太阳的自述
（一）我的年龄､“籍贯”､“身高”和“体重”
我就是“太阳”,现在已有50多亿岁了｡在我们这个恒星世界中,年龄比我大的多得是,我在它们中间只能算是“星到中年”｡由上千亿颗各类恒星组成的银河系,已有100亿到200亿岁了｡在银河系之外的河外星系中,还有比这更古老的星系｡说起银河系,它可是哺育我生长的摇篮｡从银河系之外的地方看过去,组成银河系的上千亿颗恒星排列成一个扁圆形的球状体｡但是,我并不位于银河系的中心,而是位于偏离中心的地方(离边缘约2.3万光年,离中心约2.7万光年)｡这有点使持“太阳中心论”的人们感到失望｡而且,我在银河系里也不是总呆在一个地方,而是以300千米每秒的速度环绕银河系的中心部分转动,但转一周却需要长达 2亿年的时间｡所以,我们这些“恒星”并不是“永恒”地呆着不动,叫我们“恒星”有点名不副实｡
你们也许会问,天上的众多恒星为什么看上去总是呆着不动的呢?这是因为它们离我太遥远了,离地球上的人类就更遥远了｡我们可以换个角度来看问题,假如在银河系中心有人在观测太阳的运动,那他们会看到什么呢?虽然我以约300千米每秒的惊人速度绕银河系中心转动,可是绕一周需要2亿年的时间｡“绕一周”就是转过360度,因此,每转过一度就得花 55万年,即使转过一[角]秒((1度=3600[角]秒),也得花上150多年,够你们人类两三代人去观测的｡而事实上,人们是观察不到我的转动的｡所以,在人类认识的时间尺度上,叫我们“恒星”可以说是很顺理成章的｡
我的半径约70万千米,是地球半径的109倍｡我的“体重”(质量)有200亿亿亿(即2×1027)吨,是地球的33万倍｡然而,我这个“大胖子”却是个虚身子,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｡造成这种“虚胖症”是因为我是一个气体球团,在我的大气中,按质量计算,氢占71%,氦约占27%,其他元素只占2%。就我们恒星而言,从“怀胎”到“分娩”还要经历几十万年的时间 ｡
（二）我的前半生
人的一生要经历从十月怀胎､出生､成长到死亡的过程,那么,我们恒星是否也有类似这样的生命周期呢?是的,不但有而且还很相似｡先来谈谈我的诞生｡
我的胎儿期是在茫茫太空的严寒中度过的,那里的气温冷到-270℃左右,只有非常稀薄的气体或尘埃｡由于分子热运动的不均匀性,少数地方的气体分子较密集,而多数地方几乎没有分子｡天长日久,太空中就出现了一些抱成团的分子团块,进一步形成了空间的分子云｡在万有引力的作用下,分子云中的气态物质逐渐向云的中心聚集,形成小的星核或星胎,这样,我就算成胎了｡不过,我从成胎到出世所需的时间可远不止10个月或10年,而是要经历几十万年的漫长的岁月｡对你们人类来说,十月怀胎之后就是一朝分娩,然而就我们恒星而言,从“怀胎”到“分娩”还要经历几十万年的时间｡因为星胎形成之后还得继续吸引星际物质来不断充实自己,当它足够“壮实”后,就发育成“原始恒星”,简称“原恒星”｡
