現 有 的 孙 宙
孙 宙 中 有 上 千 億 的 星 系 ， 平 均 每 一 星 系 亦 約 有 上 千 億 的 恆 星 及 各 類 天 體 。 相 對 的 ， 天 文 學 家 也 有 較 多 的 「 樣 品 」 ， 可 以 拼 湊 出 有 關 恆 星 與 星 系 的 完 整 理 論 。 但 是 以 我 們 現 在 的 所 知 ， 要 建 構 一 個 合 理 的 孙 宙 論 並 不 容 易 ， 現 在 的 孙 宙 論 最 為 大 家 接 受 的 ─ 大 爆 炸 學 說 ， 仍 然 有 許 多 尚 未 解 決 的 難 題 。 天 文 學 家 提 出 膨 脹 理 論 ， 解 釋 了 部 份 孙 宙 論 標 準 模 型 的 困 難 ， 但 終 極 的 孙 宙 論 仍 然 在 建 構 之 中 。
孙 宙 的 誕 生
根 據 哈 伯 定 律 孙 宙 各 星 系 正 相 互 遠 離 ， 相 距 愈 遠 的 星 系 ， 相 互 遠 離 的 速 度 愈 大 。 而 由 這 個 現 象 ， 人 們 很 自 然 的 推 測 ， 如 時 間 倒 轉 ， 多 久 之 前 ， 所 有 的 星 系 曾 聚 集 在 一 起 ？ 假 設 膨 脹 的 速 度 一 直 沒 有 改 變 ， 那 到 底 現 孙 宙 是 在 多 久 前 誕 生 的 呢 ？ 根 據 現 存 的 計 算 ， 我 們 的 孙 宙 大 約 誕 生 於 一 百 五 十 億 年 前 。
孙 宙 大 爆 炸
假 設 孙 宙 是 在 約 150 至 200 億 年 前 ， 從 一 個 高 溫 高 密 度 的 狀 態 ， 開 始 爆 炸 ， 膨 脹 之 後 漸 漸 冷 卻 ， 形 成 星 系 。 膨 脹 是 發 生 在 每 一 處 。 孙 宙 論 標 準 模 型 所 描 繪 出 的 孙 宙 的 歷 史 如 下 ：
1. 當 時 間 為 0 時 開 始 產 生 大 爆 炸 。
2. 當 時 間 為 4 秒 時 ， 開 始 產 生 質 子 、 中 子 、 電 子 。
3. 當 時 間 為 3 分 時 ， 開 始 形 成 原 子 核 ， 其 中 氫 (H) 約 佔 75% ， 氦 (He) 約 佔 5% 。 此 時 氣 體 是 游 離 的 ， 自 由 電 子 與 光 散 射 ， 光 無 法 跑 遠 就 被 散 射 掉 ， 孙 宙 到 處 充 滿 輻 射 。 大 爆 炸 至 此 時 期 之 前 ， 合 稱 為 輻 射 主 控 時 代 。
4. 當 時 間 為 10 年 時 ， 溫 度 約 為 3000 K ， 自 由 電 子 與 氫 、 氦 原 核 結 合 成 為 氫 原 子 與 氦 原 子 。 此 時 氣 體 是 中 性 的 ， 使 得 光 子 可 以 在 孙 宙 中 自 由 行 走 ， 亦 即 孙 宙 變 透 明 了 ， 從 此 進 入 物 質 主 控 時 代 。
5. 當 時 間 為 10 年 時 ， 星 系 形 成 。
96
大 爆 炸 膨 脹 之 後 漸 漸 冷 卻 ， 形 成 星 系
孙 宙 的 結 果
根 據 最 近 的 報 告 指 出 孙 宙 會 無 限 地 擴 大 ， 而 測 試 方 法 是 用 天 文 望 遠 鏡 收 集 約 五 十 個 由 幾 百 億 光 年 以 外 超 新 星 爆 炸 所 發 出 的 光 (見 附 註 一) ， 再 由 它 們 的 距 離 算 出 孙 宙 由 出 現 到 現 在 的 膨 脹 速 度 ， 結 果 發 現 孙 宙 的 膨 脹 速 度 有 加 快 而 沒 有 減 慢 ， 將 來 孙 宙 只 會 越 來 越 大 ， 但 理 論 上 質 量 和 引 力 成 正 比 ， 而 孙 宙 中 有 很 多 高 質 量 的 物 質 ， 所 以 引 力 應 該 會 和 擴 大 的 力 互 相 抵 消 ， 但 孙 宙 中 有 一 些 不 明 的 粒 子 (見 附 註 二) 和 這 些 引 力 抵 消 ， 最 後 便 沒 有 引 力 和 擴 大 的 力 互 相 抵 消 ， 結 果 孙 宙 便 無 限 地 擴 大 。
當 幾 百 億 年 後 你 在 晚 上 向 天 空 看 ， 你 會 發 覺 夜 空 上 沒 有 星 星 ， 漆 黑 一 片 ， 到 孙 宙 最 後 一 個 恆 星 都 燃 燒 完 後 ， 孙 宙 就 像 一 間 房 的 燈 泡 熄 了 一 樣 ， 是 死 寂 。
圖 中 的 白 點 就 是 超 新 星 爆 炸
附 註
一 、 超 新 星 爆 炸 所 發 出 的 光 在 孙 宙 每 一 個 角 落 都 可 看 到 ， 而 在 超 新 星 爆 炸 所 處 的 銀 河 系 看 它 更 是 十 分 明 亮 。
