太阳在幼年时期可能经历了一个短暂的激烈旋转阶段——它以比现在快100倍的速度绕其轴心急速旋转。在巴尔的摩美国天文学会最近召开的会议上宣布的这一先前未知的恒星演化阶段的新发现,将有助于解决天文学中最大的奥秘之一:为什么太阳没有像现行理论所预计那样放射出大量中微子?

恒星是由一团不断收缩的气体和尘埃演化而来的,它的旋转起始于引力收缩作用和天文学家称为“角动量守恒”的原理,正如滑冰者将双手并拢后旋转得更快一样,恒星的旋转速度也随着其直径的收缩而越来越快,只是后来恒星燃起了热核反应的烈火时,其旋转速度才逐渐减缓。

天文学界有关恒星自转情况的知识曾存在着一大空白。以前只知道一个年龄约一百万年的幼年恒星(还不是一颗真正的恒星)每两到三天旋转一次,我们这个年龄约为46亿年的太阳每27天旋转一次,但对处于这两种年龄之间的恒星旋转速度却几乎一无所知,只以为这段时期恒星的旋转速度经历了一个逐渐减缓的过程。

为探索这一时期恒星的旋转情况,Palomar山天文台的天文学家们用一架直径200英寸的望远镜仔细观察了昴宿星座(又称“七姐妹”星)的恒星群。这一星座的数百颗恒星非常类似年龄约在7千万年时的太阳。从逻辑上说,这些年龄处于一百万至46亿年之间的恒星,旋转速度应在2 ~ 27天之间。威尔逊天文台的道格拉斯 · 邓肯说:“我们原先估计它们约以每星期一次的速率旋转,但我们发现它们仅6小时就旋转一次”。

如此看来,幼年恒星旋转得越来越快的那段时期比原先认为的要长得多。使它们后来缓慢下来的原因究竟是什么呢?这里涉及了好几种因素的相互作用。在快速旋转的同时,昴宿星座的恒星以每秒一万亿吨的速率喷射出称为恒星风的带电粒子流。恒星风很明显是由恒星内部的激烈电磁活动释放出来的,这种电磁活动的作用就像一部发电机。恒星旋转得越快,其电磁活动和恒星风就越强。

如果这些巨大恒星质量的大量外泻过程不最后缓慢下来,100亿年内这些恒星就会完全从宇宙中消失。然而,由于角动量守恒原理,在恒星磁场作用下的恒星风牵制了恒星的转速,这种恒星风与滑冰者伸出手臂使其转速减缓的效果相同。

据天文学家们计算,一个快速旋转的恒星将在一千万年内使其转速下降到每7天一次,同时,由于大量物质被抛出,这段时期恒星的总质量将减少百分之五到百分之十。

如果太阳也经历了这样一段时期,我们一些关于行星形成的理论就要修改。行星和太阳都形成于同一个星云,根据天文学家们的计算,行星的质量应比现在的要大得多,因为,以每秒250英里行进的太阳风将把大部分组成行星的气体和尘埃吹走。

为解释中微子失踪之谜,我们对太阳的认识也需要更正。虽然太阳表层的旋转速度已为大家所熟知,但太阳核心的旋转速度却引起了人们的争议。如果太阳核心的旋转速度较慢,用以抵消引力的离心力就会较小,这样,太阳外层因引力作用将对核心产生极大压力,使其密度增高。另一方面,如果太阳核心旋转速度较快,较大的离心力就能支持住太阳外层的压力,这将使太阳核心的密度大大降低。

马斯(Marcy)认为,幼年时期太阳核心的快速旋转也许从未减缓过。太阳外层的旋转速度因其动量矩的减少而逐渐缓慢,但太阳核心没有受此影响,它直至现在仍以比太阳外层快得多的速度旋转。

低密度的太阳核心所发生的核反应很少,这意味着由此产生的中微子也几乎是微不足道的。天文学家们之所以未能探测到大量来自太阳的中微子,不过是因为中微子实际上比原先预计的要少得多。

[Science Digest,1984年10月]