當(dāng)一顆恒星度過它漫長(zhǎng)的青壯年期——主序星(main sequence)階段,步入老年期時(shí),它將首先變?yōu)橐活w紅巨星.
稱它為“巨星”,是突出它的體積巨大.在巨星階段,恒星的體積將膨脹到十億倍之多.
稱它為“紅”巨星,是因?yàn)樵谶@恒星迅速膨脹的同時(shí),它的外表面離中心越來越遠(yuǎn),所以溫度將隨之而降低,發(fā)出的光也就越來越偏紅.不過,雖然溫度降低了一些,可紅巨星的體積是如此之大,它的光度也變得很大,極為明亮.肉眼看到的最亮的星中,許多都是紅巨星.
在赫-羅圖( Hertzsprung-Russell diagram)中,紅巨星分布在主星序區(qū)的右上方的一個(gè)相當(dāng)密集的區(qū)域內(nèi),差不多呈水平走向.
我們來較詳細(xì)地看看紅巨星的形成.我們已經(jīng)知道,恒星依靠其內(nèi)部的熱核聚變而熊熊燃燒著.核聚變的結(jié)果,是把每四個(gè)氫原子核結(jié)合成一個(gè)氦原子核,并釋放出大量的原子能,形成輻射壓.
處于主星序階段的恒星,核聚變主要在它的中心（核心）部分發(fā)生.輻射壓與它自身收縮的引力相平衡.
氫的燃燒消耗極快,中心形成氦核并且不斷增大.隨著時(shí)間的延長(zhǎng),氦核周圍的氫越來越少,中心核產(chǎn)生的能量已經(jīng)不足以維持其輻射,于是平衡被打破,引力占了上風(fēng).有著氦核和氫外殼的恒星在引力作用下收縮,使其密度、壓強(qiáng)和溫度都升高.氫的燃燒向氦核周圍的一個(gè)殼層里推進(jìn).
這以后恒星演化的過程是：內(nèi)核收縮、外殼膨脹——燃燒殼層內(nèi)部的氦核向內(nèi)收縮并變熱,而其恒星外殼則向外膨脹并不斷變冷,表面溫度大大降低.這個(gè)過程僅僅持續(xù)了數(shù)十萬年,這顆恒星在迅速膨脹中變?yōu)榧t巨星.
紅巨星一旦形成,就朝恒星的下一階段——白矮星進(jìn)發(fā).當(dāng)外部區(qū)域迅速膨脹時(shí),氦核受反作用力卻強(qiáng)烈向內(nèi)收縮,被壓縮的物質(zhì)不斷變熱,最終內(nèi)核溫度將超過一億度,點(diǎn)燃氦聚變.最后的結(jié)局將在中心形成一顆白矮星.
當(dāng)一顆恒星度過它漫長(zhǎng)的青壯年期——主序星階段,步入老年期時(shí),它將首先變?yōu)橐活w紅巨星.
稱它為“巨星”,是突出它的體積巨大.在巨星階段,恒星的體積將膨脹到十億倍之多.
稱它為“紅”巨星,是因?yàn)樵谶@恒星迅速膨脹的同時(shí),它的外表面離中心越來越遠(yuǎn),所以溫度將隨之而降低,發(fā)出的光也就越來越偏紅.不過,雖然溫度降低了一些,可紅巨星的體積是如此之大,它的光度也變得很大,極為明亮.肉眼看到的最亮的星中,許多都是紅巨星.
在赫-羅圖中,紅巨星分布在主星序區(qū)的右上方的一個(gè)相當(dāng)密集的區(qū)域內(nèi),差不多呈水平走向.
我們來較詳細(xì)地看看紅巨星的形成.我們已經(jīng)知道,恒星依靠其內(nèi)部的熱核聚變而熊熊燃燒著.核聚變的結(jié)果,是把每四個(gè)氫原子核結(jié)合成一個(gè)氦原子核,并釋放出大量的原子能,形成輻射壓.
處于主星序階段的恒星,核聚變主要在它的中心（核心）部分發(fā)生.輻射壓與它自身收縮的引力相平衡.
氫的燃燒消耗極快,中心形成氦核并且不斷增大.隨著時(shí)間的延長(zhǎng),氦核周圍的氫越來越少,中心核產(chǎn)生的能量已經(jīng)不足以維持其輻射,于是平衡被打破,引力占了上風(fēng).有著氦核和氫外殼的恒星在引力作用下收縮,使其密度、壓強(qiáng)和溫度都升高.氫的燃燒向氦核周圍的一個(gè)殼層里推進(jìn).
這以后恒星演化的過程是：內(nèi)核收縮、外殼膨脹——燃燒殼層內(nèi)部的氦核向內(nèi)收縮并變熱,而其恒星外殼則向外膨脹并不斷變冷,表面溫度大大降低.這個(gè)過程僅僅持續(xù)了數(shù)十萬年,這顆恒星在迅速膨脹中變?yōu)榧t巨星.
紅巨星一旦形成,就朝恒星的下一階段——白矮星進(jìn)發(fā).當(dāng)外部區(qū)域迅速膨脹時(shí),氦核受反作用力卻強(qiáng)烈向內(nèi)收縮,被壓縮的物質(zhì)不斷變熱,最終內(nèi)核溫度將超過一億度,點(diǎn)燃氦聚變.最后的結(jié)局將在中心形成一顆白矮星.
紅巨星與紅超巨星
當(dāng)恒星中心區(qū)的氫消耗殆盡形成由氦構(gòu)成的核球之后,氫聚變的熱核反應(yīng)就無法在中心區(qū)繼續(xù).這時(shí)引力重壓沒有輻射壓來平衡,星體中心區(qū)就要被壓縮,溫度會(huì)急劇上升.中心氦核球溫度升高后使緊貼它的那一層氫氦混合氣體受熱達(dá)到引發(fā)氫聚變的溫度,熱核反應(yīng)重新開始.如此氦球逐漸增大,氫燃燒層也跟著向外擴(kuò)展,使星體外層物質(zhì)受熱膨脹起來向紅巨星或紅超巨星轉(zhuǎn)化.轉(zhuǎn)化期間,氫燃燒層產(chǎn)生的能量可能比主序星時(shí)期還要多,但星體表面溫度不僅不升高反而會(huì)下降.其原因在于：外層膨脹后受到的內(nèi)聚引力減小,即使溫度降低,其膨脹壓力仍然可抗衡或超過引力,此時(shí)星體半徑和表面積增大的程度超過產(chǎn)能率的增長(zhǎng),因此總光度雖可能增長(zhǎng),表面溫度卻會(huì)下降.質(zhì)量高于4倍太陽質(zhì)量的大恒星在氦核外重新引發(fā)氫聚變時(shí),核外放出來的能量未明顯增加,但半徑卻增大了好多倍,因此表面溫度由幾萬開降到三、四千開,成為紅超巨星.質(zhì)量低于4倍太陽質(zhì)量的中小恒星進(jìn)入紅巨星階段時(shí)表面溫度下降,光度卻急劇增加,這是因?yàn)樗鼈兺鈱优蛎浰馁M(fèi)的能量較少而產(chǎn)能較多.
預(yù)計(jì)太陽在紅巨星階段將大約停留10億年時(shí)間,光度將升高到今天的好幾十倍.到那時(shí)侯,地面的溫度將升高到今天的兩三倍,北溫帶夏季最高溫度將接近100℃.
預(yù)計(jì)太陽在紅巨星階段將大約停留10億年時(shí)間