二 、 孙 宙 並 不 是 真 空 ， 沒 有 粒 子 。
甚 麼 是 黑 洞 ？
黑 洞 是 一 個 時 空 的 黑 暗 區 ， 由 一 些 質 量 頗 大 的 星 體 經 重 力 塌 縮 後 所 剩 餘 的 東 西 。 它 的 基 本 特 徵 是 有 一 個 封 閉 的 視 界 。 這 視 界 就 是 黑 洞 的 邊 界 ， 一 切 外 來 的 物 質 和 輻 射 可 以 進 入 這 視 界 以 內 ， 但 視 界 內 任 何 物 質 都 不 能 從 裡 面 跑 來 。
黑 洞 是 怎 樣 出 現 ？
當 一 顆 質 量 相 當 大 的 星 體 的 核 能 耗 盡 後 ， 沒 有 輻 射 壓 力 去 抵 抗 重 力 ， 平 衡 態 不 再 存 在 ， 這 星 體 將 全 面 塌 縮 ， 成 為 中 子 星 。 若 其 質 量 仍 大 於 三 個 太 陽 質 量 時 ， 那 麼 連 中 子 簡 併 氣 體 壓 力 也 不 能 平 衡 重 力 ， 星 體 將 斷 續 塌 縮 至 它 的 重 力 半 徑 (rg) 範 圍 之 內 。 這 時 ， 引 力 之 大 足 以 使 一 切 粒 子 ， 包 括 光 子 ， 都 被 引 回 星 體 本 身 ， 不 能 外 逸 。 這 就 形 成 黑 洞 。
重 力 半 徑 又 稱 史 瓦 半 徑 ， 它 只 與 體 的 質 量 成 正 比 。
黑 洞 的 參 數
要 了 解 一 顆 星 體 ， 我 們 需 要 很 多 參 數 ， 但 當 它 塌 縮 成 為 一 個 黑 洞 ， 任 何 物 質 都 不 能 逃 離 它 ， 因 此 我 們 是 無 法 觀 測 到 任 何 有 關 它 的 信 息 。 根 據 研 究 ， 只 有 三 個 基 本 參 數 ， 質 量 、 電 苛 和 旋 轉 ， 我 們 才 能 在 遠 距 離 探 測 到 ， 這 就 是「 黑 洞 沒 有 毛 髮 」的 定 理 。 理 論 上 ， 黑 洞 可 按 積 分 成 小 、 中 和 大 三 類 ， 已 有 好 些 証 據 顯 示 ， 中 型 黑 洞 是 大 星 體 在 其 生 命 終 結 時 ， 星 體 內 陷 和 坍 塌 後 所 留 下 的 遺 骸 ， 而 大 型 黑 洞 則 存 在 於 很 多 星 系 中 ， 可 能 包 括 我 們 身 處 的 星 系 。
黑 洞 的 界 限
當 一 個 黑 洞 形 成 後 ， 所 有 物 質 都 會 向 中 心 場 縮 成 高 一 個 非 常 細 小 的 質 點 ， 稱 為 奇 點 ， 黑 洞 的 表 面 層 稱 為「 事 件 穹 界 」。 而 這 表 面 層 和 中 心 奇 點 的 距 離 就 是 史 瓦 半 徑 。 任 何 物 質 要 從 黑 洞 的 史 瓦 半 徑 跑 到 外 面 去 ， 它 的 逃 離 速 度 便 要 大 於 光 速 。 但 根 據 狹 義 相 對 論 ， 光 速 是 速 度 的 極 限 ， 因 此 ， 一 切 物 質 到 了 事 件 穹 界 便 扯 向 中 心 的 奇 點 ， 永 不 能 逃 出 來 。
怎 樣 探 索 黑 洞 ？
由 於 黑 洞 不 能 發 出 光 線 ， 體 積 又 非 常 細 小 ， 所 以 是 不 可 能 用 天 文 望 遠 鏡 規 測 得 到 的 。 但 根 據 理 論 ， 如 果 一 對 雙 星 中 的 伴 星 是 黑 洞 ， 那 麼 主 星 的 物 質 被 吸 引 向 黑 洞 而 形 成 一 個 吸 積 環 。 由 於 吸 積 環 的 物 質 互 相 摩 刷 而 引 起 高 溫 ， 因 而 輻 射 X 光 線 。 於 是 黑 洞 搜 索 者 就 將 重 點 於 X 射 線 密 近 雙 星 上 。
1962 年 ， 人 們 探 測 所 得 ， 位 於 天 鵝 座 鵝 頸 內 有 一 股 X 射 線 ， 並 將 該 源 命 名 為 是 非 常 有 可 能 是 一 黑 洞 。 天 鵝 座 X-1 是 一 X 射 線 源 ， 它 的 一 顆 子 星 是 超 藍 巨 星 ， 那 可 能 是 黑 洞 而 看 不 見 的 子 星 質 量 。
怎 樣 發 現 黑 洞 的 存 在 ？
於 1990 年 4 月 27 日 ， 哈 勃 太 空 望 遠 鏡 的 啟 用 ， 為 人 類 探 索 太 空 夫 揭 開 了 新 的 一 頁 ， 雖 然 在 製 造 時 出 了 錯 誤 ， 使 影 像 大 打 折 扣 ， 可 是 仍 對 天 文 學 有 莫 大 的 貢 獻 。
