书城科普宇宙的起源
21572000000021

第21章 恒星探秘(3)

1054年7月4日,中国天文学家在金牛星座发现了一颗他们称为“客星”的金牛星。这是一颗人们在天空中从未见过的最明亮的恒星。绕地球半圈,在美洲的西南部,当时有一个富有天文研究传统的高度文明的民族也目睹了这颗明亮的新星。根据我们发现的一个木炭堆残迹里的C14,我们可以推断,在11世纪中期,有些安奈萨齐人,即今天的荷皮人(生活在美国亚利桑那州东北部的印第安人)的祖先,曾经在现在的新墨西哥州的一块悬垂的山崖下居住过。似乎是他们当中的一个人在悬崖上留下了一幅未受风化的新星图。这颗新星与新月之间的相对位置可能就是图中所绘的那样。在那儿还发现一个手印——也许是那位画家留下的印记。

这颗著名的恒星现在称为蟹状超新星,距地球5000光年。之所以这样称呼这颗星,是因为几个世纪以后。一位天文学家用望远镜观察大爆炸的残迹时,偶然想起它的形状像螃蟹。蟹状星云是一个巨大的恒星爆炸的残留物形成的。这次大爆炸经历了3个月,在地面用肉眼都可以看见。在晴朗的白天很容易看到,就是在晚上,也可以借它的光读书看报。每一个星系中,平均每100年出现一颗超新星。一个典型的星系的生命周期大约为100亿年,也就是说,将有1亿个星球发生爆炸。这个数字是够惊人的,但是尽管如此,在1000个星星中不过只有一个星星发生爆炸。银河系在1054年发生爆炸之后,第谷于1572年发现了一个超新星。稍后,在1604年,开普勒又发现了另一颗超新星。但是自从天文望远镜发明以来,竟然在银河系里还没有观察到超新星的爆发。几个世纪以来,天文学家们对此怨叹不已。

我们现在经常能观察到其他星系中的超新星。1979年12月6日,英国《自然》杂志刊登的D·赫尔方和K·朗的文章足以使20世纪初的天文学家惊讶得目瞪口呆。文章宣称:“1979年3月5日,由9个星际飞行器组成的爆发传感器网络,记录到了极其猛烈的硬X射线与γ射线的爆发。根据飞行时间测定:其位置与大麦哲伦星云中的N49号超新星的残留物位置相一致。”(大麦哲伦星云所以这样命名,是由于在北半球第一个注意到这个星云的人叫麦哲伦。这是银河系的一个小卫星星系,在18万光年以外。既然有大麦哲伦星云。当然也有小麦哲伦星云)但是,同一期杂志还刊登了梅泽兹和他在列宁格勒爱奥弗学院的同事合写的文章。他们利用装在“联盟11”号和“联盟12”号宇宙飞船上的γ射线爆发探测器,在登上金星的途中,观察到了这个爆发源。他们认为,探测器检测到的是一个发光的脉冲星,离我们只有几百光年。尽管在位置上很接近,赫尔方和朗并没有肯定γ射线的爆发与超新星的残留物有关。他们估计了各种各样的可能性,其中包括如下这样一个令人吃惊的推断:这个爆发源就在太阳系内!也可能是其他星球的飞船在其漫长航行的归途中排出的废弃物。但是,“N49号超新星发生星体爆发”的理论更容易为人们所接受,因为我们已经证实了超新星的存在。

当太阳变成红巨星时,内太阳系的命运如何是一个严峻的问题。但有一点可以肯定,就是行星决不会被喷发的超新星融化和烤焦。只有比太阳还大的恒星附近的行星才会遭受这种厄运,因为大恒星的温度高、压力大,其核燃料的消耗速度也快,生命周期也就比太阳短得多。在发生异常的核反应之前,一个比太阳大数十倍的恒星将氢转化为氦的过程,最多只能持续几百万年。因此,几乎可以肯定没有足够的时间让任何一个行星出现高级生命形式的进化。其他星球上的生命也不可能知道他们的星球会变成超新星。这是因为,如果他们的生命长到足以使他们能明白超新星是怎么一回事,他们的星球也就不可能变成超新星。

