许多星体酷似我们的太阳。它们是炽热的燃烧气体的巨球,体积比地球大成千上万倍。但是,同样也存在体积比地球成千上万倍的星体。它们甚至比太阳更热、更亮,但它们不是由熊熊燃烧的气体原质构成,而是固体。这些就是中子星,是星体演化的终末阶段表现。
所有的星体的开始是以气体云、通常为氢气云的收缩为起点的。如果云增加到某一程度,比如,明显超过了木星,收缩就会使云体中心加热,温度足以使氢原子聚变形成氦,进而又转变成其它原子。该聚变反应使“烧光”所有的燃料放慢。在此过程中,星体体积变大、变红,直至形成一个大火球。这种星进一步发展,慢慢除去了星体的外壳。最终,星体形成了烧光了灰的核心,大小犹如地球。这就是白矮星,我们太阳的可能结局也是如此。
如果起始的气体云较大,聚变反应持续进行而产生其它物质,将氦转变成碳、氧、氖、镁、硅和其它成分。最终,这种循环产生镍和铁。具有与铁相同数目质子和电子的元素的原子核束缚最为紧密。它们极为稳定,不会进行聚变和裂变。令人惊奇的是,这一最终的“燃烧”过程进行得非常快,整个星体可在数秒钟内完成。突然之间,星体核心不再产生多余的中子。
迄今为止,光子的外向性流动支持着星体核心免于在压力下瓦解。一旦这种内部光子压消失,核心就开始崩溃。内向层压力增加迫使电子和质子共同创造中子和中微子。从星体逸出的中微子带出了能量,这种内部能量的丧失促进了星体的瓦解。
中子云集结密度增加,直至它们紧密地组成犹如原子核一样。此时的中子核密度甚高,足以抵抗物质向内落下的压力。星体崩溃的中层结构从中子核反弹回来,形成冲击波,从而崩去了星体表面层。这产生了洋洋大观的爆炸——一个超新星。余下的是一个快速旋转的中子星,它具有强大的磁场,磁场极与旋转的极并不匹配一致。极端发出两束相对的无线电波,电波像灯塔光束一样扫射过去,产生一系列我们在地球上就能测到的规则脉冲。就为此因,它被称为脉冲星。它的直径仅为20公里。
如果起始的气体云更大,星体的演化也基本如此,同样形成中子星。不管核内中子密度如何,也都难以抵挡大量的内向性压力。这种压力会将中子星的核挤压到形成黑洞而不是中子星的程度。
中子星与其说是恒星,还不如说是袖珍行星。就像地球那样,它具有被厚厚外壳包围的液态中心,中子星的核主要由液态条件了的中子构成,但是外壳主要由与组成地球相同的元素所盘成。虽然它们的多数原子核具有额外的电子。
就像行星那样,中子星具有重力场。中子星具有恒星的质量和小行星的半径。因而它的重力场是地球的70000倍。也就是这种决定性的重力场,使得中子星在高温之下仍能维持固态结构。
它的重力场极强,以致它能压扁一个普通的原子。将重核拉向原子中心的重力大于维持电子云绕核运行的电磁力。电子云会瓦解,电子和核会落向星体坚硬的表面,这些原子核会调节它与外壳中其它原子核的相对位置,每个原子核正电极互相排斥。这些核形成牢固的格阵,它比铁的牢固性超出千百万倍,在此格阵的核之间,一池的液态电子在飘浮。
随着中子星冷却和萎缩,外壳发生应变而起伏,形成星体震动。这并非纯粹的理论推测。颇为惊奇的是,我们已在数颗中子星上观察到了震动的结果、星体旋转决定了每秒钟的脉冲数。脉冲期极为恒定,比绝大多数钟都精确,然而,有些脉冲星在其旋转周期中表现出“过失”。天文学家已发现自他们上次测定以来,这种旋转周期已明显改变了。
天文学家认为星体惯性量的改变导致了“过失”,来自星体震动的明显质量变化已导致相应的星体旋转期的变化。从这些过失中,我们已了解到中子星表面是固态外壳,它的强度很高,足以支撑质量不平衡的明显变化。
