我們知道,宇宙中存在很多由兩顆恒星組成的雙星係統,但是宇宙中也有不少三星係統。這看起來很神奇,那麼三星係統有什麼神奇之處呢?
和雙星係統一樣,三星係統也同樣做著相對運動。可以分為三種運動方式:第一種是三星係統中的三顆恒星在一條直線上,兩顆恒星圍繞著中間的恒星運動,就像地球圍繞太陽運轉一樣;第二種是三顆星組成一個三角形,相對於中心以相同的角速度轉動,眾所周知,三角形是最堅固、最牢不可破的,因此這種運動方式也顯得最穩定;第三種,我們知道雙星係統很多,那麼難免就會存在一顆恒星和雙星係統組合,從而形成三星係統。
簡單地說,三星係統是由彼此相距較近,而離其他恒星較遠的三顆恒星組成的,整個係統都圍繞著某個中心點勻速轉動,各個恒星做圓周運動,而且角速度和周期都是相等的。三星係統之所以如此穩固是因為存在著向心力,向心力是由三星係統內的3個恒星間的相互吸引而形成的。
宇宙浩瀚無邊,三星係統也有很多,它們形成的年代不同,恒星質量不同,研究三星係統對於人們探索宇宙奧秘有著重要的作用。
· 脈衝星是什麼 ·
長久以來,人們用各種辦法來尋找外星人,其中一種就是接收無線電波。
人們認為就像人類很難登上較遠的星球那樣,也許外星人也存在同樣的困擾。外星人可能也會想辦法來傳達關於自己的信息,而無線電波無疑是最好的方式。起初,人們接收到了一些奇怪的無線電波,還以為是外星人發來的,後來才發現,發出這種無線電波的是一種恒星。
最先發現脈衝星的是一位名叫貝爾的研究生,她在研究星體的過程中,發現狐狸星座上有一顆星能發出一種規律性、周期性的電波,後來科學家們根據這種天體能夠不斷地發出電磁脈衝信號,而把它命名為脈衝星。
脈衝星的發現引起了巨大的轟動。因為脈衝星的脈衝強度和頻率隻有像中子星那樣的星體才能達到,而中子星的概念雖然在20世紀30年代就提出了,但是一直沒有得到證實。脈衝星的發現證實了宇宙中是有中子星的,脈衝星就是其中的一種。
宇宙中能夠發射電波的恒星不少,但是像脈衝星那樣能發射周期性的電磁脈衝信號的星體很少。所謂脈衝就是像人的脈搏那樣,一下一下很有規律地跳動,而在脈衝星上就發現了這種短而穩的脈衝周期,那麼,這種脈衝是怎麼形成的呢?
科學家們通過研究得出了脈衝產生的原因:脈衝星是快速自轉的中子星,而正是由於快速自轉所以才能夠發射電磁脈衝。就像我們拿著手電筒來回有規律地晃動時,會發現手電筒的光會有規律地照在物體上,一會兒明亮,一會兒黑暗。脈衝星發射電磁脈衝就和這個相似,脈衝是一斷一續的,很有規律。
我們所處的地球是有磁場的,因而在大海上才能靠著羅盤指引方向,而羅盤尋找方向利用的是地球磁場原理。和地球一樣,宇宙中的恒星也有磁場。地球在自轉,恒星也在自轉,那麼恒星和地球也能夠發出脈衝嗎?其實不然,要像脈衝星那樣發射電磁脈衝,需要有很強的磁場,而隻有體積越小、質量越大的恒星,它的磁場才越強。而隻有中子星才能夠滿足這樣的條件。
一般來說,恒星的體積越大、質量越大,那麼它的自轉周期就會越長,如地球自轉一周需要24小時,而脈衝星的自轉周期非常快,在0.01秒以下,宇宙中能夠達到這個速度的恐怕隻有中子星了。
脈衝星是恒星晚期超新星爆炸後的產物,超新星爆炸後,隻剩下一個堅硬的核,體積很小,但是轉速很高,在轉動的過程中,就會向外發射電磁波,因而脈衝星也被視為“死亡之星”。脈衝星發射的電磁波是有規律的,因此也被視為宇宙中“最精確的時鍾”。
