夜空中,有多少星星是依然存在的?

作者: Zwicky

来源: 原理

发布日期: 2017-01-15

本文讨论了我们在地球上仰望星空时看到的恒星是否仍然存在的问题,解释了光速和恒星距离的关系,以及恒星的生命周期和超新星爆发的可能性。文章指出,尽管我们看到的恒星发出的光可能需要很长时间才能到达地球,但大部分恒星在我们看到它们时仍然是活跃的。

有读者问:“我们在地球上抬头仰望星空时,有多少恒星是仍然存在的?因为恒星发出的光要经历上百、上千甚至是上百万年才能到达我们的视线。有没有可能在我们看到它们的时候,其实它们早就燃烧殆尽或者爆炸,只是它们发出的光还没到达地球而已?”这个问题的答案取决于我们看的多远。我们知道,光传播的速度是非常快的,大约30万公里每秒。但恒星也是非常的遥远,即使是离我们最近的恒星发出的光,也需要几年的时间才能到达地球。

在一个理想的状态下——黑暗、无光污染、没有云朵、没有月光等等——肉眼可以识别的恒星大概刚好超过9000颗。它们每一颗都包含在我们的银河系之中,有一些距离我们超过上千光年,但没有超过百万光年的。大部分肉眼能够看到的恒星都在几百光年内,甚至更近。

虽然我们认为恒星的死亡是在某一刻发生的,但现实中,恒星的生命周期意味着在恒星死亡前会经历许多重要的阶段:它们会膨胀成一颗红巨星并且开始燃烧氦;当核心的温度和压力足够高时,氦将聚变为碳;当碳烧尽时,氧以及其它重元素就开始聚变,直到铁、镍和钴;当核心已经没有任何可以聚变的材料时,恒星的演化末期会在一场超新星爆发中结束自己的生命。只有非常一小部分的恒星,质量足够大可以瞬间死亡。

其它的则会抛开它们的外层,并在数万年的时间内慢慢收缩成一颗白矮星。要判断一颗恒星处于生命的哪个阶段是非常困难的。例如海山二和参宿四就很可能已经爆炸并结束自己的生命.....但也有可能它们还可以存在上万年继续直至耗尽燃料。尽管有许多理论关于当恒星接近超新星爆发时会发生什么,但事实上,我们在银河系内最后一颗肉眼可见的超新星发生在400多年前。

考虑到典型的超新星候选恒星(肉眼可见)平均距离我们大约4000光年,那么整个夜空或许有25颗超新星候选者,只有约1-10%的概率我们能看到的其实早就不在了。这并不是一个很高的概率。如果用双筒望远镜,那么可见的恒星就从9千升到20万。如果用的是直径为15''的望远镜,就可以看到银河系中约3.8亿颗恒星。这自然就增加了看到的恒星其实早已不复存在的概率。

但如果你考虑到银河系中的恒星有2千亿到4千亿颗恒星,平均距离大约4万光年远,那么也可能只有成千上万颗其实已经死亡。

如果你使用的望远镜足够强大,你甚至可以看到上百亿年前的宇宙。类似太阳的恒星一般寿命约在100亿年左右,因此我们观测到的最遥远恒星很可能早就死亡了。但是注意,越小的恒星要活的比越大的恒星更久。例如红矮星可以存活上万亿年。哈勃太空望远镜目前可以观测到130亿年前的星系,这些星系仍然有许多小恒星在闪闪发亮。所以,下次抬头仰望星星时,你虽然看到的是它们的过去,但此刻它们绝大部分都处于活跃的状态。

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