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宇宙，这个浩瀚的星空，它到底走向何方？“有人说世界将毁灭于火，也有人说毁灭于冰……。”是的，这是宇宙学的黄金时代，2011年的诺贝尔物理学奖，再次颁发给了宇宙学领域的研究者。因为这一次获奖的科学家，从某种意义上接近了宇宙的终极问题，他们掌握的线索就是“宇宙在加速膨胀”！

宇宙简史小说阅读

　　第三节 恒星的一生
　　1、燃烧前的准备工作
　　如同星云一样，恒星不管怎么分类，都拥有一些共同的基本特征，比如年龄、成分、直径、磁场、自转、温度和空间分布等等。
　　在讲到恒星的元素成分时，我们知道每个恒星形成时大约都是70%的氢和28%的氦，以及少量重元素。重元素可以推断恒星年龄，可以判断是否有行星系统。目前，被测量过的恒星中含铁量最低的是矮星HE1327-2326，铁的比率只有太阳的20万分之一，另一颗有行星的武仙座14含铁量则几乎是太阳的三倍。
　　这些轻重元素都来自恒星的热核反应——恒星它本身就是一个太空中的核电站，而且恒星这个天上核电站的运作原理有着坚实的理论基础，也已经有了很多这方面的研究著作，至少现在还无法想象出其他方式，能让恒星产生发光发热数十亿年的能量，能量它又不可以凭空出现，除了相信能量来自于恒星内部的热核反应之外，我们别无其他选择。
　　关于恒星中的热核反应理论有着很长的自身演化过程，还有着物理学上的一步步繁琐推算，我们没有必要去一一细究，只用把科学家们的研究成果讲出来即可，这个研究成果证明在恒星内部的热核反应有两种主要的流程，一种是质子链，一种是碳循环。
　　简单来说，来自于宇宙诞生时的大爆炸，只能形成大量的氢和氦，以至于第一代恒星只能依靠质子链方式的核反应而发光发热；当恒星内部形成碳元素后或者死亡爆发入太空构成新的恒星后，就依靠碳循环和质子链两种核反应的同时进行来维持光和热。
　　先说说质子链是什么意思。
　　1920年，英国剑桥大学天文学家艾丁顿认为氢的聚变可以在第一代恒星以及其后质量较小的恒星中发生，其原理是：大爆炸制造了很多自由质子，2个质子相撞会因为核力（强相互作用）发生反应，变成包含1个质子和1个中子的氘核（重氢）；氘核再撞上1个质子，会聚成一个由2个质子和1个中子组成的氦原子（这个氦还不是真正的氦，而是氦的同位素氦三）。等到2个氦三的原子核发生相撞后，就最终聚合成一个氦核，并同时放出2个质子以及巨大能量，可以看出，在这个质子链中总共是4个质子聚合成1个氦核，而这一过程中释放出的核能量足以维持恒星的生命。
　　图：质子-质子链
　　碳循环理论就稍微复杂一点。
　　美国科学家汉斯·贝特在1938年和德国的冯·魏茨泽克一起找到了被称为“碳循环”的氢聚合为氦的过程，并因此获得了1967年的诺贝尔物理学奖。这个过程是目前恒星中的主要核反应形式，准确的说应该叫做碳氮氧循环。
　　碳循环理论有些拗口，大致意思是说：当恒星内部存在稳定碳核后（无需区分是核合成的还是上代恒星爆发出来的），稳定碳核里就有12个重粒子（6个质子6个中子），它和一个质子发生碰撞后，碳核将变成13个重粒子组成的氮同位素，这种放射性同位素经过一定时间会放出轻粒子，衰变成另外一种碳的同位素，这个碳的同位素再撞上一个质子使本身的重粒子数目继续增加，变成氮同位素，接下来的第三个质子加入碰撞使新生成的氮同位素重子数增加到15成为氧同位素，氧同位素会衰变回氮核，最后再撞上第四个质子后恢复成为一个稳定的碳核，并同时生成一个稳定的氦核。
　　碳氮氧循环示意图
　　可以看出，碳循环和质子链一样，其本质都是4个质子（氢核）逐步聚合成一个氦核（2质子2中子）的反应过程，但是不管那种核反应，碳循环或者质子链又或者两者并存，在核反应的同时，都有一部分质量转化成恒星那庞大无比、熊熊燃烧的能量。
　　碳循环要求有一定数量的碳或氮存在，它们在一定程度上起着保护壳的作用，使氢原子在里面经过一段时间变成氦原子。今天，天体物理学家可以借助于光谱测量来确定恒星内部物质是否已经参与过碳循环，而且还可以确定温度是多少。
　　那么，稳定的碳核在恒心内部可以大量形成吗？
　　美国的埃德温·萨尔彼得解释指出：只要有3个氦核碰撞在一起就能够聚合成碳核，但是要想使3个氦核同时碰撞，这是很不可能的，只有两个氦核先碰撞形成质量数为8的铍核，在它极其短暂尚未衰变的时间里又和第三个氦核相碰撞，则会生成正常稳定的碳。以恒星的庞大体积来看，发生这种转化的几率还是相当大的，释放出的能量足以给恒星继续加热。
　　当温度继续升高时，碳核又以完全不同的方式转变成为其他重元素，如镁、钠、氖和氧，氧原子又可以聚合生成硫和磷，如此下去，一步步向前形成更重的原子核。
　　是不是所有的化学元素最终都是在恒星内部由氢和氦聚合成的？
　　这就引出了我们以下的章节，让我们可以顺着原子核的不断聚变，深入一个又一个的恒星历史阶段。
　　2、原恒星：恰到好处的碰撞
　　宇宙大爆炸后，稀薄物质在空间大尺度上看起来是均匀分布的，却在小尺度上的某个特定区域内并不均匀，存在一定高低密度的差异，尽管这个差异可能只有万分之三那么小。它也会随着漫长的时间而发生变化，使物质的密度更加不均匀，低密度的气体缓慢聚拢到高密度气体周围，形成一个较大的气体团块，其中那些近乎球形的球状体，还没有发展出内部核反应的恒星婴儿，被叫做原恒星。
　　图：原恒星电脑模拟图示意
　　原恒星非常重要，是制造重元素和我们获取宇宙信息的主要来源，它们的形成以及最终的爆炸为接踵而来的星球产生提供了生命种子。而原恒星的形成机制更是天文领域中最为基础性的问题。幸运的是，科学家已经做好了这一阶段的许多研究工作，让我们不用再一头雾水的去到处寻找答案。
　　说起来似乎很简单，只要一大团气体能够纠集到一起，然后象个吸尘器一样转啊转的，把周围物质中能吸的气体全都吸过来，吸不动的大颗粒自己形成地球这样的行星，随着物质越吸越多，核心温度升高到开始氢聚变反应，恒星也就随之发光发热的、快快乐乐的诞生了。
　　是这样简单吗？
　　我们可以明确的说，原恒星形成的实际过程并非如此简单。
　　没有引力，绝不会形成原恒星，而引力如果不受节制，它将会摧毁原恒星让它无法继续生长。所以，原恒星在一开始，首先就需要刚刚好的引力，让物质之间能够发生很多次恰到好处的碰撞，不至于让原恒星分崩离析。
　　一团密度均匀、温度相同而又相对静止的气团，是宇宙物质大循环中的一部分，在这个循环中，气体和尘埃会从星云变为恒星，再从恒星变回原状。它主要由氢和氦组成，氦占据四分之一，其他元素仅占百分之几。这些物质中有的是宇宙大爆炸最初三分钟所产生的、没有受到过污染的原生物质，有的则是恒星死亡时的物质抛射，还有的是恒星爆炸后遗留下的残骸。它们彼此之间的引力相互抵消，重力和动能平衡，但是周围任何干扰都能扰乱它的平衡状态造成收缩，可能是超新星的震波，可能是星系内旋臂的密度波，也可能是与其他云气的接近或碰撞。但无论什么干扰，只要一点点就足以在星云中造成重力大于热动能的变化，使有的地方密度高，有的地方密度低。但同时我们知道，高密度气体按照物理法则它必须往低密度的地方流动，所以，高密度气体的引力如果能够战胜这种向低密度区域流动的压力，那么就能把物质收缩成一颗原恒星。
