贝特成功地证明了发生在2000万度高温环境中的这一系列反应释放的能量正好与太阳向外辐射的能量相当。除此以外,其他任何反应都不符合现有的天体物理观测证据,所以我们必须接受这个现实:太阳的能量主要来自碳-氮循环反应。值得一提的是,在太阳内部的温度环境中,图121所示的反应链走完一个循环大约需要500万年,到了循环结束的时候,最初进入反应的每一个碳(或者氦)原子核都将原封不动地重新出现。
人们曾经认为,太阳的热量来自煤炭;如今我们看到了碳在太阳内部循环反应链中扮演的角色,古老的说法似乎依然成立。只是现在我们知道,“煤炭”在太阳里扮演的角色并不是燃料,而更像是传说中浴火重生的凤凰。
特别值得一提的是,尽管太阳释放能量的核反应速率本质上取决于中心区域的温度和密度,但太阳内部氢、氧、氮的含量也有一定程度的影响。这意味着我们或许可以设计一个实验,调整反应物(参加反应的物质)的配比,使之发出的光线完全符合我们观察到的太阳亮度,由此反推出太阳内部各气体组分所占的比例。不久前,M.史瓦西利用这种方法进行了计算,结果发现,太阳内部超过一半的物质是纯粹的氢,氮的占比略小于一半,其他所有元素加起来也微乎其微。
对太阳能量来源的解释可以轻松地套用到其他恒星上,不同恒星拥有不同的中心温度,所以它们产生能量的速率各不相同。比如说,波江座OC恒星的质量大约是太阳的五分之一,所以它的亮度只有太阳的百分之一左右。从另一方面来说,大犬座α(天狼星)的质量大约是太阳的2.5倍,所以它的亮度是太阳的40倍。还有天鹅座Y380这样的巨型恒星,它的质量大约是太阳的40倍,所以它比太阳亮几十万倍。通过这些例子我们可以看到,随着恒星质量的增大,它的亮度以几何级数增长,这是因为更高的中心温度带来了更快的“碳循环”反应速率。沿着这条“主序恒星”序列,我们还发现,越重的恒星半径越大(波江座OC的半径只有太阳的0.43倍,而天鹅座Y380的半径是太阳的29倍),但它们的平均密度却随着质量的增大而减小(波江座OC的密度是2.5,太阳密度1.4,天鹅座Y380的密度只有0.002)。我们在图122的数据中列出了这些主序恒星的部分数据。
主序恒星
除了这些半径、密度和亮度取决于质量的“正常”恒星以外,天文学家还在天空中发现了一些完全不符合上述简单规律的恒星。
首先是所谓的“红巨星”和“超巨星”,虽然这些恒星拥有的物质数量与同样亮度的“正常”恒星相当,但它们的尺寸却比后者大得多。在图123中,我们可以看到这些异常恒星的相对尺寸,其中包括著名的五车二、室宿二、毕宿五、参宿四、帝座和御夫座ε。
巨星和超巨星与太阳系的尺寸对比
显然,这些恒星的本体被某种我们无法解释的内部力量“撑”到了这么大的尺寸,所以它们的平均密度远小于正常恒星。
除了这些“膨胀”的恒星以外,我们还发现了另一类直径缩得极小的恒星,其中一种名叫“白矮星”。[128]你可以在图124中看到地球与白矮星的相对尺寸。“天狼伴星”的质量和太阳差不多,但它的直径只有地球的3倍,这意味着它的平均密度大约是水的500,000倍!毋庸置疑,白矮星代表着恒星演化的最终阶段,到了这个时期,恒星内部所有的氢燃料都已耗尽。
白矮星与地球的对比
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