质量为王
人类从很早以前就向往着征服星辰大海,而且天文学也是最早发展起来的学科。不过,最早的天文学一直和占星术纠缠在一起,我们所知道的许多早期天文学家其实本职都是占星术,比如:第谷和开普勒。
其实在中国也是如此,古代中国拥有当时全世界最全面的观测数据。而这些记录下来的这些天象常常和政治挂钩,也是类似于占星术的作用。
后来,正是由于开普勒的努力,使得天文学和占星术分离开来。开普勒就是他那个时代最顶尖的占星术,他还曾说过:占星术若不为天文学母亲挣面包,母亲便要挨饿了。
他利用第谷的观测数据,得到了行星运动的轨迹是椭圆。他的开普勒三大定律是天文学的基础理论,因此,他也被称为天空立法者。
不过,开普勒其实留下了一个未能解决的问题,那就是为什么行星运动的轨迹是椭圆?
这里多说一句,开普勒之所以没解决这个问题,和他自身的经历有关,他的时代恰逢战乱时期,一生困顿。后来母亲被冤枉是女巫,他就在自己职业的黄金期回到故乡为母亲辩护,后来的人生都在讨薪的路上。
真正解决这个问题的其实是牛顿,他提出了万有引力定律,统一了天界和地面的物理学规律。而万有引力定律描述的其实是两个有质量的物体具有彼此吸引的力。
牛顿的万有引力定律揭示了一个天界的基本逻辑,这个逻辑就是:质量为王。地球之所以绕着太阳,而不是太阳绕着地球转,其实就是因为太阳质量远远大于地球。也就是说,在天体的江湖,谁个头大,谁更有吸引力。
质量的影响不仅仅在谁绕着谁公转的方面,还和一个天体的种类,一生的轨迹有关。就拿太阳来说,我们称它为恒星,是因为它内核发生核聚变反应会发光。可为什么地球不会发光呢?
实际上是因为地球质量不够大。
恒星
就如上文所说的,通过万有引力定律,我们知道质量越大,引力就越大。一个天体也会在自身引力作用下挤压自己。有一部分的天体就会因为自身引力太大,导致内部的温度变得极其高。这时候这个天体内部就会呈现等离子态,这是区别于固液气三态的一种物质状态。
在等离子态下,电子由于获得足够多的能量就摆脱了原子核的束缚,成为自由的电子。所以在这个天体内部,其实是各种粒子鱼龙混杂,有光子,原子核,电子等等,像是一锅粒子粥。但是原子核和原子核都是带正电的,同种电荷相排斥,想要让它们发生反应并不容易。
这个时候,在量子隧穿效应和弱力的作用下,天体就有可能发生核聚变反应。当然,这里补充一下,只有一部分的天体是需要这样的,因为温度达不到核聚变反应的条件,但是由于天体很大,粒子数够多,根据微观世界的量子隧穿效应理论,我们知道即便是需要输入能量才能实现的事情,在微观世界也可能实现。所以,还是有一定的概率发生核聚变反应。
一般来说,都是先激发氢原子核的核聚变反应,因为氢原子核的核聚变反应的门槛最低。而这个促发的核聚变反应有多剧烈完全是看质量的。能促发的门槛是太阳质量的7%以上,低于这个质量门槛就不会成为恒星,比如:木星和地球。
高于这个门槛的天体都可以成为恒星,质量越大,核聚变反应就越剧烈。而核聚变反应会产生对外的压力,这个压力会和恒星自身的引力形成动态平衡。
也就是说,恒星的温度其实也是和自身的质量有关的。一般来说,质量越大,温度就会越高。太阳内核的温度大概在1500万摄氏度左右,表面的温度大概在5000-6000度左右。
太阳其实在恒星当中个头不算大的,有些质量超大恒星,温度要远远高于太阳内核的温度,甚至可以达到几十亿度,这其实也说明它们烧的很旺,寿命也越短。那些温度刚过了最低门槛的恒星,温度就相对比较低,属于文火慢炖的类型,寿命也会相对更长一些,甚至可以达到几千亿年。
总结
恒星之所以会点燃核聚变是因为自身质量大于太阳质量的7%,而质量越大,核聚变反应就会越剧烈,温度也会相对越高。太阳内核的温度到了1500万度,表面温度达到了5000-6000度。