主题：【文摘】《我们的宇宙》解说词 (序) 【赵致真】 -- 不爱吱声

[主持人

　　在星空这个五光十色的巨大万花筒中，究竟有几种转动的“彩色玻璃”？

　　天文学家的工作不仅是忙着清点天上的东西，还要从茫无头绪中理出头绪，从千差万别中找到规律。

[电视片解说词

　　看到形貌不同的千万个恒星时，不要以为它们就有千万个种类。我们看到的主要是恒星们生命历程的不同阶段，就象在王府井大街熙来攘往的人群中看到有老年、壮年、青年、少年和婴儿一样。它们在星系中少长咸集，有的风华正茂，有的呱呱坠地，有的寿终正寝。如果考察一下恒星的生活史，就会看到一组序列性的图画，并发现一个重大秘密。那就是，恒星的一生，宿命地决定于它们诞生时的初始质量。质量即命运！

　　星云中的气体尘埃是按自由落体方式从四面八方向质量中心坠落的。渐渐浓密的核心开始发热，气体尘埃慢慢达到了足够厚度保持住核内的热量。经过几百万年的“原始积累”，温度终于上升到1000万度，核反应程序便启动了！氢原子聚合的膨胀力顶住了向内继续塌缩达到动态平衡，并将高温从内部传到表面而开始发光，一个“原恒星”就此进入了最美好的年华――辉煌而稳定的主序星阶段。恒星一生90%的时间处于赫-罗图上主序星的位置。质量大的恒星需要更迅猛的核反应来抵消引力，因此会更快耗尽自己的燃料。按照质光关系，恒星的光度与质量的7次方成正比。大于太阳质量10倍的恒星，将比太阳亮百万倍，而寿命却短1000倍，仅仅百万年间便结束了仓促而激烈的生命历程。真应了“炎炎者灭，隆隆者绝”的古话。不过，由于共同的平衡模式决定，恒星的一般质量都在太阳的10倍和0.1倍之间，大于和小于百倍的极少。远不象体积的悬殊可达千亿倍以上。质量不超过太阳1.4倍的恒星，能在主序星阶段维持至少50亿年。

　　我们的太阳显然是在那些“大而热”的第一代恒星谢世后，才诞生的第二代甚至第三代恒星。不胖不瘦的“中等个头”，使它在主序星的位置上已经从容照耀了50亿年。地球上得以出现生命并进化为智慧，正是取决于太阳的稳定所提供给我们的充裕时间。但今天正值盛年的太阳，未来的前途和命运又将如何呢？

　　再过50亿年，太阳将从主序星的位置上黯然退下，走向生命史上的转折点。氢的燃料濒临“坐吃山空”的边缘，减慢下来的热核反应已经抵挡不住引力的塌缩。100亿年间产生的氦开始聚集在中心，1亿度的高温使这些第一代核反应的“产品”成了第二代核反应的“原料”。3个氦核聚变为一个碳核，放出新的能量。剩余的氢则把自己的反应区从中心推向外层。由于体积膨胀而光度增大，又由于辐射通量不能和表面积成比例翻番，致使有效温度降低到2500度以下，太阳就成了一颗直径扩展500倍的红巨星。到那时，水星已被蒸发，金星将被吞没，地球上的海洋也早就全部汽化。我们这颗变得“赤地万里”的行星，将继续在灼热的太阳大气壳层中守着曾经温馨的轨道悲壮地运行。不过，人类大约早已成为“多行星物种”，卷起铺盖到别的地方居住了。目前我们所看到的金牛α、猎户α、天蝎α、牧夫α等都是挂在天上的“大红灯笼”。恒星变为红巨星后，体积可以膨胀到10亿倍。双食星仙王座ω中的红巨星，直径比木星绕日轨道还要大。

　　然而，“红光满面”的虚胖和臃肿决不是健康的征兆。红巨星收缩的内核与膨胀的外壳开始脱节并出现脉动。高温高压最终将碳也卷进了聚变成氧和氖的核反应中。这时，红巨星的结构出现了重大变化，氧和氖的核心，外面依次裹上碳、氦和氢的不同包层，几种产能机制各占地盘，各行其是，呈现出十分动荡和混乱的局面。能量的生产终于接近尾声，引力开始占据绝对上风，这时，星体的内核被压缩成为地球上从未见过的高密度物质形态。如同一大箱电灯泡被压成一小盒碎片，电子再也不能保持和原子核的正常距离而成为紧贴原子核的自由电子，原子核则均匀地“浸泡”在电子气中，这便是我们所说的“间并”状态。强大的重力到此才算被间并态电子排斥力所平衡。至于那层“大而无当”的外层气壳，则被内核猛烈推开，形成一个看上去象烟圈般的行星状星云，并在湍动中渐渐飘散。这时，脱掉外衣的白矮星便“亮丽登场”了。可以说，白矮星都是在红巨星体内“长熟”的。这也是我们的太阳最终的归宿。

