了不起的物理

45 比宇宙還老的恒星

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宇宙中有一顆恒星,它的年紀號稱比宇宙的年齡還要大,這顆恒星叫瑪土撒拉(Methuselah)。瑪土撒拉是西方神話中一個最年長的族長的名字,傳說活了969歲,所以用他的名字來命名這顆最年長的恒星。

這顆瑪土撒拉恒星的代號是HD140283,是天秤座中的一顆恒星。人類其實已經觀察它100多年了,但在2000年,科學家們計算了它的年紀,發現它居然有160億歲!這就奇怪了,根據觀測,宇宙的年齡也就138億歲左右,怎麽可能出現比宇宙年齡更大的恒星呢?宇宙都不存在的時候,恒星怎麽會存在呢?難道宇宙大爆炸理論錯了嗎?

這個現象其實隻是說明,我們對於宇宙的了解太少了,物理學的理論還有很大的進步空間。首先要知道恒星的年齡是怎麽算出來的,還要考慮一下宇宙的年齡是怎麽算的。恒星的年齡一般來說是根據它的質量、光譜,還有亮度進行計算的。基本上,隻要把恒星的質量確定了,它的光譜就確定了。因為質量確定了,它的引力就確定了,天體引力大小基本隻跟天體的質量有關。引力確定了,它的溫度就確定了。

也許你有這樣的生活經驗,用打氣筒給自行車輪胎打氣,你會發現用力越大,打氣筒就越熱,所以溫度實際上是和壓力成正比的。而一個天體的引力越大,它內部承受的壓力就越大,對應於它的內部溫度就越高。如果我們能確定一個天體的引力大小,我們就能算出它內部的溫度是多少。

一旦溫度確定下來,一顆恒星的核反應模式就確定了,因為溫度越高就能開啟越重的元素的核聚變。一顆恒星越亮,說明它越年輕,因為如果年紀大了的話,核反應消耗的能量也就越多,能量消耗得多就不那麽亮了。根據恒星亮度,再結合恒星的核反應模式,一對比,我們就能推測出一顆恒星的年紀大約是多少了。