为什么宇宙中的恒星要经过不同阶段才能演变而成？

第一节　奥秘探索——太空中的物态演变

在美丽的地球上，有无数不同形态的物质存在。那么，在神秘的太空中，是否也是这样呢？如果也有很多不同形态的物质存在，那么这些物质在太空中是以什么样的形态存在呢？对人类的生活有没有影响呢？

神秘的太空

如果要问宇宙中最多的物质是什么？很多人都会说是天体。不错，宇宙是众多天体的家园，如果没有宇宙的存在，运动的天体就像是一个个无家可归的孩子一样！那么，这些天体之间有什么联系呢？是不是和其他物质一样，也会发生形态之间的转化呢？

我们知道白天的太阳和夜晚的月亮是不一样的，不只是因为太阳所发出的光比月亮的多，比月亮的亮，而且在形态上它们也不一样。另外，还有那些彗星、行星、星云以及恒星等都是形态不一、各不相同的天体。为什么会有不同的现象出现呢？这是因为不同的星球所经历的演变过程也不一样，或者它们所处的演变阶段不一样，因此它们的元素构成比例不同，形态也不尽相同。

圆形气体尘埃环——星云

宇宙中的天体是一级一级地演变过来的，例如“行星”是由“恒星”演变形成的，“彗星”、“小行星”又是由“行星”演变而来的。但是，宇宙中不管是哪一个星体的演变都是要经过“黑洞”、星云、恒星、红巨星、白矮星、行星、彗星、小行星等几个阶段的。这是它们之间的共性，然而，不同的天体之间既有相同的地方，又存在着一定的差异。对于不同形态的星体来说，构成它们的物质及其形态有较大的差别。

星云的变体——恒星

我们知道，当宇宙中的物质在运动的时候，会产生无数大小不一的磁场旋涡，也就是我们所说的“黑洞”。由于不同的物质具有的运动速度不一样，因此所产生的黑洞也不相同，有的大有的则比较小。当星级“黑洞”中的物质凝集向一个方向，以极快速度做有序运动时，产生的能量和引力会吸引宇宙中弥漫的氢、氧类气态物质和硅、铁类固态物质。这样就会形成围绕“黑洞”的圆形气态尘埃环，这种圆形的气态尘埃环即“星云”。这也就是说，“星云”是由于恒星的运动而产生的。

我们知道宇宙中的星体要经过不同的阶段才能演变而成，那么，你想知道这些星体分别是怎样演变而成的吗？前面我们已经介绍了有关星云的成体过程，下面就让我们一起来看一下其他阶段的星体是如何形成的吧！

前面我们提到“星云”是由稀薄气体以及黑洞所释放出的尘埃凝聚而成的形如环状或团状的天体。星云刚形成时的体积与密度都不是很大，但是随着它对周围物质的不断吸引、吞噬，“星云”的体积、密度会达到一定的临界值。由于宇宙中的天体是在不断运动的，这样就会产生巨大的摩擦力。时间久了，在“星云”内部，物质密集的中心区域(星核)的氢原子，就会开始发生聚变反应。聚变的结果就是产生其他新的物质，即具有巨大能量、可以发出强烈光和热的“恒星”。

恒星是一个体积庞大的星体，它之所以能具有那么大的能量，能发光、发热，主要是因为它“体内”含有大量的氢元素。原子核反应剧烈，具有很强的辐射，并且还会产生强大的磁场和引力，从而吸引一些质量相对较小的天体，以便形成以它为中心的星系。这是恒星所具有的特色，也是它能够在星系中称“老大哥”的原因。但是，无论是什么级别的星体，它都要经过诞生到衰老的过程，恒星也一样。虽然它的演变阶段差不多要持续上百亿年，但是，它也有走向衰老的时候。那么，你知道老年的恒星是什么样子的吗？当恒星变老以后，就像是年近花甲的老人一样，体内的能量没有年轻时候那么强大了，氢元素逐渐消耗减少，原子核反应也越来越弱，直到最后由于热量降低，也不再有以前那么亮了，呈现一副老态龙钟的样子。其实这就是“红巨星”的雏形，是由恒星转变而来的一种新型星体。