原恒星已经是有模有样的一个星球团了,可是这个星球模样看上去还是比较模糊的｡这是由两个原因造成的:一是原恒星外仍有一层由气体与尘埃组成的外壳包裹着,使人们难识其“庐山真面目”;二是原恒星发出的光线很弱,观测它时就像在明亮处看昏暗灯光下的东西一样,当然是模糊不清的｡处在原恒星时期的我,“体温”还很低,只是此时的我,本身的吸引力已很强,不断地把外界的物质吸引到我的表面｡当这些物质降落到我的身上时,它们释放的引力势能转变为光和热,使我的“体温”不断升高｡常言道:“聚沙成塔”｡终于有一天,我的温度达到热核反应的点火温度,于是,在我的体内就发生了像氢弹爆炸那样的热核聚变反应｡这样,我作为恒星的生命之火就被正式点燃了｡这时,我才真正成为一颗恒星了,我的一生中充满活力的青年时代就这样开始了｡天体物理学把我体内不断发生热核聚变反应而发光的阶段称为“主序星”阶段｡这个阶段很长,要占到恒星生命期的80%左右,我的青年､中年时期都是在这个阶段度过的｡发育成长起来的我,是一个光芒四射､非常耀眼的大光球｡
实际上,使我发出如此强烈的光(注意:任何人都不能用肉眼对着我看,否则眼睛就有可能被灼伤)的物质只是我表面一层薄薄的大气,它的厚度只有30千米至500千米(对于人类来说,这当然是非常厚的了)｡可是,这层大气的温度却高达6000℃以上,这么高的温度会使大气里所有的分子､原子都被激发而发光｡我有一张圆圆的脸,它看上去是那样璀璨晶莹,但实际上却并非洁白无瑕｡你们通过太阳望远镜(注意:千万不能用普通的望远镜直接对着我看,否则眼睛会瞎掉的)仔细瞧的话,就会看到太阳光球上有所谓的“米粒组织”｡
说是“米粒”,可是这些“米粒”的平均直径大约有 1100千米｡这些实际上黑子是光球局部区域里掀起的巨大漩涡,这种漩涡的温度较周围光球表面的温度低一些,在一个很亮的背景上,它们就显得很“黑”了｡“米粒”是短命的,它们存在的时间只有几分钟｡这令我感到庆幸,因为要是它们的寿命长一些的话,我的脸就成一张大麻脸了｡在我的光球上,有时还会出现“黑子”｡黑子的直径可比“米粒”大多了,最大的黑子的直径可达到几十万千米,比地球的直径大多了｡黑子的寿命也不长,从几天到几周不等｡
你们或许会提出这样的问题:“黑子真的是黑的吗?”不,实际上黑子是光球局部区域里掀起的巨大漩涡,这种漩涡的温度较周围光球表面的温度低一些,在一个很亮的背景上,它们就显得很“黑”了｡黑子常常成群结队形成黑子群｡研究发现,黑子的活动是有规律的｡从聚集到消失的周期大约是11年,这就是天文学家所说的太阳活动周期｡太阳黑子与人类居住的地球的关系是十分密切的,黑子出现时,地磁场会发生强烈的扰动,从而干扰无线电通讯;地球上的气候也受到黑子活动的影响发生异常变化,甚至地震高发的周期也是11年｡由于太阳黑子的活动与地球上自然现象的变化密切相关,所以,人类非常重视对太阳黑子的活动规律的研究,以期采取相应措施趋利避害｡在我的光球外面还有一个色球圈,它是因呈红色而得名的｡但是你们在平时无法看到它,因为色球圈大气比光球上的大气稀薄,可以说是完全透明的｡但是,只有在日全食发生时,我的光球表面被月亮遮住了,色球圈才露出它美丽的面容,好像一朵艳丽的大丽花｡色球圈上有时会有日洱冒出来,它像火焰一样直往上窜,可以高出色球圈面几十万千米｡有时色球圈上会爆发光亮的耀斑,它与光球上的黑子几乎是黑子多的时候,耀斑出现的机会也多｡一亮一暗的一对｡就是说,黑子多的时候,耀斑出现的机会也多｡耀斑爆发时释放出的能量十分巨大,相当于10～100万次强烈的火山爆发的总能量,或相当于上百亿颗百万吨级的氢弹同时爆炸所发出的能量｡色球圈的最外层发出青白色的微弱的光芒,由于它是大气层最外的一层,像戴在我头最初有人基于对自己身边的事物的观察,提出了“燃烧说”,还有人提出了“流星说”｡上的桂冠,所以叫做“日冕”｡日冕的形状随黑子的周期性变化而变化｡在黑子极盛时期,日冕呈圆形,日轮外围有花瓣似的光芒,使被食的太阳看上去像一朵盛开的鲜花｡
