白矮星是一种很特殊的天体,它的体积小、亮度低,但质量大、密度极高。比如天狼星伴星(它是最早被发现的白矮星),体积比地球大不了多少,但质量却和太阳差不多!也就是说,它的密度在1000万吨/立方米左右。
根据白矮星的半径和质量,可以算出它的表面重力等于地球表面的1000万-10亿倍。在这样高的压力下,任何物体都已不复存在,连原子都被压碎了:电子脱离了原子轨道变为自由电子。
白矮星是一种晚期的恒星。根据现代恒星演化理论,白矮星是在红巨星的中心形成的。
当红巨星的外部区域迅速膨胀时,氦核受反作用力却强烈向内收缩,被压缩的物质不断变热,最终内核温度将超过一亿度,于是氦开始聚变成碳。
经过几百万年,氦核燃烧殆尽,现在恒星的结构组成已经不那么简单了:外壳仍然是以氢为主的混和物;而在它下面有一个氦层,氦层内部还埋有一个碳球。核反应过程变得更加复杂,中心附近的温度继续上升,最终使碳转变为其他元素。
与此同时,红巨星外部开始发生不稳定的脉动振荡:恒星半径时而变大,时而又缩小,稳定的主星序恒星变为极不稳定的巨大火球,火球内部的核反应也越来越趋于不稳定,忽而强烈,忽而微弱。此时的恒星内部核心实际上密度已经增大到每立方厘米十吨左右,我们可以说,此时,在红巨星内部,已经诞生了一颗白矮星。
白矮星的密度为什么这样大呢?
我们知道,原子是由原子核和电子组成的,原子的质量绝大部分集中在原子核上,而原子核的体积很小。比如氢原子的半径为一亿分之一厘米,而氢原子核的半径只有十万亿分之一厘米。假如核的大小象一颗玻璃球,则电子轨道将在两公里以外。
而在巨大的压力之下,电子将脱离原子核,成自由电子。这种自由电子气体将尽可能地占据原子核之间的空隙,从而使单位空间内包含的物质也将大大增多,密度大大提高了。形象地说,这时原子核是“沉浸于”电子中。
一般把物质的这种状态叫做“简并态”。简并电子气体压力与白矮星强大的重力平衡,维持着白矮星的稳定。顺便提一下,当白矮星质量进一步增大,简并电子气体压力就有可能抵抗不住自身的引力收缩,白矮星还会坍缩成密度更高的天体:中子星或黑洞。
对单星系统而言,由于没有热核反应来提供能量,白矮星在发出光热的同时,也以同样的速度冷却着。经过一百亿年的漫长岁月,年老的白矮星将渐渐停止辐射而死去。它的躯体变成一个比钻石还硬的巨大晶体——黑矮星而永存。
而对于多星系统,白矮星的演化过程则有可能被改变
人类在宇宙中是孤独的吗?别的星球上或其邻近有没有生命存在?这个问题的提出比我们知道恒星是别处的太阳还要早。
讲到宇宙中其他天体上的生命,这里只谈那种和地球生命的化学成分类似的情况;特别要提出的先决条件是这种生命必须依赖于液态水。
生命进化的过程如此漫长,把它和恒星演化的时间去对比没有什么不恰当。至少35亿年前地球上就已有了比较高级的单细胞生物蓝藻,而地球的年龄也不过50亿年。如此看来,那些大质量恒星对于生物进化实在太短暂了,它们发光发热只能维持几百万年。合适的对象只有从质量相当于或小于太阳的恒星中去找。我们的银河系中大约有千亿颗恒星,绝大多数的质量都算“合格”,因为质量较大的恒星终究比较少。
除了少数例外,银河系中恒星的发光发热年代都很长,都足以使智慧生物渐渐形成。然而有一个重要条件,这颗恒星必须是单星而不是双星。因为在双星系统中,行星很可能不是被其中一颗恒星吸进去就是被甩到宇宙空间。如此算来,银河系中还有四百亿恒星伴有行星。
有了行星还不够,这颗行星与恒星的距离及其质量至少能够满足液态水的存在。如此算下来,银河系中可能有着一百万个居住生物的行星,这些生物也都演变了四十亿年,只不过它们理应处于各自不同的进化阶段。
人类最感兴趣的莫过于能够和外星生物联系和交往,而就人类而言无线电信号是目前进行这种联系的唯一可能办法。可是蓝藻不会发射无线电信号,比人类更进步的生命当然能做到这一点,但一个文明社会究竟能存在多久呢?如果它能和平地过上一百万年也有足够的兴趣和能力,那么至少能够向宇宙空间发射信号的文明社会只有二百五十个。
如何和这些社会进行联系呢?我们假定这些行星是均匀地分布在银河系中,那么相邻的两个文明的社会的平均距离是大约4600光年。我们发出的信号要飞行4600年才能到达离我们最近的文明社会,要等到回音,我们至少需要9200年!希望我们的文明能持续到那一刻。
木星探测器先驱者10号和11号各带有一块雕刻镀金铝饰牌。这两个飞行器完成探测木星任务后飞出太阳系奔向了宇宙空间。它们带去了有关我们在宇宙中的位置和关于人类本身的情况。别处的智慧生物只要把这种宇宙名片拿到手,就能了解我们相当多的情况。不过对他们将成为不解之谜的是我们的背面长相如何。
宇宙中,天体等级从小到大的排列顺序,如下:陨石(陨星)→月球(卫星)→地月系(行星)→太阳系(恒星)→猎户座(星云)→银河系(星系)→室女座超星系团(星域)→内宇宙→外宇宙……