红巨星的内核——白矮星

当红巨星诞生以后，它就有了属于自己的独特之处，其中最基本的特征是，它的体积变得非常大，表层的氦、氧元素比例也比它的原体——恒星要大得多。这主要是红巨星内部引力减小，从而导致物质向外膨胀的结果。虽然红巨星的体积比较大，但是它发出的光和热要比恒星低很多，而且没有固态外壳。红巨星和其他的星体一样，也在不断地运动，并且它内部的物质之间也会发生摩檫等作用。因此，红巨星在运动过程中会有爆发的现象，并且这个过程中会散失一些表层物质，星核表面的温度也会降低到一定程度。这一变化对于原来存在于超高温环境中呈气态或液态的硅、铁类元素来说，在形态上会发生一定的变化，凝结成为固体状态。凝结的过程是由星核的最外层开始的，首先在外层形成固态的外壳。这样，随着时间的推移，红巨星就逐渐演变成不能从自身向外辐射、发射光的天体了。这也是一种新天体的诞生，是“白矮星”的新开始。

恒星的变体——红巨星

与红巨星相比，白矮星的温度要低一些，这是固态外壳冷却收缩的结果。并且白矮星的体积也比红巨星小很多，差不多要小几十万倍！不过，在红巨星冷却收缩的时候，虽然体积比原来减小了，但是它体内的氢元素并没有减少，这就导致大量氢元素被压缩在外壳之中。因此，白矮星的体积虽然比较小，但是它的相对质量却很大，这就决定了它内部物质密度高，磁场和引力强的特点。由于红巨星是老年的恒星，而白矮星又是由红巨星演变而来的，因此也可以说白矮星是恒星的衰老状态。当恒星衰老以后就会与其他天体产生一种互相吸引力，或者是离心力。它们之间的相互作用又会导致其他新的天体产生，这也是“行星”阶段的开始。

太阳系的九大行星（非现实比例）

白矮星的陨退，意味着新的星体要登上天体的舞台。行星阶段的开始就是一个新的天体演变的开始。当星体进入到行星阶段后，星体的固态外壳就会不断地膨胀，由氢、氧类元素组成的呈气态、液态的表层物质开始不断减少。行星也是在不断演变的，对于新生的行星来说，表面有非常浓密的大气层包围，当演变到像地球这样的行星时期，表层温度会继续降低，大气层中氢、氧、氮元素比例和温度等也都比较适中，不是太高也不会太低。这也是地球为什么不会像太阳那样具有很高的热量，并且还比较适宜很多生物生存的原因。

虽然行星的温度不是很高，但是它的内部依然在进行着原子核的反应。该反应也会产生巨大的能量，从而逐渐积聚，当压力大到外壳承受不住的时候，行星内部能量就会冲破外壳而形成爆炸现象。这就能把大量氢、氧类元素散发到宇宙中，并伴随有体积扩大、固态外壳变厚、表层环境巨变的现象产生。这样的爆发是不定时的，一般来说，当行星内部的压力积聚到一定的时候就会发生爆炸。因此，经过多次爆炸后，行星体内的氢、氧类元素就会进一步减少，内部原子核的反应也会越来越弱。这样长期循环下去，行星就会失去原有的特性而变成其他的星体，这就是火星的开始阶段。

火星

当星体演变到火星的时候，体内所含的氢、氧类元素以及温度等特征都非常弱了。那么设想一下，当星体中的氢、氧类元素基本消失，原子核反应基本结束，自身吸引力也逐渐减弱，星体组成物质的离心力也超过了它的吸引力时，星体将会变成什么样子呢？很早以前，人们就开始对这一问题进行猜想，有的人甚至在猜想我们居住的地球会不会在将来的某一天发生大爆炸呢？其实，当星体内外结构间的平衡被打破以后，星体就开始了分裂的阶段，一个星体会变成四分五裂的碎块。那么，这些碎块又将会变成什么样子呢？这些碎片并不会变成对太空有害的物质，而是又变成了新的天体，也就是我们用肉眼就能看到的“彗星”。

