木星能成为恒星吗?
佰思科学:沈东旭 邱亚明
在银河系中,有很多“双星系统”-也就是由两颗恒星组成的系统。比如电影《星球大战》中天行者“卢克”的家乡——塔图因星球,就围绕着双星系统旋转。在这个著名的沙漠星球,你可以看到两个太阳落日的壮观景象。据估计,银河系中双星系统可能占到全部恒星系统数量的25%。
要是太阳系也有两颗恒星,那该多有趣啊!假定要把太阳系内部的某个星体升级为恒星,谁最合适呢?当然是木星了。八大行星之中,木星最大。在太阳系的整体质量中,太阳占据了99.86%的份额;在剩下的0.14%之中,木星独占一半以上,达到了0.1%。也就是说,其他所有大行星加起来也没有木星大。如果地球放到木星旁边,就可以看出来地球的渺小和木星的巨大。
在电影《2010太空漫游》之中,木星就被宇宙中某种神级文明,升级成了一颗恒星。在这之后,地球的天空中上也能看到两个太阳啦!
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木星的基本情况
那么,木星到底能成为一颗恒星吗?让我们先来看看木星的基本情况。木星的成分跟太阳很类似,大约9成是氢,一成是氦,还有微量其他物质。相比之下,太阳氢和氦加起来占98.2%,其中氢占71%左右。为什么太阳上面的氦比木星含量高呢?这是因为太阳上面发生的聚变反应,在不停地把氢转变成氦。
更有意思的是,木星还在向外辐射能量。不过,一般认为,木星的能量输出,来自于木星的收缩。木星在自身巨大引力的作用下,每年会缩小2厘米,于是引力势能会转化成热能并向外辐射。
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成为恒星的条件
如果要成为一颗恒星,需要有足够的质量,造成内部的高温高压环境,从而引发氢核聚变。这一质量的下限是80个木星质量。显然,木星距离成为一颗真正意义上的恒星,实在是远得很。
不过,氘和锂的核聚变条件更低一些。因此,质量在13到75或80倍木星质量的星体,也能在内部引发核聚变,从而成为恒星。这样的次一级的恒星被称作褐矮星。
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褐矮星
虽然质量比木星大了很多,但大多数的褐矮星,体积却不会比木星大太多,甚至可能比木星还小。这是因为,这些恒星要在引力作用下收缩才能维持内部核聚变的反应条件。
可以预料的是,褐矮星的亮度比较低,用肉眼观察的话,它们的表面呈红色或棕色,这也是褐矮星名称的由来。
有趣的是,在2013年,天文学家在距离太阳仅仅6.5光年的地方发现了一个双褐矮星系统,被命名为卢曼16。距离太阳系最近的恒星是4.2光年外的比邻星,和6光年外的巴纳德星。而6.5光年外的卢曼16,成为了距离太阳系第三近的恒星系统。尽管距离如此之近,但它们发出的微弱的光,很容易被银河中其他恒星的光芒所掩盖,这也是为什么它们这么晚才被发现的原因。
在卢曼16系统中的这两颗褐矮星,一个是33.5倍木星质量,另外一个有28.6倍木星质量。它们之间的距离只有3.5个天文单位,这大约相当于木星和火星相距最近时的距离。而且,两者表面的温度只有1000摄氏度上下。要知道,普通钢材的熔点还要1500摄氏度呢。因此,人类的宇宙飞船能安全接近这两颗恒星的表面。
2011年,天文学家发现了一颗距离地球47光年的褐矮星,名为WISE1828+2650,其表面温度据估计只有-20摄氏度到130摄氏度之间。作为一颗恒星,烧开水都有困难了。不过,它的质量还没有得到很好的估算,估计范围在0.5到20个木星质量之间。也有估计认为它的质量在3-6倍木星质量之间。
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次褐矮星
对于质量低于13倍木星质量的褐矮星,被称作次褐矮星。2014年,天文学家又发现了一颗距离地球仅有7.3光年的次褐矮星,质量在3到10倍木星质量之间,表面温度则低到了-40到-13摄氏度之间,和地球北极地区差不多冷了。
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木星成为恒星的办法
看遍周边的褐矮星我们发现,木星要想成为一颗恒星,需要把质量至少增加十倍以上。有没有这种可能呢?就算把太阳系其他大行星都填到木星里去,木星的质量也不能翻翻,看起来好像不可能。
不过,太阳在几十亿年之后,会因为内部燃料逐渐耗尽而膨胀成红巨星,太阳甚至能把地球吞噬掉。与此同时,大量太阳的物质逸散出去。木星如果能够获得1%的太阳质量,就能成为次褐矮星;如果能获得2%的太阳质量,足以升级为褐矮星。尽管如此,做为褐矮星的木星也只能发出暗淡的光,与太阳完全无法相比。
实际上,电影《2010太空漫游》里面神级文明升级木星的办法才是最好的,他们用大量的黑石板包围并压缩木星,使得木星内部的压力和温度急剧升高,从而在木星内部引发核聚变,于是木星终于发出了耀眼的光芒。
但问题是:如何才能成为这样的神级文明呢?
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