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第8章 H

黑暗行星

黑暗行星隐藏在太阳系遥远的边缘地带,它们比火星更大,比冥王星更冷,距太阳的距离是地球离太阳距离的1000到10000倍。

根据尤金。M.蒋的理论,除了太阳系已知9大行星外,还有12到14颗比火星更大的行星在太阳系的最边缘地带以奇怪的轨道绕着太阳运转,它们在太阳系边缘组成了一个“行星环”。

根据尤金M蒋的理论,太阳系中的行星将达23颗之多。

黄矮星

黄矮星是主序恒星的一种,其质量为太阳的1.0到1.4倍,光谱分类多为G型。每颗黄矮星的主序寿命约为100亿年,在这段时间,黄矮星会透过内部的核聚变,把氢聚合成氦,当它们的氢快要耗尽时,便会脱离主序阶段,其自身开始膨胀,并会胀大至原来体积的多倍,成为红巨星,并开始燃烧氦。位于猎户座的参宿四,便是一颗红巨星。当红巨星不能再燃烧氦时,便会抛出外层的气体,这些气体成为行星状星云,而内核则塌缩成高密度的白矮星。

黄矮星的表面温度介乎5400~6000K之间,每秒钟会把数百亿吨氢聚合为氦,当中有数亿吨的质量转化为能量。

黑矮星

黑矮星是类似太阳大小的白矮星继续演变的产物,其表面温度下降,停止发光发热。由于一颗恒星由形成至演变为黑矮星的生命周期比宇宙的年龄还要长,因此现时的宇宙并没有任何黑矮星。假如现时的宇宙有黑矮星存在的话,侦测它们的难度也极高。因为它们已停止放出辐射,纵使有也是极微量,且多被宇宙微波背景辐射所遮盖,因此侦测的方法只有使用重力侦测,但此方法对于质量较少的星效用不大。和褐矮星不同的是,褐矮星质量太少,其重力不足以把氢原子产生核聚变,黑矮星由于有足够质量,在它们主序星的年代能够发光发热。

黑眼星系

两个星系互撞,留下了一个形状怪异、内部运动复杂的并合恒星系统。梅西耶天体M64就是这样一个并合之后形成的星系,其明亮核心之前有大量黑暗的尘埃云带,因而得到了一个“黑眼星系”的绰号。

黑暗星云

银河的形状不甚规则,这儿宽那儿窄,但是最令人觉得奇怪的,是从天鹅座到巨蛇座一带,银河竟然出现了分支。原来这是由於星际尘埃遮挡著我们的视线,亦即是所谓的黑暗星云。阻挡背后星光的并不是星际气体,因为星际气体的吸光本领并无如此强。但星际尘埃的吸光能力,远较气体为犟。宇宙间弥漫著一些不发光的尘埃物质,称为黑暗星云。早在1784年,英国天文学家赫歇耳父子就注意到银河中心有一些黑斑和暗条,当时他们以为那是银河系里一些没有恒星的洞或缝。后来知道这是因为恒星前面的暗物质,挡住射来地球的星光而造成的。

黑眼星系M64

M64只是一个普通的风车样外形的旋涡星系。与大多数星系一样,其中大多数恒星都顺着同一方向旋转。M64旋转方向相反的气体相遇区域,气体被压缩,产生了活跃的恒星诞生过程。

天文学家相信,之所以会发生气体旋转方向相反的情况,应该是M64在10亿年前吸引了一个卫星星系并与之发生碰撞后产生的。这个小星系现在可能已完全瓦解了,但碰撞过程仍在M64外围气体的运动方式中留下了痕迹。这是哈勃太空望远镜捕捉黑眼的部分其实是明亮的星系中心衬托下的一些黑色尘埃。该星系正式名称是M64,“黑眼”是天文学家给它取的绰号。

黑洞吸积

黑洞通常是因为它们聚拢周围的气体产生辐射而被发现的,这一过程被称为吸积。高温气体辐射热能的效率会严重影响吸积流的几何与动力学特性。目前观测到了辐射效率较高的薄盘以及辐射效率较低的厚盘。当吸积气体接近中央黑洞时,它们产生的辐射对黑洞的自转以及视界的存在极为敏感。对吸积黑洞光度和光谱的分析为旋转黑洞和视界的存在提供了强有力的证据。数值模拟也显示吸积黑洞经常出现相对论,喷流也部分是由黑洞的自转所驱动的。

天体物理学家用“吸积”这个词来描述物质向中央引力体或者是中央延展物质系统的流动。吸积是天体物理中最普遍的过程之一,而且也正是因为吸积才形成了我们周围许多常见的结构。在宇宙早期,当气体朝由暗物质造成的引力势阱中心流动时形成了星系。即使到了今天,恒星依然是由气体云在其自身引力作用下坍缩碎裂,进而通过吸积周围气体而形成的。行星——包括地球——也是在新形成的恒星周围通过气体和岩石的聚集而形成的。但是当中央天体是一个黑洞时,吸积就会展现出它最为壮观的一面。

