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【翻譯】kotaku ─ 恆星的一生:質量效應、最後一戰、星海爭霸裡特殊的天文奇觀

張小仙 | 2012-08-14 14:59:03 | 巴幣 142 | 人氣 2155

 
原文來源:

作者:Ryan Anderson
 
 

科幻遊戲中充滿了死亡或是將死去的恆星。
質量效應有 Mu 中繼器的超新星爆發、
中子星附近的零元素礦物以及 Adepts 拋擲迷你黑洞。
在最後一戰的世界中、人為創造的超新星爆發摧毀 Flood 寄生星系的最終武器。
在 Spore、你可以把黑洞當成入口穿越銀河系的蟲洞網絡系統,
而在星海爭霸 2、有一個在「超新星化」被熊熊烈火包圍的地圖中的任務。

這些關於死亡或將死恆星的故事真是太精采了,但是它們正確嗎?
為了找到答案,我們必須來看看恆星的一生、以及它們如何死亡。

 
恆星的生與死

在所有恆星的核心中、有著高地莫名其妙的壓力以及溫度把氫元素轉變成氦元素,
這個過程產生了大量的能量。
太陽每秒鐘產生的能量比所有歷史上爆炸過的核武器的能量 1 億 8000 萬倍還要多。
在大多數恆星的生命中、它們都保持著完美的平衡,
如果試著把它們核心中的核反應移除的話,它們會被重力壓個粉碎。

這種平衡不會永遠保持下去。

 
圖片來源:翻譯原文


當氫被融合成比較重的元素時,這些重元素需要更高的壓力和溫度好讓整個過程繼續。
核心會開始收縮並且越來越熱,同時恆星的外層會開始像氣球一樣膨脹。
在恆星的生命中這個開始膨脹的階段被稱為「紅巨星」時期。
即便恆星產生的能量比以前更多了,這些能量卻分散到一個比較大的表面上,
所以恆星的表面溫度降低了、直到它開始散發著洶湧的紅光。
你不會喜歡太陽散發著洶湧紅光的樣子:
它會不斷變大、直到它的表面來到現在的地球軌道上,把我們的星球燒得乾乾淨淨地。

大多數恆星都比較小、像是太陽,並且它們會死在核心中充滿了碳元素的時候。
死前最後的一口氣、輻射會從核心中噴發出來向太空中其他恆星飄散,
行程被稱為「行星狀星雲」的太陽系大小規模泡泡。
﹝這個星雲跟行星沒有關係。
當年發現這種星雲的時候還沒有很好的天文望遠鏡,
而這些氣體團在空中看起來是一個小小的行星環﹞
在每一個行星狀星雲中都有一個白矮星:
一個一度是明亮的恆星、現在則是在燃燒原子能下繼續發光發熱的餘燼。
白矮星的大小和地球相當,並且大部分是由高密度的碳所組成。
當白矮星冷卻的時候、這些碳實際會結晶成行星大小的鑽石。

 
圖片來源:翻譯原文
 

這些天文現象最偉大的一點是它們確實存在於宇宙之中、
比任何科幻小說的內容還要離奇。
有些知名的天文現象像是黑洞就經常出現在流行文化和電玩遊戲的內容中,
但其他的事件和現象就成了遺珠之憾了。
例如、很少人知道白矮星。這太可惜了,因為:
哈囉、一個行星大小的鑽石耶。
古老的白矮星已經冷卻,所以不再發光、是幾乎是看不見的,
可以成為大量的秘密資源儲藏或是一個不一樣的低調星際會合處。
加入這些額外的典故內容可以讓遊戲更逼真、同時吸引越來越多的高知識份子玩家。

下一段我們會看到、白矮星可以分解後爆炸、成為一種特殊的超新星,
這帶來一些更有趣的可能性。

 
螺旋星雲是一個著名的行星狀星雲、是一個像太陽一樣的恆星死亡時產生的。
圖片來源:翻譯原文


我再重申一次:新星不是超新星

新星是一種發生在雙星系統﹝像是星際大戰的塔圖因﹞中的特殊爆發。
這種系統中、一顆恆星會在另一顆恆星之前變成白矮星,
所以你會看到一顆白矮星和一顆正常恆星的雙星系統。
當第二顆恆星變成紅巨星的時候、白矮星會開始吸引他鄰居的外層結構。
最後、白矮星會得到足夠的氫,融合作用會重新開始、形成一場明亮的爆炸。
借來的氫沒辦法用很久,所以這顆星星過一會兒就冷卻下來、等待有足夠的燃料。
這就是新星。一個從將死之星發出的短暫、璀璨光芒一閃、
像是個吸血鬼從鄰居身上榨取燃料。