　　高密度气体的引力又是如何战胜使星云聚拢成原恒星呢？
　　要知道它一开始是抵抗不住的，节节败退，直到中央塌缩成一个致密核心，温度增高产生了自转，让后续物质无法直接落到核心，而是在核心周围形成一个致密的盘状结构，盘状结构通过一系列复杂的过程，将多余的角动量向外传递，使中心质量继续增加（在此期间，为了释放角动量，系统还通过目前尚不可知的机制向两极方向抛射物质，形成质量外流）。
　　巨大的引力使中心温度急剧上升，从而点燃了中心区域的氘核，再继续积累热量到产生氢聚变的温度，当这一阶段结束时，我们就可以在宇宙空间看见一颗冉冉升起的新星。
　　可是这个气体球如果越来越大，它的引力会把所有物质都紧紧的挤压在核心，一直坍塌下去，所以，肯定还有种其他力量阻止了引力无节制的收缩。
　　我们来看看这是怎么回事儿。
　　首先，要想形成一颗恒星，它的质量范围有一个上下限，目前被认为是在0.1-100个太阳质量之间。证据来自于红外天文卫星发现的许多原恒星情况，还有毫米波射电望远镜在原恒星周围发现的物质喷流，这些证据都表明：更小的质量不足以触发原恒星内部的核反应，更大的质量则会由于产生的辐射压力太大而让原恒星瓦解。
　　其次，为了让气体核心收缩变小的致密过程顺利进行，必须在一开始压缩快的同时让气体云有所冷却，以免核心物质急剧升温而导致膨胀喷发出物质。科学家们发现，星云中总是存在着各种湍流运动，这些湍流运动是由电离区的膨胀以及辐射压所引起的，坏处是容易冲散气体核心的收缩过程，好处是让核心在快速压缩中形成强力冲击波，把微粒、分子氢、高温水蒸汽辐射出去让核心降温。
　　第三，形成恒星的星云气体必须在收缩过程中把能量和大部分磁场（这是个暂时无法解决的谜题）辐射掉，这样才能使原恒星的总能量不断减少，从而使它的结构越来越致密。
　　为了解决这三个问题，科学家终于发现了原恒星形成过程中至关重要的因素，我们之前提到过的盘状结构——吸积盘。
　　图：原恒星通过吸积盘的形成过程电脑模拟图示意
　　吸积，顾名思义就是吸收并积累，它让物质不能从四面八方砸向中心，而是先形成一个盘状之后，再缓缓滑向中央，这个螺旋渐进的过程叫做吸积，也只有这样，才不会把中心物质给砸的四面开花。
　　吸积盘，就是一种由弥散物质组成的、围绕中心体转动的结构。这个标准理论模型被广泛用于恒星和行星形成、致密星、活动星系核、X射线双星、伽玛射线暴等天体现象的研究。
　　值的注意的是，吸积盘并不是我们的科学家臆想出来，而是一个能够被观测到的客观存在，也只有这个吸积盘，才会让物质滑向中央时受粘滞性的影响，沿着螺旋轨道发生一次又一次“恰到好处的碰撞”——如果碰撞过于猛烈，就会击碎物质而不是让它们粘在一起；如果碰撞的不够，物质就不会堆积转化为中央球体的一部分。并且因为吸积盘的作用，使物质在螺旋下落的同时被加热，热的可以辐射出X射线——原恒星形成过程中最有效的释能方式。
　　还要注意的是，原恒星的发热不是因为热核反应，它此时还不足以点燃核反应，能量仅仅是重力能量，是原恒星附近的气体分布转换成的热动能。直到原恒周围的气体和尘粒都已经消散，吸积的过程停止后，达到点燃氢核反应的温度后，这颗原恒星才算是正式诞生为恒星。
　　史匹哲空间望远镜观测了近距离的恒星形成区，发现恒星会快速地获得其最终质量的一半，但随后的生长会放缓，将要用去10多倍的时间来积累其余质量。似乎是在表明恒星的吸积速率非常不稳定。
　　为什么会出现这种速率难以稳定的情况？难道吸积盘理论还不够完善，隐含某些漏洞？我们只有期待科学家们的进一步深入研究去找出答案
　　不止这样，还有让天文学家们苦恼的另一个问题：吸积盘理论只适用于质量小于20个太阳质量的恒星，对于更大的恒星则完全不适用，因为大质量恒星的巨大热辐射会在原恒星尚未成型前将物质吹散，而且会通过紫外辐射、高速外流和超音速激波来把吸积盘瓦解掉。其次，吸积盘标准理论仅仅适用于单颗恒星，却没有告诉我们恒星密集形成时会不会还是这样？而这却是宇宙中经常出现的大多数情况——恒星是在星团中成群成群形成的。
　　如果不了解大质量恒星的诞生之谜，我们就无法剖析遥远的星系或者是认识太阳系外的行星，而宇宙中拥有最多成员的恒星家族就依然是扑朔迷离。
　　宇宙中的大质量原恒星很罕见，并且会迅速演化，使得它们很难寻找。
　　哈佛-史密森天体物理中心的SMA望远镜是目前这个研究领域的有力设备，用它的亚毫米波阵观测了仙王座的一颗大质量原恒星，最终发现一个扁平结构中的分子气体和尘埃。并且由于旋转而产生了多普勒频移，说明这个结构是一个引力束缚盘。此结果支持了吸积模型理论，却无法说出为什么会这样，让大质量恒星的秘密无从得知。
　　但是这毕竟也是一个成就，起码让我们有了突破口去发现大质量恒星和成群恒星的形成过程。
　　3、大质量恒星的诞生之谜
　　晴朗的夜晚，我们来到一个远离城市的地方仰望天空，除了漫天繁星之外，我们还会看到一条雄伟壮观、贯穿夜空的银河。
　　在这条群星汇聚的光带上有着大面积的昏暗云团，这就是星际云，充斥其中的尘埃粒子阻挡了星光，让我们不得不面对一个头痛的问题：无数恒星隐藏了它们的出生过程。
　　图：夜空中的银河系
　　我们的吸积盘标准理论判定原恒星的质量达到太阳的8倍时，它发出的光和辐射会形成巨大的压强，阻拦物质继续的聚拢，恒星的成长也应该到此为止，不能超过8倍太阳质量这个界限。但宇宙中确实存在一些个头十分庞大的恒星大家伙，甚至能观测到比太阳质量大250倍的巨大恒星。
　　是什么样的过程才造就出这些巨人之中的巨人？这一直是个难解之谜。
　　大质量恒星很稀少、寿命也短，目前正在使用史匹哲太空望远镜对大质量恒星形成区进行巡天观测来寻找线索。但是大质量恒星的稀有性和短寿命使得天文学家很难捕捉到它们的形成过程。因为无一例外，诞生恒星的地方都被黑暗厚实的浓云所遮挡，散发出来的辐射也落在远红外和亚毫米波段，而我们在这些波段上的观测手段极其有限。也就是说，我们只能看到诞生过程是如何开始和结束的，关键的中间过程却无从得知。
　　有鉴于此，天文学家从理论上提出了两种可能性：一种是这些大块头是由一些小质量的恒星碰撞融合而成；另一种是这些大恒星遵循小恒星诞生的吸积盘理论，也是通过物质吸积的过程诞生。
　　那么，究竟哪一种是真实的情况呢？
　　如果大质量恒星是小恒星碰撞形成的，那它的形成环境一定极端特殊，因为这个过程要求小恒星的密度相当高。在年轻星团中，恒星的密度是1立方秒差距内存在1万颗恒星，而如果要碰撞形成大质量恒星，密度还得比这大1000到1万倍。并且，碰撞还必须在很短的100 万年中发生。如此苛刻的条件让天文学家到目前为止，还未观测到小恒星碰撞形成大质量恒星的证据。
