千亿个太阳 作者:[德]鲁道夫·基彭哈恩-第23章

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子能给我们这颗最近的恒星里面我们所看不到部位的情况启示；另一方面，要破译从太阳深处传出的信息，我们也已经具备了最优的条件。太阳表面的米粒组织本来就在不停地上下颤动，叠加在其上的还有数以百万计的形形色色的几分钟太阳振荡。许许多多不同形式的振荡叠加起来，形成一种复杂的振荡模式，人们只要长期累积连续监测太阳表面运动的资料并用计算机分析，就能把这种模式分解成许多各式单个振荡。不同形式与周期的振荡波穿达太阳内部不同的深度。地震波从其中心点出发，一部分沿地球表面，另一部分则穿经地球内部而传到某处。地质学家分析了地震波，就能对地球内部结构有所认识。同样地，太阳振荡波虽然是在太阳表面被观测到，但其形成和整个太阳实体相关联；太阳物理学家只要分析这些振荡波的各种特征，就能对太阳内部结构有所了解。不同形式的振荡波周期之间的差异往往只有千分之一秒的量级，学者们只有通过长时间观测，才能把周期极为相近的众多不同振荡波加以清理，逐个区分出来，在我们这样纬度的地方，即使从日出起连续观测太阳到日没，时间也不够长。在地球南北极，太阳会半年不落，就可能完成较长的连续观测而不被日没所中断。因此，人们在南极地区组织了太阳振荡模式的观测研究。本书第4章曾讲到太阳本体外部有个对流区。迄今已进行的太阳振荡研究使我们比以前更精确地测定了这个对流区的深度。结果发现它的深度占太阳半径的30％。来自内部更深处的能量到了这个区域，再向外传输的方式便是气团的频繁升降运动。这个区域也就称为对流区。还有，氦和氢含量的比值也比以前推算得更准了；为了使太阳振荡的实况和理论符合得最好，就需要在模型计算中采取氢与氦的质量比为三比一。这样发展下去，不久的将来人们甚至对太阳深层的自转也会了解得更清楚。为了争取每天24小时连续监测太阳，科学家建立了一个全球规模的观测网，它的缩写名称叫做GONG，英文全名的意思是“全球振荡联测网组织”。分布在全球六处的观测台昼夜不断监测太阳的振荡。对这个网的整体来说太阳不会落到地平线下。不仅如此，于1995年12月2日发射成功的航天器“太阳和太阳风层观测台”（缩写为SOHO）将连续不断监测太阳振荡20年。1987年2月23日，一颗超新星在大麦哲伦云中爆发，消息传出时全世界的天文学家都很惊奇。这一事件虽然没有发生在我们银河系的盘区
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　　中，毕竟还是相当邻近，离我们只有170000光年。它是人类发明望远镜以来所遇到的离我们最近的超新星。这一回，人们不但能够用望远镜和光谱仪在可见光范围跟踪这一天象，还能利用地球大气层外人造卫星上的仪器观测研究它的紫外辐射和X射线。人们甚至还成功地把超新星爆发核过程所释放的中微子也接收记录下来。神冈矿和美国俄亥俄州一个盐矿的实验装置分别记录到了长途跋涉17万年才到达地球的中微子。还有一点是，大麦哲伦云位于南半天球，日本和俄亥俄州的接收装置则处在北纬地区，可见这超新星的中微子是穿经地球内部后从下而上来到测量仪器中的。大麦哲伦云原是壮丽出众的摄影对象，历来吸引着人们去做精雕细刻的研究。因此，我们就有可能找出爆炸为超新星的原来那颗星，看看它早先在照片上是什么样子，这样难得的机会还是第一次。这一超新星的消息1987年2月24日早上才传到世界各处，所以在前一天晚上几乎每个天文学家大概都会断言，即将爆发成超新星的恒星都应该是红超巨星。然而，在大麦哲伦云中爆发，由天文学家按既定规则编号为1987A的超新星，它在此前却是一颗蓝星！