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敢问星星你几岁?

2019-07-05

农村青少年科学探究 2019年4期
关键词:星团天文学家星星

直接当面询问女士的年龄是一件困难的事,即使得到了答案,也不一定正确。这时只能靠举止表现以及外貌来估计,虽说有点难度,但和估计星星的岁数比较起来,还只能算是小意思。因为宇宙的时间尺度远超过人类的想象,如果将整个宇宙史当成一年来看待,伟大的牛顿是在12月31日的最后一秒才出现。但天文学家可有“朝菌知晦朔,蟪蛄知春秋”的本领,可以合理地估算长达数百万甚至一百多亿的年岁。

赫罗图是星星一生变化的演示图(如图1),天文学家利用它分析星星的一生,也可以借此推算星星的年龄。只要有星星的颜色和光度(星星每秒发出的能量),就可以在赫罗图上找到对应的位置。

图1

星星的颜色代表了表面温度,天文学家根据颜色或表面温度,将星星分成九类,依照温度高低,依序以英文字母表示为O、B、A、F、G、K、M、L和T,O型星的温度最高,T型星的温度最低。天文学家将某个星团内的星星标示在赫罗图上,出乎意料之外,星星并不是随意地分布,大多数星星是分布在一条对角线的带状上,这些星星称作主序星,也就是身处壮年的星星。

另外有一些分布在颜色偏红却很亮的右上区域,称作红巨星或超红巨星。还有少数分布在高温却很暗的位置,称作白矮星。通过详细的研究,天文学家现在知道,星星诞生之后,便进入主序星的位置,经过漫长的岁月后,会移到红巨星的位置,最后到白矮星的位置。如果一开始的星星够大,则会经过超新星爆炸,变成中子星或黑洞。

赫罗图除了表面温度和光度的资料,还可以显示星星的质量和体积。越靠近左上角的主序星,质量越大,越靠近右下角的质量越小。另外在右上角的星星体积较大,左下角的体积较小。所以红巨星不仅颜色偏红,体积也比较大,而白矮星除了颜色偏蓝白外,体积却很小。

质量大的星星,寿命反而比较短,也许是胖子的健康状况不佳,老得快。质量是太阳十倍的星星,呆在主序星的时间大约只有一千万年,而太阳则是一百亿年。因此属于同一星团的星星,质量大的星星很快就会离开主序星的位置。如图2是球状星团M55的赫罗图,原先在左上角位置的主序带,已经偏离到红巨星的位置,偏离的转折点代表了星团的年龄,转折点越向右下,表示该星团的年龄越大,经过计算机计算,天文学家便可以推算出星团的年纪。

图2

天文学家曾经估计过一百多亿年前的星星,使用的方式是放射性物质定年法,这和估计地球年龄的方式相同。放射性物质是不稳定的物质,经过一段时间(称作半衰期),会有一半的物质转变成另一种物质。例如,元素铀238经过四十五亿年会有一半转变成稳定的铅206,如果我们知道铅的原始含量,就可以比较铀238和铅206现在的含量,从而推算出年纪。利用这种方式,我们测量出地球最老的岩石年纪约四十亿年,月球和陨石的年纪约四十六亿年。

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