恒星,是宇宙中可見物質(zhì)的主體,占據(jù)了整個宇宙可見物質(zhì)的99%。為啥說是可見物質(zhì)呢?因為現(xiàn)代科學研究認為,宇宙中真正占據(jù)主導地位的是不可見物質(zhì),即暗能量和暗物質(zhì),這兩種物質(zhì)占據(jù)了整個宇宙質(zhì)能的約95%。
今天我們不說這些看不見摸不著的東西,只說說活躍在我們視界的恒星。
(相關(guān)資料圖)
恒星的一生大致分為三個階段,即誕生期、成熟穩(wěn)定期、衰亡期。誕生期和衰亡期占恒星總壽命比例很小,成熟穩(wěn)定期占據(jù)了恒星生命周期的90%以上。這段時間的恒星叫主序星階段,主要活躍著紅矮星、橙矮星、黃矮星、藍矮星等恒星。
有人認為還有褐矮星,但這種恒星由于太小,核心壓力和溫度無法點燃氫核聚變,因此被稱為失敗的恒星,我認為不應(yīng)該在恒星里算賬。
這樣,真正發(fā)光發(fā)熱輻射太空的恒星就主要是指紅矮星、橙矮星、黃矮星、藍矮星等恒星了。這些恒星種類的劃分主要是依據(jù)恒星的質(zhì)量和光譜,總體上說,質(zhì)量越大的恒星亮度就越大,因此恒星的光譜類型與恒星質(zhì)量密切相關(guān)。
天文學家們把恒星光譜類型劃分為七大類,即:O、B、A、F、G、K、M。當然,每個光譜類型有一個幅度范圍,因此科學家們又把這些大類每一類分出10個次型,用0~9阿拉伯數(shù)字標注,如A1型或G2型等等。
這樣就形成了以太陽質(zhì)量為倍數(shù)的恒星質(zhì)量與光譜關(guān)系,按從小到大排列:M型光譜的恒星是指質(zhì)量最小的紅矮星,其質(zhì)量跨度在太陽的0.08~0.5倍之間,表面溫度約為2000~3500K,顏色為紅色,亮度約為太陽的4%;K型光譜的恒星是橙矮星,質(zhì)量在太陽的0.5~0.8倍之間,表面溫度約在3500~5000K,顏色為橙色,亮度約為太陽的40%。
再往上就是我們太陽所屬的光譜類型了,即光譜為G型的黃矮星,質(zhì)量在太陽的0.8~1.7倍之間,表面溫度約在5000~6000K,顏色為淡黃白色,亮度在太陽0.8倍到6倍之間。我們的太陽屬于G2型光譜。
再上去就是藍矮星了,就是比黃矮星質(zhì)量要大的恒星,分了四個光譜檔次,即F、A、B、O型。這部分恒星就是中大質(zhì)量的恒星了,少則太陽質(zhì)量數(shù)倍,多則數(shù)十倍甚至200倍,表面溫度在7500k以上到60000K,顏色從白色往上到藍白色,乃至藍色,亮度為太陽的數(shù)萬倍到140萬倍。
由此可見,質(zhì)量越大的恒星,溫度越高,亮度越高。但恒星的壽命卻與質(zhì)量恰恰相反,質(zhì)量越大的恒星壽命越短。
由此恒星壽命差距拉開得很大,壽命最短的只有數(shù)百萬年,最長的有數(shù)萬億年。這是因為恒星質(zhì)量越大,核心壓力和溫度就越高,氫核聚變反應(yīng)就越激烈越狂野,燃料消耗得就越快。恒星核心燃料一旦告罄,就到了演化的末期衰亡階段。
恒星的死法也是質(zhì)量越大越激烈,一般太陽質(zhì)量0.5倍以上的恒星,到了末期都有可能引發(fā)氦聚變,最終反應(yīng)到碳結(jié)束,這樣會導致星體膨脹,成為紅巨星,外圍氣體散盡到太空后,核心會留下一個很小的白矮星。
而大于太陽質(zhì)量8倍的恒星,演化末期內(nèi)部會發(fā)生熱核失控,引發(fā)超新星大爆炸,最終或被炸得粉碎飄散在太空,或留下一顆中子星;大于太陽質(zhì)量30~40倍的恒星,超新星大爆發(fā)后核心留下的是一顆黑洞。
今天我們就不展開說恒星死亡之壯烈,主要說說科學家為啥那么看好紅矮星,認為紅矮星是生命的搖籃,或者說生命的最終歸宿。
其實簡單地說,就是三個原因。
第一,紅矮星壽命最長。
恒星,是生命獲得能量的基本條件,可以說,沒有恒星就沒有生命,更沒有智慧和文明的出現(xiàn)。而生命和文明是需要時間來孕育的,就像太陽和地球年齡已經(jīng)46億歲了,生命雖然也經(jīng)歷了幾十億年的發(fā)展和進化,但智慧和文明依然很稚嫩,人類的活動范圍還主要是在孕育我們的地球,以及在地球的附近轉(zhuǎn)悠,飛出太陽系更是個夢想。
我們的太陽是一顆黃矮星,壽命在100億年左右,現(xiàn)在年齡已經(jīng)到了中年,46億歲了,還有50多億年就會壽終正寢了,那時,太陽會變成一顆紅巨星,直徑擴張到現(xiàn)在的200倍左右,邊緣正好到了地球軌道附近,地球很可能被太陽的烈焰氣化吞噬掉。