近 來 人 類 對 一 直 只 是 存 在 於 理 論 範 疇 內 的 黑 洞 ， 已 透 過 哈 勃 太 空 望 遠 鏡 ， 有 了 進 一 步 的 証 據 。 於 仙 女 座 大 星 系 M31 附 近 的 M32 發 現 了 一 個 質 量 大 於 太 陽 三 百 萬 倍 的 黑 洞 。 M32 是 在 我 們 的 銀 河 系 附 近 ， 距 離 地 球 2.3 百 萬 光 年 的 星 系 。 它 是 人 類 所 知 密 度 最 高 的 星 系 ， 於 直 徑 只 有 一 千 光 年 的 範 圍 內 (我 們 的 銀 行 河 系 直 徑 約 十 萬 光 年) ， 包 含 了 四 百 萬 顆 星 ， 中 心 和 密 度 是 我 們 的 銀 河 系 100 個 一 百 萬 倍 左 右 。 假 設 你 生 活 於 M32 中 心 的 行 星 上 ， 你 會 見 到 一 個 密 佈 星 光 的 夜 光 ， 光 度 比 一 百 倍 滿 月 還 要 亮 。 科 學 家 是 由 星 星 於 該 星 系 的 活 動 ， 及 其 中 心 密 度 而 推 測 的 。 此 星 系 內 之 星 星 移 動 速 度 較 之 於 一 般 星 系 每 秒 快 了 100 公 里 。
對 於 此 發 現 ， 實 對 各 天 文 學 者 的 一 大 鼓 舞 ， 相 信 以 後 哈 勃 望 遠 鏡 ， 必 能 為 人 類 揭 開 更 多 太 空 的 神 秘 之 謎 。
太 陽 風
從 太 陽 不 斷 地 發 射 高 能 量 的 粒 子 ， 這 種 微 粒 子 ， 在 地 球 附 近 平 均 每 秒 有 四 百 公 里 速 度 ， 這 種 由 太 陽 發 射 的 微 粒 子 稱 為 太 陽 風 。 太 陽 風 的 存 在 可 以 從 彗 星 的 尾 巴 流 向 太 陽 的 相 反 方 向 而 預 想 得 知 ， 但 事 實 上 是 利 用 行 星 觀 測 用 火 箭 而 知 道 的 。
地 球 擁 有 一 個 大 磁 鐵 的 性 質 ， 因 此 有 一 條 磁 力 線 貫 穿 車 南 北 極 之 間 。 包 圍 在 地 球 周 圍 的 磁 力 線 的 形 狀 ， 面 向 太 陽 的 一 方 ， 因 和 太 陽 風 衝 突 而 形 成 圓 形 的 衝 擊 波 面 。 背 向 太 陽 的 一 方 ， 磁 力 線 隨 著 太 陽 風 ， 延 伸 到 月 球 的 軌 道 上 。 太 陽 的 微 粒 子 不 能 夠 橫 切 磁 力 線 ， 因 為 對 地 球 上 的 我 們 沒 有 直 接 的 影 響 。 如 果 沒 有 這 磁 力 線 ， 地 球 表 面 直 接 暴 露 在 太 陽 風 下 ， 這 太 陽 風 的 放 射 能 將 地 表 的 所 有 生 物 全 部 毀 滅 。
太 陽 風 經 常 會 出 現 ， 但 是 其 速 度 和 密 度 並 沒 有 固 定 。
光 球 上 如 果 出 現 大 的 黑 子 ， 在 其 上 層 的 彩 層 地 方 ， 會 產 生 爆 炸 事 件 ， 稱 之 為 「 閃 焰 」 閃 焰 發 生 時 微 粒 子 到 處 亂 飛 ， 擾 亂 地 球 磁 場 性 質 的 磁 暴 或 電 離 層 因 而 混 亂 ， 而 發 生 收 不 到 短 波 的 電 波 障 礙 南 、 北 極 更 出 現 極 光 。
從 大 氣 層 圈 外 ， 用 X 光 線 觀 測 日 冕 ， 會 發 現 日 冕 上 有 暗 洞 ， 稱 之 為 日 「 冕 洞 」 。 這 個 日 冕 洞 一 出 現 ， 太 陽 風 每 秒 加 速 到 七 百 ~ 八 百 公 里 ， 地 球 磁 場 的 強 度 也 因 而 混 亂 。 以 上 這 些 才 是 明 瞭 的 。
此 外 ， 由 近 年 來 先 鋒 號 (Pioneer) 和 航 海 家 號 (Voyager) 等 觀 測 衛 星 的 探 測 我 們 知 道 太 陽 風 能 吹 到 木 星 和 土 星 。
以 前 ， 認 為 行 星 和 行 星 之 間 是 什 麼 都 沒 有 的 ， 現 在 由 於 觀 測 和 研 究 知 道 了 ， 行 星 和 行 星 間 到 處 滿 著 可 怕 的 太 陽 風 。
主 序 星 階 段 的 演 化
由 原 恆 星 塌 縮 成 主 序 星 的 過 程 中 ， 基 本 上 恆 星 的 物 質 成 分 並 無 變 化 。 所 以 零 齡 主 序 星 仍 然 含 有 3/4 的 氫 以 和 1/4 的 氦 及 極 少 量 的 重 元 素 。
