了得網小說_恆星奧秘

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神秘的恆星將是地球流浪時停泊的港灣

內容簡介

星星絕大多數叫做“恆星”。離我們*近的恆星是太陽。恆星的“恆”包含什麼意思？它們如何運動？二是它們的亮度不變嗎？如何變化？為什麼會變化？它們是怎麼來的？它們是如何產生的？恆星是怎樣發光的？恆星有多少？它們分群嗎？等等，本書將討論這些與恆星有關的有趣的問題。

作者簡介

張邦固，1944年5月出生在重慶市永川縣，1966年7月吉林大學物理繫畢業後留校任教，1981年中國科學院高能物理研究所理學碩士，2004年退休前在科學出版社工作。

張邦寧，1946年11月出生，1966年畢業於北京清華附中預科，1982年畢業於哈爾濱工業大學精儀繫光學專業，2009年退休前在航天部中國空間技術研究院北京空間機電技術研究所工作。

第1章.物理基礎 001
1.1.物質世界 001
1.2.質量 002
1.3.能量 003
1.4.空間與時間 004
1.5.狹義相對論 007
1.6.波與多普勒效應 013
1.7.黑體輻射 017
1.8.特征光譜 019
第2章.周邊 021
2.1.太陽 021
2.2.天體距離測量 023
2.3.銀河繫 026
2.4.我們的周邊 041第1章.物理基礎   001
1.1.物質世界   001
1.2.質量   002
1.3.能量   003
1.4.空間與時間   004
1.5.狹義相對論   007
1.6.波與多普勒效應   013
1.7.黑體輻射   017
1.8.特征光譜   019
第2章.周邊   021
2.1.太陽   021
2.2.天體距離測量   023
2.3.銀河繫   026
2.4.我們的周邊   041
第3章.恆星誕生   045
3.1.傳統理論   045
3.2.相空間   047
3.3.新方程   049
3.4.恆星胎   053
3.5.星繫形成   063
第4章.恆星成長   070
4.1.赫羅圖   070
4.2.傳統模型   071
4.3.恆星的狀態   076
4.4.太陽核聚變概率   077
4.5.目前太陽結構   078
4.6.結束主序期的膨脹   079
4.7.變星   080
4.8.推論   083
4.9.一個自由度   090
4.10.恆星的壽命   091
4.11.新星.超新星   093
4.12.造父變星   098
4.13.恆星的年齡   100
4.14素的大熔爐   103
4.15.新模型的長處與缺陷   108
4.16.太陽演化史   111
第5章.恆星的死亡   117
5.1.白矮星   117
5.2.脈衝星   119
5.3.黑洞   122
名詞術語   125
附錄.作者簡歷   128
附件.作品明細（不含編輯作品）   131

前言

這是一本專門介紹恆星的書。包括恆星的環境、起源、演化、消亡等。為了吸引青少年，書中用了誕生、成長、死亡等擬人化的詞。但希望不會誤導讀者。實際上，本書是十分認真的科普讀物。本書的一切都以實際和觀測數據為依據，再根據一些科學定律，推演出許多有意思的結果。相關處都留有線索，以方便讀者深究。但凡是筆者想像的，大都明確有推測、可能等詞。不過更多的是假設。讀者可以想一下，這是為什麼？不那樣會怎樣？
確實，這裡有太多有意思的事，太多太多沒有弄明白的問題。本書希望吸引更多的人，特別是青少年關注這些一直眨著眼睛、微笑的“小”星星們。
感謝宋成斌編輯和清華大學出版社的領導，有了他們真誠的幫助，本書纔得以出版。
書中部分內容取自百度百科。筆者對百度網和相關的撰稿人表示感謝。
張邦固
2018年8月15日

