宇宙生命历程

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随着壳层氢燃烧的开始,太阳突然有了新的热核反应能源.太阳无活力核心的不断收缩和这种新的向外大量供应能量,造成太阳发生巨大的膨胀.由于太阳的结构要保持与这种新能源的平衡,所以太阳的外层越来越向外扩展.大气膨胀就会引起自身湿度降低,最终太阳的表面温度降低到4000开.温度为4000开的物体发出的主要是红色的光,此时的太阳就变成了一颗红巨星.变成红巨星的太阳将变得很大,它将吞没地球,地球将化为蒸汽.
如果恒星遗骸的质量大于1.4个太阳质量的话,由于电子简并压力无法支撑住这个质量的压力.不得不继续收缩,这时出现了“中子简并压力”.这种强大的压力随即有力地抗拒任何进一步的挤压,这时,恒星的遗骸就被压成了一颗中子星.同样,中子简并压力不可能支撑住大于3个太阳质量的燃余恒星物质,因而所有中子星包含的物质必定小于3个太阳的质量.中子星的密度值一般是每立方厘米6亿吨.
三、恒星的死亡
从现在起再过50亿年,太阳就会变成一颗白矮星而终结自己的恒星历程.白矮星的体积不会再继续缩小.印度天体物理学家钱德拉塞卡发现,是“电子简并压力”支撑住了死亡的恒星,使白矮星不再继续收缩.这种简并压力并不是无限强大的,电子简并压力所支撑的物质总量有一个上限,这个很重要的上限是1.4个太阳质量,换句话说,只有那些残骸质量小于1.4个太阳质量的恒星才能变成白矮星,白矮星的密度值一般是每立方厘米60吨.
在又一段长长得超乎想象的时间里,当宇宙背景辐射由于膨胀降至足够低的程度时,所有的黑洞最终都会在一阵快辐射中一下子化为乌有,在宇宙永恒夜幕中划出一道道瞬现即逝的闪光;而其它天体也将在这漫长和时间里发生衰变而渐渐蒸发,直至完全消失,变成正电子或其它粒子;宇宙变成一锅令人难以置信的稀汤,其中有光子、中微子及数量正在逐渐减少的电子和正电子。宇宙曾经拥有的辉煌,包括闪烁的群星及智慧生命创造的无数奇迹,都湮没在这荒凉而又空虚的宇宙中,不留下任何记忆,只有时间在无休止地流逝,空间在无止境地膨胀……
像地球上的万物一样,恒星也有一个产生、发展、灭亡的过程。
一、恒星的诞生
在恒星起源问题上,现在主要有两种观点:一种观点认为恒星是由弥漫物质凝聚形成的,称“弥漫说”;另一种观点认为,恒星是由超密物质爆发形成的.不过,越来越多的观测证据支持“弥漫说”,并逐渐得到大多数天文学家的公认.下面介绍这一观点。式,也有人认为生命只是宇宙演化的副产物中微不足道的偶然现象,由于发生了种种时间和空间的巧合,才得以在地球上出现。的确,在宇宙中满足生命形成与演化所必需的地方,即使不是唯有地球,也是很少的,地球所绕转的太阳是恒星中少有的单星,例得它外围有稳定的生态圈存在;太阳又是第二找恒星,使得其行星从一开始形成就有生命所必需的碳,氧等重元素存在;太阳大小适宜,使它既有足够的存在时间供生命形成与进化,又有足够的光和热去孵育和羊育生命,地球本身也是一个特殊的行星,它的轨道全部在太阳的生态圈内;它大小适宜,使 它的引力能保留住水和大气,且大气层厚薄适当,即挡掉了大多数紫外线,又不至于遮住过多的阳光;地球有较强的磁场,使生命免遭宇宙带电粒子的致命轰击……,总之地球在许多方面拥有得天独厚的生命存在条件,使其成为宇宙中少有的生命家园.地球在46亿年前形成后,便开始了生命形成历程:原始地球中的无机物在太阳紫外线的作用下,形成了简单有机物,它们通过水流汇集于海洋,在那里化合成复杂的有机物:这些复杂有机物形成生命的过程,至今仍然是个疑案,但其中必定有不计其数的巧合,在地球形成生命的过程中幸运地发生了;这样,原始生命在地球形成15亿年后出现了。原始生命在漫长的岁月里不断进化:16亿前有细胞核的单细胞生物出现,7亿年前多细胞生物出现,3.7亿年前陆地生物出现,2.8亿年前爬行动物出现,1.8亿年哺乳动物出现,7000万年前灵长目动物出现,3500万年削类人猿出现,400万直前原人出现,50万年削直立人出现,直至3.5万年前出现了现代人类;于是在宇宙史纪元150亿年时,宇宙中便月了智慧生物创造的技术和文明.我们目前所知的生命仅限于地球生命,而科学家对地外生命和文明的乐观估计是:仅银河系就可能有6亿个行星有生命存在,其中拥有技术和文明的的行星也多达100万个!