 
白矮星從他的同伴身上竊取燃料、直到足夠重新進行融合作用,產生了一顆新星。最後、它可能會得到足夠的燃料讓它成為一個特殊的「Ia 型」超新星爆發。
圖片來源:翻譯原文


這常常被混淆,這些吸血鬼其中之一可能會最終形成一個超新星爆發。
在一定質量、白矮星本身無法再負荷自己的質量下,達到了這樣的質量,
它會開始在「Ia 型」超新星爆發中崩塌、毀滅。
這些爆發有著一定的亮度,
因此天文學家利用它們計算星系的距離以及了解宇宙的膨脹速度。

 
「這顆恆星再過幾個小時就要變成新星。同時這顆行星會被火浪整個吞噬......」麥特‧霍納、星海爭霸 2
 

當霍納在星海爭霸 2 說上述的台詞時,他的意思當然不是在說「新星」。
他的意思是「超新星」、這個關卡的標題。
現實中新星不常在遊戲中出現,因為他們被鋒芒更健的超新星表兄弟給掩蓋住了。
儘管如此、以星海爭霸 2 的任務內容來說,這個問題是來自於一顆新星會更好。
關卡任務是不穩定恆星的「火浪」正在橫掃整張地圖、必須要和時間賽跑達成目標。

超新星爆發只會把行星炸成碎片,而新星爆發的威力比較適中:
不會破壞整個星系,但突如其來的爆炸能量肯定會把日照面給烤焦。
如果行星自轉的速度非常慢,那任務中的火牆就會跟著日出曙光慢慢前進。
炙熱和全球性的火災會導致在日照面颳起非常強烈的風暴,
讓這樣的危險會比強烈的星光照耀還要更快被發現。

 


另外一個有趣的可能性是把超新星爆發的白矮星當成一個機關,
這樣的東西可以放到電玩中使用。
而每一顆白矮星的超新星化都在固定的質量下
﹝譯註:這個數值比例叫做錢德拉賽卡極限 Chandrasekhar limit﹞,
所以如果你需要一個終極毀滅武器、一個非常先進的文明
﹝例如質量效應的 Reapers 或是最後一戰的先行者﹞
可以把一顆低於臨界質量的正常恆星搞成白矮星。
當它們完成的時候、你就會得到一個即將爆發的超新星了。

要避免這樣的毀滅的命運發生、
比太陽大個 9 到 50 倍的大恆星可以繼續在更重更重的元素下進行融合反應,
最終形成層狀的融合結構、核心就像被熱核反應的洋蔥包起來一樣。
以鐵進行核反應會消耗能量,所以當恆星的核心充滿了鐵的時候,
它就失去能量和繼續進行反應的能力。
向內部崩塌並且形成一場摧毀恆星本身的超新星爆發。
一場超新星爆發的亮度可能是一般恆星的千億倍、瞬間照亮整個星系其他的空間。

在爆炸中,原子會解體、重組成特殊的同位素以及大型元素像是金、鈽和鈾。
宇宙中所有比氦重的元素都是在恆星核心中形成的、
每一個比鐵還重的元素都是在超新星爆發中鍛造而生的。
正如知名天文學家卡爾‧薩根所說:
「我們 DNA 裡的氮、我們牙齒中的鈣、我們血液中的鐵、
我們蘋果派裡的碳都是由崩塌恆星的內部產生的。
我們是星星的造物。」

 
即將爆發的大質量恆星的洋蔥狀結構﹝非真正比例繪製﹞
圖片來源:翻譯原文
 

「用粉碎的行星碎片加速附近的恆星爆發?沒問題!來動手吧。」Serena、星環戰役「消逝於宇宙之星﹝One Less Star in the Universe﹞」過場動畫
 

在星環戰役中,火靈號﹝Spirit of Fire﹞的超光速引擎被丟入一個恆星之中,
造成恆星成為超新星爆炸並且也毀滅了 Flood 寄生星系「盾世界」周圍的星球。
但超新星爆發是可以被這樣觸發的嗎?

我們由上得知要讓一顆白矮星發生超新星爆發、只需要提供足夠的質量就可以了。
一般的超新星爆發就更難達成了、因為所有的事情都發生在恆星內部。
最後一戰超光速引擎可以將物質噴射到相當難以進入的象限中,
所以你可以直接用這個引擎接觸到恆星核心、將核心的物質排出到其他的象限。
這樣的蛀蝕可以導致恆星的內部崩塌形成超新星爆發。

如果爆發的恆星是 9 到 20 倍的太陽質量大小,
超新星爆發會留下一個城市大小卻有恆星等級質量的中子球。
中子星的密度超乎想像。
如果你把全世界每一輛汽車 ─ 大概是 11 億噸的廢鐵 ─ 壓縮到中子星密度的程度,
它們會變成一個口香糖大小的球體。

