正文 第五章:家住宇宙的怪物1(2 / 3)

天文學家想了一種辦法,利用光的幹涉原理製成了幹涉儀,來測定某些恒星的角徑,然後再測出恒星的距離,這樣就可以算出它們的身高了。但這種辦法隻能測定離我們較近的恒星。

對於更遠的恒星,我們怎樣知道它們的個頭呢?原來,這完全可以用天文和物理方法計算出來。一顆恒星,溫度越高,體積越大,離我們越近,看起來就會越亮。天文學家經過多年的觀測和研究,已經掌握了恒星的亮度、距離、大小和溫度這四者之間的準確關係。因此,隻要得到恒星的亮度、溫度和距離,就很容易算出它的大小了。

比比誰的個頭大

用各種方法求出的不同恒星,身高不一,大小相差很大,有的是巨人,有的是侏儒。地球的直徑大約13000千米。太陽的直徑是地球的109倍。巨星是恒星世界中個頭最大的,它們的直徑要比太陽大幾十到幾百倍。超巨星就更大了。紅超巨星心宿二的直徑是太陽的600倍,而紅超巨星參宿四的直徑竟然達到了太陽的900倍,你說大不大?

它們還不算最大的,仙王座VV是一對雙星,它的主星A的直徑是太陽的1600倍。HR237直徑為太陽的1800倍。還有一顆叫柱一的雙星,其伴星比主星還大,直徑大約是太陽的2000—3000倍。這些巨星和超巨星都是恒星世界中的巨人。

看看誰的個頭小

看完了恒星世界中的巨人,我們再來看看它們當中的侏儒。在恒星世界當中,太陽的大小屬中等,比太陽小的恒星也有很多。其中最突出的,當屬白矮星和中子星。白矮星的直徑隻有幾千千米,和地球差不多。而中子星就更小了,直徑隻有20千米。它們是恒星世界中的侏儒。

我們知道,一個球體的體積與半徑的立方成正比。如果拿體積來比較的話,上麵提到的柱一就要比太陽大90多億倍,而中子星就要比太陽小幾百萬億倍。由此可見,巨人與侏儒的差別有多麼懸殊。

體重不相上下

恒星的體積相差巨大,而它們的質量卻差別不大。以太陽質量作標準,是地球質量的33萬倍。恒星的質量一般為太陽質量的0.5到5倍。質量最大的比太陽大幾十倍,質量最小的,也有太陽質量的幾十分之一。

原因在於,它們的密度不同。地球的密度是水的5.5倍。太陽的密度則隻有水的1.41倍。作為恒星巨人的紅超巨星,它們的體積比太陽大得多,而質量卻隻比太陽大幾十倍,至於它們的平均密度則非常稀薄,僅為水的百萬,甚至萬萬分之一,在恒星家族中,密度大得驚人的要數中子星和白矮星了,它們的體積小得出奇,質量卻和太陽相當。

妙妙果味派

什麼是巨星和超巨星?

巨星是光度達到太陽的100倍,直徑比太陽大20倍,質量為太陽的4倍的四恒星。超巨星是光度達到太陽的100萬倍以上,直徑為太陽的幾倍到幾千倍的恒星。

什麼是白矮星和中子星?

白矮星的光度隻有太陽的幾萬分之一,體積比地球小,但密度卻大得驚人:每立方厘米就有幾百千克,質量約為太陽的1.4倍。中子星的直徑隻有20千米,大小比不過地球上的一座大山,但質量卻是太陽的3倍,一粒芝麻大小的中子星,需要萬噸巨輪才拖得動。

90-91 探秘量天尺

要知道兩點間的距離,隻要拿一把長尺子去一量就可以測出來。天上的星星離我們很遠,這樣,要實地測量那就實在是太困難了。利用三角視差法測量恒星的距離,隻能測量距離在100秒差距(1秒差距=3.26光年)之內恒星的距離,但較近的恒星又很少,最近的一顆距離我們也有4.22光年。

那些河外星係就更遠了,最近的大麥哲倫星係離我們也有16萬光年。那麼,天文學家又是怎樣測量它們到我們的距離呢?難道他們手中真有這樣一把長長的尺子嗎?

