世界殿堂建在核废墟上

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1、世界殿堂建在核废墟上《大自然探索》2003/12003-03-06傅承启你相信吗？世界的殿堂竟然建筑在核反应的“废墟”上。无论是高山流水，还是森林大海，无论是恒星和星系，还是太阳与地球，都是核反应的产物。从根本意义上讲，甚至你、我和其他所有生命也都是核反应的产物。当然，你无需担心——因为这种“废墟”绝大多数都是没有放射性的，相反，正是它们造就了我们的生命和整个灿烂的物质世界。为什么这样说呢?一切得从恒星的诞生谈起。从云到星蓝蓝的天上白云飘。其实，恒星之间到处“漂浮”着规模比白云大得多的“云”，它们由各种原子、分子和尘埃组成，称为“星际云”

2、。其中的星际分子常常集结成团，构成了“分子云”。分子云通常都很大，直径一般可达上百光年，却又非常稀薄，比实验室内的真空还要稀薄得多，但是由于体积庞大，所以包含的物质还是很多，其质量总和可以达到太阳质量的几十万倍到上千万倍。分子云非常寒冷，温度通常只有10～20K(开，绝对温标的计量单位，与摄氏温标相差273.15K，即摄氏零度(冰点)等于273.15K，或者绝对零度等于-273.15度。天文学上的温度都是指绝对温度)。所以，分子云是一种既大又冷、在光学波段上看不见的天体，只能在红外或射电波段上看到它们，然而，它们却是光辉灿烂的恒星的孕育地

3、。分子云内部很不均匀，有的地方浓密，有的地方稀薄。在浓密的地方，物质聚集得更多，引力也更大。在引力作用下，星际分子向分子云的浓密中心部分下落，分子云开始收缩。由于分子云很冷很稀，云内部热运动产生的压力很小，所以星际分子的下落就像自由落体一样，几乎毫无阻力。也许你见过流星：在地球的引力作用下，路过地球附近的太空碎片落入地球大气，与大气分子发生碰撞，其中一部分动能转化成热能并发光。星际分子在下落过程中也发生类似的情况，引力势能转变为动能，下落速度越来越快，并与其他分子、原子发生碰撞，使它们的动能转化为热能。起初，分子云的温度并不变化，因为它们

4、非常稀薄，热量几乎都散发到星际空间中去了。但是分子云各个部分的收缩，使得原来巨大的分子云开始碎裂，变成规模较小的分子云。这种碎裂过程会不断地进行下去，直至分子云碎成原恒星云的大小，才不再碎裂。由于此时原恒星云的密度已经很大，热量的散发受阻，所以云内部的温度开始增高。由于引力仍然大于内部的压力，所以原恒星云还会继续收缩。密度越来越高，热量的散发越来越困难，云内部的温度增加也越来越快。终于，云中心的温度达到这样的数值——内部分子热运动产生的斥力与引力达到平衡，这时云中心不再收缩，形成了一个云核。但是，云核外部的压力与引力并未达到平衡，物质还在

5、继续下落，这使云核表面的压强不断增加，结果会打破云核已经达到的平衡，使之再度收缩，温度继续增加。当云核温度达到2000K时，氢分子发生离解，即一个氢分子分解成两个氢原子。分子的离解要吸收大量热量，使得云核内部压力骤降，于是云核崩陷为体积更小、密度更大的内核，我们称之为“原恒星”。在原恒星阶段，能量来自于引力能。随着外层物质的继续下落，表面压强不断增大，原恒星继续收缩，中心温度继续增加。当温度达到700万K时，氢聚变为氦的核反应突然点燃，于是，一颗新的恒星诞生了。从此，恒星开始了它稳定而漫长的生涯，氢氦聚变能取代引力能成为恒星能量的来源，这

6、个阶段的恒星称为“主序星”。从分子云收缩到恒星诞生的时间，大约为100万年到上千万年，质量越大的恒星形成的时间越短。这是因为质量大意味着物质多、引力大，原来的加速度也大，物质的自由下落快，下落时间短，分子云很快就坍缩为一个原恒星。由于这个阶段相对于恒星的主序阶段来说十分短暂，所以我们把刚到达主序的恒星又称为“零龄主序星”，作为一颗恒星的起算年龄。这有点像婴儿的年龄从刚诞生起算那样，我们略去了婴儿在母体中孕育的时间。宇宙的“核熔炉”如果把天上的恒星标点在一张图上，图的横坐标是恒星的温度或颜色，纵坐标是它们的亮度或光度，就会发现绝大部分恒星都

7、处在从左上到右下的一条带上，这条带称为“主序”，处在主序上的恒星称为“主序星”，这张图我们称为“赫罗图”。它得名于两位天文学家赫茨普龙和罗素姓名的头一个字，他们在上世纪初首先使用了这张图。从主序的左上角到右下角，恒星的温度由高到低，质量由大到小，光度由亮到暗，颜色从蓝白到红色。太阳处在主序的中下部分，呈黄橙色。处在主序的恒星都依靠氢氦聚变反应释放的能量维持自己发光。因为这种反应非常缓慢，所以恒星的一生主要是在这个阶段度过的。氢氦聚变反应有很高的产能效率，每一次反应都会释放近27兆电子伏的能量，比其他核反应高得多。如煤的燃烧，一个碳原子和两

8、个氧原子生成二氧化碳的过程产生的热能，只有前者的600万分之一。太阳每秒钟发出近400亿亿亿焦耳的能量，假如太阳的能量全部来自氢氦聚变，那么它每秒钟需消耗掉6亿吨氢核；太阳一共具有2000亿亿