在 主 序 星 階 段 ， 恆 星 最 主 要 是 靠 重 力 塌 縮 所 產 生 的 向 內 壓 力 ， 與 輻 射 所 產 生 向 外 膨 脹 的 壓 力 達 成 平 衡 來 維 持 穩 定 。 當 然 核 心 物 質 的 氣 壓 ， 與 電 離 氣 體 的 庫 侖 斥 力 所 生 的 壓 力 ， 對 抵 抗 重 力 塌 縮 也 都 有 小 量 的 貢 獻 。
主 序 星 的 演 化
恆 星 核 心 的 氫 融 合 ， 不 管 是 依 循 氫 至 氫 鍊 或 是 碳 氮 氧 循 環 ， 其 淨 反 應 皆 是 將 四 個 氫 融 合 成 一 個 氦 ， 所 以 在 恆 星 核 心 物 質 的 總 數 逐 漸 減 少 。 每 一 氫 融 合 反 應 後 ， 所 生 成 的 氦 原 子 核 對 星 核 氣 壓 的 貢 獻 與 氫 原 子 核 相 當 ， 但 原 子 核 的 總 數 下 降 ， 導 致 氣 壓 也 略 微 降 低 ， 重 力 壓 將 星 核 稍 微 壓 縮 。 當 星 核 收 縮 ， 核 心 的 溫 度 上 昇 ， 氫 融 合 反 應 的 速 率 升 高 ， 產 生 更 多 的 輻 射 能 ， 恆 星 也 變 得 更 亮 。 增 加 的 能 量 向 外 傳 遞 ， 使 恆 星 的 外 層 膨 脹 且 表 面 溫 度 下 降 。 故 恆 星 在 進 入 主 序 帶 後 ， 隨 著 星 齡 增 加 ， 體 積 會 緩 慢 增 加 ， 亮 度 逐 漸 升 高 ， 但 表 面 溫 度 反 而 下 降 。
太 陽 的「中 年 危 機」
以 我 們 的 太 陽 為 例 ， 太 陽 距 零 齡 已 有 四 十 六 億 年 ， 約 處 在 中 年 期 ， 核 心 溫 度 已 升 高 到 15,000,000 度 ， 但 核 心 的 氫 氦 比 己 由 3:1 降 到 1:1 (甚 至 1:2) ， 所 以 產 能 強 度 已 大 為 降 低 。 結 果 核 心 受 強 大 重 力 的 擠 壓 ， 物 質 的 密 度 高 達 150 克 / 公 分 。 依 據 恆 星 理 論 的 推 算 ， 現 在 太 陽 的 亮 度 比 零 齡 階 段 高 30% 。 太 陽 的 核 中 心 的 氫 之 比 例 會 持 續 下 降 ， 當 核 中 心 的 氫 用 盡 後 ， 以 組 成 成 份 來 看 ， 太 陽 的 結 構 將 會 是 個 多 層 結 構 。 除 了 自 從 誕 生 後 ， 就 未 曾 發 生 氫 融 合 反 應 的 外 層 (輻 射 層 與 對 流 層) ， 核 心 的 中 心 區 是「 氦 核 」， 而 " 氦 核 " 外 面 是 仍 在 進 行 融 合 反 應 的 核 心 層 。 氫 融 合 層 會 逐 漸 變 小 ， 而 " 氦 核 " 範 圍 將 持 續 增 加 ， 直 到 氫 融 合 層 消 失 ， 太 陽 被 迫 走 上 死 亡 之 旅 為 止 。 3
不 均 勻 的 主 序 星
所 以 主 序 星 的 核 心 區 ， 氫 與 氦 的 比 例 會 隨 著 年 齡 逐 漸 發 生 改 變 。 除 此 之 外 ， 恆 星 能 量 產 生 的 狀 態 與 能 量 傳 輸 的 方 式 ， 也 都 會 發 生 變 化 。 受 到 上 述 因 素 的 影 響 ， 主 序 星 的 性 質 會 隨 星 齡 而 略 有 變 化 。 在 H-R 圖 上 主 序 星 的 分 佈 並 不 是 呈 線 狀 ， 而 是 分 佈 在
一 個 帶 狀 的 區 域 上 – 主 序 帶 。 在 主 序 帶 上 ， 零 齡 主 序 星 是 在 主 序 帶 的 下 端 ， 隨 著 星 齡 的 增 加 ， 逐 漸 向 右 上 方 移 動 。 當 主 序 星 移 至 主 序 帶 的 上 緣 時 ， 星 核 的 氫 燃 料 已 經 耗 盡 ， 核 心 的 氫 核 融 合 反 應 也 終 止 了 ， 恆 星 即 將 離 開 主 序 帶 ， 並 走 上 死 亡 之 旅 。 演 化 歷 程
主 序 星— 白 矮 星 — 黑 矮 星
恆 星 無 輻 射 層 ， 以 對 流 的 方 式 傳 輸 能 量 ， 因 此 恆 星 物 質 的 分 佈 很 均 勻 。 氫 融 合 反 應 速 率 非 常 緩 慢 ， 恆 星 的 主 序 星 生 命 期 非 常 長 ， 孙 宙 誕 生 初 期 所 產 生 的 這 類 型 恆 星 ， 尚 在 主 序 帶 上 。
這 類 低 質 量 恆 星 ， 星 核 氫 融 合 反 應 終 止 後 ， 會 進 行 重 力 塌 縮 ， 重 力 位 能 轉 成 核 心 熱 能 ， 但 未 高 到 能 夠 觸 發 氦 核 融 合 的 溫 度 。 當 重 力 位 能 耗 盡 後 ， 黑 矮 星 是 這 類 恆 星 演 化 的 終 點 。
