宇宙未解之谜：恒星产生之谜

宇宙未解之谜：恒星产生之谜

恒星产生之谜

一、恒星产生之谜（版本1）

根据弥漫说的理论，恒星形成可分为两个阶段，开始时先由极其稀薄的物质凝聚成星云并进一步收缩成原恒星，然后原恒星才发展成为恒星。

1. 巨大的星云星际空间普遍存在极稀薄的物质，由于分布不均匀而往往分裂成团块，并向中心凝聚，成为弥漫星云。弥漫星云在逐步凝聚收缩过程中进一步分裂，变成体积和质量更小而密度却更高的小球状星云。星云很庞大，半径起码有好几光年。它的外原物质自由地向中心坠落，收缩进行得相当快，但也需几百万年的时间才能落到中心区。随着快收缩过程的进行，星云内部的密度迅速增大，温度快速升高，气压也相应增强，随之发生一系列的反应，使外原物质下落的速度和小球状体的收缩速度减缓，即进入慢收缩阶段。星云的形状各异，人们用肉眼只能看到一个猎户座大星云。

2. 原恒星阶段一般把处于慢收缩阶段的天体称为原恒星。慢收缩

开始后，中心区受强烈压缩而升温并发出热辐射，直到最后中心温度升到约800 至1000 万度以上，由氢原子核聚变为氦原子核的热核反应提供足够的能量，使内部压力与引力处于相对平衡状态，一颗恒星就正式诞生了。原恒星进一步形成恒星的收缩过程要持续几百万到几千万年。在17 世纪时，牛顿提出：散布于空间中的弥漫物质可以在引力作用下凝聚为太阳和恒星的设想经过历代天文学家的努力，已逐步发展成为一个相当成熟的理论。观测表明，星际空间存在着许多由气体和尘埃组成的巨大分子云。这种气体云中密度较高的部分在自身引力作用下会变得更密一些。当向内的引力强到足以克服向外的压力时，它将迅速收缩落向中心。如果气体云起初有足够的旋转，在中心天体周围就会形成一个如太阳系大小的气尘盘，盘中物质不断落到称为原恒星的中央天体上。在收缩过程中释放出的引力能使原恒星变热，当中心温度上升到1000 万度以引发热核反应时，一颗恒星就诞生了。恒星的质量范围在0.1-100 个太阳质量之间。更小的质量不足以触发核反应，更大的质量则会由于产生的辐射压力太大而瓦解。近年来，红外天文卫星探测到成千上万个处于形成过程中的恒星，毫米波射电望远镜在一些原恒星周围发现由盘两极射出的喷流。这些观测结果对上述理论都是

有力的支持。

恒星的颜色与其表面温度的关系:其他所有恒星

也和太阳一样，是炽热的大火球。不过，它们的表面温度并

不相同，天文学家发现，恒星的表面温度越高，它发出的光

线的颜色越偏向紫色，温度越低，越偏向红色。因此，通过

恒星的颜色，可以较为粗略地判断该恒星表面温度的相对高低。

二、恒星产生之谜（版本2）赫歇尔空间望远镜将于本周由欧洲宇航局发射，它将与普朗克空间望远镜协同工作，揭开红外波谱天文学勘测的新篇章。通常人们认为红外光线多数情况下与热量有关，但并不是只有最炽热的物体才释放能量，甚至一个冰块也会释放

红外线能量。

宇宙星体目标的表面温度一般为2000 摄氏度，与太阳表面5500 摄氏度的温度相比较为寒冷，实际上多数宇宙星体以红外线波段释放能量，在可见波谱中呈现出黑色团状。但在赫歇尔未投入工作之前，相关的宇宙红外线观测都是不完全的。1. 观测宇宙的“透明窗口”

