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发信人: emacs (被淹死的鱼), 信区: Science
标  题: 《新疆域》白矮星钟
发信站: 哈工大紫丁香 (2002年06月15日16:00:07 星期六), 站内信件


                          白矮星钟

    宇宙有多大年纪了？这个问题一直纠缠着天文学家。现在，基于
一种新的“时钟”，人们获得了一个答案。

    60年来，人们一直从宇宙膨胀的速率来寻觅有关宇宙年龄的线索。
一旦知道了这一速率，天文学家就能判断，宇宙从一个很小的点膨胀
成今天的大小需要用多长的时间。

    遗憾的是，测定精确的膨胀速率十分困难，这意味着对宇宙的年
龄只能作出粗略的估算。估算的结果是从100亿～200亿年。许多人便
相当随意地将宇宙的年龄取作150亿年，因为它正好介乎上述两个极端
之间。

    另一条途径是通过研究那些最年老的恒星的化学组成，并判断某
些长寿命原子分裂到如在这些恒星中所发现的水平需花多长时间，从
而确定这些恒星的年龄。这种方法似乎表明宇宙的年龄为100亿岁。

    现在，人们又研究出了测定宇宙年龄的第三种方法。它涉及到
“白矮星”。

    像太阳这样的普通恒星，通常经历几十亿年之后，它们赖以发光
的核聚变最终便会沉寂下来。当这种情况发生时，恒星就变成红巨星。
当恒星膨胀且其表面变冷下来时，就会出现这种情况。这时，没有足
以使其结构维持膨胀的燃料，恒星便坍缩成一个白热的天体，它具有
一颗恒星的质量，个子却并不比地球更大。因此，它被称为白矮星。

    某些特别大的恒星坍缩愈加猛烈，结果变成一颗小小的中子星，
直径不过8英里左右，或者变成更小的黑洞。据信，黑洞是不可见的坍
缩恒星，它极其致密，以至于不论是光还是物质都无法从黑洞的引力
场中逃逸。但是一般说来，多数恒星的大小皆如太阳或者更小，它们
将变成白矮星。

    在白矮星中，不存在产生光和热的核反应。白矮星只拥有在恒星
坍缩结束时所具备的能量。因此，随着时间的推移，它们渐渐因辐射
掉这份固有的能量而变得暗下来。

    当然，白矮星是太小了，以至于即使在它们刚刚形成、因而还非
常热非常亮的时候，它们发出的总光量与我们的太阳相比也还是很少。
这意味着尽管仅仅在我们银河系中就至少有10亿颗白矮星，我们也只
能看见其中相当近的那一些。

    即使如此，我们也大有事情可干。某些白矮星在我们看起来之所
以幽暗，是因为它们*确实*幽暗。然而，有些白矮星看似幽暗却只是
因为它们恰好比多数其他白矮星更远。如果我们测定出各种白矮星的
距离，我们就可以对此进行修正，并确定如果所有的白矮星都处在相
同的距离上，那么它们该会有多亮。这称为它们的“光度”。

    白矮星越老，其光度就越低。会不会有些白矮星已经老到这样的
地步，以至于丧失了它们的全部能量，而成了眼睛看不见的一团暗黑
的残渣？显然不会。白矮星有那么多的质量，冷却的速度又那么慢，
以至于它们转变为“黑矮星”所需的时间较之对宇宙年龄的任何估计
都要长得多。因此，任何白矮星形成至今一定在某种程度上都还相当
明亮。

    这意味着，虽然最老的白矮星应该最暗，但它们依然发出光辉因
而仍可看见。在得克萨斯大学，天文学家唐纳德·E·温格特（Donald 
E. Winget）及其同事们已经计算了许多白矮星的光度。非常明亮的相
当罕见，因为它们只是包括最近刚刚形成的那一些。不太明亮的则普
遍得多，因为它们是在较长的时间内形成的。

    然而，要发现低于某一确定光度的白矮星却变得几乎不可能了——
纵然具有这一光度的白矮星仍很容易看见。显然，最暗的白矮星是在
宇宙还非常年轻的时候形成的。在此之前，恒星生存的时间尚未长得
足以形成白矮星。

    计算最暗弱的白矮星暗到如此地步可能需要花费多长的时间，再
加上恒星到达白矮星阶段之前已经发光十来亿年，那么宇宙的年龄看
来还是100亿岁光景。因此，可以用3种大不相同的方法得出100亿年这
个数字，这些方法就是宇宙膨胀的速率、放射性元素的衰变速率、以
及白矮星变暗的速率。

    偏巧，对于那些迷恋数字的人来说，100亿乃是1后面跟着10个0，
这意味着它是10个10连乘之积。它正好就是舍弃尾数后的宇宙年龄吗？


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