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100个家长需知晓的天文大观常识(四)

18年前 [01-19 02:46 周六]

46、地球的年龄有多大

    20世纪中期科学技术取得了很大的进步,科学家们成功地运用同位素地质测定法测定了地球的年龄。

在地壳岩石中,普遍存在着微量的放射性元素。在天然条件下,放射性元素会自行衰变,变成其他元素。例如l克铀一年中就有七十四亿分之一克衰变成铅和氦。放射性元素的衰变率不受普通的物理化学条件的影响,而且衰变速度很稳定。因此,只需测定岩石中某种现存放射性元素(如铀)的含量和衰变后分裂出来的元素(如铅)的含量,再根据相应的元素的衰变关系式,就可测定岩石的形成时间。现已测得的最大年龄的岩石是格陵兰西部发现的岩石,它形成于距今38亿年。这应该接近地球的年龄了。但究竟是多少,还有待于科学家的进一步确定。

 

47、月球的年龄有多大

    人们曾对宇航员从月球上取回的岩石标本进行测量,测得的月球年龄大约为46亿年。20世纪60年代后期测得的坠落到地球表面的陨石年龄也在40亿~46亿年之间。

   

48、恒星会相撞吗

    有人担心,宇宙中有那么多的恒星,它们会不会像马路上的汽车那样走着走着,一不小心撞在一起呢?

    根据统计,如果以太阳为中心,半径为100秒差距(326光年)作一个大球。球内的恒星估计不会超过六七千颗,这仅仅是银河系恒星总数的十亿分之四十七,由此可见,虽然宇宙中有那么多的星星,但宇宙仍显得空荡荡的。平均每10立方秒差距才有一颗恒星。有人形容恒星稀得像隔着地球两大洲飞行的两只蜜蜂。

    球状星团是几千颗甚至几万颗恒星密集在一起的外形象一朵绣球的星团。一般认为球状星团是恒星分布密度最大的地方之一。平均密度要比太阳附近的恒星密度大50倍,中心密度更大,达1000倍。距离我们l700光年远的半人马座是全天最亮的球状星团,用肉眼都能看到。它的直径约500光年,里面有几百万颗恒星,星团中央是恒星最密集的部分,星与星之间的平均距离约0.1光年,相当于6000多天文单位,即使这样,它里面的恒星撞在一起的可能性也很小。

 

   49、最近的恒星有多远

    恒星是遥远的太阳,那么恒星到底有多远呢?现在知道,离我们最近的恒星是半人马座,我们叫它“比邻星”,可是这位和我们门户相依的邻居距我们也有4.22光年,即使乘每秒能飞行30千米的宇宙飞船去做客,仍要昼夜不停地飞上4万多年。

半人马座α被称作比邻星是当之无愧的,因为全天再也找不出比它离我们更近的恒星了。最亮的天狼星比它远两倍多,北极星比它远180多倍,而大多数恒星的距离是它的千万倍。

 

50、最远的恒星有多远

    在银河系范围内,目前所知最远的恒星是十几年前发现的位于天秤座里的一个“无名小卒”,天文学家测定它的距离为40万光年。

    我们知道,在银河系之外,还有与银河系同一类型的无数星系,现代天文望远镜的观测范围已达到150亿光年,因此,应该说今天我们所知的最远的恒星距离是150亿光年。

 

51、恒星有多大

    恒星确实太遥远了,即使在最大的望远镜里,它们也只是一个个小小的光点,无法放大到像行星那样有可分辨细节的网面。一代又一代的天文学家苦苦地探求测量恒星大小的方法,但都以失败而告终。直到1920年,美国天文学家皮斯才用光的干涉原理,成功地测量出几颗恒星的直径。尔后,人们陆续发明了几种测定恒星直径的方法。现在经天文学家测出直径的恒星已达数千颗之多。

