导语
“大熊七星中,最亮的星,也是北极星,是一对恒星,两颗相互围绕.”小时候,每逢晴空万里,也会抬头仰望这对明亮的星星,赞叹它们又亮又静,指引着北斗的方向。
后来知道它的真名叫做“大熊座α”,也是北斗七星中的第一颗,也是离北极星最近的那颗,终于知道自己不是在瞎说,大熊座α其实就是北极星。当时还有人指着它说,它和太阳特别像,都是温暖的黄色,看看它像太阳吗?……像吗?怎么看怎么不像啊。直到今天,又有人提起大熊座α,它和太阳有何相似?
一、大熊座α介绍。
大熊座α也叫做“天枢”,是北斗七星中的双星系统,离地球大约有123光年。
它是由一颗主星和一颗伴星组成的系统,其中主星的谱型为“K3III”,是一颗橙色巨星,而伴星较小。有人说,大熊座α和太阳很像,因为它们都是橙黄色的主序星,虽然大熊座α是巨型星,和太阳有所不同,但它们最终的命运却是一样的,都会变成白矮星。
“天枢”是怎么形成的呢?大熊座α最初是一颗漂亮的蓝色星,能量和温度都非常高,绽放着令人眩目的光芒。但渐渐地,它的内部氢原料用尽,无法产生足够强烈的核聚变反应,于是便开始失重,内部压强不再能抵抗内层的重力,于是内部的物质开始缓缓流向外层。这就如同一个人一样,总有一天肚子兜不住了。
越来越大的半径意味着流向外层的气体的面积越来越大,于是外层的温度也随之降低。而当温度下降到一定程度的时候,原本应该光滑流畅的流动,就会因为温度下降而变得粘稠,粘稠的效应会让流动的气体受一定位置的牵引,于是便形成温差,产生了对流。这就如同煮荷包蛋一样,蛋白在温度升高的作用下,由于温差形成流体,就能在热水中不断转动,让荷包蛋受到更多的温流,导致对流更加频繁。
于是,对流转动、翻搅了最外层的气体,让原本隐藏在内侧的热量和能量流向外层,照亮了整个恒星。因为对流频繁,恒星的表面很不规则,产生了颗粒,这也是我们在观察太阳表面时,能够看见很多小小的亮斑的原因。
对流还有一个不好的地方,它使得内层的同质质量的氢原料暴露在外,被热核聚变燃烧,这样就让恒星的寿命进一步变短。通过对大熊座α的观测,发现大熊座α的质量是太阳的两倍左右,因此大熊座α最终发生热核聚变爆炸,变成一颗白矮星的概率还是比较大的。
二、恒星的演化。
恒星的生命周期一般包括“主序星”和“巨星”两个阶段。在主序星阶段,恒星最为稳定,内部的核聚变反应能够抑制内层的重力,让恒星保持一个稳定的状态。此时,恒星会像小太阳一样,不断消耗氢核燃料,然后将消耗殆尽的氢元素转变成氦元素,同时产生光和热,分数给宇宙空间。
在这个过程中,恒星会逐步变的“越来越肥”,尽管质量一直都没有增加,但是表面的核聚变产生的光和热让越来越外围的气体离心作用变弱。于是,外围的气体就会逐渐向内收缩,这样就增大了恒星内部气体的密度和压强,相应的温度和压力就会增大,最终让越来越内层的天体实现核聚变。这是恒星主序阶段的演化。然而在中等质量的恒星,比如“天枢”,很难触发超新星爆炸。因为它的核心温度只有一亿度左右,远达不到碳点、氧点等核火的温度,因此,它就不会对它的核心形成燃烧、产生能量,也就没法维持自身的稳定状态,最终逐渐走向死亡。
大约80亿年后,天枢内部的原子核相互融合尽,它上演了最后一场精彩绝伦的大戏,摇身一变,变成了一颗红巨星。红巨星的直径是太阳的几十倍,而发射出来的光也是太阳的上千倍,到那个时候,它就成了北斗的戈壁明亮的一颗星,为北极星再次加冕,并指引着北斗的方向。
三、最终命运。
然而,正因为“天枢”和太阳一样的质量,也决定了它们将会有一样的结局,将最终演化为白矮星。但由于它比太阳的质量大,因此在“红巨星”阶段,还有可能发生碰撞融合。当天枢耗尽燃料,最末氢气被燃尽,天枢的核心就会过渡到产生氦燃料的阶段,而内层的碳点燃速度则比较慢。
因此,当外层的氢气被燃尽后,天枢的核心就会继续缩小,同时加热,这样就能让内层的碳燃烧产生氦气,然后将氦气送到核心,等待核心将它继续转化为更重的元素。在这个过程中,碳和氦都会和天枢的气体发生碰撞融合,这就叫做“三重α”反应。所以天枢在这个阶段,就会暂时恢复一段主序星的状态,而且这种状态会持续很长时间。
而当更入层的氦原料被消耗殆尽时,天枢的核心就会再次收缩,温度也会继续上升,这样内部的碳点燃的温度就会逐渐升高。因此,天枢就会进入碳点的聚变阶段,到那个时候,碳点燃烧会产生更重的元素,比如氧、镁等,这些元素会和内层的氦气共同产生惊人的温度,最终形成超级大爆炸。而这一系列的爆炸,将会让天枢产生无数的同位素,构成复杂多变的分子结构。但由于碳点的聚变速度比较慢,因此天枢就不会像一颗超新星那样,产生足够的能量,将内部的核能耗尽,并将剩余的物质喷出。而碳点燃烧还会产生大量的重元素,通过中微子辐射,让天枢的外层被“吹散”,而内层就会积累成一个很小的白矮星,就像一颗“熄灭了的星”,这样就形成了一对新的双星系统。
结语
大熊座α自从被人类发现以来,就一直是科学家们竞相观测的对象,它的发现和离别,也记录着人类探索宇宙的脚步。
大熊座α在中华传统文化中也非常重要,在中国的古书中就有人提到,北斗的七个星之中,有两个非常神奇,一个叫做“天枢”,另一个叫做“天璇”,其中“天枢”就是大熊座α。古人通过大熊座α定夜,人们能由此了解大熊座最亮的那颗星,来确定方位,也会受到受中华文化的影响,逐渐形成风俗习惯,保留了定北的“天枢”的名称。
可以说,大熊座α以往、现在都是人类对宇宙探索的重要研究对象,是连接古今的桥梁。并且,它的发现时间,比北极星的发现时间要早一些,但是存在着大熊座α和北极两个名字在古代的记载,说明有人可能就是根据这两颗星来确定北方的方位。
随着科技的发展,未来人类对天枢的了解也将越来越多。
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