自然界里,有许多恒星有巨大的质量,有些星系甚至包含40或50个太阳质量的物质.这类恒星的遗骸很有可能大于3个太阳质量,这类恒星的遗骸是电子、中子简并压力所无法支撑的.自然界中没有任何力量能支撑住它们,因此,在严酷无情的引力作用了它们只能不停地收缩.成万亿吨的燃余恒星物质的无比巨大质量从四面八方向里挤压,使这颗星变得越来越小,这颗恒星就这样从宇宙中消失了,遗留下来的东西被称为黑洞.它由一个奇点(单一的点)和视界组成.
黑洞以贪婪的、永无满足的方式吞噬东西,物体一旦掉进黑洞就永远从我们的宇宙中移去了.因为这种物体不再是我们宇宙的一部分,所以它的许多特性便再也检测不到.加到黑洞上去的不管是l公斤白金,1公斤氢,或者1公斤有生命的组织,我们只把它看作是加上去三公斤质量,并不考虑在此之前它是什么东西.
参考文以
1 黑洞与弯曲时空.W.J卡夫曼著,何妙福 车饱印译.北京:科学出版社,1987,9
2 恒星和星云. W.J卡夫曼著,马星恒 杨 建 译.北京:科学出版社, 1988, 4
恒星的生命历程
恒星形成后开始进入生命周期中的氢燃烧阶段,氢的原子核聚变成氦,并向外发放光和热。当恒星中的氢消耗掉10%时就发生收缩,恒星中心部位的温度升高到1 亿k以上。同时,由于恒星内部的活动,恒星外层被中心区域推开,膨胀的恒星变成一颗红巨星。于是,在星球密度很大温度极高的中心部分开始发生氦的燃烧,氦核聚变成铍,碳和氧。这一阶段一直延续到恒星中心部分的氦消耗殆尽,碳和氧所占的比例大致相等时才结束。 氦的燃烧阶段结束时,星球中心区域收缩,温度重新上升。在一些质量足够大(质量至少是太阳的4倍)的恒星里,中心的温度可以达到10亿k,碳和氧的燃烧得以开始,结果形成了钠,镁,硅和硫等元素。当恒星中心部分的碳和氧消耗殆尽并富含硅时,便开始了硅的燃烧阶段,硅转化成硫,氩和其它一些更重的元素。如果恒星通过收缩,能使内部温度升到30亿k左右,那么恒星便开始了它生命周期中的平衡阶段,形成铁及附近的一些元素。铁在所有元素中,其原子核最为稳定,因此一颗恒星能燃烧到生命的终结,将形成一个铁球,它的末日也便来临了。
设想在银河系里,远离我们几千光年的某个地方,一团巨大的星际气体和尘埃云寂静地穿越近于完全真空的空间.这团星际云的稀疏边缘向四周黑暗延伸几兆英里之遥.星际云占有如此广漠的空间,因此尽管它具有巨大的质量,但原子在星际云的庞大体积里的分布是很稀疏的。
某个特定的时候,在来自宇宙空间冲击波的作用下,相距很远的原子突然紧紧地拥挤在一起,星际云本来是透明的,但由于原子靠近在一起,微弱的星光不再能穿透通过,这时星际云变成了暗星云.冲击波的另一个作用效果是使有些地方含有比平均数稍多的原子数,有些地方含有比平均数略少的原子数,含原子数多的地方引力大,会把附近的原子吸引过来。以这种方式,星际云开始瓦解成团块或球状体。
恒星的物质循环
第一代恒星消亡了,它归宿于白矮星,中子星和黑洞。然而悲壮的死亡中酝酿着灿烂的新生,在它们的废墟上将升起新一轮的恒星,一个有生命的宇宙时代即将拉开序幕。超新星爆发抛出的物质,在广袤的星际空间漫无目的地遨游,在碰撞和辐射的作用下,被原始星支携带着运行。几百万年过去了,这些物质因膨胀而变香稀薄,最终与原始星云混而为一了,因此宇宙中的星云不再只是由原生物质氢和氦构成,而是遭到重元素的污染;由开这种污染,恒星之外有了出现自然景观,生命,技术和能源的可能。在宇宙史纪元100亿年时,这种被“污染”的星云在引力作用下收缩,坍缩和碎裂。核子活动再度爆发,第二代恒星及行星诞生了,太阳便是其中一例。这些恒星也将开始其生命历程,最终与会因缺乏燃料而死去;它们的碎屑又与尚示聚集成恒星的原生物质一道凝聚成下一代恒星。但这各物质的再循环并非永无止境的,原生物质会一点一点地并入新生的恒星,直至全部用完。当最后一代恒星走完它们的生命轮回而死亡时,宇宙永恒的长夜就来临了。