變星初誕生

在形形色色的恒星家族中,有些星的亮度總在變化,如果隔一天甚至隔幾個小時再去看它時,它的亮度已與先前的不一樣了,這樣的恒星稱為“變星”。它們的亮度變化是由星體本身周期性的膨脹和收縮引起的。

有些變星,亮度變化的周期短,沒有鯨魚座的苧槁增二那麼長。比如,在仙王星座裏有一顆變星,名叫造父一,它的亮度變化一次隻要五天多的時間。這顆變星是由聾啞天文學家古德裏克發現的。後來就把像這顆星那樣亮度變化周期比較短的變星,統統稱為造父變星。這類變星亮度變化一次的時間,短的隻要一天半,最長的也不過80天。

變星發光本領大

造父變星有一個非常寶貴的特性,就是發光本領越強,亮度變化的周期越長。這就好比一個身體健壯的人,呼吸起來會非常平穩、緩慢一樣。而發光本領差的造父變星,就好比是呼吸急促、喘個不停的病人,所以它們的亮度也就變化得快了。

什麼是發光本領?原來,我們的眼睛看到的恒星亮度,並不是它們的真正亮度。這是因為,我們看到的亮度是跟距離有關係的。一顆亮星,如果離得遠,看起來反而比一顆不那麼亮卻離得近的星還暗些。所以,要比較恒星的真正亮度,就得想法用一個共同的測量標準來比較。這樣比出來的越亮的恒星,發光本領才越強。

變出量天尺

利用造父變星的這種本領,可以確定出它們離我們的遠近。比方說,有兩顆造父變星,我們觀察到它們的亮度變化周期一樣長,那麼它們的發光本領一定是一樣強的,它們的真正亮度也一定是相同的。如果我們看到它們的亮度不相同,那就說明它們的距離不一樣。根據我們所看到的亮暗程度,就可以計算出它們的距離遠近。

更重要的是,如果在某一個天體中有造父變星,那麼,隻要確定了造父變星的距離,也就等於知道了其他天體的距離,因為它們和那顆造父變星相隔都不遠。比如說,在銀河係外麵還有千千萬萬個銀河係,它們都叫做河外星係。隻要在一個河外星係中找到造父變星,就可以利用它把那個星係的距離測量出來。

在天文學中,測定天體與我們的距離是一個最基本的問題,可又是一個最困難的問題。在地麵上,我們能用尺子來量兩點之間的距離,可是我們不可能運用這種辦法去量一個天體離我們有多遠。而造父變星卻提供了一種巧妙的辦法,能幫助我們測量出天體的距離。所以,它們也就得了一個好聽的名稱,叫做“量天的尺子”。

妙妙果味派

光度

恒星發光的能力有強有弱。天文學上用“光度”來表示它。所謂“光度”,就是指從恒星表麵以光的形式輻射出的功率。恒星表麵的溫度也有高有低。一般來說,恒星表麵的溫度越低,它的光越偏紅;溫度越高,光則越偏藍。而恒星的表麵溫度越高,表麵積越大,光度也就越大。從恒星的顏色和光度上,科學家能提取出許多有用信息來。

92-93 神秘黑手控製了宇宙

如果有人問,宇宙中有哪些居民?我們肯定會脫口而出:是亮晶晶的星星們。但是,在最近幾十年中,天文學家越來越發現這個答案不正確。他們認為,恒星、行星、星係,當然還有我們的物質,或者叫普通物質,隻占宇宙總質量的4%。而另外的21%,可能是由尚未發現的粒子組成的暗物質。那麼,剩下的75%呢?可能是暗能量。它是一種未知的能量形態。

目前,人們雖知道暗物質存在,但不知道它是什麼,它的構成也和人類已知的物質不同。在宇宙中,暗物質的能量,是人類已知物質能量的5倍以上。暗能量更是奇怪,它是已知物質能量的14倍以上。以人類已知的核反應為例,反應前後的物質有少量的質量差,這個差異轉化成了巨大的能量。暗能量卻可以使物質的質量全部消失,完全轉化為能量。

不僅如此,在廣袤的宇宙中,暗能量就像一隻看不見的黑手,它不僅控製著宇宙,還在暗中操控著宇宙的居民,比如恒星、行星和星係等。讓我們一起來認識一下這個家夥。

伸進你家的廚房

如果說你家的廚房裏也有暗能量,那你一定會目瞪口呆。事實上,暗能量無處不在,然而,人們卻很難意識到它的存在。直到1998年,天文學家才發現,這種神秘的未知能量一直充斥在我們周圍。因為它既看不見,又摸不著。

而且,暗能量與物質不同,是均勻分布的。它不會在空間某處群聚成團,而是依據其特有的性質,均勻地四處散布。在任何地方,不論是廚房裏,還是星際空間,它的密度都完全一樣,約每立方厘米10—26千克,相當於幾個氫原子的質量。

在我們太陽係中,把所有的暗能量加起來,也隻與一顆小行星的質量差不多,這幾乎起不了什麼作用。隻有在廣闊的宇宙空間,暗能量才能體現出巨大的影響力。

星係黑洞變沉默

我們所能看到最早的星係,大約在宇宙10億歲時就已存在。其中,有許多星係的確正在合並。但是,隨著時間推移,星係合並的事件就不流行了。在大爆炸後的60億年裏,也就是宇宙的前半生,大型星係的合並速度突然下降,從50%降到幾乎為零。