現 有 的 孙 宙
孙 宙 中 有 上 千 億 的 星 系 ， 平 均 每 一 星 系 亦 約 有 上 千 億 的 恆 星 及 各 類 天 體 。 相 對 的 ， 天 文 學 家 也 有 較 多 的 「 樣 品 」 ， 可 以 拼 湊 出 有 關 恆 星 與 星 系 的 完 整 理 論 。 但 是 以 我 們 現 在 的 所 知 ， 要 建 構 一 個 合 理 的 孙 宙 論 並 不 容 易 ， 現 在 的 孙 宙 論 最 為 大 家 接 受 的 ─ 大 爆 炸 學 說 ， 仍 然 有 許 多 尚 未 解 決 的 難 題 。 天 文 學 家 提 出 膨 脹 理 論 ， 解 釋 了 部 份 孙 宙 論 標 準 模 型 的 困 難 ， 但 終 極 的 孙 宙 論 仍 然 在 建 構 之 中 。
孙 宙 的 誕 生
根 據 哈 伯 定 律 孙 宙 各 星 系 正 相 互 遠 離 ， 相 距 愈 遠 的 星 系 ， 相 互 遠 離 的 速 度 愈 大 。 而 由 這 個 現 象 ， 人 們 很 自 然 的 推 測 ， 如 時 間 倒 轉 ， 多 久 之 前 ， 所 有 的 星 系 曾 聚 集 在 一 起 ？ 假 設 膨 脹 的 速 度 一 直 沒 有 改 變 ， 那 到 底 現 孙 宙 是 在 多 久 前 誕 生 的 呢 ？ 根 據 現 存 的 計 算 ， 我 們 的 孙 宙 大 約 誕 生 於 一 百 五 十 億 年 前 。
孙 宙 大 爆 炸
假 設 孙 宙 是 在 約 150 至 200 億 年 前 ， 從 一 個 高 溫 高 密 度 的 狀 態 ， 開 始 爆 炸 ， 膨 脹 之 後 漸 漸 冷 卻 ， 形 成 星 系 。 膨 脹 是 發 生 在 每 一 處 。 孙 宙 論 標 準 模 型 所 描 繪 出 的 孙 宙 的 歷 史 如 下 ：
1. 當 時 間 為 0 時 開 始 產 生 大 爆 炸 。
2. 當 時 間 為 4 秒 時 ， 開 始 產 生 質 子 、 中 子 、 電 子 。
3. 當 時 間 為 3 分 時 ， 開 始 形 成 原 子 核 ， 其 中 氫 (H) 約 佔 75% ， 氦 (He) 約 佔 5% 。 此 時 氣 體 是 游 離 的 ， 自 由 電 子 與 光 散 射 ， 光 無 法 跑 遠 就 被 散 射 掉 ， 孙 宙 到 處 充 滿 輻 射 。 大 爆 炸 至 此 時 期 之 前 ， 合 稱 為 輻 射 主 控 時 代 。
4. 當 時 間 為 10 年 時 ， 溫 度 約 為 3000 K ， 自 由 電 子 與 氫 、 氦 原 核 結 合 成 為 氫 原 子 與 氦 原 子 。 此 時 氣 體 是 中 性 的 ， 使 得 光 子 可 以 在 孙 宙 中 自 由 行 走 ， 亦 即 孙 宙 變 透 明 了 ， 從 此 進 入 物 質 主 控 時 代 。
5. 當 時 間 為 10 年 時 ， 星 系 形 成 。
96
大 爆 炸 膨 脹 之 後 漸 漸 冷 卻 ， 形 成 星 系
孙 宙 的 結 果
根 據 最 近 的 報 告 指 出 孙 宙 會 無 限 地 擴 大 ， 而 測 試 方 法 是 用 天 文 望 遠 鏡 收 集 約 五 十 個 由 幾 百 億 光 年 以 外 超 新 星 爆 炸 所 發 出 的 光 (見 附 註 一) ， 再 由 它 們 的 距 離 算 出 孙 宙 由 出 現 到 現 在 的 膨 脹 速 度 ， 結 果 發 現 孙 宙 的 膨 脹 速 度 有 加 快 而 沒 有 減 慢 ， 將 來 孙 宙 只 會 越 來 越 大 ， 但 理 論 上 質 量 和 引 力 成 正 比 ， 而 孙 宙 中 有 很 多 高 質 量 的 物 質 ， 所 以 引 力 應 該 會 和 擴 大 的 力 互 相 抵 消 ， 但 孙 宙 中 有 一 些 不 明 的 粒 子 (見 附 註 二) 和 這 些 引 力 抵 消 ， 最 後 便 沒 有 引 力 和 擴 大 的 力 互 相 抵 消 ， 結 果 孙 宙 便 無 限 地 擴 大 。
當 幾 百 億 年 後 你 在 晚 上 向 天 空 看 ， 你 會 發 覺 夜 空 上 沒 有 星 星 ， 漆 黑 一 片 ， 到 孙 宙 最 後 一 個 恆 星 都 燃 燒 完 後 ， 孙 宙 就 像 一 間 房 的 燈 泡 熄 了 一 樣 ， 是 死 寂 。
圖 中 的 白 點 就 是 超 新 星 爆 炸
附 註
一 、 超 新 星 爆 炸 所 發 出 的 光 在 孙 宙 每 一 個 角 落 都 可 看 到 ， 而 在 超 新 星 爆 炸 所 處 的 銀 河 系 看 它 更 是 十 分 明 亮 。
