恒星七纪 恒星七纪 9.1分

你我皆星尘

月亮上的六便士
2018-07-06 看过

#恒星七纪#

BBC出品,质量有保证。与《行星旅行指南》相辅相成,这部片子讲述了恒星所经历的一生,极宏伟,极减压。超爱片子中的这句话:“We are stardust,or rather, less romantically, nuclear waste。你我皆星尘,或者不那么浪漫的说,是核废料。”

诞生于星云,成年后列位主序带,永不停歇的核聚变,晚年膨胀成红巨星,内核塌缩成白矮星,经历超新星的垂死挣扎,最后变身中子星,无限的塌缩推开通往黑洞之门,即使是寿数百亿年的恒星也非永恒,必须经历死亡才能重生,这是宇宙的铁律,也许也是造物主的铁律。

观影笔记如下,照例在上下班途中看完此片,常常于拥挤的地铁人群中产生荒诞感:也许只有生命短暂如人类,才会执念于贪欲。

1. 恒星的诞生

昴星团Pleiades,年仅1亿岁,非常年轻的星团。星云是恒星诞生的摇篮,云团受压,密度变大,引力发挥作用,云团坍塌,引力使气体和尘埃快速向中心聚集,中心密度更大,温度上升,到达临界温度1500万度后,恒星内核出现核聚变反应,发出耀眼光芒,A star is born。

每个氢原子中心有一个质子proton,质子周围是一个电子electron沿某种轨道环绕质子运动,在足够的热量与压力作用下,绕转的电子会被从中心质子旁剥离,足够多的原子被剥离电子,就创造了一团等离子体plasma。极端条件下一个链式反应发生。带正电荷的质子互相乱窜但互相排斥保持距离,能量足够时它们互相撞击,有时合为一体,这就是聚变反应。当四个氢质子最终发生聚变时,它们创造出新元素,氢元素变成氦元素并释放巨大能量。这发生于恒星诞生之初,根据能量守恒定律,新生氦元素质量略轻于创造它的四个氢原子,反应中丧失的质量转换为能量,一点点质量就能创造巨大的能量。

核聚变不光促成恒星诞生,并维持它们生存。

现代天文学之父哥白尼1543年出版《天体运行论》颠覆地心说。

太阳不光是太阳系的中心,更创造了太阳系。The birth of a star leads to the birth of any planets that surround it.一颗恒星的诞生会触发它周围行星的诞生。

行星是形成恒星时气体和尘埃的遗骸。

2. 成年期

伽利略发现太阳黑子并发现黑子会移动,证明太阳在旋转。太阳会喷射太阳风,太阳风是抛向太空的带电粒子流,当它们撞上大气层时就会产生极光,太阳风形成太阳系的边界,使太阳系行星免受银河辐射及宇宙射线的伤害,这就是日球层heliosphere。

赫茨普龙和罗素把恒星按温度和光度排列在一张图上,即赫罗图。假设它们与地球距离相同,一个轴代表恒星亮度,另一轴代表恒星温度,从高温的蓝白星到较冷的红星,几乎所有恒星都落在图中央的对角线上,这条对角线被称为主序带,主序带上的恒星都尚处中年,其两侧还有两小群恒星。太阳及其他主序带上的恒星都还在燃烧氢,一旦燃尽就会死亡,外层会膨胀,脱离主序带成为红巨星red giant star。

3.红巨星

大角星ARCTURUS是一颗红巨星,就在大熊座北斗七星的末端。红巨星会逐渐膨胀,温度下降,从蓝色或白色恒星变成红色恒星。

恒星一生大部分时间都在把氢聚变成氦,这一过程提供了抵抗引力的压力,当内核的氢用尽,仅剩下纯氦,就没有了能量来源,内核开始塌缩,塌缩过程中温度在引力作用下上升,温度升高到足以使核心外围壳层发生核聚变,即壳层氢燃烧。这种新的能量来源会导致恒星外层大气膨胀,恒星成为红巨星。未来太阳的演变红巨星过程会先膨胀到水星轨道,吞没水星,届时将比现在的太阳亮一千倍。继续膨胀,经过约几百万年膨胀到金星轨道,吞没金星,然后向着地球而来,此时应比现在太阳亮三千倍,比现在大260倍,最终吞没地球。此后约五十万年,太阳温度升高到足以开始进行氦聚变。恒星进入新的阶段,氦元素在恒星内核产生聚变并产生碳和氧。

