已知宇宙中最大的恒星是哪一顆?科學家是怎麼測量恒星的大小的?

网瘾少女 2022/02/20 檢舉 我要評論
 

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已知宇宙中最大的恒星是哪一顆?人類的飛行器繞它飛一圈要多久?在回答問題之前,我們需要簡單科普一下,科學家是怎麼測量恒星的大小的,否則的話,不免會給人一種「口說無憑」的感覺。

對于同一個物體而言,它距離我們越遠,在我們眼中就顯得越小,所以我們只需要知道該物體的視直徑以及它與我們之間的距離,就可以計算出它的真實直徑,實際上,像月球、太陽這種距離我們很近的天體,其直徑就可以通過這種方法來進行直接測量。

然而上述方法卻不適用于宇宙中的其他恒星,因為它們動輒就在若干光年之外,在我們看來,這些遙遠的恒星基本上就是「點光源」,其視直徑根本無法精確測量,因此我們只能通過間接的方法去測量它們的大小。

在物理學中,我們將能夠吸收外來的所有電磁輻射,並且不會有任何的反射與透射的物體稱為「黑體」,由于恒星的特徵與黑體的相似度高達99.9%,因此恒星可以視為黑體。

根據「斯特藩-玻爾茲曼定律」(Stefan-Boltzmann law),黑體輻射的功率(P)與其溫度(T)和表面積(A)密切相關,可表述為:「P/A = σT^4」(σ為「斯特藩-玻爾茲曼常數」)。

因為恒星是一個球體,其表面積為「4πr2」(r為球體半徑,π為圓周率),並且恒星的光度(L)其實就是它的功率,所以我們可以得到:「L =4πr^2σT^ 4 」,根據這個方程式, 我們只需要測量出恒星的溫度和光度,就可以計算出恒星的半徑,怎麼測量呢?我們接著看。

對于黑體來講,在任意溫度下,其輻射出的電磁波的輻射率和頻率的關係都可以用普朗克黑體輻射定律(Planck‘s Blackbody radiation law)來進行描述,所以我們只需要 測量出某顆恒星的光譜曲線,然後將其與根據普朗克黑體輻射定律得出的理論曲線進行擬合,就可以知道該恒星的溫度

另一方面來講,在同一條件下,恒星距離我們越遠,看上去就越暗淡,因此我們 通過測量某顆恒星與我們之間的距離以及它的觀測星等,就可以計算出該恒星的絕對星等,進而獲知它的光度

綜上所述,科學家給出的關于恒星大小的資料,並不是隨口說說,而是通過已有的觀測資料再結合嚴謹的理論計算出來的,因此具有相當高的可信度。

根據目前的研究,已知宇宙中最大的恒星是位于盾牌座的「史蒂文生2-18」(Stephenson 2-18),這是一顆體積非常龐大的「紅特超巨星」,與我們的距離大約為2萬光年。

科學家根據觀測資料計算出,「史蒂文生2-18」的半徑約為15億公里,其體積大約是太陽的100億倍,這是什麼概念呢?這樣說吧,如果把這顆恒星放在太陽的位置上,那麼它的表面將會超過土星的公轉軌道。

那麼人類的飛行器繞它飛一圈要多久呢?儘管這樣的事情目前並不能做到,但我們還是可以只從速度這方面來計算一下。

假設飛行器沿著「史蒂文生2-18」的赤道飛行,那麼其飛行距離就大約為94.2億公里,我們通常乘坐的客機,其速度一般為900公里/小時左右,如果以這樣的速度飛行,那麼就需要大約1195年的時間才能夠繞著它飛一圈。

當然了,我們人類還有更快的飛行器,那就是各種各樣的太空探測器,在它們之中,速度最快的當屬「派克」太陽探測器(Parker Solar Probe),該探測器發射于2018年8月12日,其最高速度達到了72萬公里/小時,不過「派克」的這種速度是大幅借助了太陽引力才達到的,因此有一點「作弊」的意思。

簡單計算一下可知,以「派克」的最高速度,圍繞「史蒂文生2-18」飛一圈需要大約1.5年的時間,而這也是人類目前的科技所能夠達到的極限了。實際上,就算以光速飛行,也需要大約8.73小時才能夠繞它飛一圈,不得不說,「史蒂文生2-18」實在是太大了。

值得一提的是,「史蒂文生2-18」其實已經「步入晚年」,科學家估計,在未來的數百萬年時間裡,它就會因為內部「燃料」的耗盡而走向終結,根據恒星演化模型,這顆已知宇宙中最大的恒星在「壽終正寢」之時,會發生壯麗的超新星爆發,到那個時候,整個星系都會被它的光芒照亮。

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