宇宙、地球和生命的进化:时间的1000个-第5部分
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在解耦前和解耦后，勒斯长度是不同的，由105秒差距（秒差距如同光年一样，是一种宇宙尺度）下降到30秒差距，此时的勒斯质量是l06个太阳质量。因此，如果一个区域所包含物质的总数大于l06个太阳质量，则扰动直到解耦前都是稳定的，解耦时才突然变为不稳定。解耦后，由于气体随同宇宙膨胀，密度连续减小。不久以后，与密度有关的增加的引力效应阻止了膨胀并引起压缩，半径达到极大值，像银河系这样的星系的半径约为40千秒差距，随后急剧减小。当区域坍缩时，密度迅速上升，变得比宇宙平均密度大很多，这与星系观测一致。质量大于106个太阳质量的区域的引力是不稳定的，这个情况预言：将形成l06个太阳质量以上的构造。
在原星系本身中必定有小扰动产生，若其尺度足够大，它将是不稳定结构，开始坍缩形成星系中的星团和单个的恒星，甚至当时原星系本身也正在塌陷。这种情况下的勒斯长度很难算，但它表明星系形成过程跟勒斯质量在102～106个太阳质量间的变化有关。因此，恒星的第一代必然比现在典型的恒星重得多。这个结论对恒星中重元素的合成是重要的，因为重恒星更容易产生重元素。
在这个阶段，宇宙的主要成分仍然是气体物质，它们慢慢一团一团地凝聚成密度较高的气体云，慢慢地再进一步形成各种恒星系统。这些恒星系统的演化又产生了碳、氧、硅、铁等元素。
但是要记住，今天的物理学是基于此时此地的宇宙的研究基础上发展出来的，我们不能保证它绝对适用于描述创世之初的宇宙。因为当时宇宙的温度和密度仍然非常大，而只有在较低温度和较低密度下，物质的行为才可以用当代物理学描述，所以我们目前仍然无法十分精确地描述当时的情形。
第18节：一、恒星（1）
第二章 宇宙演义
宇宙完成漫长的胎儿过程后，终于进入一个相对稳定的发展时期。这个时候，构成全部宇宙的基本微粒都已稳定存在，形成宇宙的基本物质也已确定下来。星系开始形成，早先的紧密炽热慢慢变成现在的空旷寒冷。我们熟悉的宇宙开始露出雏形。
一、恒星
每一个星系都有一颗恒星安居中央，就像我们的太阳一样，给整个星系提供热量和光线。恒星是构成宇宙的基本单位，是星系的核心。所以，了解宇宙演化必须先从了解恒星开始。
1．恒星序列
如果想知道恒星演化的过程，必须首先搞清楚什么是恒星序列。
如果我们用肉眼仔细观察天上的星星，就不难发现，闪烁的群星有不同的颜色，有的微带蓝色，有的则微微发红。星星的颜色跟它们各自表面的温度有关，随着温度的增加，颜色由红到橙，由橙到黄，由黄到蓝，所以科学家就用星星的颜色来确定它们的表面温度。
20世纪初，丹麦天文学家赫茨普龙和美国天文学家罗素发现，如果用恒星的亮度和它们的表面温度分别作为纵坐标和横坐标的话，表示各种不同恒星的点并不是凌乱分布的，而是有一定规律，这个规律就叫作恒星的序列性。在图上，沿左上方到右下方的对角线上分布最密集，所以把这个区域叫作主星序。这表明：温度高的亮度强，随着温度的降低，亮度也减弱。另外，在左下方也有一块比较密集的区域，这些星温度高，呈蓝白色，可是亮度却很弱，大概它们体积不大，因而表面积不大（因为亮度跟表面积大小有关）。这类星叫作白矮星，这个区域叫白矮星序。在主星序右侧还有一个比较密集的区域，这些星亮度大，温度却低，呈红色。一般来说，温度低的星应该不太亮，但是这些星却非常亮，由此推断它们的体积一定十分巨大，所以叫作红巨星，这一带就叫作红巨星序。在巨星序的上方还有超巨星序。这张图就叫作赫茨普龙…罗素图，简称赫罗图。
