恒星的演化大體可分為如下階段：一、主序是以前的階段－－恒星處于幼年時代.二、主序是星階段－－恒星處于壯年期.三、紅巨星階段－－恒星處于中年期.四、白矮星階段－－恒星處于老年期.大多數(shù)恒星的一生,大體是這樣度過的.
我們首先來看恒星的一生：
恒星的誕生
在星際空間普遍存在著極其稀薄的物質(zhì),主要由氣體和塵埃構(gòu)成.它們的溫度約10～100K,密度約10-24～10-23g/cm3,相當于1cm3中有1～10個氫原子.星際物質(zhì)在空間的分布并不是均勻的,通常是成塊地出現(xiàn),形成彌漫的星云.星云里3/4質(zhì)量的物質(zhì)是氫,處于電中性或電離態(tài),其余約?是氦以及極少數(shù)比氦更重的元素.在星云的某些區(qū)域還存在氣態(tài)化合物分子,如氫分子、一氧化碳分子等.如果星云里包含的物質(zhì)足夠多,那么它在動力學上就是不穩(wěn)定的.在外界擾動的影響下,星云會向內(nèi)收縮并分裂成較小的團塊,經(jīng)過多次的分裂和收縮,逐漸在團塊中心形成了致密的核.當核區(qū)的溫度升高到氫核聚變反應(yīng)可以進行時,一顆新恒星就誕生了.'
主序星
恒星以內(nèi)部氫核聚變?yōu)橹饕茉吹陌l(fā)展階段就是恒星的主序階段.處于主序階段的恒星稱為主序星.主序階段是恒星的青壯年期,恒星在這一階段停留的時間占整個壽命的90%以上.這是一個相對穩(wěn)定的階段,向外膨脹和向內(nèi)收縮的兩種力大致平衡,恒星基本上不收縮也不膨脹.恒星停留在主序階段的時間隨著質(zhì)量的不同而相差很多.質(zhì)量越大,光度越大,能量消耗也越快,停留在主序階段的時間就越短.例如：質(zhì)量等于太陽質(zhì)量的15倍、5倍、1倍、0.2倍的恒星,處于主序階段的時間分別為一千萬年、七千萬年、一百億年和一萬億年.
目前的太陽也是一顆主序星.太陽現(xiàn)在的年齡為46億多年,它的主序階段已過去了約一半的時間,還要50億年才會轉(zhuǎn)到另一個演化階段.與其他恒星相比,太陽的質(zhì)量、溫度和光度都大概居中,是一顆相當?shù)湫偷闹餍蛐?主序星的很多性質(zhì)可以從研究太陽得出,恒星研究的某些結(jié)果也可以用來了解太陽的某些性質(zhì).
紅巨星與紅超巨星
當恒星中心區(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期還要多,但星體表面溫度不僅不升高反而會下降.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,此時星體半徑和表面積增大的程度超過產(chǎn)能率的增長,因此總光度雖可能增長,表面溫度卻會下降.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,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)量的中小恒星進入紅巨星階段時表面溫度下降,光度卻急劇增加,這是因為它們外層膨脹所耗費的能量較少而產(chǎn)能較多.
預計太陽在紅巨星階段將大約停留10億年時間,光度將升高到今天的好幾十倍.到那時侯,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℃.
大質(zhì)量恒星的死亡
大質(zhì)量恒星經(jīng)過一系列核反應(yīng)后,形成重元素在內(nèi)、輕元素在外的洋蔥狀結(jié)構(gòu),其核心主要由鐵核構(gòu)成.此后的核反應(yīng)無法提供恒星的能源,鐵核開始向內(nèi)坍塌,而外層星體則被炸裂向外拋射.爆發(fā)時光度可能突增到太陽光度的上百億倍,甚至達到整個銀河系的總光度,這種爆發(fā)叫做超新星爆發(fā).超新星爆發(fā)后,恒星的外層解體為向外膨脹的星云,中心遺留一顆高密天體.
金牛座里著名的蟹狀星云就是公元1054年超新星爆發(fā)的遺跡.超新星爆發(fā)的時間雖短不及1秒,瞬時溫度卻高達萬億K,其影響更是巨大.超新星爆發(fā)對于星際物質(zhì)的化學成分有關(guān)鍵影響,這些物質(zhì)又是建造下一代恒星的原材料.
超新星爆發(fā)時,爆發(fā)與坍塌同時進行,坍塌作用使核心處的物質(zhì)壓縮得更為密實.理論分析證明,電子簡并態(tài)不足以抗住大坍塌和大爆炸的異常高壓,處在這么巨大壓力下的物質(zhì),電子都被擠壓到與質(zhì)子結(jié)合成為中子簡并態(tài),密度達到10億噸/立方厘米.由這種物質(zhì)構(gòu)成的天體叫做中子星.一顆與太陽質(zhì)量相同的中子星半徑只有大約10千米.
從理論上推算,中子星也有質(zhì)量上限,最大不能超過大約3倍太陽質(zhì)量.如果在超新星爆發(fā)后核心剩余物質(zhì)還超過大約3倍太陽質(zhì)量,中子簡并態(tài)也抗不住所受的壓力,只能繼續(xù)坍縮下去.最后這團物質(zhì)收縮到很小的時候,在它附近的引力就大到足以使運動最快的光子也無法擺脫它的束縛.因為光速是現(xiàn)知任何物質(zhì)運動速度的極限,連光子都無法擺脫的天體必然能束縛住任何物質(zhì),所以這個天體不可能向外界發(fā)出任何信息,而且外界對它探測所用的任何媒介包括光子在內(nèi),一貼近它就不可避免地被它吸進去.它本身不發(fā)光并吞下包括輻射在內(nèi)的一切物質(zhì),就象一個漆黑的無底洞,所以這種特殊的天體就被稱為黑洞.黑洞有很多奇特的性質(zhì),對黑洞的研究在當代天文學及物理學中有重大的意義.
科學家發(fā)現(xiàn),在木星和土星的表面散放出來的能量比它們所吸收的能量要多,這就意味著木星和土星也可以發(fā)光,只是它們發(fā)出的是遠紅外線而不是可見光而已.
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