 
蟹狀星雲曾經是一顆恆星。它在 1045 年超新星爆發﹝譯註:當時中國、印度、阿拉伯、日本都有觀測到此一天文現象的紀載。中國的相關紀載在宋史上。當年此超新星爆發的亮度甚至超越月亮、在白天也能看見。只有超新星爆發才可能產生這種亮度。這也是第一顆被證實存在的超新星﹞,亮到可以連續 23 天在白天以及 2 年可以在晚上看見它。它的核心是蟹狀星雲脈衝星:一顆快速自轉的中子星。
圖片來源:翻譯原文
 

超新星爆發之後:中子星

中子星的磁場如此強大,甚至可以把你一個原子一個原子的撕裂,
並且它們每秒鐘自轉數百次。
如果你看過一個旋轉的花式溜冰選手縮起自己的手好讓自己轉得更快,
你就會明白這個道理。
所有的恆星都會自轉,當你變成了一個城市規模大小的時候,
你就能創造出很恐怖的自轉速率。
這樣激烈的自轉磁場產生的電磁波讓中子星的光波像是一個有過動症的燈塔。
當這些光波的路徑經過地球時、
中子星在我們的電波望遠鏡眼中就像一個不停發著電磁波的燈塔:
一顆脈衝星。

中子星在質量效應系列中被描述為零元素的來源:
「零元素是固體物質例如一顆星球被超新星能量影響所創造出來的。
其來源通常是繞著中子星和脈衝星運轉的小行星。
對開採工作來說這些地方都極端危險,
需要使用大量機器人、遠端操作,
以及可以在死亡恆星的強烈輻射下保障生存用的護盾。」
─ 質量效應 Wiki

 


質量效應的零元素當然是虛構的,但中子星依然是宇宙中最怪異的地方,
所以可以在這裡找到那麼奇怪的元素也可以說得過去。
你不可能在中子星上採礦。重力會把你給壓個粉碎。
磁場會把你撕成一片一片。炙熱可以直接把你氣化掉。
但的確、中子星周圍存在著一些物質。
實際上、史上第一顆被發現的太陽系外行星就是繞著中子星公轉、
還有一個詩意的名字 PSR B1257 + 12!
超新星爆炸所釋放的大量放射性元素以及來自中子星的致命輻射,
在中子星的行星上進行任何工作都非常危險,但至少比直接在中子星表面採礦可行多了。

 
藝術家詮釋環繞中子星的行星
圖片來源:翻譯原文


終點站:黑洞

如果是一顆真的夠大的星星,那全宇宙都找不到可以阻止它崩毀的力量,
而一個奇異點就這樣形成了:
一個擁有無限密度的位置。
要脫離奇異點、需要超越光速,而這是不可能的。
這就是所謂的黑洞。
黑洞是物理學的終極領域:
愛因斯坦的廣義相對論替整個宇宙下了最偉大的定義,
但在黑洞之內、一切都變得支離破碎。

硬要在這邊用相對論的物理學解釋、結果會很奇怪。
黑洞周圍的引力如此之大、扭曲了時間和空間。
如果你看到有誰掉進了黑洞,你會看到他們的時鐘越走越慢、最後會停下來,
而你永遠都不會看到他們通過後事件視界的狀況!
他們會消失僅僅只是因為他們身上散發的光會被強烈的重力給越拖越長。
掉進黑洞的人不會發現他的鐘有什麼不同,
他們會直接通過事件視界、沒有時間變慢的感覺。
當然、早在這個之前,潮汐力會把他們裂解成原子的碎片
﹝這個過程稱為義大利麵化 spaghettification﹞,所以一切都只是假設。

 


黑洞作為宇宙吸塵器而聲名狼藉、不停地吸取任何他們路徑上的物質,
但其實和原來的恆星相比、他們的重力沒有增加。
所以如果太陽今天突然變成了黑洞,所有行星還是會依照正常軌道運行。
由於質量不變、所以我們不會突然就全部被吸走。

雖然理論上的黑洞不會放出任何光線、什麼東西都會掉進黑洞裡。
當黑洞正在吞噬一顆星星時,黑洞周圍會形成一圈環狀氣體,
當這圈氣體流動時,其摩擦熱可以高達百萬度、形成一個耀眼的 X 光源。

因為它們的奇特和破壞力,黑洞一直是電玩寵兒。
在質量效應系列,Adept 這個職業可以丟出有如微型黑洞的奇異點。
這些奇異點可以讓敵人﹝或其他東西﹞飄在半空中、造成傷害或是讓他們更容易被攻擊。

 
 

