恒星的童年（下）

前主序星

典型稠密核的質量一般都大于恒星的質量。因此，一定有某種機制可將多余質量掃走，并阻止質量不斷由外面流入。大部分天文學家現在相信，在原始星球表面會噴出強烈的星際風，可以將流人的質量吹走，慢慢地驅散整個稠密核。星際風的想法并不是來自于理論的計算，由于廣泛地觀測到分子云從紅外線源流入的現象，因此構想原始星球上也會有類似太陽風的現象。這種星際風尚未直接觀測到，但它一定比主序星所噴出的星際風強。

當稠密核被吹散后，暴露出來的物體能用可見光觀測，稱為前主序星。像原始星球一樣，前主序星也非常亮，同樣地，重力是造成強亮度的主因：星球內部的壓力，使得星球不會有自由落體般的收縮，而維持此壓力的熱量從表面輻射出去，就造成了星球非常亮，而收縮卻很緩慢。

前主序星也像原始星球一樣處于對流不穩定，但是它的物理機制卻不相同。一般而言，當星球溫度由中心到表面降低得很快時，就會產生對流不穩定。在原始星球中，氘在中心聚變，產生大量的熱，造成對流。但當原始星球演化到前主序星，氘已經燃燒殆盡。在前主序星內變化大的溫度梯度，主要來自于強烈的亮度。表面大量的輻射散出，造成星球表面冷卻，而內部受到物質的隔絕，使得溫度維持不變，這種內外溫度劇烈的變化，造成對流不穩定。

當星球繼續演化，亮度逐漸變暗，對流不穩定的區域也逐漸變小，現今太陽對流區域只剩半徑的30％，旋渦上上下下地運動，形成太陽表面米粒狀的結構。當星球變得更加稠密，它的內部溫度逐漸穩定地上升到千萬攝氏度。這時氫原子開始聚變成氦，所放出的熱量提供足夠的壓力，使收縮停止，星球便進入主序星的階段，就如我們的太陽。

典型氫聚變反應的星球，大約花3000萬年的時間，由原始星球收縮到現在的大小，氫聚變所放出的熱量，可使體積維持50億年不變。

Hayashi軌跡與誕生線

以上對于星球演化的描述，都與物理理論及現今所知的核反應理論符合，但是理論需要資料的支持，這些資料包括不同階段星球特性的測量值，最傳統的方式是將這些星球資料以圖形標示在H-R圖上。

H-R圖是將星球亮度標在縱軸，溫度標在橫軸上的一種圖形，燃燒氫的主序星都落在對角線上。理論計算顯示，星球的質量決定它的亮度、溫度及在曲線上的位置，這個理論與觀測結果相符。天文學家通過測量星球的光度(加上距離)可得到亮度；利用光譜分析可得到表面溫度。將一個星球團內所有恒星的亮度、溫度畫在H-R圖上，大部分的星球都落在理論計算的曲線上。

因為前主序星比相同質量的主序星亮，它應該落在主序星曲線上方。隨著時間進行，星球慢慢收縮，表面積漸漸減少，亮度也隨之慢慢減弱。結果造成星球在H-R圖上都沿同一路徑滑動，天文學家稱這路徑為“Hayashi路徑”。此路徑是由日本京都大學的Chushiro Hayashi在1960年首先提出的。

觀測我們附近的年輕星團。發現許多星球都坐落在主序星曲線上方，那些接近Hayashi軌跡、質量為一個太陽質量或小于一個太陽質量的星球，稱為“TTauri星”。類似于TTauri星，但具有較大質量的星球稱為“HerbigAe和Be星”。雖然理論工作者對于許多星球都坐落在Hayashi軌跡上的觀測感到高興，但要證明這些星球確實是沿Hayashi軌跡演化，卻是件困難的事。

如先前所提，在原始星球內，氘聚變反應提供了一個質量與半徑的關系式。利用這一關系式加上Hayashi軌跡，可以預測當星球變得能用可見光觀測時時，它們應坐落在另一條曲線上，這條曲線便被稱為誕生線。每個星球從此線開始，沿Hayashi軌跡演化到主序星。觀測結果可以證實誕生線的構想。

