天文的故事（簡體書）

在編撰《天文的故事》的時候，筆者張軒嘗試將枯燥的天文知識融匯進 有 趣的故事裏面，讓那些對天文現象感興趣但是卻不精通理論分 析的讀者也能夠瞭解現代天文學輝煌的成果，領略宇宙天體的魅力和神秘。 《天文的故事》由天津科學技術出版社出版發行。

宇宙的創生；恒星的形成；紅超巨星和黃超巨星；新星和超新星；黑洞；星雲；恒星聯盟；螺旋星系；星團的死亡；伽馬射線爆發；磁星的磁場；超光速幻象；英仙座的魔星；天空中的六合星；……由張軒主編的這本《天文的故事》將以天文知識與故事結合的形式，帶領廣大青少年去瞭解現代天文學的輝煌成果，去領略宇宙天體的魅力和神秘。

宇宙的創生／6 宇宙的背景輻射／8 恒星的形成(一)／10 恒星的形成(二)／12 恒星的組成物質／14 恒星的命運／16 紅超巨星和黃超巨星／18 心宿二／20 藍超巨星／22 參宿七／24 變星／26 新星和超新星／28 白矮星／30 天狼星伴星／32 中子星／34 誇剋星／36 黑洞／38 星雲／40 獵戶座大星雲／42 啞鈴星雲／44 螞蟻星雲／46 貓眼星雲／48 玫瑰星雲／50 沙漏星雲／52 蝴蝶星雲／54 蛋形星雲／56 奇妙的宇宙／58 類星體／60 超光速幻象／62 磁星的磁場／64 伽馬射線爆發／66 恒星聯盟／68 雙星／70 英仙座的魔星／72 沃夫一瑞葉雙星系統／74 蛇夫座RS星／76 聚星／78 三合星／80 天空中的六合星／82 星團／84 半人馬座歐米伽星團／86 M13球狀星團／88 疏散星團／90 星團的死亡／92 星系的形成和發展／94 螺旋星系／96 銀河系／98 仙女座大星系／100 棒旋星系／102 不規則星系／104 麥哲倫星系／106 星系的碰撞／108 星系的吞食／110 星系的瓦解／112 星系團／114 室女座星系團／116 後發座星系團／118 武仙座星系團／120 太陽／122 水星／124 金星／126 地球／128 月球／130 火星／132 木星／134 土星／136 天王星／138 海王星／140 彗星／142 

