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基本粒子致使热核聚变和恒星演化[6]http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2005-04-16
3、彗星和行星的形成 在恒星的较早时期,已经有被或疏或密的热核物质分布的各种区域.很显然,更稀疏等离子体区域所吸收的能量不足以平衡它向外层空间辐射的能量,所以热核聚变所需要的等离子体能量不能被始终得到保持;而且,这些稀疏区域的电磁场更困难于对抗包含有更大质量群体的厚密区域的电磁场,因此稀薄区域也将不能获得如此充足的等离子体源以致于它们还能继续进行热核反应活动.这样,当氢等离子体不断被消耗,热核聚变活动在更稀薄等离子体的那些区域将处于低迷时期并变得越来越微弱. 许多重核素群体也总是以各种形式存在于整个系统中.而且,在更大质量群体中存在许多小质量群体.在所有群体中存在最大质量群体.但更大质量群体总是深深地吸引小质量群体围绕它运动.这种运动方式也是相当稳定而独特的,因为每个质量群体的动量都来源于热核聚变. 有趣的是,这些巨大的群体能使得等离子体的密度增加并使得热核反应频繁发生于它们可控制的区域.这些群体的一路运动,使得同它们相遭遇区域的等离子体也以参加热核聚变的方式一同被收集在群体中.每个群体就这样不停地逐步发展壮大和得以保持最有利的热核聚变优势,以便不断地清扫随轨道运动的群体附近的残余. 这些由各种粒子和颗粒及小体组成的残余,总是更大群体的热核聚变来源, 除非大群体的热核反应完全停止而形成为彗星或行星时结束清扫工作.在远离恒星中心的外层空间,随着较大群体的清扫,这些残余所占用的原始空间会变得越来越透明化. 由于各种群体由不同的核素组成,它们的运动速度和动量也就会各不相同.有时运动中的大群体也会夺取与它们相机遇的小群体.大的行星形成时间自然比彗星长,因为它们能收集更多的材料以保持相当长时间的热核聚变.当然其成分也就更为复杂.所以,绝大多数群体都是以参与热核反应的方式得以收集. 特别是随着围绕中央恒星运动的小恒星的形成,它们的运动就会进一步加速对轨道附近物质的收集. 为了叙述方便,我们不妨将这种最终只能形成为行星的小恒星称谓为行星型恒星.这些小恒星在轨道上围绕中央巨恒星运动,行星型恒星轨道上的星云会越来越多地以热核聚变方式被包裹入行星型恒星中,最终成为行星型恒星的组成物并随之一起围绕中央恒星运动.这样,就会逐步凸现行星型恒星的运动轨迹,整个恒星云就会形成外观看起来像有疏密间隔的圆环组成的巨型星云盘.可以说,星云盘形状,包括像太阳系中的木星一类的巨型星云盘都是热核聚变中形成的产物. 稀薄等离子体区域必定维持微弱的核反应并附带间歇性增强,并逐步停止进行热核聚变,所以它们将最终慢慢冷却下去.而且,大部分核素将通过它们自有的衰变逐步转变成那些更稳定的核素.同时,处在漂移运动中的更大质量体能更进一步地收集聚变残余,包括在它附近的各种重核小体群,完全借助它们的引力和物理化学性质实现.最后,没有保持热核聚变活动的每一群体将逐步在它们的运动空间里形成为彗星和行星. 当然,更大的群体能演变为更大的彗星或行星,但并非所有的彗星和行星成形于相同时期.彗星和行星出现次序完全基于群体的质量是多少以及距离恒星系统的主导聚变区域的距离有多远.复合星云的外层总是进行更弱的热核反应.许多反应还是星云聚变活动剧烈处发射来的高能量粒子引起的.