（一）我的年齡?“籍貫”?“身高”和“體重”
我就是“太陽”,現在已有50多億歲了?在我們這個恒星世界中,年齡比我大的多得是,我在它們中間只能算是“星到中年”?由上千億顆各類恒星組成的銀河系,已有100億到200億歲了?在銀河系之外的河外星系中,還有比這更古老的星系?說起銀河系,它可是哺育我生長的搖籃?從銀河系之外的地方看過去,組成銀河系的上千億顆恒星排列成一個扁圓形的球狀體?但是,我并不位于銀河系的中心,而是位于偏離中心的地方(離邊緣約2.3萬光年,離中心約2.7萬光年)?這有點使持“太陽中心論”的人們感到失望?而且,我在銀河系里也不是總呆在一個地方,而是以300千米每秒的速度環繞銀河系的中心部分轉動,但轉一周卻需要長達 2億年的時間?所以,我們這些“恒星”并不是“永恒”地呆著不動,叫我們“恒星”有點名不副實?
你們也許會問,天上的眾多恒星為什么看上去總是呆著不動的呢?這是因為它們離我太遙遠了,離地球上的人類就更遙遠了?我們可以換個角度來看問題,假如在銀河系中心有人在觀測太陽的運動,那他們會看到什么呢?雖然我以約300千米每秒的驚人速度繞銀河系中心轉動,可是繞一周需要2億年的時間?“繞一周”就是轉過360度,因此,每轉過一度就得花 55萬年,即使轉過一[角]秒((1度=3600[角]秒),也得花上150多年,夠你們人類兩三代人去觀測的?而事實上,人們是觀察不到我的轉動的?所以,在人類認識的時間尺度上,叫我們“恒星”可以說是很順理成章的?
我的半徑約70萬千米,是地球半徑的109倍?我的“體重”(質量)有200億億億(即2×1027)噸,是地球的33萬倍?然而,我這個“大胖子”卻是個虛身子,平均密度只有 1.4克每立方厘米,只及地球密度(5.5克每立方厘米)的1/4?造成這種“虛胖癥”是因為我是一個氣體球團,在我的大氣中,按質量計算,氫占71%,氦約占27%,其他元素只占2%。就我們恒星而言,從“懷胎”到“分娩”還要經歷幾十萬年的時間 ?
（二）我的前半生
人的一生要經歷從十月懷胎?出生?成長到死亡的過程,那么,我們恒星是否也有類似這樣的生命周期呢?是的,不但有而且還很相似?先來談談我的誕生?
我的胎兒期是在茫茫太空的嚴寒中度過的,那里的氣溫冷到-270℃左右,只有非常稀薄的氣體或塵埃?由于分子熱運動的不均勻性,少數地方的氣體分子較密集,而多數地方幾乎沒有分子?天長日久,太空中就出現了一些抱成團的分子團塊,進一步形成了空間的分子云?在萬有引力的作用下,分子云中的氣態物質逐漸向云的中心聚集,形成小的星核或星胎,這樣,我就算成胎了?不過,我從成胎到出世所需的時間可遠不止10個月或10年,而是要經歷幾十萬年的漫長的歲月?對你們人類來說,十月懷胎之后就是一朝分娩,然而就我們恒星而言,從“懷胎”到“分娩”還要經歷幾十萬年的時間?因為星胎形成之后還得繼續吸引星際物質來不斷充實自己,當它足夠“壯實”后,就發育成“原始恒星”,簡稱“原恒星”?
原恒星已經是有模有樣的一個星球團了,可是這個星球模樣看上去還是比較模糊的?這是由兩個原因造成的:一是原恒星外仍有一層由氣體與塵埃組成的外殼包裹著,使人們難識其“廬山真面目”;二是原恒星發出的光線很弱,觀測它時就像在明亮處看昏暗燈光下的東西一樣,當然是模糊不清的?處在原恒星時期的我,“體溫”還很低,只是此時的我,本身的吸引力已很強,不斷地把外界的物質吸引到我的表面?當這些物質降落到我的身上時,它們釋放的引力勢能轉變為光和熱,使我的“體溫”不斷升高?常言道:“聚沙成塔”?終于有一天,我的溫度達到熱核反應的點火溫度,于是,在我的體內就發生了像氫彈爆炸那樣的熱核聚變反應?這樣,我作為恒星的生命之火就被正式點燃了?這時,我才真正成為一顆恒星了,我的一生中充滿活力的青年時代就這樣開始了?天體物理學把我體內不斷發生熱核聚變反應而發光的階段稱為“主序星”階段?這個階段很長,要占到恒星生命期的80%左右,我的青年?中年時期都是在這個階段度過的?發育成長起來的我,是一個光芒四射?非常耀眼的大光球?
