筆者 東邪
眾所周知，任何生命體都有生命終結(jié)的時(shí)候，盡管宇宙中的天體并非生命體，它們也有終結(jié)的那一天。地球上的生物體生命結(jié)束后，很多時(shí)候會留下一些痕跡，例如軀體印在泥土中形成了化石、尸體分解后剩下的骨骸等等。那么宇宙里的天體終結(jié)后，是否也會留下痕跡呢？在過去幾十年里，天文學(xué)家一直在探討這個(gè)問題。
前段時(shí)間，國外科學(xué)家公布了一種新的方法去尋找太陽系外的行星，然而這種方法的目的不是尋找還“活著”的行星，而是尋找已經(jīng)“死去”的行星?？茖W(xué)家認(rèn)為，伴隨著恒星系統(tǒng)出現(xiàn)劇烈的變化，其中的行星往往無法獨(dú)善其身，因此要研究行星是如何被摧毀的，需要先研究恒星是如何終結(jié)自己的。
什么是主序星？
根據(jù)科學(xué)家長期的研究，恒星分為兩類，分別是穩(wěn)定星和不穩(wěn)定星。穩(wěn)定星指的是處于流體靜力學(xué)平衡和熱力學(xué)平衡狀態(tài)的恒星，在這種狀態(tài)下的恒星內(nèi)部任何一個(gè)區(qū)域都同時(shí)受到引力和壓力的平衡，因此它內(nèi)部傳輸?shù)奖砻娴哪芰颗c表面輻射損失的能量也是相平衡的。穩(wěn)定星的光譜、溫度、光度等保持相對不變的狀態(tài)。
在穩(wěn)定星范疇中，主序星是最常見的，這是大多數(shù)恒星都要經(jīng)歷的一個(gè)階段，太陽目前就處于主序星階段。研究表明，主序星是一顆恒星最穩(wěn)定的階段，而它處于這個(gè)階段的時(shí)間占到了恒星總壽命的90%左右，相當(dāng)于人類的青年和中年時(shí)期。不同質(zhì)量的恒星停留在主序星的時(shí)間長度不同，有研究表明質(zhì)量大的恒星的主序星階段通常會比較短。
而質(zhì)量小的恒星的主序星階段通常會持續(xù)較長的時(shí)間。以太陽為例，太陽的主序星階段大約能持續(xù)100億年左右，如今它的主序星階段已經(jīng)過去了一半。如果有一顆質(zhì)量只有太陽一半的恒星，那么它的主序星階段至少會持續(xù)200億年。與此同時(shí)，恒星的定義有一定的質(zhì)量限制，最大的恒星質(zhì)量不能超過150倍太陽質(zhì)量，最小的恒星質(zhì)量不能超過0.08倍太陽質(zhì)量。
質(zhì)量大的恒星之所以會有較短的主序星階段，是因?yàn)橘|(zhì)量越大，恒星就越不穩(wěn)定，強(qiáng)大的輻射壓力會導(dǎo)致恒星外層大氣被吹跑。由于恒星的內(nèi)部時(shí)時(shí)刻刻都在發(fā)生熱核反應(yīng)，因此當(dāng)其內(nèi)部的化學(xué)成分以及能源機(jī)制發(fā)生較大變化時(shí)，恒星就準(zhǔn)備脫離主序星。當(dāng)恒星走出主序星階段后，迎接它的是不同的結(jié)局。
如果恒星的結(jié)局是白矮星，周圍行星可以幸存嗎？
上文介紹到，處于主序星階段的恒星可以靠內(nèi)部熱核聚變所產(chǎn)生的輻射壓力來對抗自身的引力，從而維持自己穩(wěn)定的形態(tài)。但如果內(nèi)部的核燃料被消耗殆盡，熱核聚變無法繼續(xù)下去，那么恒星可能會發(fā)生坍塌。但這還不是恒星最終的結(jié)局，因?yàn)橛袃煞N力可以阻礙恒星的坍塌，分別是電子簡并力和中子簡并力。
電子簡并壓力是物理學(xué)家泡利在1925年提出的，他認(rèn)為原子內(nèi)的電子不勻速有相同的運(yùn)動狀態(tài)，具體描述是：如果一個(gè)原子內(nèi)的電子占據(jù)了所有可能的狀態(tài)，那么這些電子會形成一種力來阻礙外來的電子進(jìn)入這一空間，泡利將這種力稱為“電子簡并壓力”。但當(dāng)電子被壓入原子核，并與質(zhì)子形成中子后，電子簡并壓力就不存在了。
這里就引出了恒星結(jié)局的第一個(gè)可能性，即演變成白矮星，然后最終演變成黑矮星。白矮星之所以可以繼續(xù)穩(wěn)定存在，是因?yàn)槠鋬?nèi)部的電子簡并壓力和自身的引力形成了抗衡的狀態(tài)。而白矮星的前身主序星內(nèi)部充滿了等離子體，這些等離子體形成的電子簡并壓力非常龐大，足以和恒星龐大質(zhì)量導(dǎo)致的引力所抗衡。
恒星進(jìn)入白矮星階段后，內(nèi)部的熱核聚變就基本停止了，它也不會再對外輻射能量，這個(gè)時(shí)候的白矮星對周圍的行星可以說是沒有傷害的，但是在恒星變成白矮星之前，周圍的天體就已經(jīng)覆滅了。原因是恒星演化到末期會逐漸膨脹，變成一顆紅巨星，紅巨星的膨脹會吞噬最近的行星，它最后還可以通過爆炸毀滅周圍的行星，而爆炸后內(nèi)部的白矮星就出現(xiàn)了。