理論上、小型黑洞可以在把物質用足夠的力量將它們集中成一個奇異點後創造出來。
在現實世界裡、粒子加速器是唯一的可能並且這樣創造出來的黑洞是次原子大小。
黑洞一個奇怪的特性是它們會「蒸散」出霍金幅射。
較小的黑洞蒸散速度較快,所以超小的次原子黑洞會立刻蒸散在其他眾多的微粒子之間。

在質量效應的世界裡、存在著操縱物體質量的能力,讓小而非是微型黑洞的存在更合理。
從遊戲中呈現的效果來看、黑洞的質量是比一個人還要大的。
Adept 所產生的黑洞仍然會是一個麻煩的輻射源、崩解快速,
但讓你的敵人飄來飄去可能比讓他們急性輻射中毒更有趣一些。

 
 

在電玩世界中也很常見以黑洞作為時間 / 空間中「蟲洞」的入口、藉此進行超光速飛行。
例如以 Spore 來說,你可以使用黑洞從銀河系的一處跳到另一處。
這裡的問題是、就算黑洞是某種時空隧道的入口
﹝沒有任何證據可以證明這一點,並且要維持蟲洞的穩定、你需要負質量的奇異物質﹞,
你還是有要怎麼活著通過黑洞的小小問題。

 
結語

毫無疑問、當玩家越變越難搞的時候,
越來越多的努力投入了電玩中、讓它們越來越聰明。
似乎常常需要在良好的遊戲性和良好的科學性中做一個權衡,
但在適當的狀況﹝以及正確的做法﹞、電玩是可以和真正的科學結合,
使它們更逼真、也刺激更多新遊戲內容的誕生。

 
Ryan Anderson 是 NASA 火星探測器「好奇號」背後的科學團隊中的一員,並且也是科學媒體 Thwacke 的顧問。想知道更多,請上 Twitter 的 @ThwackeMontreal

創作回應

長信
剛看完第一段就腦子打結。
2012-08-14 15:05:21
張小仙
[e18]
2012-08-15 11:40:36
星夜
其實HALO裡人類的空間跳躍技術就是製造數個微型黑洞來暫時性的撕裂正常空間
而星環戰役裡盾世界內部的太陽是人造的
先行者的科技足以讓他們創造出半徑1AU的Dyson Sphere球殼狀世界(從外面看只是一個普通行星的大小)
核心的人造太陽則是用來維持內部環境同時供給能量的反應爐
然後Spirit Of Fire是用空間跳躍的引擎將大量的能量灌入控制系統
使太陽不受控制的爆發

話說先行者的主力艦就能夠以超空間技術和光子的碰撞在恆星內部創造大量的正子來引發超新星毀滅掉整個太陽系

HALO的小說裡有提及海軍上將Cole以數百枚核彈在計算好的位置引爆使一顆棕矮星內部達到足以引發核融合的壓力及溫度來毀滅整個星盟艦隊
2012-08-14 16:02:31
張小仙
真是太超科技了,可以自製恆星和星系,這種科技力太牛 B 了。

不過拿核彈去炸棕矮星想讓它爆炸,如果是我們現實認知中的核彈,
那就太異想天開了。
棕矮星就是因為質量不足,所以沒有辦法發生正常恆星的核反應。
不要說幾百顆,就是幾千萬顆丟下去,也不會有什麼變化。
比起來之前那個要全地球人一起跳一跳、
改變地球軌道阻止全球暖化的還比較科學一點﹝誤

不過先行者可以引發超新星爆炸這就沒什麼好說了,
反正他們都有那麼多先進的科技,
這種在人類認知的物理學和工程技術中辦不到的事,
對他們來說大概沒什麼吧。
Spirit Of Fire 的超空間引擎也是不屬於現代科學可以解釋的產物,
能夠有引發恆星爆炸的威能也合情合理 :P
2012-08-15 11:50:04
星夜
HALO裡的戰略核武都是以千萬噸TNT來計算的,不過即使這樣還是有點瞎啦
說到這人類的NOVA彈也是以類似的原理運作的,分成兩層內層是氚化鋰(虛構的化合物)球殼
外層是密集分佈的微型氫彈,引爆時對內層產生極大的壓力與高溫,引發一個類似超新星的現象威力強到足以讓地球化成太空中的塵埃

至於先行者的科技都可以扭曲量子力學了,要讓恆星爆炸小事一樁[e31]
2012-08-15 13:02:18
張小仙
讓這些人在宇宙中跑來跑去實在太可怕了 [e43]
2012-08-16 11:57:59
星夜
HALO的故事裡十一萬年前人類曾經有足以和先行者對抗的實力(科技等級1,現代是等級5),可是因為蟲族的入侵讓人類和先行者打起來,53年後人類戰敗,文明被打回石器時代,後來先行者也被蟲族搞到得用HALO陣列自爆
2012-08-16 12:05:25
張小仙
上古時代的大戰 @@
2012-08-16 12:20:24
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