虽然是一颗星体,像太阳一样,在它的一生中也会有很大的变化。这么,应当如何解释我们昨天见到差别巨大的星体大小呢?
假如你将月球与太阳进行比较,你会发觉,你必须将109个月球的底部叠加在一起,能够从太阳的一端到另一端。但是,有的星体比月球小得多。而有的比月球绕太阳的轨道还要大得多!这是如何可能的,又是哪些决定了星体的大小?
为何星体会成长为……许多不同的规格?也就是说,从比土星略大的行星到太阳超过土星的轨道?
这是一个比你想像的更棘手的问题,由于在很大程度上,我们看不到一个星体的大小。
在夜空中,一个深沉的、望远镜的图象清晰地显示出不同颜色和照度的星体,但这儿所显示的所有星体都只显示出点。因为观测摄像机的饱和,规格上的差别是视错觉。
虽然是通过望远镜,大多数的星星也由于它们与我们惊人的距离而变得很简单。它们在颜色和色温上的差别是很容易看见的,并且大小是完全不同的。一个特定大小的物体,一个特定的距离,将会有一个被称为角半径的东西:它在天空中呈现的显著的大小。最接近太阳的星体,半人马座阿尔法星,距离太阳只有4.3光年,实际上比太阳直径大22%。
这两颗类似太阳的星体,半人马座A和B,距离我们只有4.37光年,在我们太阳系的木星和海王星之间的轨道上运行。但是,虽然在这幅哈勃图象中,它们也仅仅是超饱和点源;表面是看不到的。
但是,在我们看来,它的角半径仅为0.007弧秒,它须要60弧秒就能制造一个弧分钟,60弧分钟就能获得1度,而360度则可以产生一个完整的圆。虽然是像哈勃望远镜这样的望远镜也只能解决大概0.05个问题。在宇宙中,只有极少的星体才能真正地解决这个问题。这种星体常常是紧靠星体的巨型星体,如贝特勒格斯或R多拉多斯,它们是整个天空中半径最大的星体之一。
猎户座α星,这是一种十分特别大的星体的射电图象,它的光晕覆盖范围很广。这是月球上观测到的最少量的星体之一。
辛运的是,有一些间接的检测方式可以让我们估算出星体的数学大小,那些都是十分可靠的。假如你有一个特别热的球状物体,它会发出幅射,这么星体发出的幅射总数只有两件事:物体的气温和它的化学大小。这样做的缘由是,惟一向宇宙发出光的地方是星体的表面,而圆球的表面积总是遵守同样的公式:4r2,r是圆球的直径。假如你能检测星体的距离,它的湿度,以及它的照度,你可以通过运用数学定理晓得它的直径(因而,它的大小)。
这是对红球星乌伊斯库鲁蒂拍摄的相片,它是通过卢瑟福天文台的望远镜进行处理的。这颗明亮的星体在大多数望远镜中可能一直只是一个“点”天体物理学什么,但它是目前已知的最大的星体。
当我们进行观测时,我们发觉一些星体的容积小到只有几十公里,而另一些星体的大小则高达太阳的1500倍。在超级球星中,最大的一颗是UYScuti,半径约24亿公里,比土星绕太阳的轨道要大。问题是,这种极端的星体的事例并不适宜我们的太阳这样的星体。其实,最常见的星体类型是像我们的太阳这样的主序星体:一颗主要由氢组成的星体,通过将氢与氦的核心结合而获得能量。它们的规格很大,由星体本身的质量决定。
在我们的银河系中发觉了一个年青的星体产生区域。当二氧化碳云在引力上塌缩时,原星体会升温并显得更密集,最终会在核心中燃起聚变。
每每产生一颗星体时,引力收缩会造成势能(重力势能)转换成星体核心的动能(热量/运动)。假如有足够的质量,湿度都会足够高,足以在最外层的区域燃起核聚变,由于氢核会经历一个链式反应,转化成氦。在质量较低的星体中,只有很小一部份的中心会达到400万K(开尔文)的阀值并进行聚变,这将会是十分平缓的速度。另一方面,最大的星体可能是太阳质量的数百倍,并达到数百万度的核心体温,将氢聚弄成氦的速率是太阳的数百万倍。
(现代)摩根-基南波谱分类系统,其气温范围在每一个星体类的气温范围内,用开尔文表示。明天,绝大多数(75%)的星体都是m级星体,只有1/800的星体足够大,足以成为超新星。
