恒星七纪

《BBC：恒星七纪》笔记

【1，恒星的诞生】，宇宙中的云团（尘埃和气体）延伸300光年，是恒星的摇篮，形成恒星触发事件：两个云团碰撞或遥远的宇宙活动引发的激波，仅需挤压一下云团，只要一点压力，让气体的密度足够大，然后引力发挥作用，云团开始坍塌，数百万年，恒星不断成长，内核压力增大，温度升高，直到达到临界温度1500万度，恒星的内核在一瞬间开始发出耀眼光芒。

模拟恒星内部反应，点亮恒星的核聚变：英国牛津郡欧洲联合环境加速器，能够承受一亿度高温，内部极强的磁场束缚着氢燃料。仪器屏幕：start countdown开始倒计时工作，启动磁铁让电流通过环路，环路逐渐变红，等离子体在形成。等离子体在底部碰撞，产生蓝紫色光芒，三千万度温度，流经等离子的电流有250万安培。氢原子由一个电子围绕质子旋转，在足够热量与压力下，电子从中心资质旁剥离，足够多的原子被剥离电子，形成一团等离子体。质子四处乱窜，带正电彼此排斥，多数会擦身而过，能量足够高会狠狠相撞，合为一体，这就是聚变反应。四个氢质子聚变形成新元素氦，释放出巨大能量。新造的氦核，质量比

用来创造它的四个氢原子小，爱因斯坦质能方程E=MC2，一点点质量能创造很大的能量。

太阳每天燃烧质量的九牛一毛，产生数以百万瓦特计的能量，

恒星诞生后，孕育它的云团还剩下部分物质，围绕恒星形成一个盘，数百万年间尘埃盘中的尘埃颗粒开始相互吸附

【2，成年期】

90%的恒星正值中年。

创造一颗恒星的重力，正在将它向内拉，试图压碎它；而给予它生命的核聚变，又在向外推，时刻准备将它炸开。任意一方占据上风，这颗恒星将在灾难中毁灭。

黑子与太阳耀斑有关，耀斑爆发瞬间释放巨大能量，将数百万吨物质抛向太空，这股带电粒子流能够扰乱卫星通讯，极端情况下，甚至能使电网瘫痪。一切都源自于太阳磁场的湍动特性。有时，部分太阳磁场会缠在一起，磁力线的足点（足点：磁力线汇聚的地方）到处移动，磁力线错综交缠。局部磁场变得异常复杂，最终磁力线断裂，这样就会爆发一场巨大的太阳耀斑。

太阳喷射太阳风，它们是被抛向太空中带点粒子流，粒子流撞向大气层，产生极光。太阳风继续飘向远方，木星两极绘出同样绮丽的辉光，然后来到土星，最终在日地距离一百倍以外，太阳风势头减弱，在宇宙中，形成太阳系的边界，吹出一个保护泡，使我们所处的太阳系免受银河辐射和宇宙射线的伤害，这就是日球层。

太阳已经燃烧了50亿年，但它一半的氢燃料，已经用于核聚变来抵抗重力了。

赫茨普龙和罗素把恒星按照温度和光度，排列在一张图上，这样就画出了赫罗图。假设它们离地球的距离都相同，其中一轴代表恒星的亮度，由最暗的到最亮的；另一轴代表恒星的温度，由恒星的颜色来表示，经排列后的恒星展示出神奇规律，几乎所有恒星都落在了图中央的对角线上，这条对角线称为主序带，主序带上的恒星都尚处中年，内核中还储有足够的氢，可以聚变为氦来抵御重力坍缩。但在主序带两侧还有两小群恒星。这两块边缘群体预示了太阳的未来。现在太阳还在燃烧氢，所有主序星都如此，但当内核氢被耗尽的时候，主序星就开始走向死亡，太阳的外层会开始膨胀，它会渐渐脱离主序带，成为一颗红巨星。

【3，红巨星】

像太阳这种低质量恒星不会优雅地老去，而会制造一场灾难，它们会膨胀成为宇宙中数一数二的无比巨大的恒星（比如：参宿四 猎户座），变成比太阳大两百倍，亮几千倍的恒星，变成宇宙中最具破坏性的恒星，它们也最具创造力，为漆黑的天空撒上点点猩红。

大角星就是一颗红巨星，大角星引人注目的颜色并非因为它温度高，而是因为它温度低。

当重力和核聚变的力量。无法在维持平衡时，恒星的大小就会发生改变。红巨星会逐渐膨胀。他们狂暴的能量扩散开来。导致他们温度下降。从蓝色或白色的恒星。变为红色横行。但因为它们体型巨大，他们此时还是天空中最耀眼的恒星之一。

