德国波鸿鲁尔大学对星星发光原理及太阳能量来源解析

星星是宇宙中的“恒星”——与行星不同,它们依靠自身产生光和热。我们的太阳便是一颗非常典型的恒星。在广袤的宇宙中,它看似平凡,却只因距离我们仅约1.5亿公里,才显得比其他夜空中的星辰更为明亮夺目。© 

我们的太阳已有约45亿年的历史,并且持续不断地散发着光芒。那么,太阳以及宇宙中其他的恒星,究竟是如何获得并维持这样巨大的能量的呢?

晴朗夜空中,我们常看见星星如点点微光般闪烁。然而这些光点背后隐藏着什么?星星的本质到底是什么?“星星其实是遥远的太阳,与我们的太阳相似;而太阳本身也是一颗相当普通的恒星,”波鸿天文馆馆长苏珊娜·许特迈斯特解释道。恒星是由炽热气体构成的巨大球体,其主要成分是氢和氦这两种最轻的元素。

它们持续闪耀着……已经长达45亿年之久
“我们知道太阳大约形成于45亿年前,宇宙中大多数恒星的年龄也与之相当。这意味着它们必须在极长的时间内,以基本稳定的亮度持续发光。因此,任何形式的化学燃烧过程都无法作为其能量来源——因为燃料会很快耗尽,”苏珊娜·许特迈斯特指出。那么,能量是否可能来自恒星形成时气体云塌缩所释放的引力势能?“不,这个过程的持续时间也远不足以支撑恒星如此长时间地发光,”她进一步说明。

爱因斯坦与这一切有何关联?
尽管如此,从恒星由气体云收缩形成的过程中,我们可以找到正确的思考方向。“恒星形成过程中,其内部会变得越来越热、密度越来越高。当核心温度达到约1000万摄氏度时,四个氢原子核会聚合形成一个氦原子核,这一过程称为核聚变。生成的氦原子核质量略小于原来四个氢原子核的总和。根据爱因斯坦著名的质能方程 E=mc²(E代表能量,m代表质量,c代表光速),这份微小的质量亏损会直接转化为巨大的能量。虽然‘质量亏损’仅占原始质量的约0.7%,但所产生的能量足以支持像太阳这样的恒星持续发光约100亿年,”许特迈斯特解释道。

核聚变——恒星能量的答案
简而言之:恒星之所以发光,是因为其内部持续进行着核聚变反应。

然而,聚变产生的能量必须从恒星内部传递到表面,才能被我们观测为发光的天体。“聚变过程中产生的是极高能量的伽马射线。这些辐射在向外传播的过程中,会被恒星物质反复吸收和再发射,经历漫长而曲折的旅程,最终以可见光等形式从恒星表面辐射出去。以太阳为例,这一过程可能需要大约十万年。”

为何我们与星辰息息相关
恒星表面温度依然很高,通常在约4000到10000摄氏度之间,但仍远低于太阳核心的温度。“太阳表面温度约为5500摄氏度,”许特迈斯特指出。在这一温度范围内,物体会在我们肉眼可感知的波长范围内辐射出大部分光,因此我们才能直接看见恒星。温度较低的恒星呈现红色,而温度极高的恒星则偏向蓝色——太阳光经过我们大脑的处理,被感知为中性白色。

“有趣的是,构成我们人体的物质,实际上也诞生于早期星系的演化之中,”许特迈斯特说,“我们确实是由星尘构成的。”