从这个意义上说,最小的星体具有最小的外通量和幅射压力,而质量越大的星体则外通量和幅射压力越大。这些向外幅射的能量是使星体与引力坍缩的结果,但你可能会吃惊地发觉,这个距离是相对窄小的。质量最低的红矮星,譬如比邻星和VB10,只有太阳大小的10%;比土星稍大一点。另一方面,最大的黑色巨人,,是太阳质量的250倍。并且只有太阳半径的30倍。假如你将氢聚变为氦,这么星体不会因其大小而变化。
在巨大的马云星云中的蜘蛛星云中,星团的136(R136)是已知的最大质量星体的佳苑。是最大的,是太阳质量的250倍。
而且并不是所有的星体都将氢聚变为氦!最小的星体根本不会融合任何东西,而最大的星体则会步入一个更有活力的生命阶段。我们可以分解大小范围内的星体类型,我们发觉的是五个基类类:
中子星:这种超新星残片包含了1-3个太阳的质量,但基本上被压缩成一个巨大的原子核。它们依然会放射出幅射,但因为其极小的规格,它们的幅射剂量很小。一颗典型的中子星大约有20-100千米的大小。
白矮星:当一颗类似太阳的星体在其内核中用尽最后一颗氦燃料时产生天体物理学什么,内层在内部层收缩时才会被吹走。通常来说,白矮星的质量是太阳质量的0.5到1.4倍,但它只是月球的化学容积:约1万公里,由高度压缩的原子组成。
主序星:这种星体包括红矮星,类太阳的星体,以及我们之前讨论过的红色巨兽。从大概10万公里到3000万公里,它们覆盖了相当大的范围,但即便是最大的一个,假若它代替了太阳,也不会淹没水星。
红球星:这么,当你的核心里的氢用尽时,会发生哪些呢?假如你不是红矮星(在这些情况下,你会弄成白矮星),引力收缩会使你的内核升温,以至于你开始把氦聚变为碳。哦,把氦聚变产生碳释放的能量比普通的旧氢聚变释放的能量要多,这就造成了星体的膨胀。简单的化学现象是,在星体边沿的外力(幅射)必须平衡内部的力(引力)以保持星体的稳定,但是有一个大得多的外力,你的星体必需要大得多。红球星的半径通常在100-1.5亿公里左右,大到足以困住水星、金星和月球。
超级球星:最小型的星体将赶超氦聚变,并开始在其核心中融合更重的元素,如碳、氧、甚至硅和硫。这种星体注定要成为超新星和/或黑洞的命运,而且在它们抵达那儿之前,它们膨胀到巨大的规格,可以扩充到10亿(10亿)千米或更多。这种星体是所有行星中最大的,如同,它们会淹没所有的岩石行星,小行星带,假如它们要代替我们的太阳的话,最大的行星甚至会吞噬土星。
明天的太阳与巨行星相比是很小的,但在红球星阶段,它的大小将会降低到大角星的大小。像这样的巨型超级巨人将永远难以赶超我们的太阳。
对于最微小的星体,像中子星和白矮星这样的残余物,它们被困的能量只能通过一个微小的表面区域来逃脱,这一区域使它们的色温保持了那么长时间。并且对于其他所有的星体来说,它们的大小是由这个简单的平衡决定的:来自外部幅射的力,在表面上,必须等于引力的内拉。更大的幅射力意味着星体膨胀到更大的规格,最大的星体膨胀到数十亿公里。
假如估算是正确的,当它膨胀成一个红球星的时侯,月球就不会被太阳淹没。但是,它会显得十分、非常热。
事实上,随着太阳的老化,它的核心体温会下降,但是随着时间的推移,它会不断膨胀和变热。在10或20亿年的时间里,它将足够热,足以使月球的海洋沸腾,除非我们采取举措将月球的轨道迁移到安全的地方。若给它足够的时间,都会膨胀成一个红球星。在几亿年的时间里,我们会比一些最庞大的星体更大更亮。虽然这可能是令人印象深刻的,但别被激怒了:在天文学领域,大小是重要的,但它不是惟一的指标。最小的中子星和最大的超级球星,以及许多白矮星和主序星,依然会比成为红球星的太阳的质量更大!
主编圈点:并不是所有的星体都将氢聚变为氦!最小的星体根本不会融合任何东西,而最大的星体则会步入一个更有活力的生命阶段!
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