她說:"好吧”
我說:"太陽生於何時?”
她說:"嗯..你說過大概在50億年前”
我說:"那時這個世界充滿了各種氣體像氫啊氦啊碳啊氮啊…,這團雲氣越聚越多,越聚越多,到達足夠的密度,在本身的重力作用下便會開始收縮,但也可能經由鄰近區域像是超新星爆炸造成的震波壓迫了這團雲氣,因此造成重力塌縮的開始。”
她說:"重力塌縮?”
我說:"重力是一個奇妙的東西,看不見也摸不到,上次我看到一個文章解釋重力是甚麼,覺得很有趣,所以可以先和你分享一下。
我們現在把一個很重的東西,例如保齡球,放在這個彈簧床上,你會發現保齡球周圍的床墊部分陷下去了,床墊代表這個空間,這個球周圍彎曲的床墊部分就是代表彎曲的空間。可以想像嗎?”
她說:”嗯”
我回:”好,所以愛因斯坦提出的廣義相對論就是在解釋是”物質”的”質量”造成空間彎曲。所以你現在放上任何東西像彈珠,它都會往中間的保齡球掉下去,這就是重力的來源。 現在我們來看這段video,可以讓你更容易想像喔。”
http://www.sciencephoto.com/media/434848/view
她說:”好好玩哦,但旁邊那顆球怎麼不會掉下去?”
我回:”如果旁邊那顆球沒有維持轉轉轉,就會掉下去啊。像我們用線綁著一個石頭甩圈圈一樣,如果我們的手不甩了,石頭自然就停在中間囉。維持轉轉轉的動力就是一種動能。”
她點點頭。
我說:”所以,一團氣體開始聚在一起,形成一個雲氣球就像保齡球一樣,於是它又吸引了更多其他的雲氣,現在周圍的床墊中心部分因保齡球更重了也陷得更嚴重了,這就是所謂的重力塌縮。”
她說:”然後呢?”
我回:”在往中間塌縮的過程中,溫度會上升,因為這些雲氣(原子分子)會加速向中心掉落,位能會被轉換成動能或是熱能。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。想像一個披薩師傅在甩披薩餅一樣。”
她說:”然後呢?”
我回:”這團塌縮雲的中心就越來越熱,到達了核融合的溫度,最後就開始燃燒,轉變成一顆恆星。這就是太陽。我們再看一下Wiki中是否有提太陽的溫度?”
她說:”這裡寫太陽的中心溫度是~1.57×107 K,表面溫度是5,778K。個十百千萬…哇!中心溫度快要1千6百萬度ㄝ”
我說:”我們講起來很快,但其實形成一顆像太陽這樣的恆星,需要一千萬至五千萬年喔。”
她說:”真的好漫長哦,那怎麼停止所有的雲氣繼續往中間掉的?”
我說:”當太陽的核心因核融合反應而溫度不斷上升時,產生的能量也會增加往外的強度啊,就會抵抗外圍物質往中間掉,然後核心就會膨脹,核心膨脹呢,又會降低核融合的反應,核融合的反應變低,往外的壓力強度變少,核心就又收縮了,
這樣脹脹縮縮,最後就形成了一種平衡。”
她說:” 核融合反應到底有多強啊?”
我說:”估計太陽核心每秒大約進行著9.2×1037反應。這個反應是將4個自由的質子(氫原子核)融合成氦原子核(α粒子),每秒大約有3.7×1038個質子成為氦原子核。所以現在太陽的成分中除了75%的氫以外,還有23.8%的氦、1%氧、0.3%碳、0.2%氖、0.2%鐵和其他少於2%的重元素都是核融合後的產物。”
她說:” 太陽核心還真是忙碌啊!我聽你們說過要去芬蘭看北極光,那到底是甚麼啊,怎麼形成的?”
我說:”在大爆炸篇時,我們提過,當溫度過高時,電子不會被原子核擄獲而形成原子,記得嗎?”
