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  百科知识 - 天文地理 - 浏览百科知识 - 恒星的一生是怎样的?  
恒星的一生是怎样的?
http://www.ksbs.cn  2007/10/12 10:57:41  浏览人次:2210
  如果有一团星际气体超过通常的星际物质(每立方厘米一个氢原子)的密度,达到每立方厘米已达六万个氢原子。开始时这团气体是透光的,发出的光热辐射不受周围物质的牵制,畅行无阻地传到外面。物质以自由落体的形式落到中心,在中心区积聚起来。本来质量均匀分布的一团物质,变成了越往里密度越大的气体球。随着密度的增大,中心附近的重力加速度越来越大,内部区域物质的运动速度的增长表现得最为突出。开始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,这是因为它仍然过于稀薄,一切辐射都能往外穿透,溃缩着的气体球受到的加热作用并不显著。经历几十万年后,中心区的密度逐渐变大,在那里,气体对于辐射来说变得不透明了。这时核心便开始升温,随着温度的上升,压力开始变大,坍缩逐渐停止。这个特密中心区的半径通常和木星轨道半径相近,而它所含的质量只及整个坍缩过程中涉及的全部物质的5%。物质不断落到内部的小核上,它带来的能量在物质撞击到核心上时又成为辐射而放出。与此同时,核心在不断缩小,并变得越来越热。

  温度达到二千度左右时,氢分子开始分解成为原子。核心开始再度收缩,收缩时释放出的能量将把所有氢分子都分解为原子。这个新生的核心比今天的太阳稍大一些,不断向中心落下的外围物质最终都要落到这个核心上,一颗质量和太阳一样的恒星就要诞生了。

  人们将这样的天体称为“原恒星”,它的辐射消耗主要由下落到它上面的物质的能量来补充。由于密度和温度在升高,原子渐渐地丢失了它们的外层电子。落下的气体和尘埃形成了厚厚的外壳,使光无法穿透。直至越来越多的下落物质和核心联成一体时,外壳才透光,发光的星体突然露出来。其余的云团物质还在不断向它落下,密度还在不断增大,内部温度也在上升。直至中心温度达到一千万度发生聚变。一颗原始的恒星诞生了。

  在反抗引力的持久斗争中,恒星的主要武器是核能。它的核心就是一颗大核弹,在那里不断地爆炸。正是因为这种核动力能自我调节得几乎精确地与引力平衡,恒星才能在长达数十亿年的时间里保持稳定。

  热核反应发生在极高温度的原子核之间,因而涉及物质的基本结构。在太阳这样的恒星中心,温度达到一千五百万开氏度,压强则为地球大气压的三千亿倍。在这样的条件下,不仅原子失去了所有电子而只剩下核,而且原子核的运动速度也是如此之高,以至于能够克服电排斥力而结合起来,这就是核聚变。

  恒星是在氢分子云的中心产生的,因而主要由氢组成。氢是最简单的化学元素,它的原子核就是一个带正电荷的质子,还有一个带负电荷的电子绕核旋转。恒星内部的温度高到使所有电子都与质子分离,而质子就像气体中的分子在所有方向上运动。由于同种电荷互相排斥,质子就被一种电“盔甲”保护着,从而与其他质子保持距离。但是,在年轻恒星核心的一千五百万开氏度的高温下,质子运动得如此之快,以至于当它们相互碰撞时就能够冲破“盔甲”而粘合在一起,而不是像橡皮球那样再弹开。

  四个质子聚合,就成为一个氦核。氦是宇宙中第二位最丰富的元素。氦核的质量小于它赖以形成的四个质子质量之和。这个质量差只是总质量的千分之七,但是这一点质量损失转化成了巨大的能量。一公斤氢变成氦时所释放的能量,足以使一只一百瓦的灯泡长明一百万年。像太阳那样的恒星有一个巨大的核,在那里每秒钟有六亿吨氢变成氦。巨大的核能量朝向恒星外部猛烈冲击就能阻止引力收缩。

  恒星中心释放的能量作为光子辐射出来,然而光子要经过漫长的路程才能到达太阳表面并逃逸到星际空间。虽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到达太阳表面的时间却不是二点三秒。那些光子得花上约一千万年才能走完这段路程。我们地球上现在收到的阳光,是八分钟前离开太阳表面的,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”的演化历程终将结束,熊熊烈焰熄灭后,恒星将化为余烬。当所有的氢都变成了氦时,核心的火就没有足够的燃料来维持,恒星在主序阶段的平静日子就到了尽头,大动荡的时期来到了。

  一旦燃料用光,热核反应的速率立即剧减,引力与辐射压之间的平衡被打破了,引力占据了上风。有着氦核和氢外壳的恒星,在自身的重力下开始收缩,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开始燃烧,外壳开始膨胀,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变成为碳原子核。每三个氦核聚变成一个碳核,碳核再捕获另外的氦核而形成氧核。这些新反应的速度与缓慢的氢聚变完全不同。它们像闪电一样快地突然起爆(氦闪耀),而使恒星不得不尽可能地相应调整自己的结构。经历约一百万年后,核能量的外流渐趋稳定。此后的几亿年里,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,这时的恒星将膨胀得极大,以使自己的结构适应于光度的增大。它的体积将增大十亿倍。这个过程中恒星的颜色会改变,因为其外层与高温的核心区相距很远,温度就低了下来。这种状态的恒星称为红巨星。

  红巨星时期的恒星表面温度相对很低,但极为明亮,因为它们的体积非常巨大。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变成一个红色“巨人”。当核心的氢耗完时,太阳就开始膨胀,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。然后太阳还会继续膨胀,并将地球纳入它的势力范围。地球被烧焦的残骸会继续在巨型太阳灼热而极稀薄的大气里转圈。红巨星外层物质的密度比地球实验室里能得到的最好真空还要低得多。
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