生死輪迴（上）——小質量恆星之死

最新 07-04

總起

「太陽像一個大火球。」

這句話也許是每個上過或者在上小學的人都說過的。

然而，太陽與大火球之間的聯繫也僅僅是相似而已。以太陽為代表的一類星體被稱為恆星。而其之所以被稱為恆星，是因為它們在天空中的位置似乎不變（太陽除外），好像永遠存在。

但這是不可能的。正常的恆星（或被稱為「主序星」）的燃料是氫，同時也是宇宙中含量最多的元素。氫原子在恆星的大質量產生的引力下發生核聚變，生成氦原子，並釋放中子作為能量，同時生成光子並向外釋放。但是氫是有限的，當最後一對氫原子聚合成氦原子後，一顆恆星，將正式開始它的死亡之路······

上——小質量恆星之死

恆星的核聚變發生在恆星的核心。因為恆星自身的質量過於巨大，由其引力而產生的對於核心的壓力也十分巨大，相應的，溫度也非常的高。這就為核心處的核聚變（核聚變產生的條件之一是高溫高壓）提供了條件。以太陽的核心為例，其溫度高達2000萬攝氏度，在太陽自身對核心的重壓下，太陽的核心處的氫能夠順利地核聚變，從而為我們創造光與熱。

在聚變的過程中，原子核會向外產生一種反作用力，從而支撐住其核心受到的巨大的壓力。從平衡力的角度上來看，核心受到的壓力越大，核心產生的反作用力也要越大，否則核心將會向內塌陷，而且這個反作用力的大小應該是與核心受到的壓力相等的。因此，恆星的質量越大，其核心受到的壓力也越大，核心產生的反作用力就也要隨之變大，相應的，相同時刻中核心中原料發生核聚變的頻率也要增加，所以越大質量的恆星，其消耗原料的速度越快。而相比於小質量恆星，大質量恆星的原料存量與自身質量的比例要小得多。這也就解釋了為什麼像太陽這樣較小質量的恆星可以存活上百億年甚至上萬億年（比如比太陽質量還要小的多的比鄰星就可以存活上萬億年之久），而像參宿四這樣的大質量恆星只能存活幾百萬年甚至更短的時間就要灰飛煙滅。

在核心內部也是分層的，因為距離核心中心處的距離不同，該處受到的壓力也會不同，越靠近中心聚變速度越快。因此當像太陽一樣的小質量恆星（同時質量亦大於一半太陽質量）的核心的氫開始要耗盡之時，其核心中心處的氫已經消耗殆盡了。這時，核心中心處將不再發生核聚變，相應的產生的反作用力也就消失了。恆星「中間開花」，於是所有的質量都因為恆星巨大的引力被瞬間壓向中心，核心中心處的壓力和溫度急劇上升，核心的體積變小，直到核心中心處的氦也達到了發生核聚變的條件。中心的氦開始發生核聚變，由於壓力的增大，而核心外圍處的氫還沒有耗盡，在比之前的壓力巨大的多的壓力之下，氫發生的聚變的速率急劇上升，同時釋放出大量的能量。一下子，恆星的外殼被內部產生的巨大能量吹開了，就像一個被吹起來的泡泡，從小到大。在快速的聚變之下，恆星的光度將會明顯增強。

但是產生的巨大能量不足以與恆星外殼膨脹的速率相比擬，能量被大幅疏散，因此儘管恆星變亮了，但在恆星單位表面積上，能量反而不及從前。因此恆星的表面溫度會下降，絕大多數情況下恆星表面溫度會下降到2000攝氏度與5000攝氏度之間，對應的光譜型*為K或M，因此顏色偏紅。這樣的紅色的、體積巨大的恆星，被統稱為「紅巨星」。

由於在相同速率下，氦的核聚變產生的能量不足氫的核聚變的十分之一，因此相同個數的氦原子在相同時間內產生的反作用力也更少，所以為了抵禦巨大的壓力，核心中氦聚變速率就要快的多，又因為氫原子核只有一個質子（同位素中還有不等個數的中子），而氦原子核有兩個質子，所以當氫原子全部聚合成為氦原子之後，其個數就只剩下了一半左右，於是對於氦的聚變來講，其原料更少，再加上更快的速度，因此氦聚變的這段時間段很短，再往下聚變，時間段會更短。

氦會聚變成為更重的元素（比如碳），而這些更重的元素需要更大的壓力和更高的溫度才能產生聚變，生成更加重的元素。對於質量較小的恆星來說，當氦也聚變完後，有的質量稍大的能再聚變出碳和氧，但基本上就不再具有能使核心中的元素進一步聚變的能力了。當所有原料耗盡之時，核聚變會停止，反作用力會消失，而引力將佔據上風，將恆星原本巨大的內核壓縮至地球般大小（直徑約為10000千米）。這個時候，因為表面積縮小，而恆星中殘餘的能量仍在向外釋放，所以能量密度非常大，於是恆星的溫度非常高，光芒十分耀眼，看上去是明亮的白色。因此此類恆星被稱為「白矮星」。

（白矮星與地球的大小對比）

白矮星的質量約是一個恆星的大小，但體積卻只有地球那麼大，其密度可見一斑。一勺子白矮星物質的質量與一頭大象的質量相當。從微觀角度來說，構成白矮星的各種原子或分子之間的間距非常之近，相互之間的斥力（也就是原子或分子之間的電磁力）非常之大，才能夠抵消其自身巨大的引力。

在核心坍縮成為白矮星的同時，恆星釋放出巨大能量，將恆星的外殼向周圍的空間吹去，形成美麗的行星狀星雲。雖然名字中有「行星」倆字，但實際上與行星並無聯繫。

（指環星云：行星狀星雲之一）

我們的太陽也要遵循這樣的演化規律，在約50億年後成為紅巨星，直至吞沒水星、金星，甚至還有可能吞沒地球。屆時，太陽將佔據一半的天空，地球將不再有所謂的黑夜；海洋全部蒸發，岩漿布滿表面。地球將成為一個煉獄。到那時，也許在某些漆黑而幽深的山洞裡還存在簡單的生命，但它們最終也難逃厄運。如果地球倖存了下來，屆時其將不再擁有白天。天空中的太陽，變成了白色的光斑，向各大行星輕柔地撒去微弱的光芒，將自己所經歷過的一切輕輕湮沒在時間的長河裡······