恒星一生大部分时间。都在把氢聚变成氦，而这一过程提供了足以用于抵抗引力的压力。当内核的氢耗尽，仅剩下纯氦时，就没有了能量的来源，所以内核开始坍缩。而在坍缩的过程中，温度在引力的作用下上升。然后温度升高到足以使核心外围的壳层发生核聚变。我们称之为壳层氢燃烧。核心已经停止了聚变。他仍然很热，但是已经死了。核聚变仍在继续。发出我们所看见的光。但它却发生在外围含氢的壳层。而不是在内核中。这是新的能量来源。这一过程当然也会抵抗其自身的引力。并且实际上导致了恒星外层大气的膨胀。这颗恒星就开始华丽的变身变成红巨型。

对于我们太阳来说，这个变化将是令人畏惧的。因为在他的晚年，他会毁掉他之前所照顾的行星。首先他会不断膨胀。一直膨胀到水星轨道，然后吞没水星。到那个时候它将比现在的太阳亮1000倍。然后他继续膨胀，大约再过几百万年。他将膨胀到金星轨道。金星也就完了，被吞没了。然后太阳继续膨胀，朝着地球而来。要是我们能看到的话，我们会看见他比现在的太阳亮3000倍。他比现在要大260倍。但是却没有现在太阳完美的外形。气体从表面涌出。它将是红色的，无比狂暴，略微有点透明。看起来就像要从裂缝处炸开了一样。我们唯一的存活希望就是在灾难降临前远远逃离。并寻找一个新的太阳系来安家。到了他狂暴的晚年。即使是面对他最心爱的孩子，太阳也会毫不留情。地球将消失在太阳中。恐怕那时就是地球的末日了。我们的星球将被炽热的气体球吞没。彻底被抹掉。创造并哺育了我们的恒星。最终将会在他膨胀的晚年。毁灭我们。当红巨星带来了毁灭时，科学家们在其中发现了另一段故事的开始。在引力与核聚变对抗的最后阶段，红巨星产生了宇宙中最丰富的两种基本元素。这些重要的元素是在红巨星的核心处产生的。在太阳吞没了可怜的地球，大约50万年后，其温度也升高到了足以开始进行氦聚变。这是恒星一生中的一个新阶段，此时氦元素在恒星中的内核中聚变，并产生碳和氧。恒星不仅能发出摇曳的星光，他们还是炼金术士，创造出组成宇宙的物质。你身体中大多数的碳都来自于红巨星废弃的包层。当引力与核聚变的战争终于要分出胜负时，恒星巨大的外层包层就于高温的核心分离开来。将碳和氧返还至宇宙中。这一绚丽的过程之后，剩下的就是残骸。恒星即将进入他一生的下一个神秘的阶段：白矮星。

【4，白矮星】

科学家们发现天狼星有一颗伴星，被主星明亮的光辉掩盖了的暗淡的伴星。天狼星A的伴星天狼星B，被戏称为“小狗”，在1922年正式被命名为白矮星。它的密度比地球上的任何东西都要大。他们的核聚变已经停止，剩下的不过是残骸。燃料都耗尽了，他们是如何发光的呢？纵观其一生，恒星都在通过让轻原子核聚变成更重的原子核来产生能量。他们先是把氢聚变成氦，然后他们继续聚变氦核，产生碳和氧。随着时间推移，他们消耗了越来越多的燃料。随着氦燃烧的结束，白矮星的活动也停止了。剩下的只有由碳和氧组成的死去的内核。这已经不算是恒星了，不过是灰烬罢了。而在恒星内部发生的引力与聚变的战斗现在已见分晓。一旦聚变停止，恒星在自身的引力作用下坍缩，形成白矮星。成为一颗密度大得难以想象的小型天体。将会比他最初时的密度高数百万倍。非常非常密，要是有跟我手机那么大的一块儿，可能会有差不多十吨重。巨大的红巨星，其内核坍缩，使得白矮星的密度比之前发现的任何东西都要高。

在物理学中我们有两种不同的粒子，有一种是喜欢抱团的粒子，喜欢聚在一起，而另一种粒子，例如电子就喜欢彼此分开来。这个压力来自于粒子间互相争抢位置，这是量子力学的原理。在白矮星内部，引力向内拉，电子向外推，才使得白矮星成了现在的大小。这也使一颗燃料耗尽的恒星，继续发光几十亿年。这些白矮星非常小，所以它们的表面积也非常小。也就是说，虽然它们是白色的，温度高，但是他们发出的光和热依然十分有限。因为表面积太小了，如今他们继续发光并逐渐冷却下来，变得越来越暗淡。

【5，超新星】

超新星，是宇宙中大多数大质量的恒星爆发性的、激动人心的死亡挣扎。如此明亮和强烈的爆炸可以与100亿个太阳发出的光相媲美。他们留下的痕迹将天空描绘的五彩斑斓。如今我们明白这些壮丽的场景，在创造世界的过程中扮演了重要的角色。