天文学家认为，恒星的这种序列性反映了它们演化的规律性，不同序列的恒星就处在不同的演化阶段。这样，天文学家虽然没有可能观察到某个恒星从形成到衰亡的全过程，却可以通过观察处在不同演化阶段的许多恒星来研究恒星的演化规律。
第19节：一、恒星（2）
2．第一阶段…星云凝聚
最早的宇宙充满了宇宙尘埃，这些尘埃互相吸引、碰撞、远离，渐渐形成了一团一团的云雾一样的形状。我们知道，在天空中看到的云，实际上是无数细小的水颗粒或者叫水珠构成的。这些宇宙尘埃也同样聚集在一起，形成了恒星和星系的原始状态，这就是星云。
就是在现今的宇宙中，也依然存在着古老的星云组织。这些星云组织呈一团团不规则云雾状，其中充满了各种各样的气体和尘埃。这些古老的星云，不知道因为什么原因没有形成星系，而是按原来的形态保存了下来，它们给科学家提供了研究恒星形成原因的最宝贵的资料。有很多这样的星云我们至今还能看到，如著名的马头星云。因为星云是离散的，所以它们都不发光，而且它们十分稀疏，有些甚至稀疏到我们的目光可以穿越它们。也许，当我们注视一颗遥远的恒星时，那颗恒星的星光已经穿过了无数古老原始的星云才到达我们这里。
星云由于分布不均匀而往往分裂成团块，并向中心凝聚，成为弥漫星云。
弥漫星云在逐步凝聚收缩过程中进一步分裂，变成体积和质量更小而密度却更高的小球状星云。
星云很庞大，半径起码有好几光年。它的外原物质自由地向中心坠落，坠落速度相当快，但也需几百万年的时间才能落到中心区。
星云的质量通常和恒星差不多，但是体积却比恒星大成千上万倍。在宇宙形成早期，由于星云团中颗粒间的万有引力作用、热运动造成的碰撞作用和分子结合力，这些星云物质开始凝聚，在这个凝聚过程中，星云体积收缩，并且逐渐变热。变热的原因来自热力学定律，气体收缩导致分子间距变小，分子势能转化为热能释放出来。由于收缩是由引力造成的，所以这个收缩阶段很快，大概只需要几百万年。随着快收缩过程的进行，星云内部的密度迅速增大，温度快速升高，气压也相应增强，随之发生一系列的反应，使外原物质下落的速度和星云的收缩速度减缓，即进入慢收缩阶段。
一般把处于慢收缩阶段的天体称为原恒星。慢收缩开始后，中心区受强烈压缩而升温并发出热辐射，直到最后中心温度升到约800万摄氏度到1000万摄氏度以上，由氢原子核聚变为氦原子核的热核反应提供足够的能量，使内部压力与引力处于相对平衡状态，一颗恒星就正式诞生了。
原恒星进一步形成恒星的收缩过程要持续几百万年到几千万年。
经过凝聚的星云就开始向恒星演化，当体积逐渐缩小时，亮度就开始增加。当能在赫罗图上看到这团星云物质时，我们就可以称它为恒星了。这时候它一般位于赫罗图的右下角，成为一颗主星序恒星。
第20节：一、恒星（3）
3．第二阶段…壮年恒星
星云团由于中心收缩而大大加热，当星云内部的温度达到1000万摄氏度时，就开始了一个新的转变。原来星云物质中大量的氢，由于万有引力互相靠近和压缩而形成了核聚变反应。这个核聚变反应就是氢弹爆炸的原理，每四个氢原子互相靠近和挤压，在形成一个氦原子核的同时释放出大量核聚变能。在地球上，人们要想实现核聚变，以氢弹为例，就需要使用巨大的外力迫使氢原子互相靠近。这个巨大的外力在地球上是不能自动产生的，所以人们就只能使用原子弹产生的巨大压力形成氢原子挤压，造成核聚变，这就是氢弹的原理。而在早期的星云中，由于体积十分巨大，仅仅依靠原子间相互的引力就可以满足核聚变的条件，所以恒星内部就有无数个巨大氢弹在爆炸，这些爆炸产生了巨大的能量，从而使恒星进入一个活跃的壮年时期。