黑色闪电

黑色闪电的形成原因科学家无法解释。长期以来,人们的心目中只有蓝白色闪电,这是空中的大气放电的自然现象,一般均伴有耀眼的光芒,而从未看见过不发光的“黑色闪电”。可是,科学家通过长期的观察研究确实证明有“黑色闪电”存在。

黑洞将会蒸发

以前黑洞被认为是会“吞入”东西,连光也不能“自拔”的一种天体。与传统的对黑洞的理解不同,英国理论物理学家史蒂芬·霍金于1974年提出一个惊人见解:黑洞将会蒸发。量子力学指出,所谓的真空并非全无,粒子与反粒子会反覆不断地产生、消灭,真空实际上是一种活泼的空间。即使是黑洞的入口,也会产生粒子与反粒子。由于强力的重力能量,一部分的粒子会被吸入黑洞内。若是拥有负数能量的粒子,黑洞的能量就会减少,这时,拥有正数能量的粒子则会被弹出。如此一来,黑洞会逐渐“消瘦”,亦即蒸发掉。黑洞愈瘦,蒸发就愈激烈,最后将会爆炸。不过,刚开始时,蒸发的速度极为缓慢。如果宇宙诞生时黑洞就开始蒸发,现在大约蒸发了10亿吨,不过,霍金的这一设想目前还无法观测到。

黑洞热力学

黑洞是广义相对论(爱因斯坦1915年提出的引力几何理论)的产物。根据这一理论,引力来源于时空的扭曲,它使得物体发生移动,就像有一个力在推动一样。与之可逆的是,物质和能量的存在导致了时空的扭曲。根据爱因斯坦的方程式,一团足够致密的物质或能量能将时空弯曲到撕裂的极端程度,这时黑洞就形成了。至少在经典(非量子的)物理学范畴内,相对论决定了任何进入黑洞的物质都无法再从中逃脱。这个有去无回的点被称为黑洞的视界。在最简单的情况下,视界是一个球面,黑洞越大,这个球体的表面积就越大。

红矮星

根据赫罗图,红矮星在众多处于主序阶段的恒星当中,其大小及温度均相对较小和低,在光谱分类方面属于K或M型。它们在恒星中的数量较多,大多数红矮星的直径及质量均低于太阳的三分一,表面温度也低于3500K。释出的光也比太阳弱得多,有时更可低于太阳光度的万分之一。又由于内部的氢元素核聚变的速度缓慢,因此它们也拥有较长的寿命。红矮星的内部引力根本不足把氦元素聚合,也因此红矮星不可能膨胀成红巨星,而逐步收缩,直至氢气耗尽。也因为一颗红矮星的寿命可多达数百亿年,比宇宙的年龄还长,因此现时并没有任何垂死的红矮星。

人们可凭着红矮星的悠长寿命,来推测一个星团的大约年龄。因为同一个星团内的恒星,其形成的时间均差不多,一个较年老的星团,脱离主序星阶段的恒星较多,剩下的主序星之质量也较低,惟人们找不到任何脱离主序星阶段的红矮星,间接证明了宇宙年龄的存在。

至2005年,人们首度在红矮星身上,发现有太阳系外行星围绕旋转,第一颗行星的质量与海王星差不多,日距约为600万公里(0.04AU),其表面度约为摄氏150°C。2006年,人们又发现一颗与地球差不多的行星绕着另一颗红矮星旋转,这颗行星的日距为3.9亿公里(2.6AU),表面温度为摄氏零下220°C。

红外星

有一些恒星几乎是不会发光的,它们只会辐射出我们肉眼看不到的红外线,这种恒星就叫作红外星。

红外星的直径可达到太阳直径的几百倍,甚至几千倍,而红外星表面的温度非常低,一般在4000摄氏度以下,有的只有几百或几十度,是目前人类所知道的最冷的恒星。因此红外星不会发出我们肉眼能看到的可见光,而只能发射出红外线。

红光计划

红光计划是负责试飞回收的外星船。这个计划在1954年开始进行,试飞的地点在内华达州的51区(Area51)。最初的试飞得到稍许成功,试飞员成功地将外星船飞到空中,但随后即发生爆炸,试飞员因而丧生。这个计划就被搁置多年,直到1972年外星人答应给美国政府外星船,并帮助试飞员驾驶外星船,这个计划才又重新执行,并且已经得到初步的成功。有许多的幽浮目击事件发生后不久,又看到随后赶到的黑色直升机,那表示先前看到的幽浮是由红光计划所试飞的外星船。这个计划至今仍在内华达州的51区持续进行中。