宇宙的創生 大 約在140多億年或更久以前，在一個奇怪的區域聚集了 今天宇宙中所有的物質，這裏完全不同於我們現在的這 個宇宙，我們今天發現的所有物理規律在這個區域裏都失去 了作用，所以沒有人知道這個區域在開始擴張以前是什麼樣 子。在隨後極短的時間裏，這個蘊含巨大物質的區域失去了 控制，發生了後來絕無僅有的大爆炸，開始擴張自己的範圍， 原始的宇宙在這個擴張過程中誕生了。 有的研究者認為像宇宙誕生前的狀態的區域並不只有一 個，而是有很多個，這樣後來宇宙發生的一些事情就可以比 較容易地解釋了，像恒星的形成等。在爆炸的初期，宇宙中 不存在我們現在已知的有質量的物質，充斥著整個宇宙的是 各種能量很高的電磁輻射。在其後很短的時間裏，隨著擴張， 宇宙具有了足夠的空間，這樣，那些能量大小合適的電磁輻 射就開始轉化為性質(一般認為是電荷屬性)相反的粒子對， 爆炸產生的能量使這些粒子向著遠離爆炸區域的地方高速飛 去。在擴張的時候，因為宇宙體積的增加，單位體積內的能 量比原來減少了許多，宇宙整體的溫度也開始急劇地下降，這 促使更多的原始粒子出現，於是物質間的各種作用也開始出 現了。最先出現的是伴隨著有質量的微觀粒子而生的引力作 用，但是這個時候引力作用十分微弱，也有研究者認為當時 的萬有引力作用比現在要強大得多，但總而言之，引力對微 觀粒子的影響很小。在這個過程中宇宙中形成了中微子、電 子和其他一些粒子及它們的反粒子。強相互作用、弱相互作 用和電磁作用也開始出現。 這個時候，宇宙是一個充滿了微觀粒子的時空區域，它 被人們形象地稱為“煮鍋”，在這個不斷擴大的鍋裏翻滾著由 光子、電子、中微子和它們的反粒子組成的滾燙的熱流，其 中還夾雜著少量的中子和質子。 以上過程雖然極其復雜，但是它們是在極短的時間裏完 成的，也就是說，大自然是在極短的時間裏創造了這個宇宙， 但是大自然還不滿意宇宙的狀態，於是在各種作用下，宇宙 進一步地發展，而大自然也不斷地展示自己偉大的創造能力。 在爆炸大約100秒以後，宇宙的體積擴大了很多倍，溫度 也降得很低了，大約是10億攝氏度，相對於現在來說，這個 溫度的確是非常高，但是在那個時候，這個溫度為更重的粒 子的出現提供了環境。因為溫度的降低，粒子的運動速度也 降低下來，於是它們之間開始在一種更強大的作用下相互結 合在一起。真正改變宇宙的作用是強相互作用，一種依靠粒 子間交換強大能量而發生的作用，在這種作用下，許多粒子 開始結合在一起，比如中子和質子組合在一起，形成氫的同 位素氘和氚，這兩種元素是現在主要的聚變原料。這個時候 也會因為湮滅反應而失去 一些粒子，但是總的來說 粒子的總數目還是在暴 增。漸漸地，宇宙的溫度 降低到了3億攝氏度，降 低的幅度太大了，以至於 核子之間難以接近和合成 重核了。這個時候宇宙初 期的合成反應中止了，下 來就只剩下宇宙區域的擴 張行為了。在大爆炸發生 大約30萬年後，宇宙的溫 度已經降低到了3 000攝 氏度，在電磁作用下，中 性原子開始出現。也許這 些中性原子遇到了來自其 他爆炸區域的原子，它們 碰撞在一起，形成一個新 的創造區域，恒星將在這 裏誕生。 宇宙的背景輻射 宇 宙是在大爆炸中誕生的，爆炸中釋放的輻射席捲了整個 宇宙範圍，並留下了自己的印記，宇宙背景輻射就是眾 多印記中的一個。宇宙的溫度是由輻射等效而來的，因為只 有由粒子組成的物體系統才能具有溫度，具有不同溫度的物 體可以產生不同的輻射，而輻射可以不依賴物體而獨立存在 於宇宙空間裏，就像地球上存在空氣的地方就會有大氣壓一 樣，但是氣壓不等於空氣一樣。大氣壓可以等效為一定質量 的空氣，那麼輻射當然也可以等效為溫度。在宇宙發展中，宇 宙背景輻射為宇宙的演化提供了一個極好的環境，促使宇宙 向著現在這個狀態發展。在宇宙發展過程中，宇宙背景輻射 也在變化，在宇宙誕生之初，環境溫度非常高，這個時候宇 宙的溫度高非常高，對應的背景輻射頻率非 常地高，所發出來的絕大部分電磁輻射的頻 率都要比可見光的大，換而言之，宇宙發生 爆炸時的明亮程度要比你所想的小得多，它 很可能是一片昏暗，期間夾雜著偶然出現的 光點。 隨著宇宙溫度的下降，宇宙背景輻射的 頻率也急速下降，這是因為隨著空間的擴張， 那些高能量的電磁輻射因為被吸收或轉化而 減少，物質之間互相作用時只發出能量更小 的電磁波。當宇宙的溫度降低到幾萬度的時 候，宇宙開始進入藍色輻射期，這時候宇宙 背景輻射的頻率在可見光的高端，藍色成為 主要的輻射區，如果我們能回到那個時代去， 那麼我們看見的宇宙不是現在這個黑漆漆的 世界，而是一個閃耀著幽藍色光的世界。 宇宙的擴張看來是不可阻擋的，至少在宇宙誕生後30多 萬年的時候是如此，當時宇宙的溫度已經降低到幾千度，宇 宙背景輻射也是以紅光輻射為主，這個時期宇宙處於緋紅時 期。從這個時期開始，大量的氫開始出現在宇宙中，這些氫 成為恒星形成和維持的主要物質來源。 這個時候的宇宙開始產生分化，一些區域因為物質密集 而能夠維持自己的溫度，並產生強大的萬有引力，在萬有引 力的作用下，這個區域開始收縮。在收縮的時候，物質的運 動變得劇烈起來，因此溫度也增加了，相應的輻射能力也增 強了；在那些物質稀疏的區域裏沒有什麼力量能使粒子停留 住，因此這裏的粒子會越來越少，相應的溫度也降低了，輻 射也降低了。但是這些都不會對宇宙背景輻射產生影響，因 為宇宙背景輻射是一種廣泛存在於宇宙之中的存在，而且自 從恒星開始發光以後，背景輻射頻率已經很低了，恒星所發 出的輻射無法改變背景輻射。即使在沒有物質粒子存在的地 方，宇宙背景輻射依然穩定地存在，不會因為區域的改變而 發生變化。 現在宇宙背景輻射已經降到了微波區，它對應於波長大 約7.35毫米的微波，等效溫度是2.7K，即只比絕對零度高2.7K， 而對由大量原子組成的物體來說，在理論上是不可能達到絕 對零度的。 P6-9