在70年代早期,就在天文学家发现第一颗脉冲星和识别出它们是快速旋转的中子星后不久,康奈尔大学的弗兰克 · 德雷克(Frank Drake)经常就这一有趣的天体物理新现象举办讲座。为了让听者明了中子星与其说是恒星,不如说是行星,他推测在星体固态表面可能存在生命。在那时,没人对中子星可能的内部结构进行任何详细的计算。德雷克假设整个星的密度比水高出500万亿倍,他还提出,这种生物是微小的,而且寿命比人短100万倍。
十年后,我决定在我的第一本小说《龙蛋》中,将德雷克有关中子星生命的想法用于其中。在此书中,一名中国天文学家发现在天龙星座的终末的一颗中子星。他称其为“龙蛋”,因为在天龙星上,该中子星犹如巢中的龙卵。科学家访问了星体,发现“龙蛋”是受约束的。不过我书中的生物的密度较德雷克的生命低,而体积却较大。
“龙蛋”是一个质量约为太阳一半、直径20公里的典型中子星。它每秒钟旋转五次,它表面的磁场强度为地球的67000百万倍,磁场为一千亿高斯。除了起因于旋转的南、北极外,它还有“东”和“西”磁极。“龙蛋”的液态核心跨度为14公里。它是个液态中子的核,其中带有少量的质子和等量的电子。这种核的密度与原子核相同,每立方厘米为五百万亿克。围绕核心的层是2公里厚。该层区宽度中的密度缓缓改变。在层的底部几乎都是纯的中子。在其中部,是原子核面,其中富含中子,它们几乎互相接触持续交换中子。在层的顶部分离的核因相互排斥而固定。在这一区城密度降低了几乎1000倍,从每立方厘米二百四十万亿克到四十亿克。其中有些中子重新转为电子和质子。
固态的外壳为1公里厚,由核组成的格阵中有电子流动。密度在表面降到每立方厘米7吨。“龙蛋”表面温度为8000℃(相比之下,太阳表面温度为5500℃)。
在星体震动时
随着“龙蛋”冷却和萎缩,外壳断裂,山脉耸起。山的高度从数毫米到10厘米。在北半球,有着名叫“蒙特 · 依克德恩”的火山。它在星体外壳的深裂缝中形成。深部的液态物质升起,形成火山屏障。这些“熔岩”释放出足够的能量,维持其抗重力的流量。在熔岩流过地幔而冷却时,能量释放出来,在原子核内,中子变为质子和电子时也释出能量。诸如蒙特 · 依克德思的火山可产生许多厘米厚和上百米宽的熔岩屏障。这些屏障最终导致星体震动。我最近的一本《星体震动》的书中,描述了大规模的外壳震动是如何铲除了生活在中子星上的几乎所有生物的。
人们可以想象中子星上的生命体犹如地球上的生命体那样演化。然而,“龙蛋”上构成生命物质的核并无围绕它们的电子,这就好比地球上的细胞核。相反,化学产生的生命取决于原子核反应,中介是核的强力,犹如电子交换使接合的原子形成正常分子那样,中子的交换使结合的核成为核分子。我们并不知道这些核子结合是否真正导致产生高比重的复杂核分子,但从假设角度,我推测这是可能的。
我将“龙蛋”上的主要生命形式称之为“切拉”。它们很聪明,其生物复杂性犹如人类。这提示它们含同样数目的核子,并不足奇的是,在地球上,它们的重量也约与人相当——70公斤。它机体由较少核子的复杂分子构成。切拉是扁平柔韧的生物,直径约50毫米,高度为0.5毫米。驱体密度为每立方厘米700万克,与中子星表面的密度相同。
在需要时,切拉可形成结晶状“骨头”,但仍保留类似于鼻涕虫的柔软结构。它们能游来流去,进入设置中进行操作。由于重力之大,切拉无法超越中子星表面数毫米。
切拉不会呼吸和讲话,因为“龙蛋”上的大气只有几个微米的厚度,它们的互相交流沟通是通过用底部躯体敲击量体外壳而实现的。
宇宙中的扇贝
切拉霍其躯体顶端有12只眼睛。顶端具有特殊的热量交换结构,这就犹如水中之禽的脚一样。它们使眼睛的温度低于躯体其它部位,以保证切拉不会因自身发出的射线而失明。它们的眼睛也与地球上具有20只蓝色眼睛的扇贝水生动物的演化有较近的一致性。它们具有同样的结构、功能,双侧不对称。蜗牛和鼻涕虫具有相似的眼睛,但它们却双侧对称,具有头和尾。切拉并不两侧对称,能够同样方便地朝各个方向移动。