而且,这些外层空间物质总是直接向宇宙空间辐射能量,故而这些物质冷却得更迅速,逐渐冷凝形成为一些质量小实体.也由于这些外层空间区域中有很大一部分聚变物质(主要是轻核一类)没有能够继续进行热核聚变,所以这些聚变物质源成份能被保存而形成彗星.这还表明彗星和行星必定存在恒星的外层空间中,特别是彗星更是出现于恒星的最早时期和最远的外层空间中. 假如在最外层空间中热核反应已经完全停止了,那么必然存留大量氢、氦、锂、铍、硼、碳、氮、氧等轻核.当然,还有少量的中等核Na Mg Al Si …包括更重的核Fe Cu …等存在其空间.这样,它们将容易产生BH3 CnH2n+2 C2H4 C2H2 C6H6 HCOOH C2H5O CO CO2 NH3 N2H4 H2O HCN NO N2O2 Li2CO3 Li3BO3…和石墨等等气体分子、单质和化合物等等,并完全基于它们的化学性质和存在元素的数量来形成那些彗星.甚至一些彗星可能包含少量的(SiH2)x和SiH4等.不过,当那些气体最后组成彗星的厚表层时,不定型碳、Al(OH)3以及硅胶具有的特殊吸收性质对于物质聚集行为来讲非常重要.因此,我们根据彗星可以获得太阳系存在的真实年龄,因为那些彗星的存在几乎和太阳系一样长久. 在形成彗星和恒星时期,恒星系统更像一个巨大的标有断断续续圆环痕迹的破碎盘子,里面似乎有许多光亮的珍珠镶嵌在每一虚环里面.由于所有的彗星和恒星必须经过热核聚变才能形成,当我们在某一时期观察它们时,它们就更像许多小而明亮的火堆散落开并缓慢地围绕着恒星中心,从模糊地出现到逐渐消失期间而不停运动着.有时候,这些火将集中出现在某一位置,像一些星团一样,如 图5所示.这种状态几乎相同于太阳系行星的运动模式,例如这些行星也有自己的轨道和集结周期.不过,这些火随着彗星和行星的形成必定有明亮和昏暗时期,而且各种火在光亮水平方面也应该有巨大的差异.
图5:这是编号为M83螺旋星系的“钱德拉”X射线探测仪摄制的照片.这幅图片表明局部区域的热核聚变活动极为剧烈,一些区域就比较微弱.这也就说明等离子体分布的不均匀性.从这幅图上还可以看出,恒星似乎像恒星团的外形,实际上它应当是正进入形成行星的时期.那些外围的亮点可能正在形成行星.这些亮点的排列近似于我们太阳系所有恒星处于某一位置的排列图像.此外还发现,环绕中心区域的周围炽热气体云团的温度约为700万摄氏度,在这些云团中发现有碳、氖、镁、硅、硫等元素. 4、中青年时期的恒星 彗星和行星的形成完全是热核聚变所促成的.在这个时期, 热核反应也变得更为复杂化.恒星继续成长而演变为非常稳定的恒星系统包括行星群的出现.行星群的出现恰恰是恒星已经步入中青年时期的重要标志. 图6是哈勃天文望远镜2002年所拍摄的恒星图片. 这颗被命名为“V838 Monocerotis”的恒星非常清楚地证明了恒星演化过程中必然经历行星群出现的这一环节.巨大恒星位于中央,一些小的即将发育成行星的恒星围绕着它运动,就像我们的太阳系的行星运动一样.分布极不规则的外围气体受到恒星的照射而激发发光.同时,气体的形状和范围也表明恒星演化开始时所占用的巨大空间体积以及恒星演化开始时的活跃区域.那些尚存在大量大气的区域必定是热核聚变很不活跃的地方.恒星形成完全起始于宇宙星云.该图片表明该恒星系统正处于演化中的青少年时期.当然,我们还是完全可以通过外围小恒星的运动情况来进一步确认它们是否会演化为行星的.