　　看来，大质量恒星的形成原理应该和其他恒星一样了。
　　2005年，美国夏威夷的峁星团望远镜，对猎户星云中的一颗7倍太阳质量恒星进行了观测，发现这颗恒星的两极存在奇特的蝴蝶状结构物质喷流，还同时环绕有吸积盘，似乎在告诉我们大质量恒星也是通过吸积产生的。但这样的证据还不够，只有我们观测到40倍太阳质量的恒星的形成过程也是这样时，才可以大致确定大块头恒星的真实诞生过程了。
　　2010年，天文学家使用欧洲天文望远镜干涉仪对人马星座的一颗恒星进行了红外观测。这颗恒星距离地球1万光年，仅有6万年历史，与46亿岁的高龄太阳相比，它只是一个宇宙婴儿。但是它的质量是太阳的20倍，是一颗名副其实的大质量恒星。
　　科学家使用了新型的增强性红外干涉测量技术，在恒星中扫描到灰尘迹象，进一步发现恒星周围存在一个直径为195亿公里的庞大吸积盘，这与体形较小、处于生长期的小恒星通过吸积盘诞生的过程很相似。在这项最新研究中，研究人员观测到吸积盘越接近恒星中央，其温度就越高；吸积盘的大小与恒星的亮度有直接关系；在恒星和吸积盘之间还存在一个无尘区域，暗示着该恒星把最接近自己的物质分子给“蒸发”掉了；恒星两极释放的喷流与吸积盘呈垂直角度……。
　　凡此种种，这些现象都与小恒星的吸积盘理论相吻合，但是这个巨大恒星到底有没有通过吸积盘聚拢物质，研究者没有观测到，也无法推测。
　　4、没户口的不合格恒星：褐矮星
　　所有恒星的一切演化史都取决于它最初的质量，这是无可置疑的事实。
　　初始质量的不同，决定了恒星的发展历程和最终结局相差万里。也正因为如此，我们的宇宙群星才变得千奇百怪，五彩缤纷。
　　褐矮星是由原恒星演变而来。
　　我们知道，原恒星的中心温度如果足够高，高到可以让氢聚变，它就必然会成长为一颗发光发热的恒星，但是它中心温度如果始终未能上升到氢燃烧的条件，那这颗原恒星又会怎么样呢？
　　这种“夭折的恒星”被叫做褐矮星，有时候也被叫做棕矮星，命名原因是因为它们发出的光线很昏暗，近似于褐色或者棕色。
　　褐矮星既不是恒星，也不是行星，古怪而又尴尬的介于两者之间。
　　十几年前，褐矮星还仅仅存在于天文学的教科书中，是一种理论中才有的天体，那时的人们还不知道这种古怪天体是否存在。而今天，我们早已确认了褐矮星确实存在，努力要搞明白的问题不再是褐矮星存不存在，而是褐矮星的更重要问题：到底褐矮星是像恒星一般，藉由气体云的重力坍缩而诞生？还是与行星诞生相似，先通过岩石类物质的不断累积，直到拥有足够强的重力后，再把周遭的气体吸附过来？这将决定它到底属于恒星还是行星的本质问题。
　　褐矮星的魅力也在于此，它是一种介于恒星与行星之间的天体，到底是怎么个形成过程，一直让天文学家们众说纷纭，争论不休，目前还无定论。
　　最大的褐矮星质量也不超过太阳质量的7%，无法启动氢核聚变成为恒星，它一生中所释放的能量绝大部分是其引力能，所以它的温度会随着时间的推移逐渐冷却下来，这使得褐矮星很暗弱，并且包裹它自身的外层大气，其中的气体分子 会吸收掉褐矮星不多的辐射，使它进一步变暗。所以，寻找褐矮星成为了天文观测的一大挑战。
　　直到1995年，科学家才发现了第一颗褐矮星Gl229 B，与其他熟悉的恒星相比，它更像是一颗气态的大行星。
　　2004年，美国天文学家利用麦哲伦望远镜，对距离地球540光年的一个星团进行观察，发现了十多颗自由移动的褐矮星，其中一对因为间隔太远而显得与众不同——这两颗彼此围绕的褐矮星间距相当于地球和太阳距离的240倍，是其他褐矮星之间距离的10倍。负责此次观测的天文学家认为，对于这两颗间距遥远的褐矮星来说，即便是特别小的一点点外力也可能会破坏彼此平衡，所以它们在形成之初定然不是遵守行星的逐步碰撞、先小后大累积起来，而是和恒星相似，通过引力塌缩来使自己先大后小的形成。
　　2009年，一组包括台湾与美国天文学者的研究团队，通过一种无线电波段的干涉仪去观测褐矮星“ISO-Oph 102”， 发现了褐矮星两极有着典型的物质流存在，虽然那很微弱，却和预期的一样，比典型恒星的物质流千分之一还小，流速方面也不到百分之一，尽管如此，这也是对褐矮星通过重力坍缩形成的说法，所提供的第一个强力证据。
　　截至目前，现有的观测数据都表明褐矮星与恒星两者诞生的机制是相同的，所以，褐矮星就是没长成的原恒星遗骸，是一颗夭折的恒星。
　　图：褐矮星模拟图
　　木星不是褐矮星，它的质量太小，并且形成过程也不一样，只有太阳变成红巨星后，它夺取到足够多的太阳爆发物质后，才有可能变成一颗红矮星。
　　如果褐矮星的质量超过13个木星质量就可以燃烧氘核，但是氘燃烧所释放的能量很少，微乎其微到可以忽略不计，对于质量最大的褐矮星来说，氘燃烧的时间也不会超过1亿年，其表面温度更不会超过3000度，所以在宇宙中就显得很晦暗，毫不显眼。
　　英国赫特福德郡大学的卢卡斯和他同事发现了褐矮星 UGPS 0722-05，这一颗褐矮星是迄今为止距离地球最近的褐矮星，与地球的距离仅为9.6光年，是地球与比邻星间距的两倍。除此之外，这颗褐矮星还是迄今发现最冷的褐矮星，其温度仅保持在130-230摄氏度之间，十分昏暗，辐射的热量更少，要有380万颗这样的褐矮星才相当于一颗太阳所喷射的热量。这项发现暗示着很可能还有更多的褐矮星潜伏在太阳系周围。
　　褐矮星与大行星的体积差不多，都不发光，也大多都是气体星球。那它们两者之间到底有什么区别呢？褐矮星能否把周围物质制造成自己的行星，变成一个个微型太阳系呢？
　　天文学家推测，褐矮星因其质量小，并且内核无法燃烧氢而导致温度太低，应该不能将周围的尘埃转化为行星。
　　为了验证这一假设，史匹哲空间望远镜对一个恒星形成区域的褐矮星聚居地进行了专项研究，这些恒星的年纪在100万年至300万年之间。结果在8个目标中的6个发现了代表硅酸盐尘埃颗粒的红外辐射现象，而且这些尘埃正在生长、结晶，并且逐渐沉淀为一个扁平的盘。这一研究结果意味着，尘埃云能够开始，那么它们一定就有结果。所以，褐矮星能够在自己的周围制造行星，完全推翻了科学家之前的假设。
　　这是个了不起的发现，因为褐矮星周围如果真的有行星，那就有可能发现类地行星。
　　2005年，史匹哲望远镜仔细观测了堰蜓星座I 号恒星形成区内的一颗褐矮星，该星距离地球500光年，质量为木星的15倍，它有如此优越的条件，足以在自己周围制造出土星大小的一颗行星或数颗地球大小的行星，共建一个微型“太阳系”。
　　最后的实际观测表明，此颗褐矮星周围的圆盘质量约为褐矮星本身质量的1/10，内边缘距离褐矮星中心大约70万公里，拥有足够产生两颗木星甚至更多类地行星质量的物质，它的表面温度大约2300度，所以距离它150-700万公里范围的行星上将会存在液态水。
　　这种褐矮星的生存时间更是悠久，它彻底冷却成为一颗颗“太空冰疙瘩”的时间甚至比红矮星还要漫长，让它周围的宜居行星上有着足够时间去演化生命。
