一般來說,所有生物都會經歷生老病死,你又曾否想像過每天高掛的太陽或每夜閃爍的星星亦會有逝去的一天呢?
出生
在四十六億年前,銀河系(Milky Way)裡的一團低溫的氣體和塵埃隨著重力一直向中心互相拉近,氣體的密度逐漸提升,就如連續不斷地有人塞進地鐵車廂裡並互相磨擦,中心的溫度亦隨之提升,此時可以稱它為原恆星(protostar)。直至中心溫度提升到四百萬度以上,氫(hydrogen)可以透過核聚變(nuclear fusion)製造氦(helium),太陽正式誕生成為恆星。大多數情況下,恆星都會在一個充滿同胞兄弟姊妹星的星團(cluster)中誕生,但至今亦未找到太陽出生時的星團或任何一顆同胞。
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圖一:以氫製造氦的過程
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成長
恆星的成長階段為主序星(main sequence),其定義是恆星的核心只以氫為燃料產生能量,提供向外壓力以平衡重力壓縮,現時太陽核心每秒約有四百萬公噸(相等於五十億個八十公斤重的成年人)的質量(mass)通過E=mc2化為能量。恆星會花90%的壽命在主序星,期間將會消耗整顆恆星中10%的氫,而太陽會有一百億年身處成長階段。通常恆星的質量愈大,需要製造的能量愈多,其壽命愈短,愈肥愈短命,所以恆星跟我們人類一樣都要小心注意體重。一旦太陽耗盡了核心中的氫,就會脫離主序星,進入下一個階段。
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圖二:壓力對抗重力
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晚年危機
由於太陽核心中的氫已經全部聚變為氦,但核心需要更高溫才能以氦作燃料。溫度不足就只能再壓縮核心以提升溫度,達至約一億度便能將氦聚變為碳(carbon)。核心外圍的氫就如地鐵閘門外等待的乘容,會一同受到壓縮而升溫。溫度愈高所產生的能量就愈多,太陽會變得比主序星時更明亮,體積變得更大,能夠有效地散熱,導致表面溫度下降,令恆星表面變紅,因此這個階段稱為紅巨星(red giant),相比主序星更大更紅。
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圖三:以氦製造碳的過程
圖四:壓力大於重力所致的膨脹
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死亡
太陽耗盡核心中的氦後只剩下碳,但由於太陽體重太輕,怎樣壓縮也不能提升至足夠溫度以碳作燃料。同時核心外圍的氣體亦不斷升溫,繼續以氫和氦作燃料提供更多能量。此時太陽的膨脹速度會失控,核心的重力拉不住向外逃脫的氣體,核心外圍的氣體會四方八面地散開,一去不返,形成行星狀星雲(planetary nebula)。而遺留下來的碳核心會變成白矮星(white dwarf),其體積約只有一個地球。宇宙會將流失的氣體回收,孕育下一代的恆星。根據理論,白矮星會隨時間逐漸變得暗淡變成黑矮星,但宇宙仍太年輕(約一百三十八億年)去演化出一顆黑矮星。另外,癡肥的恆星(約三十個以上的太陽質量)才有機會在死亡階段變成黑洞,不必害怕太陽會變成黑洞。
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圖五:太陽的演化過程
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暑期實習生
區澤暘 |
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