　　天狼星伴星B是通过现代天体物理学发现白矮星的第一个例子。1834年，贝塞尔便观察到天狼星沿着一条波纹线在轨道上运动并预言它会有一个伴星。32年后，美国仪器制造家克拉克在试验望远镜时果然看到了这颗“暗伴星”。直到1914年美国天文学家亚当斯详尽分析了天狼星B的光谱后，人们才断定这是一颗白矮星。它和天狼星一样热，但亮度只及太阳的400分之一，直径仅比地球大一倍，质量却是地球的30万倍。上面一块麻将牌大小的“石头”就有10吨重。地球上的钟摆如果能“放”在那里，每秒会摆动180次。白矮星将在数十亿年的漫长岁月里逐渐冷却，变成一颗黑矮星。禁锢于其中的大量金刚石之类，将永不再参加宇宙的“物质贸易”。银河系中有着几十亿处这样的“恒星残骸”和一片片“恒星公墓”。

　　如果白矮星处于双星系统，并拥有一个红巨星或主序星状态的伴侣。情况也许便另有变化了。白矮星会以极强的吸引力，把伴星外层的氢和氦等气体“吸吮”过来，并牢牢控制在自己的表面。这些“新鲜血液”为垂死的“小矮子”注入了“新的活力”，当氢和氦等气体聚积到一定程度，便会点燃新的核聚变。一颗白矮星有时甚至会爆发多次。第谷当年把旋生旋灭、光度突增的亮星称为“诺瓦”，意思是新星。每年银河系中平均有二三十颗新星爆发。至于亮度骤然剧增千万倍至上亿倍的超新星爆发，则又属于另一种机制了。

　　1967年11月，英国剑桥大学女研究生贝尔用射电望远镜观测天空，发现了来自狐狸座方向以1.337秒为周期的脉冲无线电波，引起世界极大的轰动。当时人们寻找地外文明兴头正浓，便猜测可能是外星人向地球发出的联络讯号，并设想他们是靠体内的叶绿素进行光合作用的“小绿人”。后来发现的天上的脉冲星越来越多，并且这种射电功率大约是人类所能发出全部功率的100亿倍，对“小绿人”的狂热期待才告破灭。人们调侃说，不要把自己的心跳当作梦中情人到来的马蹄声。

　　然而，脉冲星究竟是何方神圣？它如何能发出如此短促、精确而稳定的脉冲电波？人们最后终于认定，这就是30年代以来，被奥本海默等科学家反复讨论和苦苦寻找着的中子星。脉冲星的发现是20世纪60年代四大发现之一。尽管1974年诺贝尔奖的桂冠不公正地落在贝尔的老师休伊什的头上，但这位时年24的英国姑娘贝尔仍将史册传芳，是她的发现结束了对中子星的“纸上谈兵”。

　　中子星实在是一种匪夷所思的天体。按照钱德拉塞卡极限，白矮星的质量不能超过太阳1.5倍，否则，更大的引力将使间并态电子也无法抗衡，于是全部被压进质子而结成间并态中子。这是抵抗引力塌缩的最后防线，整个星体成了一个无数中子挤成一团的超大原子核。每立方厘米就有一亿吨，相当于全人类的重量总和。一个太阳质量的中子星，直径只有14公里。中子星表面是比钢还要强100亿亿倍的铁质外壳，温度达几百万度。上面最高的“山脉”不超过1厘米。逃逸速度达到每秒20万公里，是光速的3分之2。一个70公斤的人如果站在这样一颗中子星上，体重将达到200亿吨，并因头脚之间1800万吨引力差产生的潮汐作用而被撕得粉碎。萨根曾风趣地设想，如果往你手上放一小块中子星，它将洞穿你的手，并像石头从空气中落下一样穿过地球，然后再反过来向地心回落，并因地球自转而钻出一条复杂的弧形弹道孔洞。

　　中子星自转速度极快，1982年从波多黎各天文台发现的中子星每秒自转642周，但坚不可摧的引力使它决不会被甩得四分五裂。由于中子星具有同样被压缩几十亿倍的强大磁场，自转轴和磁极又并不重合，猛烈抛射的螺旋电子流便会沿磁轴两端产生强大的同步加速辐射。它们是“宇宙的节拍器”。如大海上灯塔的光柱，如草坪上喷灌的龙头，扫过360度的空间，使我们在遥远的地球上能收到这种脉冲射电信号。因此，中子星至今仍沿用着脉冲星的名称。1968年，又发现蟹状星云内的中子星同时发射可见光脉冲。质量大，密度高，自转快，辐射强，是中子星的四大特点。随着时间推移和能量消耗，它的自转将由快到慢，辐射由强到弱，由可见光到射电辐射，直至停息。据估计，银河系内有10万颗中子星，能在地球方向探到射电信号的在1000颗以下。