研究脈衝星對於我們了解恒星在晚期超新星階段發生了什麼很有幫助,它能夠幫助我們了解恒星晚期的演變過程,使我們從中發現關於恒星的一些奧秘。
雖然脈衝星發射電磁波是很有規律的,但是這種規律並非永遠不變的。隨著中子星不斷地自轉和發射電磁波,中子星自身的能量會減少很多,旋轉速度會因此慢下來,這樣,隨著時間流逝,它的旋轉速度會越來越慢,慢慢地,就會因為轉速過低而無法發出電磁波。當然,科學家們可以算出每次自轉所損失的能量,並由此推斷出脈衝星還能存在多長時間。
另外,脈衝星之間存在共性,當然也會存在“個性”,每顆脈衝星都有著與眾不同的地方,如有的脈衝星相比其他脈衝星轉速更快;有的脈衝星體積很大,但是質量稍小;有的屬於雙星係統,具有伴星等等。脈衝星的這些個性加深了科學家們對宇宙的了解,為科學家以後研究宇宙提供了翔實的資料。
脈衝星星際有機分子、類星體和微波背景輻射被稱為20世紀60年代天文學“四大發現”。
· 天狼星為何會變色 ·
在我們眼中,天狼星是我們所看到的恒星中最亮的一顆。
天狼星好像一直都在閃爍著白色的光,然而《史記·天官書》中卻這麼說:“狼角變色,多盜賊。”就是說天狼星的芒角改變顏色的時候,就會盜賊四起。其中還有這麼一句:“白如狼,赤比心,黃比參左肩,蒼比參右肩,黑比奎大星。”意思是說,像天狼星是白色的,心宿二是紅色的,參宿的左肩是黃色,右肩是蒼色的,而奎大星是黑色的。這裏記載的天狼星的顏色和我們所看到的是一樣的。古人認為天狼星是會變色的,那麼,為什麼我們沒有發現呢?天狼星真的會變色嗎?如果是,為什麼會有這種變化呢?
在古羅馬書籍中,天狼星是紅色的。每年7月,當天狼星第一次出現在地平線上時,古羅馬人總是用紅毛的狗作為天狼星的祭品,因而那時天狼星也被稱為天狗星。有人這樣描述:“火星的紅光太溫和了,天狗星的顏色也是紅色,但是比火星鮮豔多了。”不隻古羅馬人,古巴比倫人也在書籍中記載天狼星是紅色的。
公元577年,法蘭克王國的主教格裏哥利編撰了一部編年史,為了讓教徒們都遵循相同的時間來祈禱,格裏哥利便用一些星座從地平線上升起的時間作為祈禱時間,其中一顆星就是天狼星。這顆星被格裏哥利稱為“盧比奧拉”,也就是“紅色”的意思。然而在400年後,在阿拉伯天文學家阿爾·蘇菲所作的星表中,“紅色星”一列裏並沒有天狼星,因而有科學家猜測,可能在這400年的時間內,天狼星改變了顏色。
天狼星會變色的說法得到了眾多科學家的認同,但是也有科學家認為,就像太陽一樣,之所以在每天傍晚的時候變成紅色是因為大氣折射造成的,而天狼星的變色也是如此。
隨著科技的不斷進步,在19世紀,科學家們發現天狼星不是單星而是雙星,在距離天狼星不遠的地方有顆伴星,科學家為其取名為天狼星B。天狼星B是一顆白矮星,它的表麵溫度很高,超過20000益,所以在顏色上呈現白色或者藍白色,而天狼星的亮度是非常微弱的,我們之所以覺得天狼星比較明亮,就是因為這顆伴星在起作用。
按照星體演變理論可知,白矮星是天體中變化較快的星體,它前期是紅巨星,溫度非常高,亮度很高,因而在它的照耀下,天狼星也是非常明亮的。然而到了中期和後期,白矮星逐漸暗淡下來,天狼星也隨之暗淡了。
