恒星宇宙(2)
有三个方法可以估计恒星的年龄:(1)双星的轨道最初应为圆形,以后受到过路星的引力的影响,而逐渐变形,这种影响的可能频率可以计算,因而由轨道的实际形状,可以计算恒星的可能年龄。(2)明亮的星所组成的星团在空间运动时,逐渐失掉其小的成员,造成这些观察到的分散情况所必需的时间,是可以计算的。(3)恒星的运动能量,也如气体分子一样,必定有达到平均分配的趋势;西尔斯(Seares)测得太阳附近的恒星差不多已经达到这个阶段。由分子运动论,可以计算产生这种动能平均分配状况所需的时间。这三种方法都一致表明,我们的星系中恒星的平均年龄可能是5万亿至10万亿(5至10×10[12]年。
要维持这样长久的生命,必需大量辐射能量的供给,数量之巨,远非引力的收缩,或放射性物质所能解释的。爱因斯坦的理论很自然地引导人们形成一个观念:这种能量的来源可能是由于阳性质子与阴性电子的相互湮灭,这是1904年秦斯用来解释放射物的能量的说法。这理论已经详细地完成。可以肯定,恒星在不断损失质量。辐射造成定量的压力,因而具有一个可以计算的动量,即质量与速度的乘积。太阳表面每平方英寸辐射出50马力,这说明整个太阳每天损失质量3600万万吨,而质子与电子的相互湮灭可说明这种损失发生的机制。太阳在其体积更大、年龄更轻时,其质量的损失必当更速,于是我们可以给与太阳年龄以一个上限,大约是8万亿(8×1012)年。这与其他方法所估计的恒星年龄相符合,但根据以后的研究来看又是可怀疑的。
星的演化
恒星的年龄既经估定,我们自然会问恒星是怎样产生的?即使在最大的望远镜中,恒星也无可见的体积——最近的恒星也是太远了。但是天空明亮的一片一片区域,所谓星云,早已为人发现。仙女座中的大星云,能被肉眼看见,在望远镜发明以前即已发现。而猎户座内的另一星云,也于1656年为惠更斯所发现。
星云有三大类:
(1)形状不规则的星云,如猎户座内的。
(2)行星状星云,形状有规则的较小的结构。
(3)旋涡星云,象似明亮的大旋涡。
数目最多的星云是旋涡状的。我们已经说过,现代望远镜中可见的星云,约有二百万个。它们的光谱是连续的,而重合有吸收谱线,与F至K型的星(包括太阳在内)的光谱相似。有些星云是弥漫的炽热气体团,有些含有定形的恒星。星云呈现有急速转动的模样。自轨道平面的边上平视所见的星云,可以在光谱学上进行研究,另外一些与我们视线正交的,可在逐年的照片上看出其有可测量的转动,每转一周约需几百万年。这好象说明其运动的迂缓,但是我们观测到它们有很高的线速度,所以其转动周期的悠长,不是由于其运动的迂缓,而表现其体积的庞大。
如果假设不同的星云的转动速度大略相同,则由以上所述,自轨道平面迈上平视所见的星云,可以由光谱学测得其线速度,而横过我们视线的星云,也可以测得其每年的角速度,这样比较这两种速度,便可得其距离的一个估计值了。旋涡星云的旋臂中可以看出有造父变星,其光变的周期可假设与其绝对亮度有通常的关系,因而测量它们的视亮度,又可得距离的另外一种估计值了。由此所得的数字,约在几十万至几万万光年。因而大多数旋涡星云都很远,而在我们的星系以外。
恒星演化的星云学说,最初为康德所提出,继于18世纪末为拉普拉斯引用,去解释太阳系的起源。拉普拉斯根据气体星云的概念,认为星云充满海王星轨道里边的空间,而且具有旋转运动。它因其自身的引力而收缩。但因其角动量不变,故其旋转速度渐增。在其收缩的各阶段中,它遗留下环形的物质,经凝结而形成行星与其卫星,绕中心的物质转动,这中心的物质即形成太阳。
这个学说有若干困难。1900年,莫尔顿(F.R
Moulton)指出,由环形不会破裂变成球形。张伯林(T.C.Chamberlin)并证明在那样大的气体团中,其引力并不足以克服其分子速度的扩散效应与辐射压而使其缩小。秦斯以别的论据证明行星是不能由凝结而形成的。
但是旋涡星云比拉普拉斯所想象的大过百万倍,在这规模下,其整个的发展过程也大不相同。这时引力远比气体压力和辐射压更为有效,星云不但不扩散,而且收缩,并且旋转得比拉普拉斯所想象的还快。这个解释,应用于小规模的太阳系遭到失败,应用在庞大的星系上,却颇有成功。
秦斯已经以数学证明:一个具有引力的气体团,或因其他物质团的潮汐作用而开始转动,则将渐渐形成一双凸透镜的形状。若其旋转加快,则其边缘将不稳定,而裂成两个旋臂。旋臂上发生局部的凝结,每个凝块具有适当体积,可以在我们所见的恒星的大小的狭小限度内形成恒星。这个由理论得出的预言已为哈布耳所证实。哈布耳根据观察的结果,将星云分为秦斯所预言的类型。于是我们在旋涡星云里,发现在我们星系以外在遥远空间里正在形成中的其他星系。
旋涡星云臂上的一小滴,是不是变成我们这样的太阳系呢?根据秦斯的数学推证,这不是一定可能的。如果这小滴的转动足够迅速,而至酿成分裂,则分裂的结果可能是互相绕转的双星。所以双星很可能是恒星演化的一个正常规程,其另一过程,则是孤独的单颗星。