實際上,使我發出如此強烈的光(注意:任何人都不能用肉眼對著我看,否則眼睛就有可能被灼傷)的物質只是我表面一層薄薄的大氣,它的厚度只有30千米至500千米(對于人類來說,這當然是非常厚的了)?可是,這層大氣的溫度卻高達6000℃以上,這么高的溫度會使大氣里所有的分子?原子都被激發而發光?我有一張圓圓的臉,它看上去是那樣璀璨晶瑩,但實際上卻并非潔白無瑕?你們通過太陽望遠鏡(注意:千萬不能用普通的望遠鏡直接對著我看,否則眼睛會瞎掉的)仔細瞧的話,就會看到太陽光球上有所謂的“米粒組織”?
說是“米粒”,可是這些“米粒”的平均直徑大約有 1100千米?這些實際上黑子是光球局部區域里掀起的巨大漩渦,這種漩渦的溫度較周圍光球表面的溫度低一些,在一個很亮的背景上,它們就顯得很“黑”了?“米粒”是短命的,它們存在的時間只有幾分鐘?這令我感到慶幸,因為要是它們的壽命長一些的話,我的臉就成一張大麻臉了?在我的光球上,有時還會出現“黑子”?黑子的直徑可比“米粒”大多了,最大的黑子的直徑可達到幾十萬千米,比地球的直徑大多了?黑子的壽命也不長,從幾天到幾周不等?
你們或許會提出這樣的問題:“黑子真的是黑的嗎?”不,實際上黑子是光球局部區域里掀起的巨大漩渦,這種漩渦的溫度較周圍光球表面的溫度低一些,在一個很亮的背景上,它們就顯得很“黑”了?黑子常常成群結隊形成黑子群?研究發現,黑子的活動是有規律的?從聚集到消失的周期大約是11年,這就是天文學家所說的太陽活動周期?太陽黑子與人類居住的地球的關系是十分密切的,黑子出現時,地磁場會發生強烈的擾動,從而干擾無線電通訊;地球上的氣候也受到黑子活動的影響發生異常變化,甚至地震高發的周期也是11年?由于太陽黑子的活動與地球上自然現象的變化密切相關,所以,人類非常重視對太陽黑子的活動規律的研究,以期采取相應措施趨利避害?在我的光球外面還有一個色球圈,它是因呈紅色而得名的?但是你們在平時無法看到它,因為色球圈大氣比光球上的大氣稀薄,可以說是完全透明的?但是,只有在日全食發生時,我的光球表面被月亮遮住了,色球圈才露出它美麗的面容,好像一朵艷麗的大麗花?色球圈上有時會有日洱冒出來,它像火焰一樣直往上竄,可以高出色球圈面幾十萬千米?有時色球圈上會爆發光亮的耀斑,它與光球上的黑子幾乎是黑子多的時候,耀斑出現的機會也多?一亮一暗的一對?就是說,黑子多的時候,耀斑出現的機會也多?耀斑爆發時釋放出的能量十分巨大,相當于10～100萬次強烈的火山爆發的總能量,或相當于上百億顆百萬噸級的氫彈同時爆炸所發出的能量?色球圈的最外層發出青白色的微弱的光芒,由于它是大氣層最外的一層,像戴在我頭最初有人基于對自己身邊的事物的觀察,提出了“燃燒說”,還有人提出了“流星說”?上的桂冠,所以叫做“日冕”?日冕的形狀隨黑子的周期性變化而變化?在黑子極盛時期,日冕呈圓形,日輪外圍有花瓣似的光芒,使被食的太陽看上去像一朵盛開的鮮花?
