假如有星系文明技術，如何建設一顆恆星

假設你想要建造一顆恆星。也許你是來自先進的卡爾達肖夫Ⅲ型文明（即星系文明），製造一顆恆星是你所要完成的小學三年級科學項目。那你該如何來創造一顆恆星呢？

在基本層面上，構造一顆恆星很簡單。只要收集構成恆星的氣體和塵埃，然後讓其在自重下坍縮到一起，並給予足夠的時間，一顆恆星將就此形成。這是在宇宙中恆星的自然形成過程。但是因為這個項目可能還會進行評級，所以最好還是要知道我們需要多少質量的氫，以及由此產生的恆星的可能大小和溫度。

這個答案很大程度上取決於你所使用的材料，以及在不同溫度和壓力下的材料行為（有時稱為狀態方程）。由於宇宙中最常見的材料是氫，這樣可讓事情變得簡單，並且我們就假設用純氫來建造太陽。因為氫有著非常簡單的狀態方程，所以就很容易通過計算來知道在建造恆星過程中將會出現怎樣的情況。

恆星系統是在一片星雲中誕生

當開始把氫聚集在一起時，會發生兩件事情。首先，氫原子之間的引力將開始使氣體在自重下坍縮。其次，氫的壓力將抵抗自重。給予一定時間，氣體將會達到流體靜力學平衡，即氣體的壓強等於它的自重，此時得到一個穩定的氫球。這本身並不足以製造出一顆恆星。如果聚集到土星質量的氫，所得到的將會是一顆土星大小的星球，而不是一顆恆星。顯而易見的解決方案是只要添加更多的氫即可，這將使這顆星球越來越大。最終，這個氣體球將會增長至木星大小的星球，而你還需繼續添加更多的氫。

但事實證明，在持續增加更多的氫之時，會出現有趣的情況。氫越多，質量就越大，這意味著氣體受到的擠壓更強烈，因此就會被緊緊壓縮。所以如果把土星大小的星球質量增加兩倍，並不會得到體積是土星兩倍的星球，而是一個比土星稍大一些的星球，但其密度會更高。例如，木星的質量是土星的三倍多，但體積只高出了 15%。然而，木星的平均密度是土星的兩倍。

當不斷地增加更多的質量時，這顆星球將變大到木星質量的 3 倍。此時，這個星球的自重變得非常大，以致於再繼續增加氫實際上會使星球變小。因此，質量是木星的 10 倍的星球其體積將會與木星相一致。這對研究系外行星的天文學家構成了真正的挑戰，因為一顆木星大小的星球並不意味著它有著與木星相同的質量。這也同樣適用於較小的行星，例如，一顆比地球稍大的 " 超級地球 " 可能是一顆岩石行星或者是一顆小型的類海王星行星，這取決於該行星的構成。

一旦氫球達到木星質量的 15 倍，它進入褐矮星的行列。添加更多的質量會使其繼續變小，但此時，其內部的溫度開始發揮重要作用。這顆星球中的流體靜力學平衡將會被打破。中心的氫將被強烈擠壓，使其溫度明顯升高。所以約莫木星大小的褐矮星其溫度將會高於木星的 10 倍。

赫羅圖顯示了各類恆星

添加更多的質量將繼續使褐矮星略有縮小，但這會到達一個點，此時內部變得太熱，使得氫壓力的升高速度要快於可以擠壓的增加重量。就像行星有最大尺寸一樣，褐矮星也有最小尺寸。這個最小尺寸大約是木星體積的 80%，此時褐矮星的溫度約為 2000 K。這樣的褐矮星看起來就像一顆小而昏暗的恆星。

但真正的恆星其核心會進行核聚變。恆星的光和熱並不是由於引力收縮，而是通過把氫融合成氦所產生的能量。這種核聚變過程開始於當氫球達到約 90 倍的木星質量，而這也是最小尺寸褐矮星的質量。那麼，現在已經製造出一顆恆星了，添加更多的氫只會是讓它變得更大更熱。因為恆星在其核心進行核聚變，所以它們的大小和密度都會隨著時間而改變。但是如果我們只考慮穩定的主序星，它們的質量和大小之間有著一種簡單的關係。所以，可以決定使用多少氫，並能計算出恆星的大小。

當然，這只是一種簡單的假想恆星。真正的恆星並不是純粹由氫構成，而是取決於它們的起源和年齡，它們會不同於這種簡單的恆星。這些細節將留給讀者作為一項作業練習。

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