他们太稀少了，几百年来谁都没有看到过。超新星在我们的银河系中非常罕见，你要看得更远才能找到一些。（卡兹曼自动成像望远镜）每个星系每个世纪只有两三颗超新星。

几百年来，科学家探索出地球上的万物是由92种元素组成的。恒星也是由同样的元素构成。通过星光我们能分辨出他们。不同的元素会发出不同颜色的光，在他们被加热获得能量的时候。所以我们看着星空中发光的云，只要看它是什么颜色就能确定他是由何种化学元素组成的。元素起源，霍伊尔推断红巨星是炼金术士，但他深知他们的温度不够高，不足以创造出所有的元素。但他认为猛烈的超新星爆发，形成了绝佳的熔炉。他用运算来证明这个理论，关键在于大质量恒星对抗引力的最后阶段，创造了几个条件。这些恒星巨大，温度高，能够进行一系列的核聚变。一轮核聚变后剩下的灰烬。成为下一轮核聚变的燃料。质量最大的恒星，可以一层层聚变越来越重的元素，并产生能量。抵抗不断内向拉的引力，先是氖镁和大量的氧，接着是硅和硫，最后在中央，是铁组成的核，那里是聚变停止的地方。巨变结束，没有能量再抵抗了，于是引力获胜，恒星在劫难逃。当铁核达到临界质量时，大约是地球这么大，但要重得多。电子间的压力无法再支撑它抵抗向内的引力，于是恒星开始坍缩，坍缩至一座城市这么大的球，然后反弹，反弹撞击到周围圈层，点燃了一次超新星爆发。恒星铁核快速而猛烈地坍缩触发了超新星，内爆引发了向外爆发，提供了足够的温度和能量，锻造出几乎所有的其他元素。超新星爆发能够产生出某些比铁元素更重的稀有元素，锌金铂银。他们被抛射到宇宙中，在恒星爆发后的极端条件下，创造出了他们。构成人类的原子，呼吸的氧气，骨骼里的钙元素，红细胞里的铁元素都是数10亿年前从恒星特别是垂死的恒星中产生的，这些垂死的恒星把元素抛射到宇宙中，使它们成为新恒星、新行星的原料，最终成为生命的原料。

“你我皆是星尘，或者不那么浪漫的说，是核废料。”

【6，中子星】

从宇宙中接收到的最微弱的信号，让现代科学家发现了这个奇异的恒星墓碑。对墓碑的最早预测是一位前卫的挪威天文学家的理论计算。他坚信超新星爆发后留下的内核十分致密，一杯物质就像山一样重。他称之为中子星，他的想法看上去很荒谬，被人们抛诸脑后。直到一种探索宇宙的新方式出现。那就是射电天文学。1967年这个刚起步的学科从太空中接收到了一组重复出现的奇怪信息。现在人们认为，接收到三个时间间隔相等的信号，是很不常见的。而如果接收到了四个，那就是异常的。这些脉冲十分精确，其规律也可被预测，科学家甚至认为他们是外星人发出的信号。天文学家戏称其为脉冲星。（离地球最近的脉冲星：蟹状星云脉冲星，他正好位于一颗超新星爆发后的遗骸中）。科学家预测，伴随着超新星爆发，大质量恒星坍缩释放的能量，足以将原子挤到一起填满所有的空间，这个坍缩就发生在仅仅数秒之内。在超新星中最先发生的是铁核的内爆，将从地球大小压缩到仅仅一个小城市的规模，在内爆过程中密度将变得十分高，以至于质子和电子被挤到了一起，并形成了中子，同时，重要的是，原子中的空隙被挤出，而最终剩下的就是一个由中子组成的球。它极其致密，被我们称之为中子星。中子星形成的过程中，它的磁场增强，其强度是太阳磁场的数10亿倍。随着中子星的旋转，它的南北极将发射出无线信号。它每旋转一圈，信号都会扫过地球，这就是神秘脉冲的来源。这脉冲极其规律，因此脉冲星成为了宇宙中最精确的钟表之一。

【7，黑洞】

黑洞是宇宙中的一点，在它周围的引力十分强，任何东西即使是光线也无法逃离。这个空间的边界叫做事件视界。在里面，所有的事件都无法被外面的观察者看见。

极少数恒星的内核十分大，它们坍缩时并不会变为脉冲星，坍缩将一直继续下去。

黑洞质量无穷大一点和宇宙大爆炸理论相似。

宇宙大爆炸形成第一批恒星的氢，大爆炸之初产生了原始能量和物质的浓汤，他们冷却后形成了氢和氦，而这两种元素铸就了如今宇宙中我们所熟知的一切。

【尾声，星云】

星云在形成恒星的过程中，也产生了地球生命的基础成分，有机分子。陨石将星云中的有机分子传送到地球。生命有可能源自太空。