恒星的終結
2022-03-25 22:20:22 來源:
太陽每天東升西落,穩定地釋放著光和熱。測量表明,雖然太陽活動有著11年的周期,但其向外釋放的總能量在上百年的尺度中,漲落變化不會超過0。1%。然而,如果人們能像科幻小說中講述的那樣,擁有一臺進行時光旅行的機器,穿越到45億年前剛剛形成的地球之上,就會驚奇地發現一個現象:此時的太陽,看起來比當今的太陽要暗弱一些。
當太陽進入主序恒星階段后,就進入了它的成年期。太陽中心的熱核聚變反應為其釋放光和熱提供了源源不斷的能量。熱核聚變反應加熱恒星中心所產生的擴張作用,與恒星因引力而產生的收縮作用相互平衡,能量釋放過程得以平穩進行下去。
如果將太陽視為一個大爐子,太陽不斷消耗燃料——氫元素,通過核反應生成爐灰——氦元素。堆積在恒星中心的氦元素比氫元素更為致密,就會產生更強引力,恒星內部核反應速率也就隨著氦元素增加而增加。理論計算表明,目前太陽的核反應速率比45億年前已提高了30%,因而太陽在當今比45億年前閃耀著更強烈的光芒。隨著這個過程的繼續,未來太陽輻射將進一步增強。在數十億年后,太陽的光度將變成現在的兩倍多,地球表面的溫度將在300℃以上,地球或將變得不再適合人類生存。
在太陽核心中的氫燃燒殆盡時,太陽核心中的核反應也就暫時趨向于中止。由于沒有核反應的對抗引力,恒星中心附近的物質開始向核心擠壓,不斷增高核心溫度。距離核心較遠的一些殘存的氫,在核心釋放高溫作用下被點燃,驅動太陽外層不斷向外膨脹,相繼吞并水星與金星的軌道,地球的軌道也可能被吞并。此時的太陽,已退出主序恒星隊伍,變成一顆紅巨星,進入自己的晚年。它的表面溫度有所下降,但由于體積膨脹,其光度將增加成百上千倍。
在進入紅巨星階段后,不斷增高的溫度使得內核中積累的氦元素又被點燃,發生另一種方式的核反應:內核中的氦元素聚變成碳元素,同時也釋放出巨大能量。相比于最少都是以百萬年為時間單位所衡量的恒星演化過程,氦被點燃的時間短得讓人驚嘆。數分鐘內,相當于太陽質量40%的氦被劇烈燃燒成碳,釋放的能量大致相當于太陽在當前狀態下持續數百萬年所釋放的能量。這種現象被科學家稱之為氦閃。之后,太陽在繼續燃燒氦的同時,自身已無法回到平衡狀態,膨脹與收縮交替進行,成為一顆脈動變星。同時,外部殘存的氫元素所進行的核反應,推動著外部物質與恒星內核分離。
當內核中氦再次燃盡時,太陽的生命也就走到了盡頭。太陽核心物質將塌縮成一顆白矮星。白矮星的密度極高,1立方厘米的白矮星,質量就足有1噸了。而外層物質向外擴張,形成行星狀星云,為孕育新的恒星提供了物質原料。
在恒星大家庭中,太陽質量處于中等偏下位置。與太陽質量相差不多的恒星,它們走向生命終結的過程與太陽基本相似。如果恒星質量高于太陽的10倍,進入紅巨星階段后,其穩定膨脹過程的持續時間將更長,會形成體積更大的紅超巨星。而這些大質量恒星在壽命末期,也會經歷一次超新星的猛烈爆發,外部物質擴散為星云,核心物質則成為更為致密的中子星,甚至最終發展為黑洞。
太陽每天東升西落,穩定地釋放著光和熱。測量表明,雖然太陽活動有著11年的周期,但其向外釋放的總能量在上百年的尺度中,漲落變化不會超過0。1%。然而,如果人們能像科幻小說中講述的那樣,擁有一臺進行時光旅行的機器,穿越到45億年前剛剛形成的地球之上,就會驚奇地發現一個現象:此時的太陽,看起來比當今的太陽要暗弱一些。
當太陽進入主序恒星階段后,就進入了它的成年期。太陽中心的熱核聚變反應為其釋放光和熱提供了源源不斷的能量。熱核聚變反應加熱恒星中心所產生的擴張作用,與恒星因引力而產生的收縮作用相互平衡,能量釋放過程得以平穩進行下去。
如果將太陽視為一個大爐子,太陽不斷消耗燃料——氫元素,通過核反應生成爐灰——氦元素。堆積在恒星中心的氦元素比氫元素更為致密,就會產生更強引力,恒星內部核反應速率也就隨著氦元素增加而增加。理論計算表明,目前太陽的核反應速率比45億年前已提高了30%,因而太陽在當今比45億年前閃耀著更強烈的光芒。隨著這個過程的繼續,未來太陽輻射將進一步增強。在數十億年后,太陽的光度將變成現在的兩倍多,地球表面的溫度將在300℃以上,地球或將變得不再適合人類生存。
在太陽核心中的氫燃燒殆盡時,太陽核心中的核反應也就暫時趨向于中止。由于沒有核反應的對抗引力,恒星中心附近的物質開始向核心擠壓,不斷增高核心溫度。距離核心較遠的一些殘存的氫,在核心釋放高溫作用下被點燃,驅動太陽外層不斷向外膨脹,相繼吞并水星與金星的軌道,地球的軌道也可能被吞并。此時的太陽,已退出主序恒星隊伍,變成一顆紅巨星,進入自己的晚年。它的表面溫度有所下降,但由于體積膨脹,其光度將增加成百上千倍。
在進入紅巨星階段后,不斷增高的溫度使得內核中積累的氦元素又被點燃,發生另一種方式的核反應:內核中的氦元素聚變成碳元素,同時也釋放出巨大能量。相比于最少都是以百萬年為時間單位所衡量的恒星演化過程,氦被點燃的時間短得讓人驚嘆。數分鐘內,相當于太陽質量40%的氦被劇烈燃燒成碳,釋放的能量大致相當于太陽在當前狀態下持續數百萬年所釋放的能量。這種現象被科學家稱之為氦閃。之后,太陽在繼續燃燒氦的同時,自身已無法回到平衡狀態,膨脹與收縮交替進行,成為一顆脈動變星。同時,外部殘存的氫元素所進行的核反應,推動著外部物質與恒星內核分離。
當內核中氦再次燃盡時,太陽的生命也就走到了盡頭。太陽核心物質將塌縮成一顆白矮星。白矮星的密度極高,1立方厘米的白矮星,質量就足有1噸了。而外層物質向外擴張,形成行星狀星云,為孕育新的恒星提供了物質原料。
在恒星大家庭中,太陽質量處于中等偏下位置。與太陽質量相差不多的恒星,它們走向生命終結的過程與太陽基本相似。如果恒星質量高于太陽的10倍,進入紅巨星階段后,其穩定膨脹過程的持續時間將更長,會形成體積更大的紅超巨星。而這些大質量恒星在壽命末期,也會經歷一次超新星的猛烈爆發,外部物質擴散為星云,核心物質則成為更為致密的中子星,甚至最終發展為黑洞。
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