这是不是和恒星演化理论中恒星中心区的氢耗尽后应变成红巨星的基本规律不相容呢？一点也没有。我们知道，这个时候恒星在赫罗图上虽然先要从左向右（从蓝到红）迁移，但其后也还有重新返回蓝区的可能。如此来回若干次的情况也有（例如可见图6—2中质量为太阳9倍的一颗恒星的演化）。可见超新星爆发前原是蓝星的情况并非完全不可能。1993J超新星给天体物理学家带来了一点安慰。一个叫弗朗西斯科·加西亚·迭斯的西班牙天文爱好者于1993年3月28日在一个星系中发现了这颗超新星，天文学家200多年来一直在天体表中把这个星系编号为M81。这个星系虽然距离我们比大麦哲伦云距离的六倍还更远，但是比起许多别的星系来，它算是离我们相当近的一个。这一回人们也在早先的照片上找到了爆发为超新星之前原来的那颗星，它确实是红超巨星。1987和1993年这两起引起轰动的超新星事件都是恒星中心区铁原子核向内暴缩而造成的，本书图11—1左边所画的正是这类情况。自从1987A超新星发现以来，人们对它进行了认真细致的观测研究。出现的光环显然是原先那颗星在相对宁静阶段抛出的气体，后来被超新星爆发的闪电辐射所追上并照亮而形成的。人们还测到了来自钴的放射性同56位素Co的γ射线。这种钴同位素产生于超新星爆炸物质中，在77天内衰变为一半，发出我们所测到的高能γ射线。人们想知道，这次爆发会不会产生一颗中子星。但是天文学家一直没有能接收到从该处传来的脉冲星信号。光是这一点并不很说明问题，因为收到这种信号的一个必要条件是那颗中子星的自转轴和磁轴的指向一定要正好使辐射圆锥扫及地球。另一方面，即使爆发信号源并没有向我们发
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　　来射电脉冲，脉冲星周围区域也应该朝一切方向发出X射线，人们应该能观测到。可是，尽管这一超新星爆发所产生的云团已在缓慢松散转清，但人们还没有探测到它的中心有快速自转中子星的迹象。近几年来已知的脉冲星数已增长到500以上。有一些就是在大麦哲伦云中找到的。值得注意的是新发现的脉冲星之中很多都是短周期的。早在1982年11月，射电天文学家就用阿雷西沃望远镜发现了一个每秒发出642个脉冲的天体。要是能把这种周期信号转变成音波脉冲，人们就可以听到类似弹钢琴发出的一个音！我在本书第10章将近结束时讲到，人们如果能听到宇宙中的各种电磁波，将会怎么样。看来那些比喻需要扩大范围，把这种音也包括进去。这颗质量可能和太阳相当，也许比太阳稍重些的中子星，既然每秒应自转600多周以发出相应的脉冲信号，那么会不会由于转得太快而被离心力撕裂呢？可是中子星的表面重力实在强大，即使这样快的转速也不过使它略为发扁。脉冲星都在慢下来。75000年后，来自蟹状星云脉冲星的脉冲就不会是当前这样的每秒30个，而将减少到每秒只有15个了。这是不是意味着，这个每秒发出几百个脉冲因而称为毫秒脉冲星的天体还年轻呢？大概不会。这是因为在球状星团中已发现了许多毫秒脉冲星，而我们确实了解球状星团是年老的恒星系统，大多数已超过100亿年高龄。大质量恒星演化到发生超新星爆发并产生相应的脉冲星，是几十亿年前的事件，这些脉冲星应该在很久以前就已经变慢了。那么球状星团中急速自转的脉冲星从何而来呢？有什么内因或环境条件会使年老迟缓的脉冲星重新快速自转呢？如果一个脉冲星正是组成双星的两颗星之一，那么在某些情况下伴星的物质会类似图9－8那样流到中子星上去，使后者的自转重新变快，这就是一种可能性。实际上，和图10－4所画，图10…5中解释的X射线星同样表现的脉冲星，已经观测到。这类脉冲星肯定都是双星中的成员星。甚至有这样一个脉冲星，它每隔9小时10分钟准时运行到它的伴星背后而失踪44分钟之久。