（三）我的發光發熱之謎
上面介紹的我外表上的那些豐富多彩的活動,可不是有了人類以后才出現的,而是已經存在幾十億年了?那么會有人問,為什么我能發光發熱達幾十億年而久盛不衰呢?這個問題確實讓愛思考問題的人類動了不少腦筋?最初有人基于對自己身邊的事物的觀察,提出了“燃燒說”,認為我像一只燃燒著的大火爐,通過燃燒內部的煤而發出光和熱?然而,根據測量,我的表面的溫度高達6000℃,而用碳和氧的化學反應C+O2→CO2是很難達到這樣的溫度的?
同時,按照這種假設進行計算,縱使我的渾身上下都是煤,那也只能燃燒2000年左右,因為我的發光發熱的功率是非常大的?這顯然不符合已知的事實?還有人提出了“流星說”,他們認為我的周圍有稠密的流星,它們以可觀的宇宙速度撞擊我,這樣,流星的動能便轉變為我的熱能?若果真如此的話,要維持我能發出那樣巨大的能量,墜落在我上面的流星應該是很多的,那樣的話,我的質量在近2000年內就應該有顯著的增加,這將會影響九大行星的運動?但是,從九大行星的運動情況來看,并沒有什么顯著的變化?況且,按照牛頓的萬有引力定律,流星不會漂浮在太陽的上空,也不會大量落在我的上面,它們是以閉合的軌道繞太陽運行的?因此,“流星說”也不符合事實?
他在1854年提出了太陽的“收縮說”,認為像我那樣發出輻射的氣團必定會因冷卻而收縮?當氣團分子在收縮中向我的中心墜落時,按照物理學原理,它們在下落過程中不斷將引力勢能轉化為光能和熱能,并引起溫度上升,以維持我所發出的熱量?這樣計算的結果顯示,我的壽命最多也不會超過5000萬年,與我已有的50多億年的年齡相差很遠?
進入20世紀,原子核科學有了很大的發展?于是,有人想到用原子核裂變時會大量釋放能量的事實,來解釋我的能量來源?這樣計算的結果,雖然可以使我的維持時間提高到“數以億年計”,但仍無法解釋我50多億年來的發光發熱之謎?況且,我的體內并沒有那么多像鈾(U)那樣的重元素,而更多的是輕元素?
1938年,美籍德國物理學家貝特和德國天文學家魏扎克才比較科學地初步解釋了我的發光發熱之謎:他們提出,在我的身上可能發生的氫原子核聚變為氦原子核的聚變反應,是我輻射能量的重要依據?其中,貝特因提出熱核聚變反應理論,還獲得了1967年度的諾貝爾物理學獎?按照貝特的理論,發生熱核反應的點火溫度,要在熱力學溫度1000萬度以上,還要有上千億個大氣壓的壓強,以便把氫原子核緊緊地壓在一起,使它們聚合的機會足夠多?而在我的身上,這兩個條件都具備了:在我的內部存在著熱力學溫度達1500萬度的高溫,也存在著幾千億個的大氣壓的極高壓強?加上我渾身上下都是氫,這是進行熱核反應的最基本的原料?于是,熱核反應就得以持久不斷地在我的體內進行?由于我的質量足夠大,即使反應進行了50億年,那也只消耗掉我質量的 1/20。
（四）我的后半生
由于熱核反應在我的體內持續不斷地發生著,我因而也就能幾十億年如一日地不停地發光發熱?然而,等我活過100億歲之后,我體內的氫就消耗得差不多了?由于這些氫都聚變為氦,于是我體內又產生了另一種熱核反應— 氦聚變為碳?氦聚變為碳的反應要比氫聚變為氦的條件苛刻得多,但在我的內部,這樣的反應還是能夠完成的?在此之后,凡是質量小于太陽質量 1.44倍的晚期恒星,經新星爆發后都變成了白矮星?又會發生一系列新的熱核反應,只不過聚變成的元素越來越重,這標志著我開始走向暮年期?暮年期的我,體內的核燃料已基本耗盡,成了一個空殼子?在巨大引力的作用下,我將發生坍塌?在坍塌發生過程中,我的內部將被壓縮成一個非常緊密的內核,同時釋放出巨大的能量,這能量將把我衰老的外殼“甩掉”?這時的我又突然變亮,在爆炸中形成一顆新星或超新星?請你們注意,所謂的“新星”其實并不是一顆“新誕生的星”,恰恰相反,它是一顆垂死的老年恒星的回光返照?新星爆發的威力是非常巨大的,它會將我的外殼氣體以每秒幾千千米的速度拋向四面八方?此外,我還會發出強烈的無線電波?X射線和Y射線?經過新星爆發后的我,將變成“白矮星”?在白矮星里,巨大的引力把原子都擠碎了,于是原子中的電子彼此緊緊地挨在一起?這時,它的物質密度大大提高?白矮星的物質密度可以達到1萬千克每立方厘米,是水的密度的1000萬倍?