在線試讀

1.1 物質世界
我們都知道，世界上的東西都是由原子構成的，包括人造原子在內，我們知道的共有一百多種原子。原子由原子核與電子構成；原子核由質子與中子構成。這些都是物質，另外，光子也是物質。
簡單地說，物質就是質子、中子、電子與光子，以及由它們構成和可能產生的一切。其基本特征是可以被檢測。
一切新發現的物質，新星繫、新彗星、新物素、新粒子，都經歷了首先被發現和被他人檢驗的過程。如果隻有某個人或者某些人宣布的首次發現，而他人卻不能對其進行檢驗，那麼這種“發現”便不會被承認，“它”就不是物質。
不屬於物質的還有神、鬼、仙、佛等精神。其特征是，信則有，不信則無。例如，人們所說的“佛在心中”“上帝與我們同在”等。
此外，人們相當關注的不明飛行物（unidenti.ed .ying object，UFO）是不是物質？或者說，它們是不是真實存在？對於這些不明飛行物，我們應該針對每一個事件進行具體的調查研究、分析判斷。
許多人同時觀察到的不明飛行物應該被認為是真實存在的，因為許多人的觀察可以互為檢驗。但實際上，經過事後認真的調查研究，許多這一類不明飛行物都被確認為軍方的隱形飛機、球狀閃電，或是氣像氣球等。這些物體之所以沒有在當時就被人們辨認出來，是因為人們不熟悉它們，或者是因為當時的氣候條件比較特殊纔會出現少見的景像。單個人的與不明飛行物有關的經歷則不能被認定為真實存在。因為它缺少被檢驗這一必要環節。
有關不明飛行物的更多情況，讀者們可以讀一讀李大光所譯、美國天文學家、著名科普作家卡爾·薩根（Carl Sagan，1934—1996年）所著的《魔鬼出沒的世界》*。
所有物質都具有兩種基本性質：一是慣性，二是引力。
籃球、鉛球等被扔出去以後仍然可以繼續向前飛行，飛機、汽車等在關掉油門之後仍然可以接著前進；板凳等物體不會自己發生移動……這種在不受力或者在所受合外力為零的情況下，維持其勻速直線運動或者靜止狀態的性質就叫做慣性。為了定量地描述物體的慣性，人們定義了一個物理量——質量。當物體受力時，會產生加速度，牛頓（I. Newton，1642—1727年）第二定律告訴我們，其加速度正比於所受到的力。這個比例常數就定義為該物體的質量。1.1 物質世界
我們都知道，世界上的東西都是由原子構成的，包括人造原子在內，我們知道的共有一百多種原子。原子由原子核與電子構成；原子核由質子與中子構成。這些都是物質，另外，光子也是物質。
簡單地說，物質就是質子、中子、電子與光子，以及由它們構成和可能產生的一切。其基本特征是可以被檢測。
一切新發現的物質，新星繫、新彗星、新物素、新粒子，都經歷了首先被發現和被他人檢驗的過程。如果隻有某個人或者某些人宣布的首次發現，而他人卻不能對其進行檢驗，那麼這種“發現”便不會被承認，“它”就不是物質。
不屬於物質的還有神、鬼、仙、佛等精神。其特征是，信則有，不信則無。例如，人們所說的“佛在心中”“上帝與我們同在”等。
此外，人們相當關注的不明飛行物（unidenti.ed .ying object，UFO）是不是物質？或者說，它們是不是真實存在？對於這些不明飛行物，我們應該針對每一個事件進行具體的調查研究、分析判斷。
許多人同時觀察到的不明飛行物應該被認為是真實存在的，因為許多人的觀察可以互為檢驗。但實際上，經過事後認真的調查研究，許多這一類不明飛行物都被確認為軍方的隱形飛機、球狀閃電，或是氣像氣球等。這些物體之所以沒有在當時就被人們辨認出來，是因為人們不熟悉它們，或者是因為當時的氣候條件比較特殊纔會出現少見的景像。單個人的與不明飛行物有關的經歷則不能被認定為真實存在。因為它缺少被檢驗這一必要環節。
有關不明飛行物的更多情況，讀者們可以讀一讀李大光所譯、美國天文學家、著名科普作家卡爾·薩根（Carl Sagan，1934—1996年）所著的《魔鬼出沒的世界》*。
所有物質都具有兩種基本性質：一是慣性，二是引力。
