离子散发出耀眼的色彩。这些云气在漆黑宇宙的衬托下,看来生气勃勃,研究人员因而为它们取了蚂蚁、海星双胞胎和猫眼等名字。哈伯太空望远镜观测到的这些天体,往往是最扣人心弦的太空影像。

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两个世纪前,英国天文学家赫雪尔(William Herschel)将此类云气命名(更恰当地说,应是误判)为行星状星云。他是位星云的天才发现者。这些模糊不清的云状物,只有透过望远镜才看得到,其中许多具有隐约可见的圆形,让赫雪尔想到他自己所发现的那颗绿色行星—天王星。他认为那些云气很可能是环绕在年轻恒星周边,正在形成的行星系统。这个名字从此流传下来,即使事实真相刚好相反:这类星云是由濒死恒星所崩落的气体构成的。它所代表的不是我们的过去,而是我们的未来与命运。大约再过50亿年,太阳就将在行星状星云优雅而精致的狂暴之中,步下宇宙的舞台。

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虫星云(NGC 6302)的中心恒星是已知最热的天体之一。包围着中心恒星的,是致密而满布灰尘、富含碳元素的环面(图之右上)。

正如同所有伟大的艺术品般,行星状星云并不仅仅是令我们目眩神迷而已。这些星云促使我们怀疑自己对此世界的认知,尤其是对于描述恒星生命故事的物理,也就是恒星演化理论,提出了莫大的挑战。这是一门成熟且似乎已经发展完善的科学理论,同时也是我们了解宇宙的基础理论之一。但它在解释哈伯影像中明显的复杂图案时,却遭遇上了麻烦。假如恒星生来就是圆的,活着的时候是圆的,死时也是圆的,那它们如何创造出类似蚂蚁、海星和猫眼等如此复杂而精致的图案呢?




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