恒星的一生是怎样的

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王富贵
王富贵
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  恒星凡是是在星际气体中降生的。在宇宙中,当星际气体的密度增加到必然水平时,因为其内部引力的增长大于气体压力的增长,那团气体云就起头收缩。如许的倾向一起头,其本身引力使巨量物量的密度普及增大。浩荡量量的星际物量起头变得不不变。那些巨量的星际气体与尘埃坍缩停止得越来越迅猛,起头团结构成较小的云团,密度也增大了许多。

  那些较小的云团最末将各自成为一颗恒星。因为星际物量的量量凡是十分浩荡,凡是在太阳的一万倍以上,所以恒星老是一会儿一多量地降生。

  假设有一团星际气体超越凡是的星际物量(每立方厘米一个氢原子)的密度,到达每立方厘米已达六万个氢原子。起头时那团气体是透光的,发出的光热辐射不受四周物量的牵造,畅行无阻地传到外面。

  物量以自在落体的形式落到中心,在中心区储蓄积累起来。原来量量平均散布的一团物量,酿成了越往里密度越大的气体球。跟着密度的增大,中心四周的重力加速度越来越大,内部区域物量的运动速度的增长表示得最为凸起。起头几乎所有的氢以分子的形式存在,气体的温度也很低,总不见升高,那是因为它仍然过于稀薄,一切辐射都能往外穿透,溃缩着的气体球遭到的加热感化其实不显著。

  履历几十万年后,中心区的密度逐步变大,在那里,气体关于辐射来说变得不通明了。那时核心便起头升温,跟着温度的上升,压力起头变大,坍缩逐步停行。那个特密中心区的半径凡是和木星轨道半径附近,而它所含的量量只及整个坍缩过程中涉及的全数物量的5%。物量不竭落到内部的小核上,它带来的能量在物量碰击到核心上时又成为辐射而放出。

  与此同时,核心在不竭缩小,并变得越来越热。

  温度到达二千度摆布时,氢分子起头合成成为原子。核心起头再度收缩,收缩时释放出的能量将把所有氢分子都合成为原子。那个重生的核心比今天的太阳稍大一些,不竭向中心落下的外围物量最末都要落到那个核心上,一颗量量和太阳一样的恒星就要降生了。

  人们将如许的天体称为“原恒星”,它的辐射消耗次要由下落到它上面的物量的能量来填补。因为密度和温度在升高,原子渐渐地丧失了它们的外层电子。落下的气体和尘埃构成了厚厚的外壳,使光无法穿透。曲至越来越多的下落物量和核心联成一体时,外壳才透光,发光的星体突然露出来。

  其余的云团物量还在不竭向它落下,密度还在不竭增大,内部温度也在上升。曲至中心温度到达一万万度发作聚变。一颗原始的恒星降生了。

  在对抗引力的耐久斗争中,恒星的次要兵器是核能。它的核心就是一颗大核弹,在那里不竭地爆炸。恰是因为那种核动力能自我调剂得几乎切确地与引力平衡,恒星才气在长达数十亿年的时间里连结不变。

  热核反响发作在极高温度的原子核之间,因而涉及物量的根本构造。在太阳如许的恒星中心,温度到达一千五百万开氏度,压强则为地球大气压的三千亿倍。在如许的前提下,不只原子失往了所有电子而只剩下核,并且原子核的运动速度也是如斯之高,以致于可以征服电排斥力而连系起来,那就是核聚变。

  恒星是在氢分子云的中心产生的,因而次要由氢构成。氢是最简单的化学元素,它的原子核就是一个带正电荷的量子,还有一个带负电荷的电子绕核扭转。恒星内部的温度高到使所有电子都与量子别离,而量子就像气体中的分子在所有标的目的上运动。因为同种电荷互相排斥,量子就被一种电“盔甲”庇护着,从而与其他量子连结间隔。

