恒星結(jié)構(gòu)
恒星都是氣體星球.晴朗無(wú)月的夜晚,且無(wú)光無(wú)染的地區(qū),一般人用肉眼大約可以看到 6000多顆恒星.借助于望遠(yuǎn)鏡,則可以看到幾十萬(wàn)乃至幾百萬(wàn)顆以上.估計(jì)銀河系中的恒星大約有1500-2000億顆. 恒星的兩個(gè)重要的特征就是溫度和絕對(duì)星等.大約100年前,丹麥的艾依納爾·赫茨普龍(Einar Hertzsprung)和美國(guó)的享利·諾里斯·羅素(Henry Norris Russell )各自繪制了查找溫度和亮度之間是否有關(guān)系的圖,這張關(guān)系圖被稱為赫羅圖,或者H—R圖.在H-R圖中,大部分恒星構(gòu)成了一個(gè)在天文學(xué)上稱作主星序的對(duì)角線區(qū)域.在主星序中,恒星的絕對(duì)星等增加時(shí),恒星的演變
其表面溫度也隨之增加.90%以上的恒星都屬于主星序,太陽(yáng)也是這些主星序中的一顆.巨星和超巨星處在H—R圖的右側(cè)較高較遠(yuǎn)的位置上.白矮星的表面溫度雖然高,但亮度不大,所以他們只處在該圖的中下方 恒星演化是一個(gè)恒星在其生命期內(nèi)(發(fā)光與發(fā)熱的期間)的連續(xù)變化.生命期則依照星體大小而有所不同.單一恒星的演化并沒(méi)有辦法完整觀察,因?yàn)檫@些過(guò)程可能過(guò)于緩慢以致于難以察覺(jué).因此天文學(xué)家利用觀察許多處于不同生命階段的恒星,并以計(jì)算機(jī)模型模擬恒星的演變. 天文學(xué)家赫茨普龍和哲學(xué)家羅素首先提出恒星分類與顏色和光度間的關(guān) 恒星——赫羅圖
系,建立了被稱為“赫-羅圖的”恒星演化關(guān)系,揭示了恒星演化的秘密.“赫-羅圖”中,從左上方的高溫和強(qiáng)光度區(qū)到右下的低溫和弱光區(qū)是一個(gè)狹窄的恒星密集區(qū),我們的太陽(yáng)也在其中;這一序列被稱為主星序,90%以上的恒星都集中于主星序內(nèi).在主星序區(qū)之上是巨星和超巨星區(qū);左下為白矮星區(qū).
形成
在宇宙發(fā)展到一定時(shí)期,宇宙中充滿均勻的中性原子氣體云,大體積氣體云由于自身引力而不穩(wěn)定造成塌縮.這樣恒星便進(jìn)入形成階段.在塌縮開(kāi)始階段,氣體云內(nèi)部壓力很微小,物質(zhì)在自引力作用下加速向中心墜落.當(dāng)物質(zhì)的線度收縮了幾個(gè)數(shù)量級(jí)后,情況就不同了,一方面,氣體的密度有了劇烈的增加,另一方面,由于失去的引力位能部分的轉(zhuǎn)化成熱能,氣體溫度也有了很大的增加,氣體的壓力正比于它的密度與溫度的乘積,因而在塌縮過(guò)程中,壓力增長(zhǎng)更快,這樣,在氣體內(nèi)部很快形成一個(gè)足以與自引力相抗衡的壓力場(chǎng),這壓力場(chǎng)最后制止引力塌縮,從而建立起一個(gè)新的力學(xué)平衡位形,稱之為星坯. 星坯的力學(xué)平衡是靠?jī)?nèi)部壓力梯度與自引力相抗衡造成的,而壓力梯度的存在卻依賴于內(nèi)部溫度的不均勻性(即星坯中心的溫度要高于外圍的溫度),因此在熱學(xué)上,這是一個(gè)不平衡的系統(tǒng),熱量將從中心逐漸地向外流出.這一熱學(xué)上趨向平衡的自然傾向?qū)αW(xué)起著削弱的作用.于是星坯必須緩慢的收縮,以其引力位能的降低來(lái)升高溫度,從而來(lái)恢復(fù)力學(xué)平衡;同時(shí)也是以引力位能的降低,來(lái)提供星坯輻射所需的能量.這就是星坯演化的主要物理機(jī)制.最新觀測(cè)發(fā)現(xiàn)S1020549恒星
下面我們利用經(jīng)典引力理論大致的討論這一過(guò)程.考慮密度為 ρ、溫度為T、半徑為r的球狀氣云系統(tǒng),氣體熱運(yùn)動(dòng)能量: ET= RT= T (1) 將氣體看成單原子理想氣體,μ為摩爾質(zhì)量,R為氣體普適常數(shù) 為了得到氣云球的的引力能Eg,想象經(jīng)球的質(zhì)量一點(diǎn)點(diǎn)移到無(wú)窮遠(yuǎn),將球全部移走場(chǎng)力作的功就等于-Eg.當(dāng)球質(zhì)量為m,半徑為r時(shí),從表面移走dm過(guò)程中場(chǎng)力做功: dW=- =-G( )1/3m2/3dm (2) 所以:-Eg=- ( )1/3m2/3dm= G( M5/3 于是:Eg=- (2), 氣體云的總能量:E=ET+EG (3) 靈魂星云將形成新的行星
熱運(yùn)動(dòng)使氣體分布均勻,引力使氣體集中.現(xiàn)在兩者共同作用.當(dāng)E>0時(shí)熱運(yùn)動(dòng)為主,氣云是穩(wěn)定的,小的擾動(dòng)不會(huì)影響氣云平衡;當(dāng)E
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