所以,有科學家認為,古代人看到天狼星時,天狼星B正在成為一顆紅巨星,受其影響,天狼星也發出紅色的光,再加上天狼星自身的光,因而十分明亮,這就是古代人記載天狼星為紅色的原因。但是問題又來了,一顆紅巨星演變為白矮星至少需要10萬年的時間,而在格裏哥利和阿爾·蘇菲兩人相距的四百年間天狼星就由紅色變成了白色,這段時間太短了,紅巨星不可能演變為白矮星,唯一合理的解釋就是天狼星B突然間坍縮了。如果是突然坍縮,那麼這個過程應該有類似於超新星大爆炸的事情發生,然而科學家卻觀察不到天狼星B曾經爆炸的痕跡。假設天狼星B真的爆炸了,那麼這段時間內,天狼星將會變得十分耀眼。這麼反常的現象,不可能沒有人注意到,然而科學家們翻遍了書籍都沒能找到關於這件事的記載。
有科學家猜測,天狼星是因為自身原因產生的紅色,但這個過程是漫長的,至少要數千年,所以其變色不可能是由自身顏色改變造成的。又有科學家假設,天狼星附近還存在一顆星,稱為天狼星C。但經過推斷,天狼星C隻能是褐矮星或者紅矮星,是不能讓天狼星產生色變的。
天狼星光譜中含有豐富的金屬,如它的大氣層中鐵的含量是太陽的3倍。有科學家認為,或許能由此解開天狼星的變色之謎。
· 沒能成為星體的星 ·
2014年,美國科學家借助宇航局廣域紅外望遠鏡和斯皮策空間望遠鏡發現了一顆褐矮星。
經過觀察後發現,這顆褐矮星的氣溫非常低,幾乎和地球上的北極一樣冰冷,這是目前已知的褐矮星中溫度最低的一顆。通過推算得知,這顆褐矮星距離太陽約為7.2光年,是目前已知距離太陽第四近的天體。對於這個發現,美國天文學家凱文·魯曼認為,這顆褐矮星的溫度如此之低,或許可以為我們提供一些關於行星大氣方麵的信息,也許我們可以從中找到辦法來解決地球溫度逐漸上升的問題。
褐矮星早期演化時,與恒星相似,都是因為燃料燃盡後氣體雲團在引力作用下開始坍縮。由於褐矮星的質量很低,遠遠低於太陽的質量,甚至還不到太陽質量的7%,因而褐矮星無法引起核聚變反應產生光熱輻射,使自身發光,成為一顆真正的恒星。同時由於溫度很低,它的構成中應該有大量的甲烷和氨,通過天文望遠鏡可看到褐矮星呈褐色,這也是褐矮星名字的由來。
從質量上來說,褐矮星與木星之類的氣體行星很相近,但是二者在形成原因以及構造方麵的差別很大。褐矮星從內到外都是由氣體構成的,然而木星類的氣體行星的中心不是氣體,而是固體。褐矮星相對獨立,而行星則是圍繞著恒星進行公轉的。
由於褐矮星無法發光,所以即使用天文望遠鏡也很難發現它的存在,但是隨著科技進步,尤其是大型天文望遠鏡、高性能紅外線照相機的出現,使得天文學家們能夠通過天文望遠鏡發現一些以往不能發現的天體。據觀察,銀河係中存在的褐矮星可能有千億之多,另外還有很多無法觀測到的。有些科學家認為,宇宙中的黑暗物質極有可能就是褐矮星。
廣域紅外望遠鏡之所以能夠發現一些普通望遠鏡發現不了的天體,就是因為它在紅外波段進行了多次掃描。普通望遠鏡可能無法發現褐矮星這樣的低溫天體,因為這些天體沒有反光或者反光很少,但是廣域紅外望遠鏡能夠發現這些天體的熱輻射。另外,如果注意觀察,還能夠發現這些天體的運動趨勢。這些天體的運動速度很慢。這很好理解,就像是從你身邊奔馳而過的汽車往往比遠處的汽車看起來速度更快。
科學家們第一次發現褐矮星是在1995年,這顆褐矮星體積很大,看起來更像是巨行星。褐矮星可以分成兩類:L型和T型。L型褐矮星從光譜上來看更加接近於溫度最低、質量最小的恒星。T型褐矮星的光譜和巨行星很相似,但是質量要比巨行星大得多。
自從發現褐矮星以來,褐矮星便成了科學家們研究的重點,因為這種天體十分特別,既不屬於恒星,也不屬於行星,可以說它是宇宙中“沒能成為星體的星”。
研究褐矮星有利於加深我們對恒星和行星的了解,並且能夠填補我們對宇宙了解的空白。