科学百科知识第16期:恒星的温度能达到多少度?

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本期为大家带来:

《你知道吗——现代科学中的100个问题》
本书是阿西莫夫的优秀作品之一。
作者以通俗的语言,深入浅出地解释了现代科学中的一百个尖端课题。
其中,有些是了解现代科学技术所必须具备的基础知识,如科学的研究方法、二进制数、相对论、亚原子粒子、核聚变、熵、晶体、病毒等。有些则是当代科学技术的前沿阵地,如黑洞、统一场论、夸克、快子、金属氢等。
作者对这些问题的来龙去脉,它们目前处在什么样的状态、有没有希望得到解决等问题均作了回答。

第十六个问题: 恒星的温度能达到多少度?
这个问题的答案取决于你所说的是什么样的恒星,以及你所指的是恒星的哪一个部位。
在我们能观测到的恒星中,99%以上都和太阳一样,属于称为“主序星”的一类。
至于恒星的温度,我们一般是指恒星的表面温度。
下面我们就从这里谈起。
任何恒星都具有一种在其自身的引力作用下发生坍缩的倾向,但是当它坍缩时,它的内部会变得越来越热。
而当它的内部温度越来越高时,这颗恒星就有一种发生膨胀的倾向。
最后,两种倾向会达到平衡。
结果,这颗恒星便达到了某种固定的大小。
一颗恒星的质量越大,为了平衡这种坍缩所需要的内部温度就越大,因而它的表面温度也就越高。
太阳是一颗中等大小的恒星,它的表面温度为6000℃。
质量比它小的恒星,其表面温度也比它低,有一些恒星的表面温度只有2500℃左右。
质量比太阳大的恒星,其表面温度也比太阳高,可达10,000℃、20,000℃,甚至更高。
在所有已知的恒星中,质量最大、因而温度最高、亮度最大的恒星,其稳定的表面温度至少可达50,000℃,甚至可能更高。
也许可以大胆地说,主序星的最高的稳定表面温度可以达到80,000℃。
为什么不能再高呢?
质量再大的恒星,其表面温度会不会比这还要高呢?
到这里,我们不得不停下来。
因为,一颗普通恒星,如果具有这样大的质量,以致它的表面温度竟高达80,000℃以上,那么,这颗恒星内部的极高温度就会使它发生爆炸。
在爆炸时,也许在瞬间会发出比这高得多的温度,然而当它爆炸之后,剩下来的将是一颗更小和更冷的恒星。
但是恒星的表面并不是温度最高的部分。
热会从它的表面向外传播到该恒星周围的一层很薄的大气层(亦即它的“日冕”)。
这里的热量从总量上说虽然不算大,但是,由于这里的原子数量同该恒星本身的原子数量相比是很少很少的,以致每一个原子可以获得大量的热供应。
又因为我们以每一个原子的热能作为测量温度的标准,所以,日冕的温度高达1,000,000℃。
此外,恒星的内部温度也比其表面温度高得多。
要使恒星的外层能够战胜巨大的向里拉的引力,就必须是这样。
已经查明,太阳中心的温度大约为15,000,000℃。
自然,那些质量比太阳大的恒星,它们不但表面温度更高,中心温度也同样会更高。
同时,对于具有一定质量的恒星来说,其核心的温度一般总是随着它的年龄的增长而越来越高的。
有一些天文学家曾试图计算出,在整个恒星爆炸的前夕,其核心的温度可以达到多少度。
我所看到的其中一种估算,认为最高可达到6,000,000,000℃。
那些不属于主序星的天体,其温度有多高呢?
尤其是那些在六十年代新发现的夭体,其温度可达到多少度呢?
例如脉冲星的温度可能达到多少度呢?
有些天文学家认为,脉冲星实际上就是非常致密的“中子星”,这种中子星的质量虽然和一颗普通恒星一样大,但是它的直径只有十几公里。
这样的中子星的核心温度会不会超过6,000,000,000℃这个“最大值”呢?
此外,还有类星体,有人认为类星体可能是由数百万颗普通恒星坍缩而成的,既然如此,这种类星体的核心温度又有多高呢?
所有这些问题,迄今为止,还没有人能够回答。

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艾萨克 · 阿西莫夫
Isaac Asimov
1920-1992
美国著名科幻小说家、科普作家、文学评论家,是美国科幻小说黄金时代的代表人物之一。

阿西莫夫一生著述近500本,题材涉及自然科学、社会科学和文学艺术等许多领域,与儒勒·凡尔纳、赫伯特·乔治·威尔斯并称为科幻历史上的三巨头,同时还与罗伯特·海因莱因、亚瑟·克拉克并列为科幻小说的三巨头。

其作品中以《基地系列》《银河帝国三部曲》《机器人系列》三大系列被誉为“科幻圣经”。曾多次获代表科幻界最高荣誉的雨果奖和星云终身成就大师奖(雨果奖7次、星云奖3次、轨迹奖2次)。小行星5020、《阿西莫夫科幻小说》杂志和两项阿西莫夫奖都是以他的名字命名。

他提出的“机器人学三定律”被称为“现代机器人学的基石”。

稿件搜集 | 靳淞

文字编辑 | 清皓

排版 | 圈

审核 | Lynn

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