《了解宇宙如何运行》解说词

恒星世界在暴力中诞生,也在暴力中消亡。恒星运动推动了宇宙的运转,也是生命的起源。银河系有2000亿个恒星,太阳是银河系中亿万恒星中的一个,有46亿年的历史,直径为160万公里,在银河系及宇宙中,太阳的体积微不足道。海山二恒星比太阳大800万倍。参宿四恒星比海山二还大300倍,参宿四恒星也不是最大的恒星,有个VY恒星大的惊人,比太阳大10亿倍,直径相当于整个银河系。

恒星由宇宙尘埃、气体和星云等物质、暗物质和暗能量组成(图1、2)。

星云是恒星的摇篮。宇宙初期有数百亿个尘埃星云,如马头星云、鹰状星云、草帽星云等(图3、4、7)。

2004年天文学家曾发射斯皮策红外太空望远镜,观测新恒星的诞生过程。宇宙早期太空中弥漫着无数的氢气团,物质密度大的地方其温度就高,密度小的地方温度就低。冷热氢气团久而久之就形成旋涡,而且是越转越快。在引力的作用下,氢气团的密度越来越高,吸入气团内的物质越来越多,大约经过50万年的漫长过程,气团中心的温度达到了1500万℃,氢气原子之间发生聚合变成氦,释放巨大的能量而且发光,就这样氢原子在引力作用下升温、高压和极大密度下,发生核聚变反应,释放巨大无比的聚变能,从而诞生了宇宙的第一颗恒星,质量越大的恒星聚变速度越大越快。宇宙从恒星诞生的那天起开始从黑暗走向光明,而且越来越璀璨夺目。宇宙中有数十亿、百亿、千亿、千万亿颗恒星,直至形成现在的宇宙。

恒星中的能量从哪里来?上个世纪20年代,人们一直不解。直至天才科学家爱因斯坦发现了质能守恒定律,即E=mc,人们才从愚昧中走出来。

根据爱因斯坦质能转换定律,科学家发明了原子弹、氢弹。共同认识到太阳内部在分秒之间进行核聚变,从诞生那天起,50亿年来一直未停止过。

为模拟太阳中心核聚变现场,天文学家在伦敦建了一个托卡马克实验室,设计出一个重3.6吨的仪器,用电流将氢原子加热到3亿℃,这时两个互相排斥的氢原子极不稳定,两个氢原子以1600公里∕秒的速度,在杂乱运动中聚合,产生氦和释放能量,这就是太阳内部的核聚变的真实写照。

为什么太阳不一下子爆炸成尘埃呢?坚持了近50亿年,而且还要继续下去?这个问题提得好。主要原因是太阳的质量太大,犹如一层厚厚的壳,将太阳中心的聚变能约束住,炸不飞太阳。

太阳直径有140万公里,核聚变发生在太阳中心的几十公里区域内,巨大的引力使太阳中心具备核聚变条件(氢原子、1500万℃高温、高压)每分每秒发生核聚变,释放巨大的能量,科学家做过测算,每次聚变相当于广岛原子弹的10亿倍。爆炸力方向与引力相反,互相抵消。几十亿年来,太阳内部的聚变反作用力与向心引力就这样互相较劲消耗着,哪一方都没有退却,势均力敌,达到平衡。

太阳中心的核聚变产生能量和光子,光子在太阳内部开始漫长的旅行。据测算,要几百、几千、几十万年,光子才可能到达恒星光球表面。太阳光子到表面需要160万年,海山二到达地球是8000年前的光,参宿四的光是500年前发出的。光子向太阳表面前进时,路上要与其他粒子撞击数十亿次,经常改变方向,这就是光子为什么那么慢,到达太阳光球表面的原因。

光子到达光球表面立刻加热表面物质,使其温度从1万℃迅速升高到1000万℃,形成闭合磁力线,携带大量高强度粒子流向太空喷发,磁力线互相交汇撞击,在太阳表面形成一股破坏力极强的太阳风。

科学家在实验室摸拟了太阳表面的闭合磁力线爆发情况,强度虽小,但原理相同。

恒星质量虽然很大,它能够诞生,也不可能永远生存下去,一定要走向消亡,这是无法违背的自然规律。

恒星的消亡是内部的聚变原料消耗殆尽,爆炸力量越来越弱,最后因燃料耗尽而终止,在爆炸力与引力的角斗中,引力最终取得全面的胜利。科学家测算,太阳每秒消耗6亿吨氢燃料,大约70亿年后太阳中心将停止热核反应。但外层空间受温度影响迅速膨胀,由现在的140万公里,扩大到1亿公里,成为一颗红巨星。水星、金星将被红巨星太阳吞噬,地球也难幸免,高温将使地球海水全部蒸发掉,大气被吸走,地球完全可能被撕碎,或者被吞噬,成为红巨星太阳的一部分。

红巨星太阳内部也不安静,氦原子聚变仍在继续,变成氧燃烧,最后变成炽热无比碳核白矮星(图16)。体积与地球相仿,但密度是地球的100万倍。1立方厘米的白矮星放在地球表面可以毫不费力从地心穿过,可见白矮星密度之高!

比太阳质量大几倍的恒星死亡,死亡后不变白矮星,而是中子星,又称钻石星(图17),因为钻石就是纯碳晶体组成,硬度非常高。

质量比太阳更大的参宿四恒星死亡,场面壮烈的多,其内部由碳元素与氧继续衰变下去,最后出现铁元素,铁元素是吸收能量的杀手,恒星内部出现铁元素就意味着死亡的开始,铁越积越多,直至将恒星内部能量吸干,引力向铁核挤压,几秒钟之内引起恒星爆炸,天文学将铁核恒星的爆炸,称为超新星爆炸。天文学家已找到一颗超新星爆炸,距地球17万光年,爆炸的火球直径达数万公里。

天文学家用巨型激光器模拟超新星爆炸,即用强大的电能发出136股激光束,攻击一个目标,结果目标气化,存在十万分之一秒向外扩散,冲击波带动下物质冲到表层,产生更重的元素,金银、铀等重元素就是超新星爆炸的产物,因为重金属元素形成的条件苛刻,所以宇宙中贵重金属元素稀少。

超新星爆炸并不是全部变成尘埃,其中子星内核依然存在,中子星直径大约30公里。其外壳残骸送入太空。中子星有个特点,定时向太空喷发射线。根据此特点,寻找到射线源就找到了中子星。

恒星消亡,向宇宙播撒人间万物,有各种元素,也包含生命。因此,可以推断:太阳中的各种粒子也是重复使用的,很可能星超新星爆炸三代、四代的产物。其中包括我们人类身体,组成各种器官的原子可能来自不同的恒星。

宇宙中恒星的燃料总有耗尽的那一天,可能是数万亿年后,但那一天迟早会来。恒星消亡时宇宙又回到黑暗时代。也许黑暗过了相当长的时间,新的大爆炸又开始了,新的宇宙又诞生了!