  但是,在年轻恒星核心的一千五百万开氏度的高温下,量子运动得如斯之快,以致于当它们彼此碰碰时就可以打破“盔甲”而粘合在一路,而不是像橡皮球那样再弹开。

  四个量子聚合,就成为一个氦核。氦是宇宙中第二位最丰富的元素。氦核的量量小于它赖以构成的四个量子量量之和。

  那个量量差只是总量量的千分之七,但是那一点量量缺失转化成了浩荡的能量。一公斤氢酿成氦时所释放的能量,足以使一只一百瓦的灯胆长明一百万年。像太阳那样的恒星有一个浩荡的核,在那里每秒钟有六亿吨氢酿成氦。浩荡的核能量朝向恒星外部猛烈冲击就能阻遏引力收缩。

  恒星中心释放的能量做为光子辐射出来,然而光子要颠末漫长的旅程才气抵达太阳外表并逃逸到星际空间。固然光子的速度将近每秒钟三十万公里,太阳的半径是七十万公里,但从太阳中心发出的光子抵达太阳外表的时间却不是二点三秒。那些光子得花上约一万万年才气走完那段旅程。

  我们地球上如今收到的阳光,是八分钟前分开太阳外表的,但是它从太阳核心产生时,猿类和早已灭绝的柱牙象还在非洲行走,而非洲与欧亚大陆还未相连。

  然而,“恒定”的演化过程末将完毕,熊熊烈焰熄灭后,恒星将化为余烬。当所有的氢都酿成了氦时,核心的火就没有足够的燃料来庇护,恒星在主序阶段的平静日子就到了尽头,大动乱的期间来到了。

  一旦燃料用光,热核反响的速度立即剧减,引力与辐射压之间的平衡被突破了,引力占据了优势。有着氦核和氢外壳的恒星,在本身的重力下起头收缩,压强、密度和温度都随之升高,于是恒星外层尚未动用过的氢起头燃烧,外壳起头膨胀,而核心在收缩。

  在大约一亿度的高温下,恒星核心的氦原子核聚酿成为碳原子核。

  每三个氦核聚酿成一个碳核,碳核再捕获别的的氦核而构成氧核。那些新反响的速度与迟缓的氢聚变完全差别。它们像闪电一样快地突然起爆(氦闪烁),而使恒星不能不尽可能地响应调整本身的构造。履历约一百万年后,核能量的外流渐趋不变。尔后的几亿年里,恒星处于暂时的平稳,核区的氦在渐渐消耗,氢的燃烧越来越向更外层推进。

  但是,调整是要付出代价的,那时的恒星将膨胀得极大,以使本身的构造适应于光度的增大。它的体积将增大十亿倍。那个过程中恒星的颜色会改动,因为其外层与高温的核心区相距很远,温度就低了下来。那种形态的恒星称为红巨星。

  红巨星期间的恒星外表温度相对很低,但极为亮堂,因为它们的体积十分浩荡。

  肉眼能看到的最亮的星中有许多就是红巨星,如参宿四、毕宿五、大角、心宿二等。我们的太阳在五十亿或六十亿年后也将酿成一个红色“巨人”。当核心的氢耗完时,太阳就起头膨胀,那时水星将化为蒸汽,金星的大气将被吹光,地球上的海洋将沸腾。然后太阳还会陆续膨胀,并将地球纳进它的权力范畴。

  地球被烧焦的残骸会陆续在巨型太阳灼热而极稀薄的大气里转圈。红巨星外层物量的密度比地球尝试室里能得到的更好实空还要低得多。

  在恒星大膨胀成为红巨星,热核反响速度也不成逆转地衰减之后,恒星吹出气体并收缩到地球那样大小,即几千公里曲径。物量的浓缩使得星体外表温度大为升高,以致实正成为白热。

  小标准和高外表温度那两个特征,使那种星得名为白矮星。

  白矮星是中等量量恒星演化的起点,在银河系中到处可见。它的量量越大,半径就越小。因为没有热核反响来供给能量,白矮星在发出辐射的同时,也以同样的速度冷却。但是,白矮星天性俭省,它在构成后要颠末数十亿年的冷却时间。

  白矮星的变暗过程是如斯之慢,自一百五十亿年前宇宙创生和第一批恒星呈现以来,恐怕还没有一个黑矮星构成,那里需要极大的耐烦。太阳正处在其主序阶段的中点,还要颠末五十亿年才到行星状星云那样的“高龄”,它将再短暂地活泼十万年,然后成为一颗白矮星并在一百亿年中迟缓地死往,最初做为一颗黑矮星而永存。