进入壮年时期的恒星主要组成物质几乎全部是氢和氦。内部核聚变所产生的能量逐渐占主要地位，收缩就不再继续。这时它通过辐射、发光而失去的能量就靠内部的核反应来补充，所以一颗壮年恒星是非常稳定和活跃的，这一阶段的恒星就位于赫罗图上的主星序中。在恒星漫长的一生中，停留在主星序阶段的时间最长。
我们的太阳就是一颗典型的壮年恒星，它活跃的内部不断进行核聚变反应，无休止地向外界辐射热量和光，所以才有了我们地球上的阳光普照。
4．第三阶段…红巨星
无论恒星当中有多少氢，总会有烧完的那一天。当壮年恒星内部的核反应逐渐把氢消耗完，所有的氢都转化为氦时，维持恒星状态的反应就结束了。这时候，恒星中心的核反应不再提供维持恒星状态的能量，星体只能继续收缩。同上次收缩一样，这次收缩同样将星体内部继续加热。而与此同时，恒星表层的大量气体由于失去了核心的束缚而向外膨胀，表面温度降低，这时恒星将变得很奇怪，它将有一个巨大的体积，但是主要成分却全部是气体，而同时有一个更加致密的内核。这个内核的温度非常高，超过1亿摄氏度，密度超过每立方厘米100吨。在这个内核中，由于只有氦原子，所以开始进行一个新的核反应，由三个氦原子核转化为一个碳原子核，再度产生巨大的能量，这个能量使得内部压力增高，从而抵御了向内塌陷的力，使整个恒星再度稳定起来。
我们可以设想一下从外面看这一阶段的恒星的情形：暗蓝色的外围星云气体；巨大的网络状结构横亘在内部的红色尘埃中；显著的中心白点；灼热的中央白矮星。星云的这些显著结构详细表达了恒星临死时的活动： 在红巨星阶段；恒星的氧…碳内核已经不再发生热核反应；即使外壳对核的压力增大；内核也得不到充分的压缩而引起碳…氧继续聚变；但内核周围的氢层和氦层继续燃烧；并且向外扩展；这种情况下；引力与排斥力开始不稳定； 恒星便开始一鼓一缩地脉动； 红巨星稀薄的包层向外以星风的形式逃逸；形成同心圆结构； 随着红巨星大气的丧失；中心星由于极高的密度和温度产生类似爆发的高速星风； 将剩余的气体与尘埃抛出；形成不规则的块状结构和气泡结构。由于从远处看这个阶段的恒星体型巨大而且发红，所以又叫红巨星。
第21节：一、恒星（4）
一般一个红巨星可以存在10亿年左右。它们在赫罗图的右上角。一般来说，体积越大的恒星氢消耗得就越快，所以寿命也就越短，成为红巨星的过程就越快。
5．第四阶段…白矮星
经过了红巨星阶段后，恒星就进入了它的晚年。这一时期恒星的特点首先是不稳定。不稳定的状态首先表现为脉动，也就是它的大小和亮度开始发生周期性变化。当脉动幅度达到一定程度的时候，就会发生爆炸。爆炸抛射出来的物质在垂死的恒星周围形成一个庞大的气壳或者是气环，看起来就好像是星云一样，然而这个星云却非常明亮，和恒星的亮度一样。
这时候，红巨星内部的氦也烧完了，内核温度达到6亿摄氏度以上，此时，碳开始进行核反应，进一步转化为氧和镁等比碳重的元素。碳烧完的速度更快，大概只需要1万年。这时候内核的温度已经超过20亿摄氏度，然后氧被迫进行核反应转化为氖、硫等更重的元素。氧反应存在的时间更短，几乎只有一年左右。这些反应一个接一个地进行，每一种元素都转化成比它更重的元素，直到最后，温度达到40亿摄氏度的时候，终于全部转化为最稳定的元素铁。到了铁，剩余的核能在1000秒内用完，内核温度已经达到了60亿摄氏度。这时，内核已经不能通过核反应来获取内部压力以抵挡向内的塌陷了。
核反应消失以后，只有引力作用的内核不可阻挡地向内塌陷，体积越来越小，密度越来越大。它的半径最后缩到只有几百公里，而密度却比岩石高了几亿倍。现在的内核已经没有原子核了，所有的原子核都已经被挤