1979年柯恩和庫伊有系統地出版了上百個T Tauri星的研究。1984年芬肯澤勒和孟特也提出數量稀少的有關Ae、Be星的測量。這些測量的亮度及表面溫度在H-R圖上都坐落在某一特定曲線附近，而這曲線與理論的誕生線相符合，甚至那些有分子氣體向外流動的星球也落在誕生線上。它們在H-R圖上的位置，與前主序星開始收縮有關。

有人曾預測誕生線與主序星會有交點，根據計算這個交點相當于8個太陽質量。以物理觀點，這個發現的意義在于，任何大于此臨界質量的星球，即使稠密核還正在收縮，它已經在進行氫聚變反應，因此這些星球沒有前主序星的階段。至今，這種預測似乎都與觀測相符。

雖然這理論令人振奮，但對許多年輕星球的特性我們仍然不了解其物理意義。比如說，大部分年輕星球有不規則的亮度變化，它們的亮度會有數時至數月的變化周期。T Tauri星的光譜有比同質量的主序星較多的紅外、紫外線，但是紐約大學的華爾特卻又發現，一些有類似質量及年齡的T

Tauri星沒有過多的輻射。最后，有許多證據顯示：有強烈的星際風，而這星際風可能還是以前星際風的殘留物，這強烈星際風相信是結束原始星球階段的主因。

吸積盤

描述星球誕生的模型中，有一個重要的副產品，也就是環繞四周的吸積盤。專家相信，這些盤狀結構提供行星系統形成的原料。不論是何種過程，當收縮開始進行，稠密核多多少少都會有些旋轉，在旋轉的核心中，角動量較大的氣體位在離旋轉軸較遠的位置，當收縮的區域向外傳播，它會吃掉較遠的氣體，這些氣體便開始向中心掉落，但它并不會撞上原始星球，而是在原始星球四周做軌道運動，形成盤狀結構。

1976年加州大學洛杉磯分校的伍爾瑞克與1981年美國航空航天局艾美研究中心的凱森和穆斯曼，對向中心掉落的氣體會從原始星球移到盤狀結構的現象，分別提出數學理論。凱森和穆斯曼首次研究了吸積盤的物理特性，比如說，吸積盤大小及表面溫度。不僅這些研究可以解釋行星如何形成，而且最近觀測證實盤狀結構確實存在。

1987年，貝克威斯和沙金特觀測T Tauri星HLTau附近的一氧化碳譜線，他們認為這譜線來自直徑好幾個光周的低質量的盤狀結構。另一項吸積盤存在的證據比較間接、且具爭議性。理論學者認為某些T Tauri星被觀測的特性是可以用盤狀結構來解釋，根據1974年貝爾和普林格爾的原始構想，研究人員大多認為之所以星球有過多的紅外線、紫外線，其原因是盤狀結構不斷將質量傳到了星球中心。

假如物質想要以螺旋狀軌跡掉到星球表面，它一定利用某種方式釋放角動量。貝爾和普林格爾假設盤狀結構內有某種不確定的摩擦力，當相鄰氣體相互摩擦，摩擦力會使轉速較慢的氣體減慢，而逐漸向中心收縮，就像人造衛星的軌道，因為大氣阻力而逐漸變小。摩擦造成的熱能，形成紅外線；紫外線則來自盤狀結構與星球之間狹窄、高熱的區域，這區域有較強的摩擦力阻止氣體的運動。利用這種模型的描述，科學家可以得到許多與T Tauri星符合的現象。即使理論學家多年的努力，但這些模型所需要的內在摩擦力仍然沒有令人可信的解釋。比如說，計算顯示一般分子氣體的摩擦力太小，無法有效地使氣體掉入星球中心。

大自然的蛛絲馬跡

最近，所有直接或間接的觀測都顯示：盤狀結構的質量只是中心質量的一小部分，也許只有百分之幾，或更少。理論學家發現的事實正受到挑戰，假如盤狀結構是旋轉物質收縮而形成，為什么當星球形成后，這過程馬上停止?假如的確有星際風將這個收縮階段停住，這是否表示盤狀結構的形成與造成星際風的原因有重要的關連?

這些問題仍然沒有答案，但是這些未解決的問題通過理論和觀測的雙重努力，應該是了解整個現象的關鍵。假如我們能把握住大自然留給我們的線索，便可以連接這些線索，完成關于年輕星球的故事，而大自然所遺留的線索就在我們的頭頂上，在清晰的夜空中閃爍著。