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最重的物质_趣味天文学

时间:2020-01-31 理论教育
最重的物质_趣味天文学

在宇宙深处所发现的奇景中,最稀奇的恐怕就是天狼星附近的一颗小星了。这颗星所含的物质,竟比同体积的水重60000倍!我们拿一杯水银在手中,就会惊叹它有3千克重而感到诧异。但是,这颗星的一杯物质便有12吨重,需要用一节运货的火车才拉得动!这听起来有些荒唐,但这正是天文学的最新发现。

这项发现是一个很长的故事,并且具有相当的启发意义。我们早就知道,天狼星并不是沿直线在众星中运动,而是一条奇怪的曲线(见图74)。为了说明天狼星运行轨道的特点,著名天文学家培赛尔推断说,天狼星一定有一个伴星,它的引力扰乱了天狼星的运动。这是1844年的事——勒威耶发现海王星的前两年。1862年,培赛尔已经去世,他的推断却被证实了,人们从望远镜里发现了他所猜测的那颗伴星。

图74 天狼星在1793年到1883年间在众星中的弯曲的运动路线。

天狼星的伴星——所谓的“天狼B”星,绕主星运转一周的时间是49年,离主星大约相当于地球离太阳的20倍(也就是差不多为海王星离太阳的距离,图75)。这是一颗8~9等暗星,但它的质量极其大,几乎是太阳的0.8倍[9]。太阳如果位于天狼星的距离,那就一定会是颗3等星。所以,如果把这颗星放大,使它的表面跟太阳的表面之比等于它们的质量之比,那么,这颗星就会和一颗4等星一样亮,而不是一个8~9等星。天文学家起初认为,这颗星亮度较低是由于它表面的温度低,因此把它看成一个冷却的太阳,表面覆盖着一层固体壳。

图75 天狼星的伴星绕天狼星的轨道(天狼星并不在可视椭圆形的焦点,因为椭圆形已经由于投影的原因发生了歪曲,我们看见的它的轨道平面是倾斜的)。

但这种假设是错误的。后来知道,天狼星的这颗伴星,虽然亮度很低,但却绝不是一个将要熄灭的恒星,而是一个表面温度比太阳温度还高得多的恒星。这完全改变了人们的看法。这颗星很暗的原因,只是因为它的表面小。已经计算出,它发射的光是太阳的189-01,由此可见它的表面至少也应当是太阳的189-01;它的半径是太阳半径的189-02,亦即189-03。由此得出,天狼星的伴星的体积是太阳的189-04。同时,它的质量差不多是太阳的0.8倍。单单这一点就已经说明这个恒星的密度极大。更为精确的计算显示,这颗星的直径为40000千米,因此它的密度就是水的60000倍(见图76)。

图76 天狼星的伴星的物质密度是水的60000倍。几立方厘米的物质就会和三十个人的重量相等。

“警惕些吧,物理学家们,你们的领域要被侵犯了。”——这是开普勒的话。当然,他说这话是有别的缘故的。事实上,到目前为止,还没有一个物理学家可以设想过类似的事情。普通条件下,这样的密度是完全难以想象的。因为固体状态下的普通原子中间的空间已经够小了,再要进行压缩是不可能的了。不过,还存在着所谓的“残破的”原子,也就是失去了绕核旋转的电子的原子。这样的原子完全是另一种情形。原子失去了电子之后,直径就会小到原来的189-05,但同时重量却不会减少。一个原子核和一个普通原子的比例,大约是一只苍蝇和一所大房子的比例。这些极小的原子核,在星球中心部分极大的压力作用下就会互相靠近,它们之间的距离会小到普通原子之间距离的几千分之一,这样就形成了密度如同天狼星伴星的物质。不过,这里所说的密度还不够大,还有别的密度更高的恒星。有一颗12等星,大小不会超过地球,但它所含物质的密度却是水的400000倍!

但这也并非最大的密度。理论上来讲,还存在着密度更大的物质。原子核的直径不过是原子直径的190-02,所以它的体积就是原子体积的190-03。1立方米的金属所含的原子核体积大约是191-01立方毫米,然而这块金属的全部重量都集中在这一小点体积里。这样,1立方厘米的原子核大约重1000万吨(图77)。

图77  1立方厘米的原子核,可以和一条大洋上的轮船一样重。当原子核挤得足够紧的时候,1立方厘米的原子核可以重达1000万吨。

综上所述,当我们说到有的星球的平均密度是天狼星B星的500倍时,便不再觉得不可信了。这颗星便是1935年所发现的仙后座里的一颗13等星。就体积而言,它比不上火星,只相当于地球的191-02;就质量而言,却是太阳的2倍多(确切地说是2.8倍)。如果用普通单位来表示,这颗星的平均密度是每立方厘米36000000克。这就意味着,1立方厘米的这种物质,在地球上重36吨!这种物质的密度是黄金的200万倍[10]

至于1立方厘米的这种物质,在那颗星球上的重量,我们在第五章会谈到。

以前科学家们认为密度比白金大几百万倍的物质是绝不会存在的。

但是,在浩渺的宇宙中,一定还会有很多类似的奇观异景。