（三）我的发光发热之谜
上面介绍的我外表上的那些丰富多彩的活动,可不是有了人类以后才出现的,而是已经存在几十亿年了｡那么会有人问,为什么我能发光发热达几十亿年而久盛不衰呢?这个问题确实让爱思考问题的人类动了不少脑筋｡最初有人基于对自己身边的事物的观察,提出了“燃烧说”,认为我像一只燃烧着的大火炉,通过燃烧内部的煤而发出光和热｡然而,根据测量,我的表面的温度高达6000℃,而用碳和氧的化学反应C+O2→CO2是很难达到这样的温度的｡
同时,按照这种假设进行计算,纵使我的浑身上下都是煤,那也只能燃烧2000年左右,因为我的发光发热的功率是非常大的｡这显然不符合已知的事实｡还有人提出了“流星说”,他们认为我的周围有稠密的流星,它们以可观的宇宙速度撞击我,这样,流星的动能便转变为我的热能｡若果真如此的话,要维持我能发出那样巨大的能量,坠落在我上面的流星应该是很多的,那样的话,我的质量在近2000年内就应该有显著的增加,这将会影响九大行星的运动｡但是,从九大行星的运动情况来看,并没有什么显著的变化｡况且,按照牛顿的万有引力定律,流星不会漂浮在太阳的上空,也不会大量落在我的上面,它们是以闭合的轨道绕太阳运行的｡因此,“流星说”也不符合事实｡
他在1854年提出了太阳的“收缩说”,认为像我那样发出辐射的气团必定会因冷却而收缩｡当气团分子在收缩中向我的中心坠落时,按照物理学原理,它们在下落过程中不断将引力势能转化为光能和热能,并引起温度上升,以维持我所发出的热量｡这样计算的结果显示,我的寿命最多也不会超过5000万年,与我已有的50多亿年的年龄相差很远｡
进入20世纪,原子核科学有了很大的发展｡于是,有人想到用原子核裂变时会大量释放能量的事实,来解释我的能量来源｡这样计算的结果,虽然可以使我的维持时间提高到“数以亿年计”,但仍无法解释我50多亿年来的发光发热之谜｡况且,我的体内并没有那么多像铀(U)那样的重元素,而更多的是轻元素｡
1938年,美籍德国物理学家贝特和德国天文学家魏扎克才比较科学地初步解释了我的发光发热之谜:他们提出,在我的身上可能发生的氢原子核聚变为氦原子核的聚变反应,是我辐射能量的重要依据｡其中,贝特因提出热核聚变反应理论,还获得了1967年度的诺贝尔物理学奖｡按照贝特的理论,发生热核反应的点火温度,要在热力学温度1000万度以上,还要有上千亿个大气压的压强,以便把氢原子核紧紧地压在一起,使它们聚合的机会足够多｡而在我的身上,这两个条件都具备了:在我的内部存在着热力学温度达1500万度的高温,也存在着几千亿个的大气压的极高压强｡加上我浑身上下都是氢,这是进行热核反应的最基本的原料｡于是,热核反应就得以持久不断地在我的体内进行｡由于我的质量足够大,即使反应进行了50亿年,那也只消耗掉我质量的 1/20。
（四）我的后半生
由于热核反应在我的体内持续不断地发生着,我因而也就能几十亿年如一日地不停地发光发热｡然而,等我活过100亿岁之后,我体内的氢就消耗得差不多了｡由于这些氢都聚变为氦,于是我体内又产生了另一种热核反应— 氦聚变为碳｡氦聚变为碳的反应要比氢聚变为氦的条件苛刻得多,但在我的内部,这样的反应还是能够完成的｡在此之后,凡是质量小于太阳质量 1.44倍的晚期恒星,经新星爆发后都变成了白矮星｡又会发生一系列新的热核反应,只不过聚变成的元素越来越重,这标志着我开始走向暮年期｡暮年期的我,体内的核燃料已基本耗尽,成了一个空壳子｡在巨大引力的作用下,我将发生坍塌｡