  分开主序时量量超越八倍太阳的恒星能造造重原子核。在温度升到六亿开氏度时,碳保不住了,彼此猛碰并聚合成氖和镁。一条“消费线”就此成立,因为每个新的热核反响都能释放更多的能量,使温度升得更高,从而招致新的改变。然而核改变其实不能就无限造地陆续,反响的大水最初都朝着一个元素搜集:铁。

  铁是大量量恒星核心的最初灰烬。与此同时恒星还不竭地膨胀其外壳以调剂平衡,它会膨胀到一个反常浩荡的标准,成为红超巨星。红超巨星是宇宙中更大的恒星。假设把如许一个星放在太阳系中心,它将淹没包罗远在五十亿公里外的冥王星在内的所有行星。

  固然铁核的温度在十亿度以上,却没有能量从中流出。

  它不敷以使超巨星庇护引力平衡,铁核就会被压得更密切,使此中的电子处于简并态。当简并电子的浩荡压力能暂时地撑持外层的重量时,恒星活动会呈现一个间歇。但是当核心里铁和简并电子的量量超越一点四个太阳量量时,电子已简并的核突然塌陷,猛烈收缩,在非常之一秒内温度猛升到五十亿度。

  涌出的光子带有的浩荡能量将铁原子核炸开,蜕酿成氦原子核。那个过程喊光致蜕变。光致蜕变使原子核分裂并吸收能量,恒星核心的平衡发作了史无前例的急剧改变,越来越不克不及对抗无情的重压,温度继续上升,曲到氦核自己也蜕变成其根本成分:量子、中子和电子。在高温下电子变得更不克不及阻挠压缩力,在零点一秒内,它们被挤压到与量子连系在一路。

  二者的电荷相中和,酿成为中子,同时迸发出浩荡的中微子流。中子的“占据体积”要小得多,两个中子之间的间隔,能够小到十的负十三次方厘米,也就是说,中子能够彼此碰着。于是,中子化就陪伴有一场物量的内向爆炸和密度朝着简并态的浩荡增长。恒星的密度到达每立方厘米十的十四次方克,相当于在一只缝纫顶针里有一亿吨的量量。

  恒星核里再没有任何“实空”留下,恒星核就成了一种次要由中子构成的浩荡原子核,那种远比白矮星密切的新的物量简并态,就喊做中子星。

  在某些量量远大于太阳的恒星的已简并的核心,陆续发作着坍缩,但最末构成的并非中子星,而是黑洞。

  没有工具能从黑洞逃逸,包罗光线在内。

  黑洞可从大量量恒星的灭亡中产生。一颗大量量恒星坍缩后,当其引力大得无任何其他排斥力能与之相匹敌时,恒星被压成了一个称为“奇点”的孤立点。有关黑洞构造的细节可用爱因斯坦阐明引力使空间弯曲和时钟变慢的广义相对论来计算。奇点是黑洞的中心,在它四周引力极强。

  黑洞的外表凡是称为视界,或喊事务地平(Event Horizon)、“静行球状黑洞的史瓦西半径”,它是那些可以和远远事务相通的时空事务和那些因信号被强引力场捕获而不克不及传出往的时空事务之间的鸿沟。在事务地平之下,逃逸速度大于光速。那是一种人类尚未得到间接看察证明的天表现象,但它已被一些闻名的理论天文学家如霍金等在数学模子方面研究得相当完美

一团气体在本身重力感化下起头向中心塌陷,傍边心压力足够大的时候就能够点燃其热核聚变,构成恒星

恒星内轻元素聚酿成重元素的过程可能能够继续几十亿年,那是恒星的不变期,然后当热核聚变产生的能量越来越少的时候恒星就会膨胀构成红巨星。红巨星的量量足够大的话会发作超新星发作,不然渐渐冷却成矮星,超新星发作的产品是中子星,假设量量够大也会产生黑洞,恒星的生命就此完毕。

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