自从本书第一版问世以来，已经有许多射电天文学家对来自地外文明的信号进行了搜索。成功的结果直到现在还没有。不过在此期间，人们对别的恒星周围行星系形成的问题却了解得更多了。美国和荷兰合作的红外天文卫星（缩写IRAS）巡查了宇宙各处的红外辐射，发现绘架座β星周围有一个发出热辐射的尘盘。地面的天文台后来也测到了这个尘盘的图像。红外天文卫星在一批恒星的周围都发现了尘盘。是不是人们观测到了正在形成的行星系呢？1995年11月，两位年轻的瑞士天文学家发表文章宣布，视向速度的周期性变化反映飞马座51号星周围有一颗质量和木星相当的行星在绕它运行。稍后，美国天文学家由视向速度的变化规律发现，另外两颗恒星（译
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　　注：大熊座47号和室女座70号）周围也各有一颗行星在公转。1992年10月12日，美国国家航空航天局开始执行一项大规模探索计划，这将会在其后的6年中耗资若干亿美元。包括阿雷西沃在内的几台大型射电望远镜被调动起来，开始了扫描巡天；人们准备对接收到的信号进行分析。每1秒钟就巡查了1000万个频道；同时还用一台超级计算机来区分，接收到的究竟只是自然界的辐射，还是更像地外文明发来的载有某些信息的信号。原先的计划要一颗星一颗星地逐个扫描，对800颗类似太阳的恒星进行经常性巡查，并动用一批较小型射电望远镜监测整个天球。由于美国参议院没有批准拨款，这项计划于1993年9月被迫中止。据说有一位参议院议员说道：“与其花钱去寻找地球以外的智慧，不如就在华盛顿当地寻访智慧人士。”鲁道夫·基彭哈恩1996年5月1日于哥廷根
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　　译后记本书著者鲁道夫·基彭哈恩是60年代密近双星质量转移演化理论的创始人之一，1985—1991年曾担任国际天文学联合会副主席，曾著有《恒星的结构和演化》（1990年）。本书深入浅出地介绍了恒星能源、结构和演化（第1—7章）、射电脉冲星（第8章）、密近双星质量转移（第9章）、致密X射线星（第10章）、恒星晚期演化（第11章）、恒星的诞生（第12章）以及地外生命与地外文明（第13章）的知识。全书基本上撇开了数学公式，运用了许多生动比喻，叙述了许多著者亲身经历的故事，是一本颇有特色的科普著作。本书的德文版于1980年问世，其英文版也于1983年在美国出版。我们根据本书1984年德文版连同著者随后寄来的几十页修改补充材料译成中文，于1987年3月完成译稿交给出版社。我们期望中译本能引起读者对恒星世界的兴趣，特别是启发学生和青年的好奇心，推动其中的一部分人去深入探究。除了丰富的国内读物外，我们还建议有条件的读者去阅览其他资料如美国科普月刊SkyandTelescope、ScientificAmerican或英国科普月刊AstronomyNow中的有关内容，以更新知识，加深思考。译稿交付后，年复一年，历经周折，幸能出版。我们谨向所有给予热心支持和帮助的领导和同志，特别是向湖南科学技术出版社，表示衷心感谢！本书第1—7章和第9章由黄润乾译，关于本书、前言、绪论、第8章、第10—13章、附录及中译本序由沈良照译，译文经两人互相校阅修改。译本中的不足之处诚恳欢迎读者批评指正。1996年春天，著者专为译本写了一篇后记，是反映最近十几年来天文学有关进展的补充更新材料，由沈良照翻译成中文。我们对年逾古稀的著者的这种热情为读者服务的认真精神表示感谢和敬佩。
　　沈良照1996年6月于北京
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　　（完）