二 、 孙 宙 並 不 是 真 空 ， 沒 有 粒 子 。
甚 麼 是 黑 洞 ？
黑 洞 是 一 個 時 空 的 黑 暗 區 ， 由 一 些 質 量 頗 大 的 星 體 經 重 力 塌 縮 後 所 剩 餘 的 東 西 。 它 的 基 本 特 徵 是 有 一 個 封 閉 的 視 界 。 這 視 界 就 是 黑 洞 的 邊 界 ， 一 切 外 來 的 物 質 和 輻 射 可 以 進 入 這 視 界 以 內 ， 但 視 界 內 任 何 物 質 都 不 能 從 裡 面 跑 來 。
黑 洞 是 怎 樣 出 現 ？
當 一 顆 質 量 相 當 大 的 星 體 的 核 能 耗 盡 後 ， 沒 有 輻 射 壓 力 去 抵 抗 重 力 ， 平 衡 態 不 再 存 在 ， 這 星 體 將 全 面 塌 縮 ， 成 為 中 子 星 。 若 其 質 量 仍 大 於 三 個 太 陽 質 量 時 ， 那 麼 連 中 子 簡 併 氣 體 壓 力 也 不 能 平 衡 重 力 ， 星 體 將 斷 續 塌 縮 至 它 的 重 力 半 徑 (rg) 範 圍 之 內 。 這 時 ， 引 力 之 大 足 以 使 一 切 粒 子 ， 包 括 光 子 ， 都 被 引 回 星 體 本 身 ， 不 能 外 逸 。 這 就 形 成 黑 洞 。
重 力 半 徑 又 稱 史 瓦 半 徑 ， 它 只 與 體 的 質 量 成 正 比 。
黑 洞 的 參 數
要 了 解 一 顆 星 體 ， 我 們 需 要 很 多 參 數 ， 但 當 它 塌 縮 成 為 一 個 黑 洞 ， 任 何 物 質 都 不 能 逃 離 它 ， 因 此 我 們 是 無 法 觀 測 到 任 何 有 關 它 的 信 息 。 根 據 研 究 ， 只 有 三 個 基 本 參 數 ， 質 量 、 電 苛 和 旋 轉 ， 我 們 才 能 在 遠 距 離 探 測 到 ， 這 就 是「 黑 洞 沒 有 毛 髮 」的 定 理 。 理 論 上 ， 黑 洞 可 按 積 分 成 小 、 中 和 大 三 類 ， 已 有 好 些 証 據 顯 示 ， 中 型 黑 洞 是 大 星 體 在 其 生 命 終 結 時 ， 星 體 內 陷 和 坍 塌 後 所 留 下 的 遺 骸 ， 而 大 型 黑 洞 則 存 在 於 很 多 星 系 中 ， 可 能 包 括 我 們 身 處 的 星 系 。
黑 洞 的 界 限
當 一 個 黑 洞 形 成 後 ， 所 有 物 質 都 會 向 中 心 場 縮 成 高 一 個 非 常 細 小 的 質 點 ， 稱 為 奇 點 ， 黑 洞 的 表 面 層 稱 為「 事 件 穹 界 」。 而 這 表 面 層 和 中 心 奇 點 的 距 離 就 是 史 瓦 半 徑 。 任 何 物 質 要 從 黑 洞 的 史 瓦 半 徑 跑 到 外 面 去 ， 它 的 逃 離 速 度 便 要 大 於 光 速 。 但 根 據 狹 義 相 對 論 ， 光 速 是 速 度 的 極 限 ， 因 此 ， 一 切 物 質 到 了 事 件 穹 界 便 扯 向 中 心 的 奇 點 ， 永 不 能 逃 出 來 。
怎 樣 探 索 黑 洞 ？
由 於 黑 洞 不 能 發 出 光 線 ， 體 積 又 非 常 細 小 ， 所 以 是 不 可 能 用 天 文 望 遠 鏡 規 測 得 到 的 。 但 根 據 理 論 ， 如 果 一 對 雙 星 中 的 伴 星 是 黑 洞 ， 那 麼 主 星 的 物 質 被 吸 引 向 黑 洞 而 形 成 一 個 吸 積 環 。 由 於 吸 積 環 的 物 質 互 相 摩 刷 而 引 起 高 溫 ， 因 而 輻 射 X 光 線 。 於 是 黑 洞 搜 索 者 就 將 重 點 於 X 射 線 密 近 雙 星 上 。
1962 年 ， 人 們 探 測 所 得 ， 位 於 天 鵝 座 鵝 頸 內 有 一 股 X 射 線 ， 並 將 該 源 命 名 為 是 非 常 有 可 能 是 一 黑 洞 。 天 鵝 座 X-1 是 一 X 射 線 源 ， 它 的 一 顆 子 星 是 超 藍 巨 星 ， 那 可 能 是 黑 洞 而 看 不 見 的 子 星 質 量 。
怎 樣 發 現 黑 洞 的 存 在 ？
於 1990 年 4 月 27 日 ， 哈 勃 太 空 望 遠 鏡 的 啟 用 ， 為 人 類 探 索 太 空 夫 揭 開 了 新 的 一 頁 ， 雖 然 在 製 造 時 出 了 錯 誤 ， 使 影 像 大 打 折 扣 ， 可 是 仍 對 天 文 學 有 莫 大 的 貢 獻 。