超新星爆发的主要条件是:硅聚变成大铁核。在巨大的压力下,星体内部的自由电子被迫与铁原子核的质子合并。等量而相反的电荷互相抵消,结果星球内部变成一个巨大的原子核。原子核所占据的体积比原先的电子和铁原子核所占的体积小得多。星球中心会发生猛烈的爆聚,而其外部则产生回弹现象。超新星就是这样爆发起来的。超新星的亮度可能比该星系中所有其他星球加起来的亮度还要大。预计在今后几百万年内,猎户星座中所有最近形成的蓝白色超巨星都会变成超新星。猎户座将出现连续不断的宇宙焰火。

可怕的超新星爆发会将原来星球中的大部分物质——少量的氢和氦以及数量可观的碳、硅、铁和铀原子——喷射到宇宙空间,剩下的就是由核力束缚在一起的热中子核。这是一个巨大的原子核(原子量达1056),一个直径只有30公里的恒星,一个小得可怜的、皱缩的、密集的、没有生气的星体碎片,一个快速旋转的中子星。当巨大的红巨星坍塌成这种中子星时,它的自转速度显著加快。蟹状星云中心的中子星就是一个巨大的原子核,其大小与曼哈顿区差不多,每秒钟自转30圈。这个中子星强大的磁场在红巨星坍塌过程中得到进一步增强,并能俘获带电的粒子,其作用颇像小得多的木星磁场。在旋转磁场中的电子会产生辐射束。不仅会产生无线电频率范围内的射线,还会产生可见光。如果地球碰巧位于这个宇宙灯塔的光程之内,我们就会看到它每旋转一次就发生一次闪光。因此,我们又把它称为脉冲星。脉冲星犹如一个宇宙节拍器,它会定时闪光,定时发出嘀嗒声。它比最准确的时钟还要准时。通过对某些脉冲星的长期无线电脉冲频率的测定,我们可以推断。这些脉冲星,例如PSR0329+54号脉冲星,可能有一个或几个小伴星。我们大概可以这样设想:行星能够在恒星演化成脉冲星时免于毁灭,行星有可能推迟被俘获。要是站在这样的行星表面上望天空。我们将会看到怎么样的一番景象呢?

一匙中子星的质量差不多等于普通的一座山的重量。因此。如果你让一小块的这种物质从手里脱掉(你也只能这么做)、它会像石头从空中落下那样轻而易举地穿过地球。在地球上钻出一个洞,从地球的另一侧——可能从中国——钻出来。那里的人们可能正在外面散步、思考着自己的问题。突然一小块中子星物质从地面冒出来,在空中停留片刻,然后又钻回到地球的下面去。这件事至少可以成为那一天人们拿来消遣的话题。如果一块中子星物质从附近的太空中落下来,当它下落时地球又正好在它的下面转动。那么。它就会反复穿越转动的地球,将地球撞出成千上万个孔。直到它与地球的摩擦所产生的作用力迫使它停止运动为止。在中子星物质停止在地心之前,我们的行星内部早就像一块瑞士乳酪一样千疮百孔了,因此只好等地下的岩石流和金属流来愈合这些创伤。幸运的是,大块的中子星物质还从来没有在地球上降落过。但小块的这种物质则比比皆是。中子星的这种可怕力量就潜伏在每个原子的原子核中。也就是说,在每只茶杯中,在每只老鼠身上,在每次呼吸之间,以及在每块苹果馅饼中,都存在着这种力量。中子星告诫我们,不要轻视最平凡的事物。

从上面我们已经了解到,像太阳这样的恒星终将结束它的生命而变为红巨星,然后再变为白矮星。一颗质量比太阳大2倍的恒星坍塌后将变为一颗超新星,然后再变为一颗中子星。那些更大的恒星(例如在经历超新星阶段之后质量比太阳大5倍的恒星)的命运就更加奇特了。重力会使它转变成黑洞。假定我们有一台魔术重力机,那么就可以通过拨动它的刻度盘来控制地球的引力。开始时将转盘拨到1g(g表示重力加速度),地球上所有东西的行为与我们所预料的完全一样,因为地球上的动植物以及所有的建筑物都是按1g演化和设计的。如果重力远远小于1g,所有事物的外形都会变得高而瘦长,动物植物和建筑物都不会因自身的重量而倾倒或粉碎。如果重力大于1g,动物、植物和建筑物都会变得粗壮而结实。但是即使在相当强的重力场中,光仍然是直线传播的。