這時候,整個太陽系已經(jīng)七零八落,生命早就不復(fù)存在了。研究認為,太陽從現(xiàn)在開始,頂多還能支持生命存在10億年,10億年后,太陽的亮度要增加10%,那時候地球會??菔癄€,早就不宜居了。
人類是否能夠發(fā)展到星際文明,逃出太陽系在其他恒星系統(tǒng)或星際空間繼續(xù)生存,誰也不知道。但有一點是非常重要的,就是生命的孕育和文明的發(fā)展提升需要穩(wěn)定的空間環(huán)境,因此恒星壽命和穩(wěn)定期是生命和文明發(fā)展的必要條件。
紅矮星是質(zhì)量最小的恒星,根據(jù)恒星壽命規(guī)律,其壽命最長。按質(zhì)量和光譜劃分,最大的紅矮星以太陽質(zhì)量0.5倍封頂,壽命可達500億年;較小些的紅矮星,壽命都在1000億年以上;更小的紅矮星壽命甚至可達萬億年乃至數(shù)萬億年。
紅矮星的超長壽命,給生命和智慧的孕育和發(fā)展提供了長久的機會。就是人類在未來無法在太陽系待下去的時候,必然要尋找其他的星際安身之地,最有可能的就是會尋找一顆紅矮星,依靠那里的穩(wěn)定能量繼續(xù)繁衍生息。
距離我們最近的一顆恒星叫比鄰星,就是一顆紅矮星。比鄰星質(zhì)量約為太陽的八分之一,壽命可達1000億年以上??茖W探測發(fā)現(xiàn),這顆距離我們4.22光年的弱小恒星有3顆行星相伴,其中兩顆處于宜居帶,具有生命存在的條件。
第二,紅矮星是宇宙中存在最多的恒星。
在我們銀河系有約4000億顆恒星,其中像我們太陽這樣的黃矮星約占10%,比太陽質(zhì)量大的恒星總量只有約3%,比太陽質(zhì)量小一些的橙矮星約占12%,其余的75%就都是紅矮星了。
觀測發(fā)現(xiàn),距離太陽最近的10組恒星中,就有9顆是紅矮星;圍繞著太陽較近的50顆恒星中,有80%以上為紅矮星。
進一步科學考察發(fā)現(xiàn),以太陽為中心的1500光年內(nèi),不同光譜類型的恒星數(shù)量約為:B型星占1%,A型星占1.5%,G型星占13%,K型星占20%,M型星占56%,根據(jù)光譜與質(zhì)量的關(guān)系,紅矮星占據(jù)了絕大多數(shù),與上述估計相當。
宇宙中有如此眾多的紅矮星,且壽命超長,生命和文明不在這種地方孕育發(fā)展,似乎有些天理不容了。
第三,紅矮星有長久的穩(wěn)定時期。
生命孕育需要一個較為安逸的環(huán)境,但早期的科學研究認為,紅矮星并不適宜生命孕育繁衍,當然也就不適宜文明孕育和發(fā)展了。
理由是:紅矮星質(zhì)量小溫度低,如果一顆孕育生命的行星要在這種小質(zhì)量恒星的宜居帶,就必須距離恒星很近。所謂宜居帶就是恒星輻射到行星的熱量,正好適宜液態(tài)水的存在,也就是行星氣溫要在0度上下一個適宜的區(qū)間。
比如距離我們最近的恒星比鄰星,有一顆處于宜居帶的行星叫比鄰星b,距離主恒星就只有約700萬公里,只有地球到太陽的二十一分之一。由于這種距離,必然會導致兩種現(xiàn)象,一是行星公轉(zhuǎn)速度必須非常快,這樣才不至于被恒星引力拉入懷抱;二是會被恒星引力潮汐鎖定,就是一面一直向著恒星。
比鄰星b就是這樣,公轉(zhuǎn)周期只有11.2天,而且已經(jīng)被比鄰星潮汐鎖定,一面受著恒星的炙烤,另一面永遠背著恒星,沉浸在黑暗和酷寒中。
還有一種理由就是:紅矮星在生命周期早期,一般以耀星的形式出現(xiàn),就是表面極不穩(wěn)定,會經(jīng)常爆發(fā)出巨大能量的耀斑,這種巨大能量爆發(fā)在太陽身上要十幾二十年才會有一次,而紅矮星身上卻是幾周就會發(fā)生一次。
這樣,這種巨大的能量輻射襲擊距離很近的行星,不可能讓生命和文明得到孕育。
但科學家們經(jīng)過幾十年的跟蹤研究有了新的發(fā)現(xiàn)和認知:即便紅矮星的行星被潮汐鎖定,只要這顆行星有大氣層,大氣的流動能夠傳遞熱量,即便永遠黑暗的背陰面也會有溫暖;而紅矮星度過早期的狂野階段,后面有大把的時間處于穩(wěn)定成熟期,這個時期比太陽類恒星長很多很多,足夠生命的孕育和文明的發(fā)展。
由此,比較之下,現(xiàn)在的科學界,尤其是天文學家和宇宙物理學家們普遍認為,宇宙中最適宜生命和文明孕育和發(fā)展的搖籃,或者說宇宙文明的最終歸宿,就非紅矮星莫屬了。對此,各位怎么看?歡迎討論。
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