地面上的望远镜无法有效地通过红外光线观测宇宙天体，

其原因是红外光线多数被地球大气层中的水雾所阻挡。其他

太空基础的望远镜仅能观测特定红外波段的范围，而赫歇尔空间望远镜则提供了一个广泛观测宇宙的“透明窗口” 。美国宇航局喷气推进实验室负责赫歇尔空间望远镜的方案科学家保罗－戈德史密斯( Paul Goldsmith )说：“赫歇尔空间望远镜发射之后，我们

观测宇宙将不再是通过一个模糊的窗口，而是一扇'透明窗口'。” 据悉，赫歇尔空间望远镜的镜面直径为3.5 米，这是迄今发射至太空中镜面直径最大的望远镜，是哈勃望远镜镜面直径的1.5

倍。赫歇尔望远镜将能够探测到比任何任务更多的远红外线范围内的宇宙星体，包括银河系和银河系之外的星体。此外，该望远镜的重量仅是之前红外空间望远镜重量的二十分之一。它的命名源自天文学家威廉－赫歇尔 ( William Herschel),他于200年前发现红外线，该望远镜能够探测到温度在零下263 摄氏度的宇宙星体。

戈德史密斯说：“通过这个望远镜，天文学家将能够以远红外波段下更好地观测宇宙。” 2. 新红外线观测角度——探测水和氧气

在太阳系，赫歇尔空间望远镜将检测小行星、柯伊伯带和彗星，它们很可能是早期太阳系形成时的残留物质，这些星体可以掌握着包括地球在内的太阳系行星形成之初的原始物质，其中该望远镜的一个重要探测目标就是在这些星体中发现水是否存在，这是科学家们非常关注的。

戈德史密斯告诉美国太空网说：“最令科学家产生兴趣的探测目标之一的就是在宇宙中发现水。”许多天文学家认为彗星可能供给地球水资源，当彗星接近太阳的轨道时，彗星这种冰冻雪球结构中部分冰会融化成水，目前赫歇尔将探测彗星中水的化学成份，从而印证这一推测是否成立。

赫歇尔空间望远镜还能够探测到星际灰尘云中是否存在液态水，并与太阳系内的水化学成份进行对比。戈德史密斯称，这将揭示我们太阳系与之外宇宙环境的关联性。同时，天文学家还期望通过赫歇尔空间望远镜发现另一种人类所熟知的分子——氧气。天文学家推测星际介质中大量存在着氧气，但至今没有任何观测仪器在星

际中探测到氧气的存在。

赫歇尔空间望远镜将在银河系研究恒星形成区域，进而首次探索恒星早期形成历程和银河系中年轻恒星是如何形成的。通常婴儿恒星被包裹在寒冷气体和灰尘构成的“子宫” 中。戈德史密斯解释说：“你无法看到恒星内部，除非到该恒星真实地诞生。但是赫歇尔空间望远镜却通过透过灰尘云观测到更遥远的婴儿恒星。从而揭示恒星形成之谜。今后通过该望远镜，我们将观测到恒星形成区域，我认为这将是非常美丽的图像。”3. 揭晓银河系的身世

天文学家们也希望使用赫歇尔空间望远镜能够观测包裹恒星的灰尘残骸盘，该区域通常被认为是行星的主要诞生地。这颗空间望远镜还将检测银河系之外的恒星形成，天文学家知道在宇宙大爆炸之后恒星和星系诞生的速度非常快，恒星的形成在早期宇宙尤为频繁。年轻的星系大量制造的恒星将在红外线波谱下呈现发亮，赫歇尔作为主流空间望远镜将更好地理解早期宇宙婴儿恒星是如何诞生的，以及如何区别现今恒星的形成过程。

戈德史密斯说：“我们希望能够更多地揭示宇宙之谜，银河系被认为是由漫射的红外宇宙背景物质构成的，之前斯皮策空间望远镜仅能简单地表达描述银河系，但当前的赫歇尔空间望远镜将定位聚焦观测银河系，准确查找红外宇宙背景物质的来源。”

三、探索恒星形成之谜