4.白矮星white dwarfs

天狼星Sirius,也叫大犬星,是夜空最亮的星星,属于大犬星座Canis Major,有伴星天狼星A,天狼星B,被称为白矮星。

氦核燃尽后,白矮星的活动也会停止。

白矮星是密度大的难以想象的小型天体,会比它最开始的密度高数百万倍。量子力学的原理运用到恒星上,阻止它们塌缩的原因是粒子间产生了压力,抵抗了引力作用。

5. 超新星Supernovae

超新星是宇宙中大部分大质量恒星爆发性的、激动人心的死亡挣扎。每个星系每个世纪只有两三颗超新星。

弗雷德.霍伊尔认为元素的起源也许与超新星有关。大质量恒星对抗引力时创造了几个条件:恒星进行一系列核聚变,一轮聚变产生的灰烬成为下一轮核聚变的燃料。质量最大的恒星可以一层层聚变越来越重的元素并产生能量对抗不断向内拉的引力,先是氖、镁和大量氧,然后是硅和硫,最后中央是铁组成的核,聚变停止。当铁核达到临界质量时,恒星开始塌缩,然后反弹,反弹撞击到周围圈层,点燃了一次超新星爆发。超新星爆发可以产生某些比铁元素更重的稀有元素,它们被抛射到宇宙中,构成人类的元素都是从垂死恒星中诞生的。We are stardust,or rather, less romantically, nuclear waste。你我皆星尘,或者不那么浪漫的说,是核废料。The stars ARE like gods,they are the creators of us。恒星就像上帝,它们是造物主。

Stars born from collapsing clouds of dust and gas;Bursting into life,to shine for millions or billions of years;Bloating in old age to become Red Giants;Their cores contracting into White Dwarfs;The most massive ones exploding as supernovae;flinging the elements they‘re created out into space;to form the materials for the next generation of stars;尘埃和气体云塌缩,产生了恒星;点燃生命之火,闪耀几百万甚至几十亿年;晚年膨胀,成为红巨星;它们的内核收缩,变成了白矮星;质量最大的恒星爆发,成为超新星;将它们制造出来的元素抛射到宇宙深处;这些元素将为孕育下一代恒星的原材料;

6.中子星Neutron star

兹威基最早假设中子星的存在。射电天文学使之真正被发现。蟹状星云脉冲星,正好位于一颗超新星爆发以后的遗骸中,是其残留的内核。兹威基预测,伴随着超新星爆发,大质量恒星塌缩,释放的能量足以将原子挤到一起填满所有空间。这个塌缩发生在数秒之间。在超新星的爆发上,最先发生的是铁核内爆,密度变高,质子和电子被挤到一起并形成中子。原子中的空间被挤掉,最终剩下的是一个由中子组成的球。它极其致密,被称为中子星。其形成过程中磁场增强,强度是太阳磁场的数十亿倍。中子星的发现有力证明了理论物理的力量。

7.黑洞Black Holes

爱因斯坦理论在极端情况下才会出现黑洞,他本人不相信其存在。

黑洞是宇宙中的一点,在它周围引力非常强,任何东西,连光线都不能逃离。这个空间的边界叫事件视界。在里面,所有事物都无法被外面的观察者看到。科学家认为它诞生于超大质量恒星的死亡。极少数内核极大的超新星爆发并内核塌缩,不会成为中子星,而是不断塌缩。黑洞引发的无穷密度,体积为零,也曾发生于宇宙开始的阶段。这正是艾伦.德雷斯勒博士研究方向:The idea that the universe had a creation event from a scientific perspective was a revolutionary idea。Ever bit as remarkable a revolution as the idea that the Sun and not the earth was the center of the solar system。Scientists call it the Big Bang。

从科学的角度来看,宇宙起源于创世事件,这是一个革命性的观念。其革命性与发现太阳系的中心是太阳而非地球不分伯仲。科学家称之为大爆炸。

It was here,at the beginning of the universe the scientists found the answer to theultimate question about the lives of stars。

正是这里,宇宙诞生之时,科学家发现了关于恒星生命周期的根本问题的答案。

From this very early instant,came a primordial soup of energy and matter that had to cool before it could become the elements of hydrogen and helium that made everything else in theuniverse we know today。

大爆炸之初产生了原始能量和物质的浓汤,它们冷却后形成了氢和氦,而这两种元素铸就了如今宇宙中我们所熟知的一切。

So how lucky we are to be here on this planet with this beautiful transparent atmosphere that allows us to admire the majestic display of the starry night。

因此我们是如此的幸运生活在大气层美丽而透明的星球上,使我们能够仰望这星光闪耀的恢弘夜空。

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