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- 566期－錄音工程（2月號）
文章專區
2017-02-01恆星世界紀錄－宇宙恆星之最
566 期
Author 作者
陳文屏／中央大學天文所教授。
我任職所在的大樓電梯內有個天文新知專欄，「宇宙之最」系列源起於介紹浩瀚宇宙中極端的天體或現象，順便解說一些科學原理。內容既「新」也有「知」的部分，期能在電梯行程約一分鐘內覽其概況。
這些文稿困難之處在於選定主題，要在距離、光度、體積、密度、成分、時間等發掘適當題材。這些都不在教科書裡，而且與時俱進，文中幾乎少不了「目前」的字眼，雖然尋找資料費時，但樂趣十足，自己收穫很多。提醒讀者這些不是標準答案，例如讀到距離最遙遠的天體，要質疑怎麼測量距離，怎麼知道最遙遠等。不只學習怎麼回答，更重要是怎麼問問題，因此面對廣大的太空，就會問出天大的問題。
形狀最圓的恆星
咦，星星不都是圓的嗎？仔細想星星其實不該是完美球體。這是因為無論恆星、行星、衛星、星系等天體都會自轉，所以會沿著赤道方向突起。以地球來說，沿著赤道的半徑就比沿著兩極（6357公里）多了約43 公里，這0.5%的扁平率看起來不是很明顯。
通常體積較大的天體表面積相對較小，在引力吸引而撞擊形成的過程中散熱較慢，能好整以暇拉成球體。相對來說小型天體冷卻快速，尚未拉成球形已經凝固。例如地球、火星、月球都呈球形，而直徑少於約500 公里的小行星、彗星核心等小天體則形狀不規則。
對於流體而言，例如恆星、氣態行星等，自轉的效應特別明顯。木星的體積是地球1000倍，自轉一圈卻只要10小時，它的扁平率為6%，可明顯看出。太陽的體積是木星的1000倍，但自轉緩慢（週期約一個月）， 所以形狀圓得多，扁平率為0.1%。夜空中明亮的牛郎星，因為自轉快速造成扁平率達14%。除了自轉以外，物質拋射、磁場、行星或伴星圍繞都可能影響恆星的形狀。
目前所知最圓的恆星為KIC 11145123，扁平率只有0.0002%。編號顯示這是刻卜勒太空望遠鏡所監測的天體（Kepler Input Catalog）。天文學家分析這顆星4年當中的亮度變化，推測出體積漲縮的程度，以「星震」 技術（圖一）── 也就是類似以地震波探測地球內部結構的原理──來推算恆星的形狀。這好比有如撥動吉他弦，只有特定個數的波可以震動（駐波）；恆星的形狀造成只有特定頻率的波動能夠傳遞，藉此估計不同緯度的恆星半徑。
圖一：星震技術。
KIC 11145123 的質量與表面溫度與牛郎星、織女星相當，據推測可能因為演化到末期，以致自轉週期減慢到 100 天左右，加上可能有環繞赤道的磁場，造成其圓滿的形狀。
體積最龐大的恆星
太陽質量約為地球33 萬倍，表面溫度約5800 K（攝氏約5500oC），核心達1500 萬 K，高溫、高壓的環境足以引發熱核反應，提供氣體高速運動，產生向外的熱壓力，以平衡龐大向內的萬有引力，維持穩定的星球結構。恆星融合氫元素的時期，稱為「主序星」，太陽就是顆主序星，已經穩定發光了50億年。當核心氫氣用罄，便向內收縮，密度與溫度上升，造成外圍大氣膨脹，外表溫度下降（變紅）， 物質大量流失，這樣的星球稱為「紅巨星」。
如果核心的質量夠大，收縮後溫度足以引發氦元素融合，恰位於核心之外的區域則進行氫融合，恆星結構得以維持短暫穩定。更大質量的恆星，核心能夠繼續進行碳、氧元素的核反應，之外的區域則依序為氦融合區、氫融合區，以及最外層，沒有任何核反應的大氣，在這段演化時期的星球表面溫度低，但由體積非常龐大，光度也強，稱為「紅超巨星」。……【更多內容請閱讀科學月刊第566期】