如果恒星的結(jié)局是中子星，周圍行星會受到什么影響？
有兩種力可以在恒星演化末期對抗引力導(dǎo)致的坍塌，一種就是上面已經(jīng)講到的電子簡并壓力，以這種力繼續(xù)維持平衡狀態(tài)的天體就是白矮星。另一種則是中子簡并壓力，以這種力繼續(xù)維持平衡狀態(tài)的天體就是中子星。那么什么是中子簡并壓力呢？研究發(fā)現(xiàn)，電子簡并壓力是具有上限的，一旦引力坍縮的力度超過了這個(gè)上限，電子就會被壓入原子核，與其中的質(zhì)子形成中子。
這時(shí)候雖然電子簡并壓力消失了，但是中子與中子之間的緊密擠壓導(dǎo)致了中子簡并壓力的產(chǎn)生，它可以繼續(xù)支撐天體引力坍塌。1931年，美國天體物理學(xué)家錢德拉·塞卡發(fā)現(xiàn)白矮星的質(zhì)量存在上限，即1.44倍太陽質(zhì)量，超過這一極限后電子簡并壓力就會消失，取而代之的是中子簡并壓力，后世科學(xué)家將該極限稱為“錢德拉塞卡極限”。
從恒星到白矮星，天體的體積縮小尺度超過一半，從白矮星再到中子星，天體的體積再一次縮小，但是其質(zhì)量基本沒有太大的變化。這就導(dǎo)致了一顆中子星的直徑只有10幾公里，但它的密度可以達(dá)到每立方厘米10億噸，這導(dǎo)致了中子星的自轉(zhuǎn)速度極快，一個(gè)周期只需要七百分之一秒，進(jìn)而形成脈沖星或磁星。
如果恒星發(fā)展到了中子星階段，那么其周圍的行星雖然不會被直接吞噬，但會被中子星強(qiáng)大的引力吸引過去。如果沒有足夠的外部引力與中子星的引力抗衡，那么天體最后會撞擊在中子星表面。
如果恒星最終變成了黑洞，周圍行星會怎樣？
恒星發(fā)展到白矮星和中子星階段時(shí)，其內(nèi)部的熱核聚變已經(jīng)完全停止了，但它的演化還在持續(xù)，中子星后可能就是黑洞了。1939年，著名物理學(xué)家奧本海默與加拿大科學(xué)家沃爾科夫提出了中子星的質(zhì)量存在上限，現(xiàn)今科學(xué)家將該極限稱為“奧本海默極限”。奧本海默和沃爾科夫認(rèn)為，一旦中子星的質(zhì)量超過這個(gè)上限，那么其內(nèi)部任何力都無法與引力抗衡。
科學(xué)家認(rèn)為，奧本海默極限難以確定，但一般是太陽質(zhì)量的兩三倍左右。理論上，黑洞是宇宙中最神奇的天體，它的體積幾乎為零，但擁有無窮大的密度，換而言之黑洞就是一個(gè)奇點(diǎn)。黑洞存在視界范圍，任何出現(xiàn)在視界范圍內(nèi)的物質(zhì)都會被黑洞引力吞噬，至于吞進(jìn)去的物質(zhì)最終會變成什么，流向哪里，目前的科學(xué)理論還無法回答這些問題。
一旦巨大質(zhì)量的恒星一步步從主序星演變成白矮星，再從白矮星演變成中子星，最后從中子星演變成黑洞，那么其周圍的天體都無法逃脫被吞噬的命運(yùn)。當(dāng)然，并非所有恒星都有能力演變成黑洞，小質(zhì)量恒星通常只演變到白矮星就結(jié)束了，質(zhì)量再大一點(diǎn)的恒星可以演變到中子星，超大質(zhì)量恒星則有機(jī)會變成黑洞，因此我們并不用擔(dān)心太陽未來會變成黑洞。
如何看待恒星和行星的毀滅？
曹操一首名詩《龜雖壽》中的第一句依然傳誦至今：“神龜雖壽，猶有竟時(shí)。騰蛇乘霧，終為土灰?！倍潭痰?6個(gè)字，就精辟地總結(jié)出了生命都會有總結(jié)的時(shí)候，神獸也是如此。恒星的壽命固然比地球上任何一種生物都要長，也比大多數(shù)行星的壽命長，但它始終也有“死去”的時(shí)刻。
和地球生命的消逝不同的是，恒星的死去會為新一代恒星的誕生提供動力，因?yàn)槌滦潜l(fā)所產(chǎn)生的沖擊波會導(dǎo)致星際介質(zhì)出現(xiàn)極致壓縮，進(jìn)而促使分子云坍縮，最后觸發(fā)恒星的形成。由此看來，恒星之死只是它自身的終點(diǎn)，卻是其它恒星誕生的起點(diǎn)。相比之下，行星的毀滅則顯得有些默默無聞，它們的遭遇與地球上的生命更相似。
地球上任何生命逝去后只剩一具遺體，而遺體最終還是會回歸自然。行星毀滅后所產(chǎn)生的碎片、塵埃也會再次進(jìn)入星際空間，經(jīng)過漫長的飄蕩后可能成為其他天體形成的基礎(chǔ)物質(zhì)，也可能一直以碎片塵埃的形式存在著。
因此天文學(xué)家可以通過尋找太陽系外的行星碎片，以探究它們過去經(jīng)歷了什么，從而揭開宇宙發(fā)展的一部分歷史。需要指出的是，人類在宇宙面前還是十分渺小的，因此我們應(yīng)該時(shí)常保持敬畏之心，對未知保持好奇心。
