【專欄】天上星星有多大談起

文/王至劭(台聯政策顧問、台灣教授協會會員)

夜空中閃爍的星光看上去似乎只是針眼般的大小與亮光，但實際上它們非常巨大。離我們最近的恆星是太陽，其質量大約為二乘以十的三十次方公斤，也就是二後面跟了三十個0，約為地球質量的三十三萬倍。

盡管質量不小，但太陽只是平均水準而已，比太陽質量重八倍以上的恆星約占恆星總數的百分之一，而在銀河系內，就有許多恆星的質量相當於一百多個太陽。已知最大的恆星被稱為R136a1，位於大麥哲倫星系(不在銀河系內)，質量約二百六十個太陽，天文學家在二0一0年發現。至於半徑方面，最大的恆星的半徑比太陽到木星的距離還大，若擺在太陽中心位置，地球、火星、木星全被包。我們本文著眼於大質量恆星。

我們要先審視一下有關第一批恆星如何形成，研究結果發現，第一批恆星中有一些在大爆炸之後僅僅兩億年就已經出現，因早期宇宙環境不同，其質量甚至能達到太陽的十萬倍，這使它們成為宇宙誕生以來最大型的恆星。但這些極巨大恆星燃燒快速，宇宙已經誕生一百三十八億年，它們早已不復存在。

恆星是一個巨大的熱氣體球，體積與質量之大使得引力能將氣體聚攏在一起。另一方面，巨大的引力也使得恆星的核心變得極端密集，具有極高的溫度，從而引發核聚變(核融合)。成對的原子核互相撞擊、聚合，形成更重的原子，同時生成大量的熱和向外推動的壓力。

恆星的生命就維繫於引力向內和壓力向外之間的這種平衡。一旦燃料用盡，核聚變停止，向外壓力不夠，恆星就無法阻止自己塌縮的命運。恆星的命運以及燃料多快用完取決於它本身的質量。

質量相當於數十個太陽的大型恆星燃燒得明亮且快速，它們的生命只有幾億年，然後就會以超新星的形式爆發，爾後坍縮留下密度極大的新型天體，如黑洞或中子星。相比之下，像太陽這樣較小的恆星可以穩定燃燒數十億年，之後逐漸演變成白矮星。

根據計算，最小的恆星只有大約零點八個太陽的質量，這樣的恆星仍足夠引發核聚變。任何比此更小的“恆星”只能稱為氣體球，不會核聚變強烈發光發熱。

你要很幸運才能觀測到一個質量非常大的恆星，因為它們的壽命十分短暫。質量相當於一百個太陽或者更大的恆星可能在幾百萬年裡死亡，在宇宙尺度上這是很短暫的。

在某個時刻，恆星會達到一個非常巨大的規模、亮度極高，以致於它的輻射會將外層物質衝散，導致無法再繼續增長。這種自然的質量上限稱為“愛丁頓極限”(Eddington Limit)，計算結果顯示這一極限約一百五十個太陽的質量。

然而，二0一0年時，柯勞瑟和一個天文學家團隊對另一個更大的星團–R136進行研究。他們發現，其內不止一顆恆星的質量超過一百五十個太陽的質量，其中最引人注目的就是“R136a1”恆星，其質量達到驚人的二百六十個太陽質量，它誕生的時候可能還更重。

R136a1是一顆沃爾夫-拉葉星（WR star），這意味它十分巨大、明亮而且溫度極高，強烈的輻射會不斷逐出最外層的物質。它的溫度達到五萬三千攝氏度，接近太陽的十倍，亮度是太陽的八百七十萬倍。即使目前它還很年輕，只有一百多萬年，但它因快速燃燒已經失去了大約相當於五十個太陽的物質。

當恆星剛開始出現時，只有氫和氦，以及少量的鋰，重元素是不存在的。它們是在恆星內部的核聚變中“鍛造”出來的，經過一代又一代恆星的成長、死亡，形成了我們今天宇宙中發現的所有元素。例如，我們現在美麗的黃金就是這麼出現的，人類要自己製造黃金是極其困難的，若真要製造，花大錢造出來的黃金也只是少數幾個原子而已。

滿天星斗除了極少數太陽系內行星之外，其餘絕大多數是恆星，其巨大與遙遠是我們難以想像的。常有人在尋找外星人，我們只能說可能有，但實在太遙遠，永遠到不了，就算是無線電通訊，來回也往往要數十年以上，這可能是人類永遠未知的領域。

人類若不能互愛，或許再過五千年人類滅亡了，爾後或許再一千年，外星人無線電回電了，但沒有人接收了。因此，人類如何互愛、和平共存，保護好我們唯一的地球，那才是人類文明未來的希望。

至於外星人的語言我們不懂，那也沒關系。你如果打開電視的國際台，世界各國的話我們大部分聽不懂，但總知道他們是在講話吧，至少知道在唱歌。何況，科學家有更聰明的方法，一般人你也會懂。例如圓周率是三點一四一五九…，我的無線電接收機如果接到外太空一長串嗶嗶嗶的聲音，而每聲的時間間隔是三、一、四…等時間間隔一直循環(取六位數好了)，那我就知道太空深處那個地方一定有外星文明。

或者說氫原子宇宙中到處都有、很普遍，氫原子光譜當中的萊曼系列，依次爲一二一點六、一0二點六奈米等等，我收到的訊號如果是一二一點六、一零二點六等等不斷循環的時間比率間隔(化為時間)，我就知道那個地方一定有外星文明，以上方法科學家都採用過。他們的時間單位和我們的秒等單位不一樣是無所謂的，時間間隔是成比率的。