　　只是目前，我们还不得而知。对它的观测也还在一直进行中，希望未来有一天，科学家会告诉我们一个惊喜的消息。
　　现在，我们告别不合格的恒星——褐矮星，接下来去了解一下合格的恒星会是什么样子。第一种就是宇宙恒星家族中最多的一类，占据着所有恒星数量75%的基层老百姓——红矮星。
　　5、宇宙中的基层老百姓：红矮星
　　从红矮星开始，恒星就进入了主序星阶段。
　　红矮星同样来自于原恒星，当原恒星停止吸积过程后，又经过数万年的压缩，中心温度达到1000万度左右时，氢核聚变为氦核的热核反应开始接连发生，这种热核反应就象不断引爆一颗颗巨大核弹，产生出向外膨胀的巨大力量，大的足以抵消恒星向内收缩的引力，让恒星既不收缩也不膨胀，从此，原恒星就正式成长为一颗合格恒星，在燃料耗尽之前，它将一直保持稳定的发光发热。在天文学上，我们将可以稳定燃烧阶段的恒星都统称为主序星，红矮星是其中数量最多的一种。
　　我们观测到的恒星，有90%都是稳定燃烧的主序星，只是质量的差异决定了它们不同的发展方向而已。
　　如同人类社会一样，成长为主序星的合格恒星也有穷有富：聚拢物质多的恒星又大又亮，聚拢物质少的恒星就暗一点，个头也小一点。不过值得安慰的是，贫穷的小恒星比如红矮星，全都在省吃俭用的过着紧巴巴日子，把自己聚拢起来那一点点气体物质非常节省的一点点燃烧，这样做的结果就是它们全都拥有极为漫长的生存时间，某些“极品”甚至达到了永恒！
　　证据来自经过天文学家的观测：比太阳质量大30倍的巨大恒星富裕户仅能维持100万年稳定的发光发热，和太阳一般大小的可以稳定燃烧100亿年，而半个太阳大的恒星却能够在1千亿年里稳定的发光发热，至于0.2倍太阳质量的小恒星更是达到1万亿年的稳定燃烧时期！要知道，我们的宇宙目前也仅仅才137亿岁，1万亿年可以算是与天地同寿的永恒了。
　　大恒星燃烧的快是因为它巨大的自身压力使内部核反应呈现一种几何级数的快速爆炸，而小恒星本身质量小，氢核和氦核受到的压力要小得多，内部核反应速度也缓慢很多，大多都可以稳定燃烧到成百上千亿年（截至目前，我们还没有发现任何一颗垂死的红矮星）。两者一比较，就表现出一种谁的个头大、谁就先烧完燃料的奇特情况。
　　红矮星看起来似乎比褐矮星高级一点，发出的光和热多一点，但两者之间的本质完全不同——褐矮星连恒星都算不上，它不会燃烧，只是一个不成功的失败品，而红矮星却实实在在的是由氢聚变发光发热的，是一个完全合格的恒星家族成员。
　　最接近地球的恒星是半人马座的比邻星，它便是一颗红矮星，发出的光和热都要比太阳少很多。
　　图：半人马座比邻星（红矮星）
　　富裕的大恒星毕竟是少数，宇宙中数量最多的老百姓还是节俭的红矮星，它内部核反应缓慢而弱小，导致表面温度较低，看起来颜色偏红，如果不借助天文望远镜，我们不可能看到任何一颗红矮星。这些个头不大的长寿小恒星，在我们银河系甚至整个宇宙中都占据了75%的份额。或许我们会产生疑问，数目如此众多的红矮星，难道就没能制造出一颗类地行星？还是这个宇宙中就真的只有地球适合我们人类生存？
　　几年前，大多数科学家们认为红矮星同褐矮星周围的环境一样险恶，不可能诞生任何生命，所以在观测中一直有意忽略掉这些数目最多的天体，但最近这种看法有了改变，科学家认为围绕红矮星的行星成为生命摇篮的可能性非常之大，褐矮星周围也是如此。
　　地球生命离不开液态水，所以一个类地行星要想孕育出和地球相似的生命形态，就必须运行在一个恒星周边既不太冷也不太热，允许大量液态水存在的区域。
　　对于红矮星来说，它们发出的光太弱了，所以它们适宜生命的行星为了得到更多热量，就必须离恒星很近，但距离近就导致一个严重后果——我们都知道，月球受到地球引力的结果是它永远是一面向着地球，同样道理，距离红矮星非常近的行星也会被潮汐力“定住”不会自转，而造成一个半球永远是白天，另一半球永远是黑夜的结果。
　　要想让生命延续下去，还得让不会自转的行星保持热量平衡，幸运的是，经过实际观测，科学家发现行星上的大气流动可以有效的把热量散布开，从而阻止“黑夜半球”上的空气冻结。除此之外，生命还要想办法避开红矮星每天几次的耀斑，因为耀斑发出的高能辐射会在一瞬间增强到上万倍，几分钟内会杀死行星上的一切生命（唯一的生存机会是躲在黑暗的半球，或是黑夜与白昼交界的地带）。
　　第三，即使不考虑耀斑，红矮星平时的紫外辐射和发出来的高能带电粒子，也会把行星的大气吹散。如果行星大气得不到有效保护或者补充的话，迟早会被全部吹走。所以天文学家在搜索太阳系外生命时，一直以为这类恒星周围的行星并不适合生命居住。但是现在，天文学家注意到，强烈的高能辐射和耀斑都是年轻恒星发出来的，随着红矮星年龄增长，它们的磁场活动会变得越来越弱，弱到可以稳定地发出可见光波段的辐射。这样的稳定阶段高达数百亿年甚至更长。所以，假使一颗行星能熬过红矮星狂野的年轻时代，保住自己的大气层不被吹光，熬到红矮星进入稳定的中年（很长很长），行星就完全可能成为一个合适的生命居住地。
　　与红矮星相比，太阳最多只能保证地球生命延续大约64亿年的时间，此后将膨胀下去，把地球烤焦并吞掉。而红矮星上的核聚变很缓慢，使它们可以保持数百亿年甚至上万亿年的稳定状态，这对生命来说是非常有利的定居地，至少不用老是去找地方搬家。
　　2009年，欧洲南方天文台的天文学家使用HARPS(高精度径向速度行星搜寻光谱仪)仪器观测了100颗不同的红矮星，最终发现了Gliese581c行星。它运转在距离地球20.5光年的红矮星Gliese581周围，是一颗迄今为止与地球最为相似的太阳系外类地行星。
　　这颗类地行星比地球大，质量约为地球的5倍，直径是地球的1.5倍，表面温度介于0℃~40℃之间，非常完美的允许液态水存在于表面上，大气层上空还覆盖有一层厚厚的臭氧层保护地表，本身不能自转，每14天围绕着红矮星Gliese581运转一周。
　　中心恒星红矮星Gliese581的质量是太阳的三分之一，亮度是太阳的五十分之一，在这颗类地行星上去看“太阳”，要比我们在地球上看到的月亮大20倍。不得不说，这是科学家在太阳系外首次发现（可能）适合人类居住的行星。
　　图：最新发现的类地行星模拟图
　　现在还难以推测这颗类地行星上是否存在“土著生命”。但是不管怎样，这次发现都是人类搜寻宇宙生命的一个重要里程碑——让我们突然意识到，像地球一样的行星在宇宙中有可能非常多、很常见。
　　就算将来发现数十个、上百个宜居星球，这颗581c行星都将在人类的宇宙史上占据第一的位置。
　　这个发现非常令人兴奋，我们没有想到这么近的距离居然有一颗条件如此优越的类地行星，它距离我们地球约20.5光年，相当于193万亿公里。从天文学的距离上来看，这个距离根本不算远，我们有能力在不远的将来抵达那里，也就意味着它将成为人类未来太空航行的首选目标。
　　褐矮星和红矮星从此就在宇宙中默默的燃烧着，我们在以后的章节也将很少提到它们，接下来要关注的恒星将是对我们最重要的黄矮星，比如说——太阳。