    恒星的大小相差是非常悬殊的,天文学家将光度大的恒星称为“巨星”,而将光度小的恒星称为“矮星”。巨星的直径、体积往往很大,矮星都比较小。又根据它们所呈现的颜色即表面温度分别加上“红”“白”等字样。光度和直径特别大的巨星,自然就是超巨星了。我们的太阳是一颗“中等”的恒星,不太大也不太小,直径约140万千米。因此,天文学家喜欢将恒星的大小用太阳直径的倍数来表示。红巨星的直径通常是太阳直径的几十或几百倍,而超巨星的直径就更大了。御夫座ε(中名柱一)是一颗超巨星,其直径是太阳的2000多倍,如果我们按同样的比例将太阳与御夫座8缩小,当御夫座£缩小成一个南瓜那么大时,太阳则变得只有一粒芝麻那么小与巨星相反。矮星都比太阳直径小得多,如人类发现的第一颗白矮星——天狼星的伴星。直径只有0.0073太阳直径,比地球的直径还小2000多千米呢,还有一颗叫“柯伊伯”的白矮星。半径只有地球的1/7,甚至比月球还小1倍。然而这还不是最小的。20世纪60年代发现的脉冲星直径只有几十千米,仅相当于一般小行星的大小,这是目前所知直径最小的一类恒星。

 

52、为什么恒星有亮有暗

天上的星星有的亮得耀眼,有的却暗得像个萤火虫。古希腊天文学家把星星分成六等,这就是天文学上所说的“星等”。最亮的是l等星,用肉眼勉强可见的是6等星。后来天文学上规定,l等星比6等星亮100倍。也就是说,星等每增加一等,亮度减弱2.512倍,进而把星等数推广到负数和小数。我们看到的最亮的恒星是太阳,为-26.8等,哈勃空间望远镜可以看到26等甚至更暗得多的暗星。

 以上说的是根据我们接收到的恒星光的多少来划分的,是“视星等”,它不能代表恒星真正的发光本领。譬如太阳的视星等是-26.8等,天狼星的视星等是-1.4等,而天狼星距离我们8光年多,如果把它们移到同一距离上,太阳会比天狼星暗得多。显然恒星的亮度除了本身的发光本领,还和距离远近有关。

    为客观地比较恒星的亮暗,天文学家把恒星都“移”到相同的距离——10秒差距(32.6光年),这时所看到的恒星的亮度和划分的星等称为绝对亮度和绝对星等。绝对亮度反映的是恒星真正的发光能力,称为光度。

恒星光度变化很大,已知光度最大的恒星是天蝎座ξl星,视星等只有3.8等,而绝对星等是-9.4等,算下来它的发光本领是太阳的49万倍。其次是大犬座δ星(中名弧矢一),其光度为太阳的7.1万倍。而目前所知最暗的恒星是1984年发现的一颗质量不大的恒星LHS2924,据测定,它的绝对星等为20等,其光度只是太阳的一百八十六万分之一。

 

53、为什么恒星有不同颜色

    恒星世界是姹紫嫣红、五光十色的。譬如织女星是白色的。老人星是杏黄的,参宿四是火红的,毕宿五是橙色的。五颜六色的星光不仅把星空装扮得多姿多彩。而且给天文学家研究恒星的化学成分、物理性质提供了重要的信息。

    星星之所以会有不同的颜色,是因为它们的温度不同。在我们日常生活中反映颜色与温度之间有密切关系的例子很多,譬如说一块煤吧,燃烧以后,温度逐渐升高,颜色由黑变红,慢慢地窜出黄色的火苗,当煤燃烧最旺的时候,火苗是蓝色的。这种颜色由深变浅的过程,就是温度由低到高的过程。同样的道理,红色的星温度是最低的,只有两三千度,黄色的约五六千度,白色的在7000度以上到1万多度,而蓝色星的温度最高,从2万多到4万来度。

    一颗恒星的颜色会随着它的演化过程而变化,但这种变化是极其缓慢的,不要说在一个人的一生中,就是在人类有文字记载的历史上,也很难发现这种变化。

 

54、恒星是怎样形成的

    早在17世纪时,牛顿就提出太阳和恒星是由散布在宇宙中的弥漫物质在引力作用下凝聚成的。后来在几代天文学家的努力下,这一设想逐步发展成为一个越来越成熟的理论,这是著名的星云假说。这种学说认为,星际空间存在着许多由气体和尘埃组成的巨大分子云。这种气体云中密度较高的部分在自身引力作用下会变得更密一些,温度随之升高,密度增大后,引力又进一步增强,从而促使物质聚集得更快,温度也上升得更快。当中心温度上升到1000万度时,就会引起热核反应,于是一颗新的恒星诞生了。它先是辐射我们看不见的无线电波,当表面温度上升到三四千度时,同时辐射红外光,以后,随着表面温度不断升高而变得越来越亮。