近 來 人 類 對 一 直 只 是 存 在 於 理 論 範 疇 內 的 黑 洞 ， 已 透 過 哈 勃 太 空 望 遠 鏡 ， 有 了 進 一 步 的 証 據 。 於 仙 女 座 大 星 系 M31 附 近 的 M32 發 現 了 一 個 質 量 大 於 太 陽 三 百 萬 倍 的 黑 洞 。 M32 是 在 我 們 的 銀 河 系 附 近 ， 距 離 地 球 2.3 百 萬 光 年 的 星 系 。 它 是 人 類 所 知 密 度 最 高 的 星 系 ， 於 直 徑 只 有 一 千 光 年 的 範 圍 內 (我 們 的 銀 行 河 系 直 徑 約 十 萬 光 年) ， 包 含 了 四 百 萬 顆 星 ， 中 心 和 密 度 是 我 們 的 銀 河 系 100 個 一 百 萬 倍 左 右 。 假 設 你 生 活 於 M32 中 心 的 行 星 上 ， 你 會 見 到 一 個 密 佈 星 光 的 夜 光 ， 光 度 比 一 百 倍 滿 月 還 要 亮 。 科 學 家 是 由 星 星 於 該 星 系 的 活 動 ， 及 其 中 心 密 度 而 推 測 的 。 此 星 系 內 之 星 星 移 動 速 度 較 之 於 一 般 星 系 每 秒 快 了 100 公 里 。
對 於 此 發 現 ， 實 對 各 天 文 學 者 的 一 大 鼓 舞 ， 相 信 以 後 哈 勃 望 遠 鏡 ， 必 能 為 人 類 揭 開 更 多 太 空 的 神 秘 之 謎 。
太 陽 風
從 太 陽 不 斷 地 發 射 高 能 量 的 粒 子 ， 這 種 微 粒 子 ， 在 地 球 附 近 平 均 每 秒 有 四 百 公 里 速 度 ， 這 種 由 太 陽 發 射 的 微 粒 子 稱 為 太 陽 風 。 太 陽 風 的 存 在 可 以 從 彗 星 的 尾 巴 流 向 太 陽 的 相 反 方 向 而 預 想 得 知 ， 但 事 實 上 是 利 用 行 星 觀 測 用 火 箭 而 知 道 的 。
地 球 擁 有 一 個 大 磁 鐵 的 性 質 ， 因 此 有 一 條 磁 力 線 貫 穿 車 南 北 極 之 間 。 包 圍 在 地 球 周 圍 的 磁 力 線 的 形 狀 ， 面 向 太 陽 的 一 方 ， 因 和 太 陽 風 衝 突 而 形 成 圓 形 的 衝 擊 波 面 。 背 向 太 陽 的 一 方 ， 磁 力 線 隨 著 太 陽 風 ， 延 伸 到 月 球 的 軌 道 上 。 太 陽 的 微 粒 子 不 能 夠 橫 切 磁 力 線 ， 因 為 對 地 球 上 的 我 們 沒 有 直 接 的 影 響 。 如 果 沒 有 這 磁 力 線 ， 地 球 表 面 直 接 暴 露 在 太 陽 風 下 ， 這 太 陽 風 的 放 射 能 將 地 表 的 所 有 生 物 全 部 毀 滅 。
太 陽 風 經 常 會 出 現 ， 但 是 其 速 度 和 密 度 並 沒 有 固 定 。
光 球 上 如 果 出 現 大 的 黑 子 ， 在 其 上 層 的 彩 層 地 方 ， 會 產 生 爆 炸 事 件 ， 稱 之 為 「 閃 焰 」 閃 焰 發 生 時 微 粒 子 到 處 亂 飛 ， 擾 亂 地 球 磁 場 性 質 的 磁 暴 或 電 離 層 因 而 混 亂 ， 而 發 生 收 不 到 短 波 的 電 波 障 礙 南 、 北 極 更 出 現 極 光 。
從 大 氣 層 圈 外 ， 用 X 光 線 觀 測 日 冕 ， 會 發 現 日 冕 上 有 暗 洞 ， 稱 之 為 日 「 冕 洞 」 。 這 個 日 冕 洞 一 出 現 ， 太 陽 風 每 秒 加 速 到 七 百 ~ 八 百 公 里 ， 地 球 磁 場 的 強 度 也 因 而 混 亂 。 以 上 這 些 才 是 明 瞭 的 。
此 外 ， 由 近 年 來 先 鋒 號 (Pioneer) 和 航 海 家 號 (Voyager) 等 觀 測 衛 星 的 探 測 我 們 知 道 太 陽 風 能 吹 到 木 星 和 土 星 。
以 前 ， 認 為 行 星 和 行 星 之 間 是 什 麼 都 沒 有 的 ， 現 在 由 於 觀 測 和 研 究 知 道 了 ， 行 星 和 行 星 間 到 處 滿 著 可 怕 的 太 陽 風 。
主 序 星 階 段 的 演 化
由 原 恆 星 塌 縮 成 主 序 星 的 過 程 中 ， 基 本 上 恆 星 的 物 質 成 分 並 無 變 化 。 所 以 零 齡 主 序 星 仍 然 含 有 3/4 的 氫 以 和 1/4 的 氦 及 極 少 量 的 重 元 素 。