　　6、我们的太阳：黄矮星
　　6.1 家长并不完美
　　不合格的恒星是褐矮星（小于0.08个太阳质量），合格的小恒星叫做红矮星（小于0.8倍太阳质量），那么和我们太阳差不多大的恒星又是什么？是否和太阳有着相同的命运？
　　实际观测表明，和我们的太阳差不多大小的恒星都有着和太阳类似的发展道路，它们都是主序星，质量是太阳的1到1.4倍，天文学上被命名为黄矮星。
　　每颗黄矮星的稳定燃烧时间大约100亿年，主要依靠氢聚变发光发热。对于太阳来说，它内部的核心区域温度高达1500万度，压力相当于3300亿大气压。如此高温高压高密度下的氢核不停的发生着热核反应，每秒有7亿吨的氢聚变为氦。在这个过程中，约有400万吨的质量被转化为能量释放掉，其中二十二亿分之一的能量辐射到地球，成为地球上光和热的主要来源。但是相对于太阳庞大的质量来说，这点损耗实在是九牛一毛，至少还需要60亿年才会因为物质的流失带来变化。
　　太阳，作为一颗黄矮星，是我们整个太阳系当之无愧的家长。
　　在我们了解了宇宙中的众多恒星之后，对这个家长除了感激之外还有一丝遗憾，遗憾它不是那么完美——还有60亿年，它就将毁灭我们的家园，到那个时候我们只有逃离太阳系去寻找新的落脚点。当然，我们无需为此感到忧虑，毕竟人类的现代科技文明发展到今天只有区区数百年，而60亿年后的人类科技将会达到什么样的水平？或许人类早已离开太阳系找到了众多的新家园，这一点毋庸置疑。
　　但是不得不说，黄矮星，是我们最为了解的一类恒星，也是我们研究最充分的恒星，可是，研究的充分不等于就完全了解，正如同恒星之前的发展阶段——原恒星、褐矮星、红矮星一样，对于太阳这种黄矮星，我们也还有这许许多多的疑问，下面我们也就主要以太阳为例来探讨一下这类恒星的奥秘。
　　在茫茫宇宙中，黄矮星是恒星家族中一类普通的恒星，成员不占多数，大约是所有恒星数量的百分之十左右。从各方面的指标数值来看，黄矮星在宇宙中算是恒星家族里的“中层领导”，它下面还有“基层平民”红矮星和“没户口”的褐矮星。
　　组成黄矮星的物质大多是些普通气体，以太阳来说，它就是个大大的气体球，组成元素中氢占71%、 氦占27%，其它元素占2%。从中心向外分成几个主要的区域，最里面的是核反应区，不断发生氢聚变，放出巨大能量通过辐射层上升到太阳表面的对流层，这个上升过程形象的用比喻来说，就如同一大锅煮开的沸水，许许多多携带着热量的气泡到了表面就炸开，释放能量让温度降低再对流下沉，但是气泡有大有小，有快有慢，大气泡炸开后短暂的低温过程造成了气流漩涡“黑子”，那些最大的则变成了“耀斑”，溅起的水花四射是“日珥”，不停散发的水蒸气就成了“日冕”——这个比喻不是完全准确，但是很形象。
　　图：太阳的结构示意图
　　我们不能直接看见太阳内部的结构，平常看到的太阳，只是太阳大气的不透明最底层，但是，天文学家根据物理理论和对太阳表面各种现象的研究，建立了黄矮星内部结构和物理状态的模型。这一模型也已经被对于其他恒星的研究所证实，至少在大的方面是可信的。
　　太阳虽然是一个大大的气体球，可是它仍然有着自己的大气层：光球、色球和日冕。
　　日冕是太阳大气的最外层，厚度数百万公里，温度可达200万度（科学界仍在探索最外层的日冕温度为何比太阳表面的数千度温度要高出这么多的原因）。
　　在日冕层里，氢、氦等原子已经被电离成带正电的质子、氦原子核和带负电的自由电子等，这些带电粒子运动速度极快，不断有带电的粒子挣脱（或者被抛出）太阳的引力束缚，形成太阳风。日冕温度虽然高，发光却很弱，正常情况下是看不到的，只有日全食时可以看到，它的形状随太阳活动大小而变化。太阳活动极大年接近圆形，太阳活动极小年则呈椭圆形。
　　色球层是被日冕层包裹住的一个薄薄的玫瑰色大气层，它是充满了磁场的等离子体层，也正因为磁场的不稳定性，造成耀斑和日珥，把外面的日冕层物质吹开成太阳风。在色球上人们还能够看到许多腾起的火焰，这就是天文上所谓的“日珥”。日珥是迅速变化着的活动现象，一次完整的日珥过程一般为几十分钟。同时，日珥的形状也可说是千姿百态，有的如浮云烟雾，有的似飞瀑喷泉，有的好似一弯拱桥，也有的酷似团团草丛，真是不胜枚举。最为壮观的要属爆发日珥，本来宁静或活动的日珥，有时会突然"怒火冲天"，把气体物质拼命往上抛射，然后回转着返回太阳表面，形成一个环状，所以又称环状日珥。
　　光球层是太阳大气层最靠近太阳表面的一层，很薄，极不透明，我们日常所说的、看到的太阳就是指这一层。光球层是气态的，密度很低，低到只有水的几亿分之一，密密麻麻分布着极不稳定的米粒组织，很象一颗颗米粒，太阳黑子就产生在这一层。
　　图：太阳表面的“米粒组织”示意
　　明亮的米粒组织很可能是从太阳内部升上来的热气团，随时间变化且均匀分布，呈现激烈的起伏运动。当它上升到一定的高度时就会变冷，并马上沿着上升热气流之间的空隙处下降，来去匆匆，从产生到消失，平均寿命只有几分钟。有趣的是，在老的米粒组织消逝的同时，新的米粒组织又在原来位置上很快地出现，这种连续现象就像我们日常所见到的沸腾米粥上不断地上下翻腾的热气泡（具体成因还没有证据证实，目前的说法仅停留在理论阶段）。
　　科学家告诉我们，太阳的核心区域占到整个太阳质量的一半以上，氢聚变为氦的能量通过辐射层和对流层上升到太阳表面，向着宇宙空间四面八方的散射出去。
　　有意思的是，太阳光只用8分钟就能到达地球，而太阳核心产生的光，要多久才能上升到太阳表面却没有答案。
　　对于这个问题，大多数天文学家不太感兴趣，由于它除了对了解核心的性质以外不会对观测造成任何影响，并且也给不出标准答案，分歧极大，估计数值从几百万年到几百年的都有。（美国物理学家乔治·伽莫夫给出的一个解释是：光速为每秒30万公里，太阳半径为70万公里。所以，如果光走直线的话，只消2秒多钟就会从中心到达表面。但事实上绝非如此，光在上升过程中要与太阳内部的无数原子和电子相撞。这样，它就得像醉汉一样拐上拐下约5×10000000000个弯才能到达表面。而每一段路需要花3×10000000000分之一秒，所以，整个上升过程所用的时间即为1.5×100000000000秒，也就是5000年上下。）
　　太阳活动主要有三种：黑子、耀斑和太阳风暴。这也是黄矮星所共同拥有的特征。
　　6.2 太阳黑子是病毒吗？
　　太阳脸上有很多“麻子”，每隔11.2年就会成群出现一次，这叫太阳黑子。
　　图：太阳黑子
　　一般认为，黑子是太阳表面的巨大气流旋涡，像是一个浅盘，中间下凹，它本身并不黑，只是因为温度比其他地方低了一两千度，显得很黑而已。成群出现的黑子活动时间并不长，形成后几天到几个月就会消失，然后在其他地方再次出现。这个过程一直持续11.2年，开始出现的前4年，黑子越来越多，最多的那一年，称为太阳活动峰年；随后的7年多里，黑子越来越少，最小的那一年，称为太阳活动谷年（国际上规定，从1755年起算的黑子周期为第一周，然后顺序排列。1999年开始为第23周，目前，太阳活动正处于第24周，2012年左右达到高峰期）。