    天文学家认为,恒星的质量范围在0.1100个太阳质量,更小的质量难以触发核反应,而更大的质量会由于产生的辐射压力太大而瓦解。

    80年代,红外天文卫星透过尘埃云,发现了几百颗正在形成中的恒星。不久前,哈勃空间望远镜拍摄的巨蛇座里的一个气体云——M16的照片,更是为我们提供了一幅恒星正在形成的活生生的画面。这些观测结果对星云假说提供了有力的支持。

 

55、超新星

    超新星,顾名思义,是爆发规模比新星更大的一类恒星。在很短的时间里。一颗超新星会增亮100亿倍,鼎盛时期甚至比一个拥有数10亿颗恒星的星系还要亮。有人算过,超新星1秒钟释放的能量就相当于太阳lO亿年所释放的能量,是我国最大的三峡水电站1020亿年的发电量。

经过半个多世纪的研究,天文学家断定超新星是恒星一生中最晚期的爆发,是恒星临死前的挣扎,就好像人在弥留之际出现“回光返照”一样。恒星内部核燃料耗尽时发生的超新星爆发,可以将整个星体炸得粉碎,或者仅剩下一些残骸。

 

56、超新星有多少

    超新星很罕见,平均说来一个星系中每1000年才可能出现两三颗超新星,从1885年至今,人们在河外星系中发现了近千颗超新星。天文学家将超新星分成两类——I型超新星和Ⅱ型超新星,它们的主要区别在于爆发的光谱中前者不含氢,而后者含氢,而且这两类超新星的光变曲线也不同。I型超新星爆发后,“星崩体解”成为星云遗迹;Ⅱ型超新星爆发后抛射掉大部分物质,遗留下来的物质坍缩成中子星或黑洞。

 

57、恒星将怎样“死”去

    当恒星内部的核燃料耗尽之后,原来由核反应维持的辐射压力消失,恒星在引力作用下收缩、变热,直到内部的热量多到能产生一种斥力与之抗衡为止。这一时期,恒星往往会出现脉动,即恒星的大小和亮度发生周期性的变化。恒星再往后的命运与它的质量大小有关。

    当小于8倍太阳质量的那些恒星,在经过脉动阶段后,演变成行星状星云的中心星,中心星在几万年里连续地向外抛射物质,即后来组成星云的物质。当这些物质抛射完之后,它便演变成一颗白矮星,平静地度过自己的晚年,直到耗尽体内的余热成为一颗黑矮星。

    质量为太阳质量850倍的恒星,年轻时“轰轰烈烈”惯了,临死也不甘寂寞,想再辉煌一下,于是进入爆发阶段。爆发抛出的物质在恒星周围形成一个庞大的气壳,爆发后剩下来的星核尺度只是相同质量的年轻恒星的百万分之一,几乎全是由中子组成的,所以称为“中子星”。

    质量特别巨大的恒星最终坍缩时,其物质会聚集得相当紧密。这时再也没有什么力量能够阻止其进一步地坍缩,星体变得越来越小,引力变得越来越强,以至于任何东西被它吸进去就别想出来,天文学家给它起了个名字——“黑洞”。没有人知道已经有多少颗恒星以这种方式寿终正寝,但是据天文学家估计,在银河系内可能就有不少这类恒星的残骸。

 

58、什么是黑洞

    黑洞是爱因斯坦广义相对论中所预言的一种天体,在现代天文学中占有特殊的地位。60年代以来,天文学上的一系列发现促使人们越来越多地谈论起它。

    广义相对论告诉我们,如果光不能从某个区域逃逸出来,则任何辐射都不会从它那里发射出来,人们把这样的区域称为“黑洞”。黑洞这个名字起得很是恰如其分,体现了它的基本性质。“黑”表明它不向外界发射或反射光线或其它形式的电磁波,因此是看不见的“洞”是说它总是从外面吸进东西,但从不“吐”出来,是个地地道道的无底洞。

黑洞是一个几乎与世隔绝的世界,被黑洞吸进的物质会以光速坠向黑洞中心,这时除质量、角动量和电荷被“没收”成为黑洞的整体属性之外,其他所有特性,如半径、密度、温度、化学成分、磁场等全被黑洞吞没了。天文学上称这一性质为黑洞的“无毛定理”。在一次国际会议上,一位中国天文学家在谈到这条定理时,曾幽默地说“称”无毛定理好像不妥,中国有个三毛,头上只长了三根头发,黑洞也只有三个参量,是否可称为‘三毛定理’。”与会者报以热烈的掌声。

 

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