荷包蛋星系

荷包蛋星系又名NGC7742,是一个位于飞马座的螺旋星系,属于第二型西佛星系(Seyfertgalaxy),距离地球大约7500万光年。

由于在星系的光谱中,其中间核心特别光亮,形如一只荷包蛋,成为了该星系拥有高度离子化原子的证据。

荷包蛋星系形状酷似荷包蛋的旋涡状星系星系内的恒星绕著银河中心旋转直径约10万光年太阳系位在距银河中心约3万光年的旋臂上。

恒星年

地球绕太阳一周实际所需的时间间隔,也就是从地球上观测,以太阳和某一个恒星在同一位置上为起点,当观测到太阳再回到这个位置时所需的时间,只在天文学上使用。一个恒星年等于365.25636个平太阳日或365天6时9分9.5秒。

恒星风

星风是恒星表面发出的物质流,是恒星质量流失的一种手段。星风在所有恒星中都普遍存在,但速度和强度有很大差别。

太阳发出的星风通常称为太阳风,速度大约为每小时200~300公里。从冕洞吹出的太阳风速度则要大一些,大约每小时700公里。太阳通过星风损失质量的速率约为每年10~14倍太阳质量,在一生中通过星风大约会损失掉0.01%的质量,因此星风对其演化的影响可以忽略不计。红巨星星风的速度较低,大约为每小时20~60公里。但是由于其星风的密度很大,并且红巨星的表面积很大,由于星风造成的质量损失可以达到每年10-8~10-5倍太阳质量。恒星的质量越小,星风损失质量的速率越小,对于太阳这样的中小质量恒星的演化过程来说,星风造成的质量损失可以忽略不计。而对于大质量恒星,如沃尔夫-拉叶星,星风造成的质量损失率很大,在其一生中质量会发生明显的变化,星风对其演化过程具有很重要的影响。

恒星演化论

恒星演化论是天文学中,关于恒星在其生命期内演化的理论。

由于单一恒星之演化通常长达数十亿年,人类不可能完整观测,目前的理论仍有部分是推测的假说。目前天体物理学家主要利用观测大量恒星,判断其在生命期的不同阶段,并以计算机模型模拟恒星的演变。

恒星的诞生

恒星的演化开始于巨分子云。一个星系中大多数虚空的密度是每立方厘米大约0.1到1个原子,但是巨分子云的密度是每立方厘米数百万个原子。一个巨分子云包含数十万到数千万个太阳质量,直径为50到300光年。

在巨分子云环绕星系旋转时,一些事件可能造成它的引力坍缩。巨分子云可能互相冲撞,或者穿越旋臂的稠密部分。邻近的超新星爆发抛出的高速物质也可能是触发因素之一。最后,星系碰撞造成的星云压缩和扰动也可能形成大量恒星。

恒星形成的初始阶段几乎完全被密集的星云气体和灰尘所掩盖。通常,正在产生恒星的星源会通过在四周光亮的气体云上造成阴影而被观测到,这被称为博克球状体。

质量非常小(小于一个太阳质量)的原始星的温度不会到达足够开始核聚变的程度,它们会成为棕矮星,在数亿年的时光中慢慢变凉。大部分的质量更高的原始星的中心温度会达到一千万开氏度,这时氢会开始聚变成氦,恒星开始自行发光。核心的核聚变会产生足够的能量停止引力坍缩,达到一个静态平衡。恒星从此进入一个相对稳定的阶段。如果恒星附近仍有残留巨分子云碎片,那么这些碎片可能会在一个更小的尺度上继续坍缩,成为行星、小行星和彗星等行星际天体。如果巨分子云碎片形成的恒星足够接近,那么可能形成双星和多星系统。

恒星的中年

恒星有不同的颜色和大小。从高热的蓝色到冷却的红色,从0.5到20个太阳质量。恒星的亮度和颜色依赖于其表面温度,而表面温度则依赖于恒星的质量。大质量的恒星需要比较多的能量来抵抗对外壳的引力,燃烧氢的速度也快得多。

恒星形成之后会落在赫罗图的主星序的特定点上。小而冷的红矮星会缓慢地燃烧氢,可能在此序列上停留数千亿年,而大而热的超巨星会在仅仅几百万年之后就离开主星序。像太阳这样的中等恒星会在此序列上停留一百亿年。太阳也位于主星序上,被认为是处于中年期。在恒星燃烧完核心中的氢之后,就会离开主星序。

恒星的成熟

在形成几百万到几千亿年之后,恒星会消耗完核心中的氢。大质量的恒星会比小质量的恒星更快消耗完核心的氢。在消耗完核心中的氢之后,核心部分的核反应会停止,而留下一个氦核。

失去了抵抗重力的核反应能量之后,恒星的外壳开始引力坍缩。核心的温度和压力像恒星形成过程中一样升高,但是是在一个更高的层次上。一旦核心的温度达到了1亿开氏度,核心就开始进行氦聚变,重新通过核聚变产生能量来抵抗引力。恒星质量不足以产生氦聚变的会释放热能,逐渐冷却,成为红矮星。

积热的核心会造成恒星大幅膨胀,达到在其主星序阶段的数百倍大小,成为红巨星。红巨星阶段会持续数百万年,但是大部分红巨星都是变星,不如主序星稳定。恒星的下一步演化再一次由恒星的质量决定。