《談天說文》敢問星星你幾歲？

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直接當面詢問女士的年齡是一件困難的事，即使問到了答案，也不一定正確，這時只能靠舉止表現以及外貌來估計，雖說有點難度，但和估計星星的歲數比較起來，還只能算是小case。因為宇宙的時間尺度遠過人類的想像，如果將整個宇宙史當成一年看待，偉大的牛頓是在十二月三十一日的最後一秒才出現，但天文學家可有朝菌知晦朔，蟪蛄知春秋的本領，可以合理地估算長達數百萬，甚至一百多億的年歲。

圖一   橫座標是依照表面溫度排列，縱座標則是光度，越靠近左邊的溫度越高，越靠近上半部的光度最強，太陽則是在圖中央偏右下的位置。  圖/Adam Jensen



赫羅圖是星星一生變化的演示圖（如圖一），天文學家利用它分析星星的一生，也可以藉以推算星星的年齡。只要有星星的顏色和光度（星星每秒發出的能量），就可以在赫羅圖找到對應的位置。

星星的顏色代表了表面溫度，天文學家根據顏色或表面溫度，將星星分成九類，依照溫度高低，依序以英文字母表示為O、B、A、F、G、K、M、L和T，O型星的溫度最高，T型星的溫度最低。天文學家將某個星團內的星星標示在赫羅圖上，出乎意料之外，星星並不是隨意地分布，大多數星星是分布在一對角線的帶狀上，這些星星稱作主序星，也就是身處壯年的星星。

另外有一些分布在顏色偏紅卻很亮的右上區域，稱作紅巨星或超紅巨星，還有少數分布在高溫卻很暗的位置，稱作白矮星。透過詳細的研究，天文學家現在知道，星星誕生之後，便進入主序星的位置，經過漫長的歲月後，會移到紅巨星的位置，最後到白矮星的位置，如果一開始的星星夠大，則會經過超[已屏蔽惡意廣告]爆炸，變成中子星或黑洞。

赫羅圖除了表面溫度和光度的資料，還可以顯示星星的質量和體積。越靠近左上角的主序星，質量越大，越靠近右下角的質量越小。另外在右上角的星星體積較大，左下角的體積較小，所以紅巨星不僅顏色偏紅，體積也比較大，而白矮星除了顏色偏藍白外，體積卻很小。

質量大的星星，壽命反而比較短，也許是胖子的健康狀況不佳，老的快。質量是太陽十倍的星星，待在主序星的時間大約只有一千萬年，太陽則是一百億年。因此屬於同一星團的星星，質量大的星星很快就離開主序星的位置，如圖二是球狀星團M55的赫羅圖，原先在左上角位置的主序帶，已經偏離到紅巨星的位置，偏離的轉折點代表了星團的年齡，轉折點越向右下，表示該星團的年齡越大，經過電腦計算，天文學家便可以推算出星團的年紀。

圖二   M55的赫羅圖    圖/B.J.  Mochejska,  J. Kaluzny




天文學家曾經估計過一百多億年前的星星，使用的方式是放射性物質定年法，這和估計地球年齡的方式相同。放射性物質是不穩定的物質，經過一段時間（稱作半衰期），會有一半的物質轉變成另一種物質，例如元素鈾238經過四十五億年會有一半轉變成穩定的鉛206，如果我們知道鉛的原始含量，就可以比較鈾238和鉛206現在的含量，推算出年紀，利用這種方式，我們測量出地球最老的岩石年紀約四十億年，月球和隕石的年紀約四十六億年。