她說:”嗯,記得啊,電子亂亂飛,光無法直直穿過,因為被亂亂飛的電子撞得歪七扭八…”
我說:”所以啊,這麼高溫的太陽,裡面的氫或氦等等的原子中的電子呢,就不會乖乖地繞著原子核轉。我們稱這些不受原子核束縛的電子為自由電子。這些帶電粒子運動速度極快,以致不斷有帶電的粒子掙脫太陽的引力束縛,射向太陽的外圍,就形成了太陽風。”
她說:”喔,那太陽風的速度一定超快的,咻咻咻…”
我說:”對啊,一般太陽風的速度以每秒200-800公里往外吹哦。當這個帶著大量電子的強風吹向我們地球時,就會在地球的兩極,與大氣中的原子和分子碰撞,再度激發裡面的電子掙脫原子核的束縛,
產生光芒,引發美麗的極光。
你可以看一下下面這個在美國阿拉斯加拍攝到的美麗極光的照片和太陽風吹向地球的照片。”
她說:”為甚麼極光只發生在地球的兩極?”
我說:”因為地球磁場的關係。地球核心有液態鐵在流動,液態鐵流動就會產生電流,電流就會產生磁場。當帶電的太陽風吹過來,地球的磁力線就會將帶電粒子導引至北極和南極。所以,磁場相當於地球的超級防護罩,阻擋太陽輻射中大量帶電粒子進入地表喔。”
她說:”沒想到磁場這麼重要。”
我說:”順便告訴你,原子中的電子因為被激發,脫離原子核的束縛而成為自由電子的過程,稱為電離,這樣的物質狀態則稱為電漿態。電離的瞬間會放出能量,產生了光芒。像閃電也是同樣的道理喔!以後,你再聽到像電離或電漿時,就不會因為這種難懂的專有名詞而望文生畏。”
她說:”對啊,一堆專有名詞,搞得人頭昏眼花的,比查英文還難。那太陽這樣一直燒,核融合反應啦,會有燒完的一天嗎?”
我說:”會啊,下面這是預估太陽的生命週期,我們太陽這顆星星不算老哦。從誕生到現在活了大概46億年,預計再過50億年,也就是100億歲,當核融合反應把核心的氫全部融合成氦時,我們太陽就會變成一顆紅巨星。所以我們太陽現在算是一個成熟穩重的中年人啦。”
她說:” 紅巨星?”
我說:” 在耗盡了核心的氫燃料之後,燃燒將會移至核心外圍的氫氣層。因為惰性的氦核本身沒有能源,便因為重力而收縮再度被加熱,包在氦核上面的氫也會跟著溫度升高,融合的速度增加,產生更多的能量,導致太陽會變得更亮(比原來亮1,000~10,000倍)並且使體積膨脹。但體積膨脹的程度超過發光能力的增加,因此表面的溫度下降。表面溫度的下降就使得恆星的顏色傾向紅色,因此稱為紅巨星。”
她說:”哦,表面溫度下降到3000K是紅色的。上面周期寫,太陽最後會變成白矮星?”
我說:” 當核心的溫度達到1億度時,氦融合將開始進行並燃燒生成碳和氧。激烈的燃燒和熱,最後會將核心外面的數層氣體拋出,看起來就像一團星雲。而這時留存在星雲中心的太陽核心殘骸,溫度才會逐漸下降而成為小而緻密的白矮星。因此,白矮星通常都是由碳和氧組成的。”
我說:” 當核心的溫度達到1億度時,氦融合將開始進行並燃燒生成碳和氧。激烈的燃燒和熱,最後會將核心外面的數層氣體拋出,看起來就像一團星雲。而這時留存在星雲中心的太陽核心殘骸,溫度才會逐漸下降而成為小而緻密的白矮星。因此,白矮星通常都是由碳和氧組成的。”
她說:”然後呢?”
我說:” 然後,白矮星的內部不再有物質進行核融合反應,因此恆星不再有能量產生。因為沒有能量的來源,因此將會逐漸釋放它的熱量並且逐漸變冷 (溫度降低)。經過漫長的時間,白矮星的溫度將冷卻到再也不能被看見,而成為冷的黑矮星。其實,質量不同的恆星,有不同的演化死法,不是每一顆都變成白矮星或黑矮星的。下一次我們再來談吧。”
沒有留言:
張貼留言