《世界本源》第三章天体演化.doc

第  三  章天   体  演  化    在论述了运动的背景和相互作用问题之后,我们对于天体的运动和天体的平衡已经不再存在着任何疑问了,整个世界在我们眼前都是一幅清晰的图画。然而,这只是问题的一方面,问题的另外一个方面是,这些天体的过去是什么样子?未来又将如何变化?这些表面上非常不同的天体在演化的过程中有没有共同的地方?恒星在激烈地燃烧,时刻都放射出大量的光和热;行星和卫星是一个平静的固体,各种各样的元素构成了丰富多彩的世界;慧星、陨石、尘埃,展示着千姿百态,在宇宙中毫无忌惮地穿行,偶而也来袭击我们;还有那红巨星、白矮星、脉冲星、黑洞、超新星……,该有的都出现了,不该有的也都出现了。天文学是一门古老的学科,各种发现日新月异,各种假说层出不穷,然而,美中不足的是,宇宙似乎太复杂了一点,各种天体千奇百怪,彼此之间似乎毫无联系。是否每个天体都有着自己独特的起源,都有着不同的归宿?    二十世纪以来,随着科学技术的发展,我们用射电望远镜接受了大量的来自空间的脉冲波和X射线,由此产生了原子被压碎的中子星,产生了爆炸得无踪无影的超新星,宇宙在膨胀,黑洞在吞吃着大量的物质……可怕极了!这些难道是真的吗?    本章的目的就是试图找出星球演化的共同规律。一   演化的基本途径(一)    星球是怎样诞生的?我们知道,空中的蒸汽是一个动态平衡系统。已有的水珠不断地在被蒸发,不断崩溃,而新的水珠又不断地在收缩,不断地在形成。整个宇宙也是这样,也是处于这样的一个动态平衡元中,各个星球就是宇宙中的“水珠”,老的星球不断地在崩溃,而新的星球却不断地在诞生。水珠的形成是由于分子之间的作用力,同样,星球的形成是由于连续物质的粘性,当空中某局部区域的介质密度过大时,它的粘性就足以使邻近的质元趋向于更加靠扰而产生收缩,这样,在一个较大的体积内,尘埃、氢原子、连续物质都在这种粘性的作用下向着中心集中。这个过程不断地继续下去,体积不断地减小,密度不断地增大,直至最后形成一个非常密致的恒星。    当然,这个过程并不是简单的收缩过程,在收缩中还会发生一系列的内部变化。总的来说,原始星球内部的压力将逐渐变大,温度将逐渐升高,物质的聚集状态也会发生相应的变化。每一处的物质都有收缩的趋势,这种收缩压缩着比它更深处的物质,同时,它们也受到其他物质的压缩,这样,作用的力量就已经相当可观了,物质进一步靠拢使得密度迅速上升,压力变大,温度升高。尤其在原始星球的内部,物质无从逃逸,而且受到四面八方的压力,它的变化更大。在这种情况下,氢原子就开始不断地从连续物质中产生,到一定的时候,氢原子又被挤压在一起而融合为氦原子,这样,核反应被引发了,原始星云成为一个燃烧的火球。进一步地,当氦的浓度足够大时,氦聚合为第二周期的元素,继而,随着进一步的收缩。压力更大,温度更高,第二周期的元素便开始合成Fe以及其他各种重元素。这便是宇宙中元素的来源。另外,星球不只是在收缩,而且在收缩的同时,在原始星球的表层上还存在着巨大的扩散,原始星球的绝大部分物质都将最终逃离 个星球。这是因为,原始星球由于内部的粘性而不断收缩,这种收缩导致密度变大,这样在原始球的表层和周围的空间存在着一个巨大的密度差,在这个密度差的驱动下,大量的物质不断地逃逸。就是这样,一方面,星球内部的物质无从逃逸,它们在迅速地收缩,另一方面,表层的物质在飞快地扩散。同时,由于核反应产生大量的光和热,这些光和热的放射,也在一定程度上减少了星球的质量。这就是星球演化的第一阶段——燃烧阶段,也即恒星时期。在这个时期,体积不断变小,密度不断地增大,质量不断地减少,同时,合成了各种各类的元素。(二)    恒星燃烧之后,将变成什么?    在某种意义上来说,原始星球之所以能够收缩,完全是借助于核反 应的发生。由于核反应,连续物质凝结为氢原了,氢原子又聚合为重元素原子,这使得物质的密度发生突变,使得虽然星球已经是非常密致的了,但它仍然相对稳定。如果没有核反应的发生,如果没有生存各种稳定的原子,这么悬殊的密度差是不可能存在的。星球的收缩引发了核反应,同时,核反应又使得收缩能够继续进行。因此,要使得星球的收缩不断地持续下去,核反应的层次就必致不断地升级。但是,核反应却越来越困难了,凝结为氢只需要很低的压力和温度,融合为氦就需要较高的压力和温度,合成第二周期的元素和重元素需要更高更苛刻的条件,那么,下一层次的核反应呢?它所需要的条件将难以达到。另一方面,星球的质量不断地减少,进入恒星时期后,绝大部分的物质都扩散光了,星球收缩的力量也迅速地下降,它所能达到的温度和压力是有限的。这样,终于有一天,星球收缩的力量再也不能使核反应的层次升级了,星球开始走下坡路了。不再剧烈地燃烧,温度也逐渐降低。在这个时候,那些高温高压下形成的重元素和固体分子,由于熔点较高,火球