海尔·波谱彗星

对于我们来说，彗星并不陌生。甚至我们可以这样说，我们是听着它的故事长大的。那么，彗星都具有哪些天体特征呢？虽然火星内部的核反应已经很小了，但是在彗星内部还是有一定的作用的。因此彗星的核还有一些吸引力，可以形成围绕恒星运动的组团式天体，哈雷彗星就是一个典型的例子。不过彗星并不是星体演变的最终结果，当它成长到一定阶段的时候，就会分散成单个的、大小不等的天体碎块，这就是“小行星”出现的最原始形态。据科学家观测，发现宇宙中有许多这种小行星。当宇宙中分散的物质在宇宙磁场旋涡（黑洞）吸引下凝聚在一起时，新一轮的天体演变又开始了。

与地球擦肩而过的小星体

前面我们已经提到，假如太阳消亡的话，那么人类居住的地球也会跟着消亡。太阳系为什么会有这么大的能耐呢？它又是由哪些物质形态组成的呢？相信有许多人对这个问题充满了好奇心，让我们一起探索太阳系吧！

众所周知，太阳系以太阳为中心，是一个受到太阳引力约束的集合天体。根据目前的观测可知，太阳系中有九大行星，其中有三颗是已经辨认出来的矮行星，至少还有165颗已知的卫星以及数以亿计的太阳系小天体。这些小天体包括小行星、柯伊伯带的天体、彗星和星际尘埃等。

太阳系边缘的柯伊伯带

在太阳系中，这些天体要受到太阳的约束，也就是说要以太阳为中心。这是为什么呢？太阳有什么样的魅力，能够如此吸引它们？

太阳的最大特点就是能够发光、发热，是一个炽热的气体星球。它的主要组成元素是氢、氦以及少量碳、氮、氧以及各种金属元素。它表面的温度约6000℃，中心温度高达1.5万℃。正是由于它的温度如此之高，所以它的引力是非常大的。另外，太阳的半径约为6.96×105千米，差不多是地球半径的109倍。此外，它的平均密度也比较高，差不多是每立方厘米1.4克。由此可知，太阳是一个无比庞大的天体。但是，居住在地球上的我们平常看它的时候，却只有一个圆盘那么大。其实这只是因为我们与太阳距离实在太遥远的缘故。从地球到太阳的平均距离差不多有1.5亿千米。

从内到外，太阳的结构主要分为中心热核反应区、核心之外的辐射层、辐射层外的对流层以及对流层之外的太阳大气层等。太阳内部的组成物质是由等离子态的物质组成的。在高温条件下，这些物质能够完全电离。在前面我们曾介绍，等离子态就是一种不同于固态、液态和气态的物质形态。

我们知道太阳系是由九大行星组成的，虽然这些行星都是太阳系的一部分，但是它们的组成物质并不一样。例如水星、金星、地球和火星都是由固态的岩石构成的行星，并且它们是离太阳最近的行星。由于它们主要是由岩石和金属等固态物质组成，因此密度比较高，自转的速度比较慢。另外，在这些固态行星的表面，并没有光环，而且卫星也很少光顾。其中的水星和金星根本就没有卫星。

既然有固态物质的存在，那么与之相应也就有气态物质的存在。那么在太阳系中有没有气态的星体存在呢？答案是肯定的，例如木星、土星、天王星和海王星等就是一些气态的星体。它们主要是由氢气和氦气组成，密度比较低，自转速度比较快。它们周围又被厚厚的大气层所包围，所以有光环以及许多卫星。不过值得注意的是，气态行星表面不是实体，这些的气态物质密度会随深度的增加而增大。计算它们的直径与半径的时候，往往根据它们表面相当于1个大气压处开始算起。与此同时，这也是大气中云层的顶端，压强比1个大气压略高的原因所在。

气态行星木星

在许多人眼里，太空美丽、纯净，没有污染。事实上，随着人类不断走向太空以及一些星体的演变，太空中也存在许多意想不到的污染。其中最严重的就是大气污染，比如臭氧层的破坏带来的污染，地球上一些有害气体的排放造成的污染，等等。这些环境污染，不仅对人类的生存构成了严重的威胁，而且给太空带来了环境污染。那么，这些气体又是通过何种方式破坏太空的宁静呢？

美丽的太空

人类的生存离不开燃料，但是燃料的使用却污染了空气，也对我们的健康带来了严重的威胁。例如我们所使用的煤炭，如果没有充分燃烧，便会产生很多的灰尘、二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳等有害物质。这些有害物质会引发支气管炎、尘肺等多种疾病。而且在空气中，与其他物质发生作用的时候，还会产生硫酸盐颗粒等，从而产生酸雨、硫酸烟雾等有害物质。