　　这种太阳黑子对地球的影响很大，除了广为人知的破坏电子仪器之外，它还剧烈影响流感病毒的细菌——当黑子多的时候会让流感病毒突变进化，黑子少的时候会让流感病毒大量繁殖，无论哪一种都会造成世界范围内的惨痛损失！
　　人们发现太阳黑子活动对流感爆发的影响并非主观臆测，科学家使用各种数据分析过有史以来的流感爆发情况，最终得出结论——世界性流感基本上都发生在太阳黑子极值年（注：并无直接病原学证据证明此点，理论的依据主要是由复杂的数据统计产生，有兴趣的可以去详细了解下此方面的专著）。
　　在太阳黑子谷年，太阳活动减弱，辐射出的紫外线减弱，有利于微生物和病毒的滋生和繁殖（旧病毒复发）——强度小，危害轻，如1901年和1977年的世界性流感传染。
　　在太阳黑子峰年，太阳活动增强，辐射出的紫外线增加，有利于微生物和病毒的基因变异（新病毒产生）——强度大，危害重，如1918年死亡2000多万人、1957年死亡100多万人，1968年死亡70余万人。（2012-2013年左右是太阳黑子峰年，病毒基因突变的可能性比较大，我们的科学家已经在严阵以待：1889年出现H2亚型，1900年出现H3亚型，1918年出现H1亚型，此后，1957年重现病毒H2亚型，1968年重现H3亚型，1977年重现H1亚型，按此规律推断，H2亚型很可能是下一次人类大流行的病原。这种H2亚型自引发了1957年严重的流感后，在合适条件下——目前还不清楚——它可能再次引起灾害。）
　　6.3 耀斑是元凶
　　耀斑和黑子相比，对地球的危害更大。
　　太阳黑子是太阳大气层中的风暴，是一个巨大的旋涡状气流；耀斑则是太阳表面的局部大爆炸。
　　太阳耀斑在1859年被首次发现，是一种最剧烈的太阳活动。发生周期和黑子一样，大约为11年，往往和黑子群一起出现，存在几分钟到数小时之间，是一种局部辐射突然增加的太阳活动。
　　耀斑的成因是个谜，不知道它为什么会突然释放？驱动耀斑发生的能量来自哪里？又为什么和太阳黑子有着一样的间隔周期？
　　科学家推测说是太阳大气层某区域温度突然上升，被加热至极高温度后，电子、质子及一些重离子的运行速度就接近光速，这些电离状态的粒子涵盖了辐射的大多数波段，把突然暴增的能量辐射出来就成为了耀斑，而暴增的能量来自于太阳大气层突然释放的磁能，所释放的能量最大可达到百万吨级氢弹威力的100亿倍，让这一区域的亮度猛增，射电波、紫外线、X射线流量也猛增，还会发射大量高能γ射线和高能带电粒子。
　　耀斑的出现频率还不固定，在太阳活跃时，几天就出现一次。相反在太阳稳定时，七八天也未必出现一次。其中原因还不得而知。
　　图：太阳耀斑示意
　　图：太阳日珥示意
　　太阳耀斑对地球的空间环境造成很大影响，可以说是太空一声爆炸，地球就立刻有了缭绕余音。耀斑爆发出的高能粒子飞奔到地球轨道，严重危及宇航员和仪器的安全，还与大气分子发生剧烈碰撞，破坏电离层，干扰甚至中断地球的无线电通信并引起磁暴，对于气象和水文方面的间接影响还在探索之中。正因为如此，人们对耀斑爆发的探测和预报的关切程度与日俱增，正在努力揭开耀斑那迷宫一样的奥秘。
　　2003年，科学家目睹了一场有记录以来最大的太阳耀斑爆发。这些带电粒子大规模地倾泻而出，国际空间站的宇航员不得不到服务舱中寻求庇护，那些暂时关闭的众多地球卫星也有少数遭到永久性损坏。同样，在地球上的飞机航班避开高空航线，电网严格监控。尽管如此，地面许多地方还是短暂地失去了电力供应。
　　幸运的是，即使与最糟糕的太阳风狭路相逢，地球的磁场和大气层也可以保护地球上绝大多数的人免遭蹂躏。
　　科学家预计太阳活动将在2012年左右达到史无前例的高峰期，他们为即将发生一轮可观测的太阳活动而激动，一些新型的科学预测方法和监测工具全都被派上用场。然而，2012年，太阳会给我们致命一击，造成世界末日吗？流传各地的众多预言都和科学家们的观测不谋而合，不由让人心生恐惧。
　　面对2012年的“世界末日”我们真的应该担心吗？
　　在做出结论之前，我们退后一步进行全面的思考。如同其他大多数的预言所说，2012年将会由太阳喷发出巨大的、致命的、毁灭地球的热浪，这种观点对于那些凶兆预知者和不明科学知识的人极具吸引力，但是从宇宙、星云、恒星、太阳活动的一路探讨下来后，我们会看到——事实上，我们的地球状态非常之好。
　　这次太阳活动的极大期，只是我们有科学认识以来的第24个周期，而我们的宇宙天文学只有100多年的历史，相对于地球、太阳、银河以及宇宙的历史来说，只是短短一瞬间，这其中还有许多我们不知道的力量在发挥作用，最起码，耀斑根本不具有毁灭地球的能力，经过一些数据模拟和对地球大气环境的研究，强大的太阳耀斑只会造成地球通讯系统的毁灭性灾难，对于地球本身来说，它的危害不会很大。
　　2011年8月10日，太阳发生了一次强度罕见的耀斑爆发，这是5年来最强的一次。这次爆发将100亿吨高能粒子抛入太空，并以每小时超过805万公里的速度飞奔。不过幸运的是，这次爆发并非正对地球，不会过多的打扰到地球和人类（太阳那么大，地球这么小，爆发出来的太阳风暴很难每次都对准地球飞奔而来）。
　　但是我们也不能盲目乐观，危机依然大量存在。现代社会越来越依赖各种高新科技，而高新科技是最多依赖电磁技术的产品，所以在这样的太阳风暴面前，世界变得比历史上任何时期都脆弱。
　　一次大型的太阳爆发将有可能损害全球的卫星系统，从而连带造成计算机系统、航空、导航和电话系统的毁灭。如果太阳风暴足够剧烈，它甚至可以造成持续数周甚至数月的大规模停电。
　　太阳耀斑首次发出的爆炸在数分钟左右就能波及地球，紧接着第二波“袭击”就会跟随而来，除此之外，还有一些具有较大潜在危险的能量波，它们通常会用三天的时间“抵达”地球。这就意味着政府和个人必须利用这时间去落实应急计划，包括关掉卫星、关掉电力网、确保飞机在低纬度飞行等等。总之，全世界都应该行动起来，做好准备去应对此次灾难。
　　6.4 太阳风
　　太阳风仅仅是一种形象的说法，此风非彼风，它和我们地球上空气流动形成的风，在本质上完全不同，太阳风不是由气体的分子组成，而是由比原子还小一个层次的基本粒子——质子和电子等组成，但它们流动时所产生的效应与空气流动十分相似，所以称它为太阳风。这种带电粒子流在宇宙中称为“恒星风”（基本上每颗恒星都会发生）。
　　这种带电粒子流和太阳的日冕成分完全相同，73%的是氢，25%的是氦，还有其他一些痕量杂质。按照类型又分为两种，一种总是存在，不间断的向外喷发，速度慢，微粒含量也不大。这种太阳风到达地球的时候，速度一般在每秒钟450公里左右，每立方厘米质子数不超过10个，对地球的影响不是很大。
　　另一种则是形成风暴的太阳风，即在太阳活跃时期喷射出的粒子流。这种太阳风暴往往与耀斑有关，还有时伴有高能荷电粒子的大量增加，其射流速度一般可以达到每秒钟1000-2000公里，每立方厘米可含质子几十个，足以对地球产生比较明显的干扰。
