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(xué)家是怎么測量恒星的大小的,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(yuǎn),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(jìn)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(yuǎn)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(xué)中,我們將能夠吸收外來的所有電磁輻射,并且不會有任何的反射與透射的物體稱為“黑體”,由于恒星的特征與黑體的相似度高達(dá)99.9%,因此恒星可以視為黑體。
根據(jù)“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(guān),可表述為:“P/A = σT^4”(σ為“斯特藩-玻爾茲曼常數(shù)”)。
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),并且恒星的光度(L)其實就是它的功率,所以我們可以得到:“L =4πr^2σT^ 4 ”,根據(jù)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,怎么測量呢?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(guān)系都可以用普朗克黑體輻射定律(Planck's Blackbody radiation law)來進(jìn)行描述,所以我們只需要測量出某顆恒星的光譜曲線,然后將其與根據(jù)普朗克黑體輻射定律得出的理論曲線進(jìn)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(yuǎn),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(jìn)而獲知它的光度。
綜上所述,科學(xué)家給出的關(guān)于恒星大小的數(shù)據(jù),并不是隨口說說,而是通過已有的觀測數(shù)據(jù)再結(jié)合嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚撚嬎愠鰜淼?,因此具有相?dāng)高的可信度。
根據(jù)目前的研究,已知宇宙中最大的恒星是位于盾牌座的“史蒂文森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(xué)家根據(jù)觀測數(shù)據(jù)計算出,“史蒂文森2-18”的半徑約為15億公里,其體積大約是太陽的100億倍,這是什么概念呢?這樣說吧,如果把這顆恒星放在太陽的位置上,那么它的表面將會超過土星的公轉(zhuǎn)軌道。
那么人類的飛行器繞它飛一圈要多久呢?盡管這樣的事情目前并不能做到,但我們還是可以只從速度這方面來計算一下。
假設(shè)飛行器沿著“史蒂文森2-18”的赤道飛行,那么其飛行距離就大約為94.2億公里,我們通常乘坐的客機(jī),其速度一般為900公里/小時左右,如果以這樣的速度飛行,那么就需要大約1195年的時間才能夠繞著它飛一圈。
當(dāng)然了,我們?nèi)祟愡€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(dāng)屬“帕克”太陽探測器(Parker Solar Probe),該探測器發(fā)射于2018年8月12日,其最高速度達(dá)到了72萬公里/小時,不過“帕克”的這種速度是大幅借助了太陽引力才達(dá)到的,因此有一點“作弊”的意思。
簡單計算一下可知,以“帕克”的最高速度,圍繞“史蒂文森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(dá)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,“史蒂文森2-18”實在是太大了。
值得一提的是,“史蒂文森2-18”其實已經(jīng)“步入晚年”,科學(xué)家估計,在未來的數(shù)百萬年時間里,它就會因為內(nèi)部“燃料”的耗盡而走向終結(jié),根據(jù)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(fā)生壯麗的超新星爆發(fā),到那個時候,整個星系都會被它的光芒照亮。
好了,今天我們就先講到這里,歡迎大家關(guān)注我們,我們下次再見。
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