硫酸烟雾是一种严重的大气污染现象，主要是由于燃煤排放出的二氧化硫、颗粒物以及由于二氧化硫氧化生成的硫酸盐颗粒物所造成的。硫酸烟雾对人体的皮肤、眼结膜、鼻黏膜、咽喉等部位均有强烈刺激和损害作用。受其影响比较严重的患者还会有生命危险的疾病发生，比如并发性胃穿孔、声带水肿、狭窄、心力衰竭或胃脏刺激症状等。

硫酸烟雾中的伦敦城市

除了硫酸烟雾污染之外，还有二氧化硫所产生的污染。二氧化硫是一种有强烈刺激性气味的、无色有毒气体。由于其密度比空气大，易液化，容易对空气造成污染，以致对人体健康造成很大的危害。例如，我国曾经发生过很多例二氧化硫中毒事件，正由于此它已经被列为一种主要的法规控制空气污染物。在评价空气质量好坏的时候，大气中二氧化硫的浓度是重要指标之一。一般情况下，当二氧化硫的浓度在1~5ppm（ppm就是百万分率或百万分之几）之间时，我们就能闻到刺鼻的味道；在5ppm以上的时候，如果人们长期吸入就会引起心悸、呼吸困难等心肺疾病。严重的还可能引起反射性声带痉挛，喉头水肿，甚至是窒息。由此可见，二氧化硫的污染也是大气污染的重要一方面，必须引起人们的重视。

如果说二氧化硫的污染是严重的，那么一氧化碳也毫不逊色。它是一种对血液和神经系统有很强毒性的污染物质，对人体的大脑和心脏等有相当严重的危害性。空气中的一氧化碳来源于燃烧的煤、汽车排放的尾气等，当它通过人体的呼吸系统进入人体的血液后，会与血液中的血红蛋白、肌肉中的肌红蛋白以及含二价铁的呼吸酶等结合，从而形成可逆性的结合物，以致引起严重缺氧症状，生活中我们所熟悉的煤气中毒就是一个典型的例子。

一氧化碳中毒

现如今，仍然有很多人对一氧化碳中毒意识性不强。然而他们却全然不知，当空气中的一氧化碳浓度达到10ppm时，会引起人或动物的行动迟缓，意识不清；当一氧化碳浓度达到30ppm时，就会引起视觉和听力障碍；当一氧化碳浓度达到约100ppm时，机体将会出现严重的中毒现象，例如头痛、眩晕、恶心、胸闷、乏力、意识模糊等，这是煤气中毒的直观表现。

如果上面所说的几种大气污染，都与太空没有直接的关系。那么来自臭氧的污染，却和太空有着直接关系。最近几年，人类活动对臭氧层的破坏已经打破太空的宁静。例如，目前自然灾害的发生比以前增加了许多，并且气温的异常变化也让人发现是太空在作怪。事实上，这些现象的出现和臭氧有着很大关系。众所周知，臭氧是一种比氧气多一个原子的氧，因此又被称为三原子氧，也有“福氧”“超氧”“活氧”等俗称。

大气臭氧空洞示意图

在离地面较高的大气层中，臭氧层中的臭氧自然形成。其形成机理是，高层大气中的氧气受阳光紫外辐射后变成游离的氧原子，其中一部分游离氧原子与氧气相结合生成臭氧，大气中90%的臭氧是以这种方式形成的。此外，臭氧分子是一种不稳定分子，因此太阳中的紫外辐射虽然不仅能生成臭氧，而且还能分解臭氧，使之产生氧气分子和游离氧原子等。这正是大气中臭氧的浓度取决于其生成与分解速度的动态平衡的原因。对于低浓度的臭氧来说，不仅可以消毒、分解紫外线，还可以起到保护人体皮肤的作用。然而，如果臭氧超标的话，则是一个无形杀手，对人类造成很大的伤害。例如，它对人的呼吸道造成强烈刺激，以致危害到人的咽喉，严重的时候甚至会出现胸闷咳嗽、引发支气管炎和肺气肿等。另外，臭氧还会对人的神经、头部、视力、记忆力等有一定的影响。因为它是由紫外线形成的，所以如果密度比较大的话，会破坏人体皮肤中的维生素E，致使人的皮肤起皱，出现黑斑等。