　　在太空（主要是稀薄的氢和氦）中，太阳风就像是太阳吹出的一个“大泡泡”。在这个大泡泡的边缘就是太阳系的外边界。这个边界距离太阳到底多远还没有精确的结果，可能根据太阳风的强弱和当地星际媒质的密度而变化。一般认为它远远超过了冥王星的轨道。
　　太阳风的密度是非常稀薄而微不足道的，但它刮起来的猛烈程度却远远胜过地球上的风。在地球上，12级台风的风速是每秒33米以上，而太阳风的风速是地球风速的上万倍，最猛烈时可达每秒80万米以上。
　　我们所担心的地球末日也往往和这种猛烈的太阳风暴有关。
　　现代科技社会，人类依赖的各种电子仪器越来越多，太阳风所引起的磁暴也就变得越来越事关重大了——太阳一打“喷嚏”，地球往往会发“高烧”。这是因为太阳风所含的微粒主要为氢粒子和氦粒子，会对地球磁场产生扰动，比方说，太阳风会造成人造地球卫星短路，因而对全球的卫星通信造成障碍，甚至使通讯中断。而对于飞机的飞机和人造卫星而言，会带来灾难性后果——飞机失去了地面导航，犹如瞎了眼睛一般；而卫星失去了地面通信，则可能迷失方向，甚至于脱离地球轨道。
　　2008年12月，美国宇航局发现地球外围的磁气圈被戳了个大洞，比地球宽四倍而且还在扩大中。外层空间射向地球的各种有害粒子将会更直接的冲击到自然万物和人类社会。
　　2011年3月，太阳表面连续发生了9次中等级别的耀斑，并伴随有太阳风暴事件。
　　值得庆幸的是，太阳风暴不是每次都直扑地球，只有那些发生在太阳表面中心的爆炸才会掀起一股风暴奔向地球。抵达地球时，大部分会被地球磁场推开，残余的会进入大气层引起极光和磁暴。这是因为地球有着自己的救命保护伞——地球磁场。
　　或许有人就此觉得高枕无忧，认为太阳风暴没啥可担心的，我们地球有磁场，完全挡得住。
　　如果这样认为，那你就错了，地球是有一个绵延至太空中数万公里的磁场，但这道屏障并非没有破绽。早在1961年，英国的邓恩盖博士就预测，当太阳风所包含的磁场朝向在局部上与地球磁场朝向相反时，两个磁场的“磁重联”过程会导致地球磁场保护屏障产生缝隙，使太阳风的带电粒子得以乘虚而入。其后，科学观测证实了缝隙的存在，在距地球表面约6万公里的磁场边界上，缝隙面积可能达到地球面积的两倍，但地球磁场的这种缝隙是时开时合，还是会长时间保持洞开，科学家们一直搞不清楚。
　　太阳风的发现是20世纪空间探测的重要发现之一。经过近40年的研究，对太阳风的物理性质有了基本了解，但是至今人们仍然不清楚太阳风是怎样起源和怎样加速的。太阳风是怎样得到等离子体的供应，以及能量如何供应的问题是空间物理学领域中，经过长期研究却依然悬而未决的一大课题。
　　6.5 太阳末路
　　恒星有着自己的生命史，它们从诞生、成长到衰老，最终都将会走向死亡，我们的太阳作为恒星家族中的一员，自然也不能例外。
　　恒星的生命就在于它的燃烧，不能维持燃烧的恒星就属于死亡的恒星。
　　褐矮星燃料不足，甚至没有能力点燃自己，只好飘飘荡荡在宇宙中；
　　红矮星能够点燃自己，燃料却不是很多，所以它减缓燃烧速度以便多维持一段生命；
　　黄矮星的燃料算是充足的，但也总有耗尽的一天，在那遥远的将来终将死亡；
　　不同的是，太阳之死和那些比太阳大上8倍的“富裕”恒星相比，走的是一条完全不同的、默默前行的道路。
　　让恒星死亡的凶手是引力，甚至可以说，恒星的一生都在为了活下去而和引力进行着长期战争。
　　引力，宇宙间无处不在，质量大的恒星引力越大，吸引了更多的物质聚拢向自己，物质增多，引力就越大，大的把物质都往核心压缩，此时，如果没有一个向外膨胀的力来抗衡引力，最终，引力就会造成所有物质坍缩到中心点，带来灾难性后果。
　　这个向外膨胀的力是恒星制造出来的终极武器，它叫做“核武器（氢核聚变）”。
　　恒星依靠这个核武器（还是引力创造出来的）在体内不断引爆一枚枚超大核弹，用核爆的冲击力去抗衡引力，使自己尽量保持比较长的稳定时间不至于坍塌崩溃。
　　恒星级武器的原料是氢元素，它是宇宙中最简单、最多的化学元素，还是大爆炸时就被制造出来充斥天地的物质。
　　让我们来看看恒星内部引力和膨胀力的战争状况：恒星内部的极端温度使氢原子只剩下核（一个质子），而且原子核的运动速度也是如此之高，以至于它们相互碰撞时就能够粘合在一起，而不是像皮球那样弹开，四个质子聚合（质子链或者碳循环）成一个氦核。所以氦是宇宙中第二多的元素，但氦核的质量小于形成的四个质子质量之和，这个质量差是千分之七，就这么一丁点儿的质量损失却化成了巨大能量（这要感谢爱因斯坦的质能方程，它揭示了如此强大的能量来源）。这种巨大能量就是恒星拿来对抗引力的核武器，它也确确实实的就是核武器，只不过，核武器的数量非常多，无数核弹一起爆炸的膨胀力足以暂时挡住引力的收缩，但是引力越使劲收缩就越产生多的核弹，直到双方达到平衡，僵持在战线两边，等候氢燃料烧完的那一天。
　　一旦氢燃料烧光，引力就占据上风，迫使恒星在自身重力下坍缩。而恒星的燃料备用军——外壳尚未动用过的氢——也开始投入战场熊熊燃烧。与此同时，恒星内核也在努力寻找新生力量来抗衡引力大军，当温度升高到一亿度，恒星发现可以点燃自己内部那堆积如山的氦核，这些都是氢核聚变出来的原料——每三个氦核聚变成一个碳核——碳核再捕获另外的氦核而形成氧核。这些一个接一个的新反应同样释放出巨大能量来抗衡引力，但它与缓慢的氢聚变完全不同，新的核反应如同闪电一样迅速的突然起爆（物理名词叫做氦闪耀），如果质量足够，这些闪电爆啊爆的后果就是一次彻底毁灭——超新星大爆炸，恒星不活了，引力这个敌人也给炸飞了。
　　但是我们的太阳质量还不够（8倍太阳质量才够），它不能这么辉煌灿烂的和对手同归于尽，而是选择了一条悄无声息的默默死亡道路。
　　黄矮星到了晚年，点燃氦聚变后依然保持了暂时的平稳期，质量不够也不会出现氦闪耀，库存的氦原料只能逐渐消耗、转化，但是氦和更重原子核聚变产能的潜力已经很小了，所以太阳最外壳越来越向宇宙太空扩散。以致恒星膨胀得极大，甚至可以让体积增大十亿倍。此时的太阳就变成了一颗红巨星，包括其他的黄矮星也是如此（至于褐矮星和红矮星，目前还没有观测到燃料耗尽的实例，所以这些长寿的小家伙如何去“正常死亡”，我们还不知道）。
　　红巨星，“红”是因为它的外壳离中心越来越远，温度随之降低，发光也就越来越偏红；“巨”则是突出它的体积巨大，膨胀到如此之大的体积，在宇宙中让它极为显眼。
　　我们肉眼看到的最亮的星星中，许多都是红巨星，它也正是我们下面一节的主角。而进入风烛残年的太阳，它的最终结局也将很快来到，让我们来看看它为什么选择了默默死亡的道路，而不是用辉煌灿烂的超新星爆发作为葬礼。
　　7、红巨星，你爆还是不爆？
　　我们的太阳与其他恒星相比，无论质量、温度还是光度来说，都是一颗相当典型的主序星。经过漫长的青壮年时期后，点燃氦聚变膨胀成一颗红巨星，之后，再按照质量的多少一步步走向不同的归宿。
