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2012年6月12日 星期二

與小女兒談談這個宇宙 –星星/星系/星團的產生-IV

我說:我們有好久沒有這樣躺著談星星了。

她說:對啊,你最近都很煩躁哦!一直玩”Sudoku””

我說:唉!都怪我那可惡的客人,搞得我氣昏了頭。滿腦子憤怒焦躁所以就一直玩”Sudoku”,一個大人了,怎麼還找藉口…”

她說:不要緊啦,我也是這樣啦。那你搞定了他們嗎?”

我說:當然沒有啊,現在沒解啦


她說:那怎麼辦?”

我說:不怎麼辦啦,人生很多事情有時就是沒辦法解決,只是,有時就是不甘願,所以想用吃奶的力氣去解決。然後就自己和自己過不去,天天煩躁。其實我明明清楚知道煩躁也沒用。可是我就是那麼一個平凡的人類,演化成這個樣子,為了生存,不愉快的事總是忘不了,愉快的事則記不得,生於憂患才不會被演化淘汰,喔喔,我又再找藉口囉

她說:那你現在怎麼又可以靜下心來和我談談星星星系呢?”

我說:仔細想想有些事情啊,就是沒辦法解決,即使你是如此的努力喔。所以,焦躁也沒用,蠻力也沒用,可能啊,"等待"是最好的方法囉,時間久了,或許會找到別的出路,但我還是會很努力的哦

她說:嗯,努力過,自己才不會覺得後悔。

我說:還有哦,有時抬頭去看看這些星星,看看這宇宙,看看這世界,看看一些事情”(big thing),你就會覺得自己身邊這些煩人的事,其實是如此的微小,不值得讓自己如此的煩。在整個宇宙歷史裡,我們是如此的渺小,一丁點大到看都看不見,成功固然很好,不成功其實也沒那麼大不了的,我們只是堆積這堆宇宙塵埃裡的一個小屑屑而已。所以我常喜歡跳出自己,看看這些"大事,忘掉自己煩人的小事喔!這也是一種另類心理治療方式啊!我又要離題了,上次談到哪兒?”

她說:星星(恆星)的生與死。媽媽,你知道星星為什麼叫恆星?我們地球叫行星?因為以前的人認為天上的星星好像恆久在那裡,都不會變,而金(),木(),水(),火(),土()啊,都是在那些星之間走來走去的星球,所以叫行星。

我說:那今天我們來談星系的形成吧!

她說:

我說:這過程和星星的形成是相似的,但是更複雜,因為牽涉到一個恆星和一群繞著它旋轉的行星(像我們太陽系有一個恆星與八個行星),再擴大到一群恆星和一大堆行星,還有一大堆誰也不甩自由遊走的星體(例如我們銀河系裡,就有1000多億顆像我們太陽這樣的恆星,更不要說有多多的行星了)。之前我們提到星星怎麼形成的?還記得嗎?

她說:喔喔,偷看一下之前的…..『一團氣體開始聚在一起,形成一個雲氣球….於是它又吸引了更多其他的雲氣….現在周圍因雲氣球更重了也陷得更嚴重了,這就是所謂的重力塌縮….』”

我說:嗯,太空中瀰漫著以前恆星死亡時所遺留下來的氣體與塵埃(雲氣),當積聚越來越多時,就會因重力塌縮而形成恆星,這個過程通常需要到數百萬年。

她說:我知道,然後在往中間塌縮的過程中,溫度會上升,因為這些雲氣會加速向中心掉落。然後呢,開始越轉越快,因中間質量越來越大,對周圍雲氣的重力吸引也越大。形成一個扁平的圓盤,而這個圓盤也就越來越大。像一個披薩師傅在甩披薩餅一樣。

我說:啊哈,你都記得

她說:不是啦,我看之前小抄的啦。然後呢?”

我說:中間形成恆星後,在披薩餅上剩下的氣體與塵埃,會繼續圍繞這顆恆星轉,他們其實就是形成我們這些行星的材料哦。

她說:所以行星與恆星是由同一團雲氣產生的?

我說:目前觀測我們的太陽系,確實是如此的。我們稱這時的披薩餅為原行星盤。可以看成是製造我們行星的胎盤。

她說:然後我們這些氣體與塵埃繼續旋轉碰撞,越變越大,那甚麼時候會變成我們現在的樣子啊?