那么,其他的恒星的結局會怎樣呢?質量在太陽的1.44倍到 2倍之間的晚期恒星,經超新星爆發后將變成中子星?由于它們原先的質量較大,因而體內的引力更強?在那里,強大的引力不僅將原子統統擠垮,而且也將原子核全部擠垮,結果原子核中的中子彼此擠在一起,形成了超密物質?1立方厘米的中子星物質竟有100億噸！這真是不可思議?如果晚期恒星的質量超過太陽質量的2倍,那么它經過超新星爆發后就會坍塌成稱為“黑洞”的物質?黑洞可是一個吞噬一切的無底洞,外界的物質和輻射可以進人它的視野之內,但視野內的一切都休想從它那里跑出來?因為連光線都會被它“吃”進去而逃不出來?無論是白矮星?中子星還是黑洞,它們都是我們恒星的“墓碑”?這時,我們恒星才算走完了自己的一生?
（五）我的神奇
我的力量幾乎是無窮盡的,而且地球上所以有風,歸根到底還是因為我的作用?眾所周知,空氣的流動形成了風?地球表面受到我的照射,因受熱情況不同,溫度差異很大,這種溫度的差異進而產生了大氣壓差?有了大氣壓差,空氣就得以流動?而且,壓差越大,空氣流動就越快,風也就越大?實際上,地球上的其他能源,如煤炭?薪柴?石油等等,也都直接或間接地從我的身上獲得能量?那么,我照射到地球上的光和熱相當于多少的能量呢?據科學家計算,我輻射出的能量其功率有3800萬億億(即3. 8×1023)千瓦,你們居住的地球只接受了其中的二十億分之一,就使得大氣溫暖,風生云涌,電閃雷鳴,江河奔流,萬物生長?
前面已經說過,我像現在這樣發光發熱已經有 50多億年的歷史了?在我的表面,溫度有6000多度,中心溫度高達 1500萬度?如果分析一下我發射的光譜,你們不難發現,氫和氦占了我整個質量的98%,剩下的質量中包含著六七十種其他元素?這也證實,我的能量的主要來源,是氫原子核之間的聚變反應?我的內部不斷進行著熱核聚變反應,并以輻射能的形式向宇宙空間放射出巨大的能量?在這些能量中,雖然僅有二十億分之一到達地球大氣層,可一年中也有1.5 X 1018千瓦時,約為全世界年消耗能量的3萬倍?這其中有30%被大氣層反射回去,23%被大氣層所吸收,有47%到達地球的表面?
我提供的是無任何污染的能源,比你們地球上現在開發的燃煤?燃油?核裂變發電,要干凈得多?由于我內部的溫度條件對氫原子核來說還不算太高,所以氫原子核聚變反應相對來說還是比較緩慢的?我的質量要在經過許多億年以后才會有顯著的減少?目前,我正當壯年,還可以安安穩穩地度過好幾十億年哩!如果人類真正利用自己所掌握的科技手段 ,制造出小太陽—受控核聚變電站,那無疑是人類的福音 ?
“種太陽”當然是一種美好的愿望?但如果人類真正利用自己所掌握的科技手段,制造出小太陽—受控核聚變電站,那無疑是人類的福音?因為這將使人類目前面臨的能源危機和環境污染等問題得到根本的解決?
