太阳光发出很大的能量已经很久了。地质学家估计,太阳已经发光了45亿年。这样大的能量是从哪里来的呢?太阳还可以再燃烧多久呢?爱因斯坦的公式E=mc可解答这些问题。
太阳的质量很大,共有2×10千克。如果太阳在烧或油,根据每天消耗的能量,它只能烧5年就完了,那么太阳早应该熄火黑暗了。太阳能燃烧这么久,曾是科学上一个谜。当爱因斯坦导出了有名的能量与质量公式之后,很明显,太阳及所有天上的星是在用聚变原子能。氢气是宇宙中最普通的物质。太阳现在还有很多氢气,正在聚变成为氦的过程中,太阳自己的引力将聚合氢原子过程集中起来,在太阳中心温度高达1500摄氏度,氢就可聚合成较重的氦。有一部分氢变成能,成为热与光照向各方。
估计再过50亿年,太阳的氢大部分会聚合成较重的氦,氦需要更高的温度,才能聚合成碳,因氦较重,其引力会更强,使太阳中心压力加高,当气体压力增高时,按气体定律,温度就会自动提高,当太阳大部分是氦时,其中心温度会增高到现在的10倍,达到一亿度时,氦就聚合成更重的碳,然后因引力会产生更高的温度而将碳聚合成氮(nitro-qen)如此重演累进到氧(oxygen)等等更重物质,一直到铁,在高温中,所有物质都成为气体。
当太阳的氦开始聚合时,它将成为一大氦原子弹而爆炸,使直径扩大100多倍。因膨胀过大,其表面温度反而会降低,使太阳表面前颜色从现在的高温白色变成低温的红色,而被叫做红巨星(redgi?ant)。
如一颗星有与太阳相同的质量,原子聚合会顺序成为较重的物质直到铁(iron),聚合成铁所消耗的能与产生的能是相等的,所以并没有多余的能发生。一旦太阳没有热能来源时,它会开始冷却缩小,缩到最后会使太阳中心具有很高的压力。高到将原子外层电子壳压溃了,使电子不再在核子外旋转,电子与核子成为没有规则结构、密度又大的混合物叫做白矮星(whitedwarf),以后渐渐冷却暗淡成为黑矮星(blackdwarf),太阳的活动就到此结束了。
如一颗星有10倍太阳的质量,聚合过程中温度会升高得很快而引起超新星爆炸(supernovaexpoion),大爆炸时有极高温及压力,会将铁熔合成更重的金属,如金、铂、铀等等散布于宇宙中,后来又被万有引力聚集起来,成为另外星球的一部分,在爆炸的中心压力更大,将电子(electron)、质子(proton)再加上中微子(neutrion)压成中子。中微子是无电性的微粒,它与形成中子有关。大爆炸的中心都会有一个极密的中子星(neutronstar)。
如果一颗星球有太阳30倍以上的质量,大爆炸的中心可能成为一个黑洞(blackhole),由星球的旋转率和爆炸时物质分散多少而安。黑洞的引力特别强,连光都不能离开而跑不出来。
当太阳成为一红巨星时,外表直径增加到现在的100倍。白天太阳几乎占满了天空。这情形是很吓人的。虽然太阳表面温度低了一些,但因太阳面积增大几万倍,离地球又近,太阳照到地球上的能量过多使地面太热了,地面的水变成蒸汽,海洋成为沙漠,我们不可能在此生存了,世界的末日来临,估计50亿年后,太阳会变成可怕的红巨星。
那时我们如何逃生呢?唯一的生路是移民到太阳系以外适合我们生存的行星上去。所幸的是我们银河系就有1000亿个发亮的恒星。每一恒星附近常有好几个行星。太阳是一颗普通大小的恒星,在离银河系中心四分之三的外围中。宇宙中至少有1千亿个不同的银河系。有的还没有被发现呢。宇宙大极了,几乎是有无限大的空间及资源。宇宙中的行星多得难以计算,我们的机会不少,但要移民到太阳系以外可供我们生存的行星上去是不容易的事。
太空的探险在1957年已经开始。1996年太空人露西(ShannonLucid)在俄国太空站米尔(Mir)上住了6个月,于9月26日回到地球。米尔在地球外的轨道上已十多年了,在米尔站上太空人做各种不同的试验,研究长期太空生活的影响。
1996年8月,美国太空局(National Aeronautical and Space Administration)及联邦政府共同宣布从火星(Mars)来的陨星石上发现有原始生物的化石,宇宙中各行星上可能有许多各种不同等级的生物存在,美国太空局在1996年11月发射了去火星的探察器,目的是寻找火星上生物的证据。该探察器已于1997年7月4日顺利降落火星,传回许多清楚照片及岩石资料。将来计划再发射6个去火星的探察器,俄罗斯及日本也在协助火星的探察。1996年太空探察的收获不少。
1995年天文学家第一次发现太阳系以外一颗恒星附近的行星,之后天文学家们更积极寻找行星,到1996年底,一共找到12个太阳系以外的行星。将来会找到更多太阳系以外的行星。
离太阳最近的恒星叫比邻星(proxima centauri)。它离我们有4.3光年,一光年等于9.5×10(1)公里。离我们10光年之内已发现有7颗恒星,13光年内有25颗恒星,去这样远的地方是不容易的事。需要有更好的通讯设备、探察器及载人的太空船。记得哥仑布(Christopher Columbus)吗?当时他横渡大西洋到新大陆是很困难的事,但他居然成功了。
幸好相对论指出,当太空船速度快到近光速时,在太空船里的时间会比地球上的时间慢,10年的太空旅行可在宇航员的生物时间一年内完成。在理论上我们一生中可以去宇宙间很远处、几兆光年之外的地方。时间怎么能变慢的呢?这问题将在下一章讨论。