图6：哈勃天文望远镜2002年所拍摄被命名为“V838 Monocerotis”的恒星图片.这幅图片证明了恒星演化过程中必然经历行星群出现的这一环节. 中青年时期的恒星像我们太阳一样能发射更高能量的大量各种粒子和射线.例如,电磁辐射包括紫外线, X射线以及γ射线更加频繁地辐射向宇宙.这是因为,各种电磁场和重力引力的活动更为积极,轻核和基本粒子能获得比恒星婴幼儿时期更高的能量而使得热核聚变更为剧烈和频繁. 值得说的是,电磁场仍然是主要加速工具,用来加速各种带电粒子.而且,恒星中心的引力已经形成,并强烈地维持收集作用.它始终作用于小尘粒和重核小体,使之获得一定能量以移向飘浮的更大重核个体.无庸置疑,虽然引力是由于热核聚变致使星云不断收缩并定型而促成的,但是它似乎持有某种决定力量影响行星的形成.个体的漂移导致所机遇的粒子不断被收集,同时增加了群体的粒子密度,致使热核聚变在这个群体内得以长时间维持. 确实,不仅各种电磁场具有非常重要的作用使得带电粒子获得一定能量,而且它们也能收缩恒星巨大的体积.同时,恒星规则几何形状形成也与电磁场和引力有直接的关系.所以,总有各种加速机制主要包括各种电磁场和引力存在于恒星中青年时期. 同时,基本粒子的种类在这个时期是尤其丰富和完整.核循环千姿百态.主要的核循环模式是轻核循环,一些是中等核循环,例如Na, Mg, Al, Si, P, S … Fe, Co, Ni, Cu …等中等核.然而,核循环的整个趋势总是逐步发展向所有核循环存在甚至包括超重核循环. 相应地重核的丰度比值也比初期阶段有较大幅度升高.不过,对于恒星演化的每一时期总有某种核的最大丰度比,且这种比值必定逐次移向更重的核. 此外,在恒星不同时期不仅有非常复杂而丰富的复合核,而且存在各种电磁波辐射.我们还可以通过特征光谱测定恒星的真实年龄,但必须注意辨别超核素的复杂性质.甚至一些多电荷超核素的特征谱线可能伪装成带极少数电荷的轻核谱线.但是,这个非常有趣的效应还需要试验进一步证实.我们对于超核素性质的研究还非常有限,尤其是对于参与热核聚变的超核素. 当然,热核裂变同样是一些超核素的性质之一.因此,在中青年时期的核反应不仅有猛烈而频繁的热核聚变,而且也应该有频繁的核裂变.规模裂变核裂变活动容易促成核反应猛烈爆发,并使得巨量粒子逃离向外层空间.这样,宇宙中又新添了一朵微小等离子体云.这些逃逸粒子将以微小暗星云长期存在于宇宙中.如此爆发在这一时期相当频繁. 5、老年期恒星 当恒星步入老年期,它的外形逐步变得更加规则.引力似乎成为替代电磁场的主要加速工具.各种电磁场运动几乎被引力现象所掩盖.由于引力的日益强大作用,许多飘浮群体逐渐掉进具有超重超核素的恒星内核,或者相互碰撞形成更大的群体.恒星的体积继续被逐渐收缩得越来越小.这些厚密群体的集中过程同时意味着等离子体可以占用更大的空间(将原厚密群体所出让的空间占用),以便于等离子体更频繁而顺畅地交换能量达到尽可能长时期地维持热核聚变活动. 同样,随着轻核逐步消耗,热核聚变活动总是逐步减弱.但是,那些巨大的群体能使得粒子的密度增加并使得核反应频繁发生于它们可控制的区域.只有那些具有强大引力活动的区域被更稠密的粒子所分布,并进行更加剧烈的核反应.所以,通常恒星在老年时期发射低能量连续电磁波,但有时存在高能量辐射时断时续地夹杂于低能量辐射中. 有时候,老年恒星可能突然进行非常猛烈的核反应爆发,并向宇宙发射各种粒子甚至包括一些复合粒子以及大量的高能射线,但这种机会通常是极少的.这个现象可能是一些飘浮的重核群体落入恒星中心体或者它们相互碰撞以致于突然地进行非常猛烈的核反应爆发. 因为恒星一直不断地向宇宙发射各种粒子和射线,恒星的质量总是逐步地减少.的确,恒星必定最终停止辐射各种粒子和射线.它将在最后时期逐步演化为冷星体.可能老年恒星的死亡通过一次性爆发式突然瓦解不是真实的,但恒星应该进行许多次爆发而逐渐结束热核反应.我认为非常平静地死亡应该是老年恒星终结的主要方式.大部分恒星在最后时期能逐步形成超重超核素星.不过,当老年恒星完全停止热核反应活动后它仍然具有核反应,例如衰变. 对于一定质量的恒星,当轻核差不多耗尽时,它必定产生许多仅属于它自己的最终核素,即这些最重核素不能继续演变为更重的超核素,除非热核聚变活动完全复活.总是有许多超铀超核素存在于恒星中,尽管我们至今还没有发现它们.当然,不同质量的恒星同样拥有不同的群体和引力.
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