在坍塌发生过程中,我的内部将被压缩成一个非常紧密的内核,同时释放出巨大的能量,这能量将把我衰老的外壳“甩掉”｡这时的我又突然变亮,在爆炸中形成一颗新星或超新星｡请你们注意,所谓的“新星”其实并不是一颗“新诞生的星”,恰恰相反,它是一颗垂死的老年恒星的回光返照｡新星爆发的威力是非常巨大的,它会将我的外壳气体以每秒几千千米的速度抛向四面八方｡此外,我还会发出强烈的无线电波､X射线和Y射线｡经过新星爆发后的我,将变成“白矮星”｡在白矮星里,巨大的引力把原子都挤碎了,于是原子中的电子彼此紧紧地挨在一起｡这时,它的物质密度大大提高｡白矮星的物质密度可以达到1万千克每立方厘米,是水的密度的1000万倍｡
那么,其他的恒星的结局会怎样呢?质量在太阳的1.44倍到 2倍之间的晚期恒星,经超新星爆发后将变成中子星｡由于它们原先的质量较大,因而体内的引力更强｡在那里,强大的引力不仅将原子统统挤垮,而且也将原子核全部挤垮,结果原子核中的中子彼此挤在一起,形成了超密物质｡1立方厘米的中子星物质竟有100亿吨！这真是不可思议｡如果晚期恒星的质量超过太阳质量的2倍,那么它经过超新星爆发后就会坍塌成称为“黑洞”的物质｡黑洞可是一个吞噬一切的无底洞,外界的物质和辐射可以进人它的视野之内,但视野内的一切都休想从它那里跑出来｡因为连光线都会被它“吃”进去而逃不出来｡无论是白矮星､中子星还是黑洞,它们都是我们恒星的“墓碑”｡这时,我们恒星才算走完了自己的一生｡
（五）我的神奇
我的力量几乎是无穷尽的,而且地球上所以有风,归根到底还是因为我的作用｡众所周知,空气的流动形成了风｡地球表面受到我的照射,因受热情况不同,温度差异很大,这种温度的差异进而产生了大气压差｡有了大气压差,空气就得以流动｡而且,压差越大,空气流动就越快,风也就越大｡实际上,地球上的其他能源,如煤炭､薪柴､石油等等,也都直接或间接地从我的身上获得能量｡那么,我照射到地球上的光和热相当于多少的能量呢?据科学家计算,我辐射出的能量其功率有3800万亿亿(即3. 8×1023)千瓦,你们居住的地球只接受了其中的二十亿分之一,就使得大气温暖,风生云涌,电闪雷鸣,江河奔流,万物生长｡
前面已经说过,我像现在这样发光发热已经有 50多亿年的历史了｡在我的表面,温度有6000多度,中心温度高达 1500万度｡如果分析一下我发射的光谱,你们不难发现,氢和氦占了我整个质量的98%,剩下的质量中包含着六七十种其他元素｡这也证实,我的能量的主要来源,是氢原子核之间的聚变反应｡我的内部不断进行着热核聚变反应,并以辐射能的形式向宇宙空间放射出巨大的能量｡在这些能量中,虽然仅有二十亿分之一到达地球大气层,可一年中也有1.5 X 1018千瓦时,约为全世界年消耗能量的3万倍｡这其中有30%被大气层反射回去,23%被大气层所吸收,有47%到达地球的表面｡
我提供的是无任何污染的能源,比你们地球上现在开发的燃煤､燃油､核裂变发电,要干净得多｡由于我内部的温度条件对氢原子核来说还不算太高,所以氢原子核聚变反应相对来说还是比较缓慢的｡我的质量要在经过许多亿年以后才会有显著的减少｡目前,我正当壮年,还可以安安稳稳地度过好几十亿年哩!如果人类真正利用自己所掌握的科技手段 ,制造出小太阳—受控核聚变电站,那无疑是人类的福音 ｡
“种太阳”当然是一种美好的愿望｡但如果人类真正利用自己所掌握的科技手段,制造出小太阳—受控核聚变电站,那无疑是人类的福音｡因为这将使人类目前面临的能源危机和环境污染等问题得到根本的解决｡