被淡蓝色气体——臭氧包围的地球

臭氧层主要是如何被破坏的呢？其实，这与人类活动有着直接的关系。在一些人为因素下，一些对大气有污染的物质被排入大气中之后，一些物质随气流进入平流层，并与臭氧发生化学反应，使臭氧耗损、浓度减少。当污染大气的气体排放量达到一定限度的时候，就会造成臭氧层破坏或臭氧层损耗。

让我们共同认识一下能够给臭氧带来危害的物质！目前为止，倍受人们青睐的冰箱、空调等电器就是主要的污染源。这是因为用于冰箱和空调制冷的塑料泡沫发泡、电子器件清洗的氯氟烷烃，以及用于特殊情况场合灭火的溴氟烷烃等化学物质进入大气层的时候，臭氧层便会受到损耗，浓度也随之减小，越来越稀薄等。因此，这些物质又被称为消耗臭氧层物质。在国际上，人们为了保护臭氧层，已经将这些物质列入淘汰或受控制使用的名单中了。

太空中的大气承受能力是有限的，人们一味地往它内部输入大量的有害物质，而从不知道去保护，那么受到惩罚的最终还是人类自己。因此，有如此之多的有害物质时刻在危害太空大气，那么我们就一定要做好保护工作，提高保护意识。

植树造林能够净化空气

减少污染源是治理大气污染最有效的措施，因为只有抑制住源头问题，才能从根本上解决问题。而二氧化硫、一氧化碳的治理工作，要做到合理使用燃料，最好能使燃料充分燃烧，并且对于使用这些燃料的房间一定要经常保持通风，避免造成一氧化碳中毒等。对于工业上的气体污染，要做到合理布局工业，这是解决大气污染的重要措施。对于那些使用大量燃料的工厂而言，不适宜集中分布，最好是一个类别的工厂分布在一个地方，这样能够避免不同工厂之间排放的气体发生反应，从而产生新的污染型气体。另外，对于排出的废气要做到综合利用，尽量减少废气排放量。

在解决车辆废气的污染方面，应该减少汽车尾气的排放，改进汽车发动机的燃烧设计，以便提高汽油的燃烧质量，使汽油能够得到充分的燃烧，从而减少有害废气的排出，维护好生态环境。

另外还要科学利用自然能源，例如使用天然的太阳能、风能、氢燃料、地热等。这样，不仅能够节省能源，而且还能大大减少烟尘对大气的污染。绿化造林是最好的保护大气的方式，因为茂密的林丛能降低风速，使空气中携带的大粒灰尘下降。并且，由于树叶表面粗糙不平，带有的一些小绒毛，能分泌黏液和油脂，所以能吸附大量飘尘。当下雨的时候，这些尘土经雨水冲洗后就流失了，而林木的叶子又能继续吸附飘尘。这样反复地循环更替达到净化空气的效果。因此，现在的青少年应该积极参与植树造林的活动。

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爱因斯坦圆环

在自然现象中，有一种非常有趣的环被称为爱因斯坦圆环，它是由重力透视现象而形成的。黑洞具有极强的引力场，能够使遥远星系所发出的光线弯曲，从而成为一个环状。另外，由于这个环是在重力的作用下形成的一种透视现象，因此又被称为重力透镜。光线在重力场作用下能发生弯曲的理论，最早是爱因斯坦在他的广义相对论中提出来的。因此这种由光线弯曲所形成的环，又被称为爱因斯坦圆环。近几年来，随着天文观测技术的不断进步，已经发现了更多的爱因斯坦圆环。

爱因斯坦圆环

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物与物质(物质具体形态)之间存在着什么关系

从本质上来说，物与物质是两种概念。世界的基础就是由物质构成的，目前已知的物质形态有6种。对于每一种形态而言，都有它独特的属性。正由于此，人们才可以根据其属性制造成物体(或笼统的叫物)。我们知道宇宙是由物质构成的，存在于宇宙中的物质,是由元素组成的,而元素是由各种微小颗粒组成的。可以这样说，存在于世界上的物质是完全一样的,但是制造出来的物却是各不相同的。