　　可以有把握地认为，中子星诞生于超新星爆炸。如果恒星质量大于太阳30倍以上，便不能“金蝉脱壳”式地变成白矮星来和平“收场”了。崩溃的过程将更加暴烈和迅猛。内部的核反应从氢到氦、氦到碳、碳到氧、氧到镁、镁到硅、硅到铁，一路向更重的物质聚合，直到这个核反应的“多米诺骨牌”在一堵“铁”墙前面止住。铁是宇宙中最稳定的元素，处于能量低谷，它无论分裂或聚合都不再放出能量而只会吸收能量。于是，大自然只好另辟蹊径，以极大的引力能量将铁原子重新粉碎成构建物质的“基本砖块”中子、质子、电子，并狂泻出中微子把核心能量抽空。于是，骤然的大收缩引起外壳猛烈的“内向聚暴”，瞬时抛射出的能量相当于这颗恒星一亿年间释放的光热，炸碎的外壳带着95%以上的庞大的质量漫天飞散。这就是惊心动魄、辉煌壮丽的超新星爆炸。有时恒星核心的质量没有达到钱德拉塞卡极限，也会在爆炸的超高压下形成中子星。另一方面，如同溜冰运动员收起手臂会加速旋转那样，在剧烈收缩中形成的中子星因获得了原来恒星巨大的角动量而能够飞速自转。

　　1054年，欧洲正处于不学无术的黑暗时代。中国宋朝天文学家在金牛座观测到一颗超新星，并记载它“昼见如太白，芒角四出，色赤白”。时隔900多年后的今天，仍可看见当时冲击波膨胀的轮廓。这便是距我们4500光年的蟹状星云。超新星爆炸在银河系中平均每千年有两三次。1572年，1604年，第谷和开普勒又先后在仙后座和蛇夫座各观测到一次。打从望远镜问世后，银河系内再也没有发生过超新星爆发而使天文学家颇感怅惘。不过，1987年，在仅仅16光年之外的大麦哲伦星云出现了超新星，为这些研究者的失落提供了一定补偿。

　　越来越多的天文学家认为，太阳系的形成得益于超新星爆炸冲击波对原始星云的压缩和搅动。同时，超新星还是宇宙间一切重元素焙烧的“坩埚”和冶炼的“熔炉”。我们佩带的金和获取原子能的铀，乃至血管里红血球中的铁，没有一样是地球上的“地产品”。50亿年前，形成我们太阳的宇宙星云已再不是纯净的氢和氦，而是被超新星爆发灰烬严重“污染”的云团，其中自然界的92种元素早就一应俱全。当年有超新星爆炸，我们多么幸运。今天远离超新星爆炸，我们又多么幸福。

　　在众多明星让我们眼花缭乱时，不要忘记恒星世界约87%成员的质量都在太阳的0.2至0.8之间。这些红矮星是天上的“芸芸众生”。由于光度昏暗，光谱级在K0到M5之间，很难被我们发现，大多是“无人知道的小草”。它们没有轰轰烈烈、大起大落的丰富经历，过着平和、淡泊、节俭的生活。但却以惊人的长寿阅尽天上沧桑。它们能在主序星阶段停留200亿至2000亿年。打从宇宙诞生以来，还没有接到过这类恒星去世的讣告。

　　有必要单独写上一笔的是造父变星。1784年，聋哑而早夭的荷兰天文学家古德利克发现仙王座δ，也就是造父星的亮度有周期性变化。这颗星从4.3等上升到3.6等，5.4天后又回跌到原来的亮度。天文学家把光度呈周期性变化的星统称为造父变星。我们熟悉的北极星便是其中的一颗。1912年，美国女天文学家勒维特进一步发现造父变星的亮度越高，光变周期越长。原来，这是因为它的体积在交替地一胀一缩。由于恒星的膨胀力和中心温度的4次方成正比，当内部能量不足时，体积就会收缩。而收缩的压力又加快了核反应，使体积再次膨胀。这种变化完全可以看做温度和引力失衡的“早期症状”，所谓“光变周期”，正是它滑向红巨星边缘前粗重的“喘息”节奏。

　　但至少在几千万年的时间里，造父变星这种脉动是稳定的。于是天文学家们大有可为了。造父变星一般都是大而亮的星，既然它的光变周期和绝对星等能够准确地对号入座，便可以将它当作宇宙中的“标准烛光”，通过周光关系测量出造父变星所在星系的距离。尽管这把“量天尺”以后又因星族Ⅰ和星族Ⅱ的差异几经修正，但人类总算第一次获得了测量银河系外遥远天体的能力。

