宇宙天體演變探討
來(lái)源:科學(xué)博覽 2009-09-04 19:18:57
深邃星空中那些絢麗多彩的云霧狀“星云”,拖著(zhù)長(cháng)尾的“彗星”以及和我們息息相關(guān)的太陽(yáng)、月亮,它們雖然形態(tài)各異,卻都是由相同的物質(zhì)(元素周期表中100多種元素)構成的。之所以有不同的形態(tài),是由于各星球正處在演變過(guò)程中不同的階段,元素的構成比例不同。
當一個(gè)星球主要由氫、氧類(lèi)化學(xué)性質(zhì)不穩定的元素構成時(shí),星球的原子核反應劇烈,這個(gè)星球就處在天體演變的初期--恒星階段;當一個(gè)星球中硅、鐵類(lèi)化學(xué)性質(zhì)穩定的元素所占比例變的較大時(shí),原子核反應逐漸變弱,便處在天體演變的后期--行星階段。
“行星”正是由“恒星”演變形成的,而“彗星”、“小行星”又是由“行星”演變而來(lái)。宇宙中每個(gè)星球的演變都要經(jīng)過(guò)“黑洞”、星云、恒星、紅巨星、白矮星、行星、彗星、小行星幾個(gè)階段。星球既有共同性,又有差異,即使處于同一演變階段也沒(méi)有形態(tài)完全一樣的。根據已知的天文資料對宇宙星球的演變過(guò)程闡述如下:
宇宙由不斷運動(dòng)的物質(zhì)組成,物質(zhì)運動(dòng)時(shí)由于方向、速度、密度的差異,會(huì )產(chǎn)生無(wú)數大小不一的磁場(chǎng)旋渦(即“黑洞”),當恒星級“黑洞”中的物質(zhì)凝集向一個(gè)方向以極快速度作有序運動(dòng)時(shí),產(chǎn)生的能量和引力會(huì )吸引宇宙中彌漫的氫、氧類(lèi)氣態(tài)物質(zhì)和硅、鐵類(lèi)物質(zhì),形成圍繞“黑洞”的圓形氣體塵埃環(huán),原始的有形天體--“星云”便誕生了。
“星云”是由稀薄氣體和塵埃凝聚成的呈環(huán)狀或團狀天體,隨著(zhù)不斷吸引吞噬周?chē)镔|(zhì),“星云”的體積、密度達到一定臨界值,具備了發(fā)生氫原子核聚變反應的兩個(gè)重要條件(一是天體達到相當大體積;二是天體中氫元素達到一定密度)時(shí),在天體運動(dòng)產(chǎn)生的巨大摩擦作用下,“星云”內物質(zhì)密集的中心區域(星核)的氫原子開(kāi)始發(fā)生聚變反應,爆發(fā)出巨大能量,"星云"就演變?yōu)榭梢园l(fā)出強烈光和熱的--“恒星”。
“恒星”的體積龐大,氫元素占絕大部分,原子核反應劇烈,能量大、輻射強,產(chǎn)生強大的磁場(chǎng)和引力,能吸引一些質(zhì)量相對較小的天體,形成以它為中心的星系。“恒星”階段的演變過(guò)程起碼要持續上百億年,太陽(yáng)就是處在恒星演變的中間階段。隨著(zhù)恒星中氫元素逐漸消耗減少,恒星的原子核反應越來(lái)越弱,最后演變成為--“紅巨星”。
“紅巨星”的基本特征是,由于星球內部引力減小,構成物質(zhì)向外膨脹,體積變的非常大,表層氦、氧元素比例增大,所以發(fā)光發(fā)熱程度比恒星低,但還沒(méi)有形成固態(tài)外殼。當“紅巨星”的表層物質(zhì)在“超新星”爆發(fā)中散失后,星核表面溫度降低到一定程度時(shí),那些原來(lái)在超高溫環(huán)境中呈氣態(tài)和液態(tài)的硅、鐵類(lèi)元素,由于溫度降低凝結成固體狀態(tài),在最先冷卻的星核外層開(kāi)始形成固態(tài)的外殼,就逐漸演變成不能從自身向外發(fā)射光輻射的天體--“白矮星”
“白矮星”由于固態(tài)外殼的冷卻收縮,體積大大縮。ǹ梢钥s小幾十萬(wàn)倍),大量氫元素被壓縮在外殼之中,因此,“白矮星”雖然體積較小但相對質(zhì)量卻很大,內部物質(zhì)密度高,磁場(chǎng)和引力仍很強,之后隨著(zhù)與其它恒星等天體之間互相吸引力和離心力平衡的改變從而進(jìn)入--“行星”階段。
從“白矮星”到“行星”階段是一個(gè)星球固態(tài)外殼不斷膨脹,由氫、氧類(lèi)元素組成的呈氣態(tài)、液態(tài)的表層物質(zhì)不斷減少的過(guò)程。初期的行星是像木星那樣表面有極厚濃密大氣層包圍的形態(tài)。演變到地球這樣的行星中期,由于表層溫度繼續降低,大氣層中氫、氧、氮元素比例和溫度等適宜條件,這時(shí)期的行星上就會(huì )有生命出現和存在。因為“行星”內部原子核反應產(chǎn)生的巨大能量,會(huì )逐漸積聚起很大壓力,所以,每隔一段時(shí)期,當外殼承受不住時(shí),內部能量沖破外殼形成爆發(fā),大量氫、氧類(lèi)元素散發(fā)到宇宙中,同時(shí)行星的體積擴大,固態(tài)外殼變厚,表層環(huán)境會(huì )發(fā)生巨變。在經(jīng)過(guò)多次爆發(fā)后,行星的氫、氧類(lèi)元素進(jìn)一步減少,內部原子核反應越來(lái)越弱,就進(jìn)入火星那樣的行星晚期。
現在火星表面雖然有稀薄大氣層,地表還有少量固態(tài)水(白色極冠)存在,但已不具備維持生命的環(huán)境。近年的探索已發(fā)現火星上有從前的河流痕跡,今后的探測中極有可能找到生命曾經(jīng)存在的確鑿證據。
當星球的氫、氧類(lèi)元素基本消失,原子核反應基本結束,自身吸引力逐步減弱,星球組成物質(zhì)的離心力超過(guò)其吸引力時(shí),內外結構間平衡被打破,星球便開(kāi)始四分五裂成碎塊,進(jìn)入了星球演變的最后階段--“彗星”就是這一階段的主要形態(tài)。
“彗星”由于彗核還有一些吸引力,可以形成圍繞恒星運動(dòng)的組團形式天體(如哈雷彗星),最終“彗星”將完全分散成單個(gè)大小不等的天體碎塊--“小行星”。據觀(guān)測,這種天體碎塊在宇宙中大量存在。當宇宙中分散的物質(zhì)在宇宙磁場(chǎng)旋渦(黑洞)吸引下凝聚在一起時(shí),新一輪天體演變又開(kāi)始了。
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