籃球、鉛球等被扔出去以後仍然可以繼續向前飛行，飛機、汽車等在關掉油門之後仍然可以接著前進；板凳等物體不會自己發生移動……這種在不受力或者在所受合外力為零的情況下，維持其勻速直線運動或者靜止狀態的性質就叫做慣性。為了定量地描述物體的慣性，人們定義了一個物理量——質量。當物體受力時，會產生加速度，牛頓（I. Newton，1642—1727年）第二定律告訴我們，其加速度正比於所受到的力。這個比例常數就定義為該物體的質量。
我們喫早飯時，滾出桌邊的雞蛋會掉下去；秋天，離開了樹枝的葉子會落下來；拋向空中的物體會落回來；衛星和月亮會繞著地球轉；地球繞著太陽轉……這些都是因為所有的物體之間均會相互吸引。兩個物體之間的引力正比於它們的質量之積，反比於它們之間的距離的平方。這個比例常數叫做引力常數，通常用G表示，它等於6.6732×
10-11N·m2·kg-2。人們用秤來稱量物體就是利用了物體與地球之間的引力。
1.2 質量
因為由這兩種基本性質定義的質量相等，所以可以把質量直接定義
*薩根 C.魔鬼出沒的世界[M].李大光，譯.長春：吉林人民出版社，1998.
為物質的量。國際計量單位制（System International，SI）中，質量的單位就規定為保存在巴黎的鉑銥合金標準體（這塊物質）的量。質量的定量度量方式仍然要借助於上述兩種基本性質。
我們知道，物質一般呈現為三種形態：固態、液態和氣態。固態物質是具有固定大小和形狀的物質形態，通常也叫做固體或物體。例如，我們周圍的石頭、瓦塊、金屬木材等。液態物質沒有固定形狀，容易流動，密度比較大，與固體差不多，不容易壓縮。我們周圍量的液態物質是水，油和水銀也呈現為液態。氣態物質沒有固定形狀，容易流動，密度比固體和液體都小得多，容易壓縮。空氣是常見的氣體。水蒸氣、煤氣、天然氣和各種蒸氣也是常見的氣體。
物質的各種形態在一定條件下會相互轉化。春天，冰會化成水,水蒸發會變成水蒸氣。煤燃燒會產生二氧化碳和灰煙，並放出光和熱。
在一切變化過程中，物質的量不會變化。這就是質量守恆定律：孤立繫統的任何變化都不會改變它的質量。所謂繫統就是一定量的物質；而孤立繫統就是與其他物質沒有任何質量、能量交換，也沒有相互作用的繫統。1kg冰融化之後會有1kg水；它蒸發之後會有1kg水蒸氣。
質量守恆定律是普遍的自然規律之一。
1.3 能量
馬兒在跑，羊兒在跳，雲在飄動，風在呼嘯……所有物質都在運動。物質的運動是的，而靜止是相對的。躺在臥鋪上的人相對於車廂是靜止的，相對於大地卻是運動的；睡在家中床上的人，相對於地面是靜止的，而相對於太陽來說，他一方面隨著地球的自轉運動，另一方面還隨著地球的公轉而繞著太陽運動。這些都是宏觀的運動。微觀方面，他的心髒在不停地跳動，血液在不停地流動，細胞在不斷地新陳代謝。我們早晨起床後，枕頭上往往會留下幾根頭發，這就是頭部皮膚和頭發經過了一晚上運動的結果。生物有著新陳代謝的運動，沒有生命的物體也有著微觀的運動。山上的岩石看起來沒有變化。但是，它會隨著白天、夜晚氣溫的變化而熱脹冷縮。長年累月下來，再堅硬的岩石也會風化。
為了定量描述運動，人們定義了能量。能量就是運動的量。
能量基本上可以分為兩類：動能和勢能。動能是物質（物體）因為運動而具有的做功的能力。例如，空氣運動（風）能吹動帆船、風車等做功；水流動能推動水車、船等做功。所以，風能、水能等都是動能。勢能是物質（物體）繫統處於一種狀態時所具有的能量，在一定條件下，這種能量可能轉化為動能。例如，老式掛鐘中的重錘，當它逐漸垂下時會帶動鐘擺，從而做功；而它沒有下垂到點之前，它都具有勢能。勢能是一種儲存著的能量。
根據物質的運動形態，動能還可以細分為機械動能、分子（或粒子）無規則運動動能（又叫內能）、聲能、光能等；勢能也可以細分為引力勢能、彈性勢能、電磁勢能等。各種能量形態可以相互轉化。大壩上水的勢能在流下去時會轉化為動能，進入渦輪發電機之後又會轉化成電能。在所有的能量轉化過程中，能量不會減少，也不會增加。這就是能量守恆定律：孤立繫統的能量在任何變化過程中保持為恆量。它也是普遍的自然規律之一。