球状体是不稳定的,在引力作用了球状体开始收缩,变得越来越小,其核心的压力越来越大,温度也随之不断上升.当温度上升到一定程度后,它内部深处的气体开始发光,这时球状体不再是暗黑的了,它已转变为一颗原恒星。原恒星继续收缩,当原恒星中心的温度达到一千万度时,氢燃烧了,4个氢原子核结合在一起生成了氦核,这就是我们常说的热核反应(氢核聚变).在这个过程中,减少的质量转换为纯粹的能量.由于氢燃烧释放出巨大的能量,原恒星最终能支撑住它的外层质量,于是收缩停止了,一颗恒星由此诞生了.
宇宙的终结
宇宙的未来命运如何?科学家、哲学家和神学家都提出了自己的观点。一个目前被普遍认同的观点是:宇宙作为物质世界的全部,也就遵守物质自身和规律;而根据热力学第二定律,得出的结论实在令人难以接受:宇宙将在遥远的未来走向死亡——永恒的死亡。
设想在非常非常遥远的未来,所有恒星因缺乏燃料而熄灭,宇宙一片黑暗。在这漆黑的浩瀚太空中,潜伏着许多带自转的黑洞、离散的中子星和黑矮星,另外还有一些行星级的天体,它们在引力的作用下进行着一场战争,战争的结局是星系解散了,绝大多数天体被引力弹弓抛入星系际空间,永远漫游在膨胀着的太空中;而星系中心的黑洞取得了兼并战的局部胜利,它吞并了百分之几的天体,形成了更大的黑洞。这场战争持续时间长得超乎想象,大约是今天宇宙年龄的十亿倍。
在太阳外层膨胀和冷却的同时,无活力的核心压缩也在进行,太阳内部深处的温度升到新的高度.最后,太阳中心的氦原子核在1亿度的高温下,以高速相互碰撞的形式而熔合成碳和氧,于是出现氦燃烧的新的热核反应.氦燃烧所产生的新的能量输出,阻止了恒星核心的进一步收缩.当氦耗尽时,便到了类似太阳这样的恒星的生命发展的最后阶段.由于没有能力点燃任何新的热核反应,所以恒星会一直收缩,直到体积与地球大小差不多,这时,太阳就变成了一颗白矮星.
二、恒星的演化
以太阳为例来说明恒星的演化.大家都知道,太阳能够发光的原因是因为它在不断地进行热核反应释放出巨大的能量,我们看到的光就是太阳热核反应放出的能量.每一秒钟,在太阳的中心有6亿吨氢转换成氦,释放出的巨大能量一方面向外界释放,另一方面用来支撑自己外层的巨大质量.随着时间的推移,太阳中心氦的数量越来越多,而氢的供应越来越少,直到某一天氢用完了,燃烧便中断了.由于不再有能量向外流出,太阳的核心部分在引力作用下变得不稳定,无力支撑住自己的质量,所以含有丰富氦的太阳核心开始收缩,太阳中心的压力和温度迅速增加,使核心以外的各层被加热.由于太阳核心与表面之间的各壳层仍然包含充裕的氢,在经过比较短的时间以后,收缩的核心上面的温度达到400万开左右,这个温度高到可使围绕太阳核心的一个壳层内的氢燃烧,同时,核心的这种收缩把大量的引力能转换成热能,把太阳大气向外推出.

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