切拉的眼睛约0.1毫米大。为了获得良好的分辨力,它们的眼睛对波长为100微米或更低的光波能够识别。这样,切拉正常的视觉范围在100 ~ 20微米波长的紫外线范围内,如果光照充分的话,它们能看见软X射线频谱内的东西。
光主要来自于星体炽热的表面。在8000℃时,中子星外部辐射出足够的在切拉视觉能感受的波长范围内的光。诸如切拉躯体等物比外壳还热,不但释放出光子,而且它们的“颜色”转向更短的波长,转向他们视觉范围内的“蓝色”极端。诸如切拉顶部的较冷的物体转向波长较长的“红色”光线波长。接近于绝对零度的天空可能是乌黑发亮的。中子星上的生命好比生活在煤层_上的生命。
中子星上的生命也许与地球上生命绝然不同。强大的重力意味着在中子星外壳上的任何东西必须很低矮和坚实。强大的磁场倾向于沿磁场线将物体拉长,这样,穿越磁力线的移动是困难的。切拉朝东、西方向的移行轻而易举,但朝南、北向就困难了。
中子星上缺乏地球所有的一些东西,那里的天空没有太阳。在“龙蛋”上,维持切拉生活的光和能来自其星体的外壳。“龙蛋”上的植物通过其根系系统从炽热的外壳中获取能量来制造食物,并且将废弃的热量排入较冷的天空。那里没有黑夜,所以“龙蛋”上的生命从不睡眠。它们没有月亮,因而也没有月份。它们唯一自然的时间单位是星体在天空中的旋转。
切拉没有灯、蜡烛或电力的光源(虽然它们拥有电),因为那里没有黑暗,而且“龙蛋”闪光的表面没有寒冷。甚至洞穴内也因炽热之壁的发光而照得通亮。切拉从不挂画像,也不给门和窗装铰链,也不翻书页,原因是中子星上强大的引力。那里没有飞机、气球、风筝、风扇、吸管和香水,因为那里没有大气,那里也没有任何伞、浴室和厕所,因为没有雨和相应的水。
我所描述的现代切拉的生命不是无生气的。虽然切拉不穿衣服,但它们机体覆有色彩。这种现代色彩是由液晶发光材料构成,使城市街道呈现五彩缤纷的各种色彩和形式。高度文明发展的切拉在离开自己的领地之前,必定要向自己暗藏的括约肌内插入表明其职业和级别的证章。在欢庆之时,宝石会取代证章,宝石戒指是套在12只眼睛的终末端。
一个典型的切拉庭院只是一个只有地板、没有屋顶的场所。房子墙上没有带框架的画像,但墙上画了壁画。墙上具有装饰图样。那儿有软垫和枕头,不过它们不是用于睡眠,而是用于休息和阅读,切拉从不睡觉,庭院有窗户,但却无玻璃,因为那里并不需要隔离户外的冷或热空气。房子也有门,但它在轨道上水平地滑行开关的。
“龙蛋”上的生命并不像地球上生命,但并不是完全没有相同之处。遥远的未来,我们将可能发现中子星上的生命形式,虽然很可能它们的奇特超出了我们今天的想象。任何星体上已存在的生物也许不能发现我们,它们会了解到在外空旅行是艰难之事。当这些生物进入低重力场的空间区域,由星体瓦解物质组成的机体将会转变成普通的原子。这些生物会实在地“爆炸”。
与这些生物形式的交谈是颇为困难的。它们的生物学取决于强大的核子力,而不是电磁力。核子反应比化学反应快得多,因为核子力更加强大。星体上生物的时间比人类快100万倍,差、别为一百万比一,对人来说的一秒钟时间——说一声“您好”的时间,相当于中子星生物一周的时间。也就是说,在说“你”时是星期天,而听见“好”时已是下周六。我们只得依靠计算机与它们交换信息。我们也许最终会知道与这些生命联系的方法,我们最终能互相了解,结成好友,但我们却不能相互访问。中子星上的重力会毁灭我们,而地球的重力又会摧毁它们。我们将始终是未见面的、远方通讯的朋友。
[New Scientist,1987年12月24 ~ 31日]