1.4 空間與時間
我們知道，物體有大小。例如，桌子一般高約80cm，足球的直徑約20cm，地球的半徑約6400km。這些例子都說明，物質具有廣延性。
物體運動時，位置就會變化。這種物質及其運動的廣延性就定義為空間。
空間是可以測量的。去過大型劇（會）場的人都知道，其中的座位分排、號，還有層。一個桌子除了有長和寬，還有高……這些例子說明，空間有三維。一維空間是一條線，兩維空間是面。而我們所生活的現實空間是三維的。一維、二維空間都是忽略了其餘的維度所得到的。例如，一張紙，可以看成一個二維空間，但是它一定要很薄。如果它很厚，以至於其厚度必須要考慮時，它就是三維的了。
那麼除了我們所在的三維空間之外，還有沒有第四維空間？
如果有，它就應該被測量到。空間是物質的屬性。如果有四維的物體，那麼，它在運動通過我們這個三維空間時，我們應該觀察得到。人們上下樓時，就是三維物體通過二維空間的例子。這時，在二維空間中的生物看來，會出現什麼景像呢？人們會看到一個生物的頭、身體、腿、腳依次出現。就是說，會出現三維空間中質量不守恆的現像！
我們的空間是三維的，對空間有興趣的讀者可以看看本人所著的《空間奧秘》（作品明細，著作[3]）。
物質運動不僅具有廣延性，還具有持續性。我們知道，太陽每天都會從東方升起，在西方落下；鐘擺會不停地來回擺動……這種持續性就定義為時間。
所有物質都在運動，所以可以通過任何物質的運動來度量時間。故宮裡的日晷是通過一根斜棍子的影子長短和方位來度量時間的。而直接觀看太陽的高度和方位也可以度量時間。用“一炷香”“一袋煙”來表示時間的方法，在我國古代民間也經常用到。古代還有沙漏等計時器。後來，人們又逐漸使用機械鐘表、石英表、電子表來計時，現在使用銫原子鐘作為時間的計量基準。
時間有方向性。它隻能“前進”，不能“後退”，也就是說，時間隻能由“現在”到“將來”，而不能回到“過去”。如果非要回到“過去”，就會違反因果律，從而出現混亂。例如，如果回到“過去”。那麼，一旦發生了下述事件，應該如何理解？如果回到“過去”的主角使當時的一個小孩死掉了，而這個小孩恰巧是主角的祖先。是不是主角應該在其祖先死掉的同時就消失？連尸體也突然消失？不僅如此，主角的、並未回到“過去”的、仍然生活在“現在”的父親、祖父等人，隻要是那個祖先的後代就都應該消失！這還沒有完，這些人的配偶該有什麼變化？他們參與建造的房屋、橋梁等建築物該怎樣變化？總之，完全亂套了。
這並不是一個離奇的可能。隻要能回到過去。離奇的可能很多。例如，一個人回到過去，殺死了劉邦；或是一個物理愛好者回到納粹時期，幫助當局先於美國制造了原子彈……
還可以設想一個浪漫的故事。一個少年回到“過去”，邂逅了一個少女。兩個人一見鐘情，然後美滿地生活在一起。但是，這樣一來，故事裡的主角還會存在嗎？那個“過去”的少女很可能是主角的很多代前的祖母。我們來估算一下其概率。一個人的父母是兩個人，祖父母有4個人；或者說，他的第二代祖先有22個人。以此類推，他的第n代祖先有2n 個人。如果一代按20年計算，那麼，一個人在1000年前就應該有250 個第50代祖先。而
250=107億
一千萬億！這是現在全世界總人數的10萬多倍。也就是說，一個人如果回到1000年前，那麼，他遇到的每一個人都是他的祖先！
上面的估計沒有考慮可能發生的重復。不過，無論如何，回到1000年前遇到自己祖先的可能性都是非常大的。如果他改變了其中任何一個人的生活進程，就都會使他自己不復存在。
即使不和人交往，回到“過去”以後，喫掉一隻雞、一條魚，也會對多少年後的“現在”產生影響。即使不喫不喝，隻要回到“過去”，總要占據一塊空間、要呼吸、要觀察，這也必然會改變某些事件原來的進程，會對多少年後的“現在”產生難以估計的影響，出現不可調和的矛盾。
所以，回到“過去”，與因果律矛盾，是不會發生的。

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