我說:變成我們現在的樣子大概需要1000萬年哦!我們來看一下我們自己的太陽系。

她說:我知道,太陽系包括:
a.     太陽
b.    4顆像地球的內行星,稱為類地行星(水星、金星、地球、火星)
c.      由許多小岩石組成的小行星帶
d.    4顆氣體型態的巨大外行星,稱為類木行星(木星、土星、天王星、和海王星)
e.     然後是充滿冰凍小岩石的古柏帶。
f.       在古柏帶之外還有歐特雲。歐特雲是太陽系盡頭,以冰為主要成分,它是5 兆個小天體,也是彗星的來源。

我說:哇塞!你知道得很多嘛!
她說:哈哈,老師教過啦,這裡還有一個圖可以一目了然。


 她說:那為什麼在火星與木星之間有許多小岩石組成的小行星帶?

我說: 們猜測這些小行星是受到木星的擾動,也就是同時受到太陽和木星的引力作用,而終究沒辦法形成行星。

她說:那為甚麼歐特雲是太陽系盡頭?

我說:應該是以太陽引力所及的最遠處為邊界吧。

她說:一堆氣體與塵埃旋轉碰撞旋轉碰撞就會形成我們這個星系,好像簡單到難以想像。那為甚麼是目前這樣剛好一顆恆星加上行星,而不是別的樣子呢?

我說:你越來越知道質疑囉!其實星系的形成過程比我講的混亂得多,我們是非常僥倖的存活者。因為很多行星會在形成的過程中被恆星吞食,或爆炸開,或被恆星拋出,變成孤獨的行星在星際之間漫遊,像我們銀河系中可能存在數量多達數千億顆的"流浪行星。而且,你是對的,很多的時候也不會長成我們這樣子,像距離我們最近的半人馬座α星A和α星B,就是一對雙星互繞,我們猜那是因為雲氣收縮形成恆星時,雲氣夠大到各自收縮成為兩個恆星,而他們彼此又因引力吸引而互繞。像全天空最亮的天狼星,也是由天狼星和天狼星B這兩顆恆星組成的雙星。如果真的雲氣非常的大,也有可能同時形成一群質量不同的恆星,稱為星團。但是要是雲氣不夠大,收縮後溫度無法升高到足以點燃核反應,可能連一顆恆星也無法形成。

她說:那甚麼狀況下才能形成恆星?

我說:根據計算,要能夠形成恆星的最小質量大概是太陽的十分之一,否則核心溫度就無法點燃核反應。例如,木星是我們太陽系裡質量最大的一顆行星,相當於地球的317倍,但這樣的質量卻只有太陽的千分之一,太陽質量是地球的330,000倍,因此雖然木星會因為本身萬有引力收縮而發熱,但是核心溫度卻無法點燃核反應,因此木星只能是一顆行星。如果當時收縮成木星的那塊雲氣夠大的話,那木星就會成為一顆恆星,而我們的太陽系就會變成是一個雙星系統了。

她說:我們是太陽系的成員,太陽系是銀河系1000億個成員之一,真的很奇怪呢!這1000多億顆像我們太陽這樣的恆星在銀河系裡,那我們銀河系的鄰居又是誰?

我說:不是很擠哦,因為銀河系盤面的直徑就有100,000光年,1光年是63,240天文單位,1天文單位是149,598,000公里…. 我們太陽系距離銀河系中心有27,700光年

她說:哇,大到算不出來了

我說:就因為天文單位都很大,你只要記得1天文單位就是地球距離太陽的平均距離,所以在太陽系之內大都用天文單位,但最常用在測量恆星之間距離的長度單位是則是光年,1光年大約相當於63,240天文單位。有人就是用天文數字來形容數字龐大無比的啊。

她說:那我們銀河系的鄰居是誰?

我說:我們銀河系有兩個伴星系,那就是大麥哲倫星系(LMC; Large Magellanic Cloud)和小麥哲倫星系(SMC)。大麥哲倫星系是一個環繞著我們的銀河系運轉的星系,距離我們約為160,000光年,直徑大約是銀河系的1/20,恆星數量約為銀河系的1/10(大約是100億顆恆星)。小麥哲倫星系是另一個環繞著銀河系的星系,擁有數億顆的恆星,距離我們約為200,000光年。

我最後說:我今天已經用一大堆天文數字讓你頭昏腦脹了,現在要睡了,最後,我想告訴你,我們的地球現在正以每秒30公里繞飛太陽,雖然比起光速的每秒30萬公里慢很多。但你想像一下每秒30公里, 就是每小時108,000公里在咻的飛!而我們的太陽系現在則是正以每秒250公里,也就是每小時965,000公里咻的繞飛銀河系中心,可惜的是我們是以等速度飛行, 又整個被大氣包圍著, 所以無法有速度感, 你只好發揮一下想像力囉,祝你夢裡星際旅遊愉快。

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