　　现在，我们要聚精会神研究一下大自然中最神奇的怪物黑洞了。自20世纪60年代美国科学家惠勒提出这个概念后，便一直是天文学的前沿和科幻小说的热门。要认识黑洞，我们不妨先回顾一下讨论过的中子星。如果一颗恒星的质量大于太阳几十倍，它便不一定能通过超新星爆炸来完全丢掉要命的“质量包袱”了。留下的收缩部分如果大于太阳质量的3.2倍，连中子星状态也将无法支撑。巨大的引力会毫不含糊地压碎中子，将塌缩进行到底。

　　那么，这个“自己把自己压跨”的过程又究竟“伊于胡底”呢？它只能是个自由落体永远落不到底的无底洞。物质将被压缩进一个无穷小的奇点，只剩下一个重力场。如果中子星上还有超过每秒20万公里的逃逸速度，在黑洞的“史瓦西半径”内，则逃逸速度超过每秒30万公里，连光也无法跑掉。我们自然也看不到黑洞“视界”内的一切。黑洞表面并没有一层真正的“壳”，但也别认为黑洞是个又黑又空的大窟窿，它具有质量、旋转与电荷，是宇宙中最密的物质和最实的实体，是万有引力登峰造极的杰作和与恒星膨胀力斗争最后胜利的凯歌！

　　连光也逃不出来的黑洞，我们又如何才能发现它的存在呢？科学大师霍金引用过一个形象的比喻。穿着黑色晚礼服的男孩和穿着白色晚礼服的女孩在舞台上携手共舞。灯光暗了下来，男孩虽然已不可见，但女孩的舞步舞姿却能显示着男孩的存在。女孩是正常的恒星，男孩则是黑洞。科学家已经观察到天鹅座中一颗质量为太阳30倍的兰色巨星和它的质量为太阳10倍的“隐形伴星”之间，就如舞台上的女孩和男孩的关系。一个质量比太阳大10倍，已经塌缩成比小行星还小的不可见天体，只可能是黑洞。除了让蓝巨星的轨道波动外，这颗暗伴星发出了天空中第二强的X射线，也进一步暴露了它的黑洞身份。

　　原来，黑洞无敌的引力使它会象一个饕餮成性， “越吃越能吃”的巨兽，把靠近的物质囫囵吞掉。比较一下水流进空洞产生的旋涡和龙卷风的风眼，在黑洞的史瓦西半径大约200公里之外，也会有一个巨大的漏斗状吸积盘。高速落入的物质在激烈的摩荡下产生高温并将质量的一部分变成最后的X线猛烈喷出，如同跌入万丈深渊前发出的绝望叫喊。天鹅座的兰巨星便正在用自己洪流般的外层物质，“喂养”着这个“弱肉强食”的掠夺者。天鹅X-1是被我们找到的第一个黑洞。

　　黑洞使周围光线弯曲带来的“引力透镜”效应也已经得到验证。目前，主流的天文学界几乎没有人再怀疑黑洞的存在。圆规座X-1，御夫座εB等可以大体认定的黑洞已增加到30个。美国科学家最近用哈勃和钱德拉太空望远镜发现银河系中心有一个硕大无朋的黑洞，质量为太阳的260万倍。许多研究表明，黑洞直接关系到星系的起源。

　　谁也无法推测掉进黑洞中的境遇。时间停滞，幽明永隔，如果没有化为齑粉，也会根据“无毛定理”被彻底“灭口”，而无法从“不可睹世界”回到“可睹世界”纵谈黑洞中的况味。地球如果压缩到9厘米，也会变成黑洞。霍金认为黑洞并非完全黑，它也会在极其漫长的时间里蒸发。而宇宙诞生时便有许多极小的“太初黑洞”。还有人根据对爱因斯坦广义相对论关于黑洞周围时空无限弯曲的不同理解，相信黑洞可能会如浴缸的下水口通到另一个房间那样，是到达遥远空间的“隧道”和“捷径”。如果绘制一张宇宙图并准确标明黑洞的进出口，将大大方便于“抄近路”做太空旅行。甚至认为白洞是黑洞的出口。这里，科学和幻想的界限又一次模糊了。但完全不同于胡思乱想，深刻而睿智的奇思妙想早已被证明是科学飞翔的翅膀。

[主持人

　　我们对恒星的认识本来是从太阳开始的。但如果宇宙中只有一个太阳，没有其他恒星的生命史作比照，我们将永远不会知道自己的太阳从何处来，向何处去。

　　今天如日中天的亿万恒星，都是演化中的“临时结构”。是大自然物质运动的一个环节。

　　在更高的宇宙结构层次中，我们的银河系又处于什么位置？

　　银河系之外还有什么更辽阔宽广的世界？