　　但是主序星不仅仅只有红矮星和黄矮星，那么，一开始诞生时就吸收了更多物质的“富裕”大恒星是否也是如此？
　　高能物理学证明，恒星的质量越大，稳定的时间就越短（核反应速度和规模都成倍增加，消耗氢燃料的速度更快），所以，那些比太阳质量大很多的富裕恒星，尽管一出生就聚拢了更多物质，但是从本质上是和太阳一样的燃烧方式，只是青壮年时间成倍缩短，迅速的烧完燃料膨胀成老年红巨星，比如蓝巨星、蓝超巨星这些高光度大质量的年轻蓝色恒星。
　　巨星是相对于矮星的一个概念，它按照恒星的体积来分类，其中包括蓝巨星、红巨星、红超巨星、蓝超巨星以及宇宙中最大的特超巨星。
　　与之容易混淆的是按照恒星光度来分类的概念，比如按光度从低到高可以将恒星分为：M型红星、K型橙红星、G型黄星、F型黄白星、A型白星、B型蓝白星、O型蓝星。
　　可以看出，发蓝光的恒星最亮最年轻，发红光的都是风烛残年的老恒星，至于褐矮星跟黑矮星它就根本不怎么发光，甚至黑矮星还是理论上才存在的恒星“尸骨”——恒星烧完后冷却下来的冰疙瘩。
　　把这两种分类综合起来，我们可以简单的打个比方来形容恒星的不同等级：
　　最低端的是没户口的不合格产品——褐矮星，不怎么发光，也不会燃烧，数量极多；
　　基层老百姓是小质量的红矮星，省吃俭用的发着红光，苦度岁月，在恒星中的数量最多；
　　中层领导是太阳这样的黄矮星，燃料足，个头大，占据恒星数量中百分之十的份额；
　　爆发户则是蓝巨星和蓝超巨星，天生的又大又亮，却是个败家子，很快就烧光燃料成为红巨星，在恒星中所占的比例很低；
　　红巨星算是家道中落的地主，个头大却不怎么亮，象是稀软的纸老虎，随时都会爆炸，就算逃过爆炸这一劫，也会随着燃料耗尽而熄灭。
　　天文学上还有白矮星、中子星和黑矮星，这类恒星是另外一种特殊存在，它们不属于主序星，在恒星家族中算是死亡恒星的“遗骸”。
　　图：大犬座VY（红超巨星）示意图，我们的太阳在旁边是看不见的
　　位于大犬座的VY恒星，便是一颗红巨星，它是迄今为止发现的宇宙中最大星体，太阳与其相比，是看不见的一个小点。
　　这颗红巨星即将爆炸为超新星，具体时间可能是一年，也可能是数万年、数十万年，我们的科技还无法准确预测出来。但是它距离我们有5000光年之遥，就算突然爆炸也不会毁灭太阳系。
　　这么看起来，红巨星是恒星演化过程中一个重要的必经阶段，没有能够跳过这个演化阶段的恒星（目前的确是这样，不合格的褐矮星不算，而红矮星太长寿，还无法知道是不是这样）。
　　区分红巨星的基本标准就是看恒星内部有没有点燃氦聚变，这是一个分水岭。因为氦的聚变反应不稳定，持续时间也短的多，使恒星体积不断膨胀、降温，可是氦元素的数量也有一个极限，当氦燃料用尽后，红巨星又将去往何方？
　　核物理学告诉我们，红巨星到了后期，生命之旅将会分成两条岔路，其中起着关键作用的就是恒星的质量，它决定了红巨星是“爆”还是“不爆”的问题。
　　这两条岔路都是因为坍缩而致，所以，我们先来明确一下天文学上的“坍缩”含义。
　　坍缩，是一种强大的引力收缩。
　　理论上，一颗恒星耗尽所有可用燃料后，其内部温度将会降低，这样一来，引力占据上风成为主导因素，它使恒星所有物质都向内核中心收缩，强大的压力会挤碎物质的原子结构——这种能把原子都挤碎的收缩，天文学上称之为坍缩。
　　说起来简单，理解起来也有少少麻烦，比如一个易拉罐，我们把它砸烂揉扁，力气大的能够捏成一小团，但是要想把它捏到针尖大小就无能为力了，可是坍缩理论告诉我们，就算是100个易拉罐，也能非常轻松的挤成针尖大小，这怎么回事呢？
　　我们回到微观世界来看看是怎么回事。原来，构成物质的原子内部竟然是空荡荡的，内部空间“辽阔”无比，假如原子是一座大城市，原子核就是其中一栋小民房，周围除了电子跑来跑去之外，城市中荒凉无比，再没有其他东西，显得极为空旷。比如最简单的氢原子内，原子核半径只有十万亿分之一厘米，而整个原子的半径却达到一亿分之一厘米，也就是说，在原子里面，相当于十万倍个原子核大小的空间是空无一物的。这还仅是一个原子所拥有的闲置空间，想想恒星中有多少个原子？这无数原子都把空间挤出来的话，将会是多大！
　　不过，要想把原子挤碎，需要的“力度”也是不可思议的巨大，幸亏恒星它本身就是天上的核电站，它有这么大力气来完成这项工作。
　　恒星还没发展到红巨星阶段时，强大压力被燃烧的爆炸力所抵抗，而到了红巨星阶段后，燃料不足且不稳定，它核心中的原子根本抵抗不了多久，很快就会被挤碎，一个个裸露的原子核不得不紧紧挨在一起，中间的空隙越来越少，密度越来越大，这就是坍缩。
　　疑问产生了，既然这是一种核力的释放，我们知道核力是宇宙间最强的作用力，可以媲美核聚变的威力，它也会释放出极大能量，这是不是可以阻止恒星核心的继续收缩呢？
　　完全正确！
　　如果红巨星的本身质量不够，它坍缩到一定程度后，引力失去绝对优势，就不能再进一步坍缩，这颗恒星将成为一颗“白矮星”；如果接下来的质量还是足够大，它的坍缩力度会一举击溃这种核力，继续收缩成一颗中子星，甚至黑洞！
　　白矮星、中子星甚至黑洞？这些又是什么？还是恒星演化的阶段吗？
　　是的，我们可以肯定的说，这些就是恒星的最终结局。
　　我们先来看看白矮星，它最先被发现时大多呈现白色，个头较小，因而得名。对于中低质量恒星来说，亿万年的演化走到这一步，算是走到了尽头不再有什么变化，可它是怎么来的呢？
　　对于我们的太阳来说，它将在60亿年后烧尽氢燃料，首先膨胀成一颗红巨星，其巨大的气体外壳会“淹没”水星、金星和地球，但由于密度非常低，几近真空，所以并不影响这些行星的运动，而只是用高温毁灭所有生命，把地球烤成一片焦土。与此同时，它的质量不够大，核心温度无法持续升高，聚变出来的碳、氧只好堆积在核心，越来越多的紧紧结合在一起，密度增大到每立方厘米10吨左右，此时，在太阳内部，就是一颗被外层气体裹住的白矮星。
　　太阳濒临死亡时，碳氧核心不发光不发热，致使整个星球逐渐冷却黯淡下去，外壳那些膨胀到了极限的稀薄气体随之慢慢散开到宇宙空间，形成一圈色彩缤纷的行星状星云，而这一圈美丽“墓碑”的中心，就是白矮星那时隐时现的苍白面孔，这就是太阳的结局。
　　再经过数千亿年（没看错，是数千亿年，甚至有可能上万亿年）之后，死亡的太阳连行星状星云这个美丽的“墓碑”也保不住而彻底消散掉，内部的残余白矮星冷却成一个实心疙瘩——黑矮星，从此孤零零的永存世间（目前的宇宙年龄还不足以使任何白矮星演化到这一阶段，所以黑矮星从未被找到过）。
　　这就是太阳的终点，也是中低质量恒星的结局。
　　（有新理论认为，太阳变成红巨星后，木星将会夺取大量物质点燃自己成为新恒星，太阳系变成了木星系，残余的太阳白矮星成为木星的一颗伴星，等待新木星烧完后东山再起。）
　　图：半人马座南部的一颗白矮星，离我们约6500光年，1995年拍摄。
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