在 主 序 星 階 段 ， 恆 星 最 主 要 是 靠 重 力 塌 縮 所 產 生 的 向 內 壓 力 ， 與 輻 射 所 產 生 向 外 膨 脹 的 壓 力 達 成 平 衡 來 維 持 穩 定 。 當 然 核 心 物 質 的 氣 壓 ， 與 電 離 氣 體 的 庫 侖 斥 力 所 生 的 壓 力 ， 對 抵 抗 重 力 塌 縮 也 都 有 小 量 的 貢 獻 。
主 序 星 的 演 化
恆 星 核 心 的 氫 融 合 ， 不 管 是 依 循 氫 至 氫 鍊 或 是 碳 氮 氧 循 環 ， 其 淨 反 應 皆 是 將 四 個 氫 融 合 成 一 個 氦 ， 所 以 在 恆 星 核 心 物 質 的 總 數 逐 漸 減 少 。 每 一 氫 融 合 反 應 後 ， 所 生 成 的 氦 原 子 核 對 星 核 氣 壓 的 貢 獻 與 氫 原 子 核 相 當 ， 但 原 子 核 的 總 數 下 降 ， 導 致 氣 壓 也 略 微 降 低 ， 重 力 壓 將 星 核 稍 微 壓 縮 。 當 星 核 收 縮 ， 核 心 的 溫 度 上 昇 ， 氫 融 合 反 應 的 速 率 升 高 ， 產 生 更 多 的 輻 射 能 ， 恆 星 也 變 得 更 亮 。 增 加 的 能 量 向 外 傳 遞 ， 使 恆 星 的 外 層 膨 脹 且 表 面 溫 度 下 降 。 故 恆 星 在 進 入 主 序 帶 後 ， 隨 著 星 齡 增 加 ， 體 積 會 緩 慢 增 加 ， 亮 度 逐 漸 升 高 ， 但 表 面 溫 度 反 而 下 降 。
太 陽 的「中 年 危 機」
以 我 們 的 太 陽 為 例 ， 太 陽 距 零 齡 已 有 四 十 六 億 年 ， 約 處 在 中 年 期 ， 核 心 溫 度 已 升 高 到 15,000,000 度 ， 但 核 心 的 氫 氦 比 己 由 3:1 降 到 1:1 (甚 至 1:2) ， 所 以 產 能 強 度 已 大 為 降 低 。 結 果 核 心 受 強 大 重 力 的 擠 壓 ， 物 質 的 密 度 高 達 150 克 / 公 分 。 依 據 恆 星 理 論 的 推 算 ， 現 在 太 陽 的 亮 度 比 零 齡 階 段 高 30% 。 太 陽 的 核 中 心 的 氫 之 比 例 會 持 續 下 降 ， 當 核 中 心 的 氫 用 盡 後 ， 以 組 成 成 份 來 看 ， 太 陽 的 結 構 將 會 是 個 多 層 結 構 。 除 了 自 從 誕 生 後 ， 就 未 曾 發 生 氫 融 合 反 應 的 外 層 (輻 射 層 與 對 流 層) ， 核 心 的 中 心 區 是「 氦 核 」， 而 " 氦 核 " 外 面 是 仍 在 進 行 融 合 反 應 的 核 心 層 。 氫 融 合 層 會 逐 漸 變 小 ， 而 " 氦 核 " 範 圍 將 持 續 增 加 ， 直 到 氫 融 合 層 消 失 ， 太 陽 被 迫 走 上 死 亡 之 旅 為 止 。 3
不 均 勻 的 主 序 星
所 以 主 序 星 的 核 心 區 ， 氫 與 氦 的 比 例 會 隨 著 年 齡 逐 漸 發 生 改 變 。 除 此 之 外 ， 恆 星 能 量 產 生 的 狀 態 與 能 量 傳 輸 的 方 式 ， 也 都 會 發 生 變 化 。 受 到 上 述 因 素 的 影 響 ， 主 序 星 的 性 質 會 隨 星 齡 而 略 有 變 化 。 在 H-R 圖 上 主 序 星 的 分 佈 並 不 是 呈 線 狀 ， 而 是 分 佈 在
一 個 帶 狀 的 區 域 上 – 主 序 帶 。 在 主 序 帶 上 ， 零 齡 主 序 星 是 在 主 序 帶 的 下 端 ， 隨 著 星 齡 的 增 加 ， 逐 漸 向 右 上 方 移 動 。 當 主 序 星 移 至 主 序 帶 的 上 緣 時 ， 星 核 的 氫 燃 料 已 經 耗 盡 ， 核 心 的 氫 核 融 合 反 應 也 終 止 了 ， 恆 星 即 將 離 開 主 序 帶 ， 並 走 上 死 亡 之 旅 。 演 化 歷 程
主 序 星— 白 矮 星 — 黑 矮 星
恆 星 無 輻 射 層 ， 以 對 流 的 方 式 傳 輸 能 量 ， 因 此 恆 星 物 質 的 分 佈 很 均 勻 。 氫 融 合 反 應 速 率 非 常 緩 慢 ， 恆 星 的 主 序 星 生 命 期 非 常 長 ， 孙 宙 誕 生 初 期 所 產 生 的 這 類 型 恆 星 ， 尚 在 主 序 帶 上 。
這 類 低 質 量 恆 星 ， 星 核 氫 融 合 反 應 終 止 後 ， 會 進 行 重 力 塌 縮 ， 重 力 位 能 轉 成 核 心 熱 能 ， 但 未 高 到 能 夠 觸 發 氦 核 融 合 的 溫 度 。 當 重 力 位 能 耗 盡 後 ， 黑 矮 星 是 這 類 恆 星 演 化 的 終 點 。