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你知道什么是恒星吗?

王朝干货·作者佚名  2011-11-29  
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目望天,点点繁星引人遐思,至为深刻的莫过于宇宙的深远无尽和永恒不灭,然而那一颗颗闪烁的星星,果真永恒不灭吗?科学的答案是否定的,宇宙中形形色色的各种天体,包括和太阳一样发光发热的恒星,也是有它自己的"生命"历程的。

一) 恒星的诞生地

图1是银河系之外一个遥远而美丽的星系,代号M100,我们的银河系与此十分相似,都是由千亿颗恒星组成的庞大天体集团。图中可以清楚地看到整个星系象一个扁平的盘子-星系盘,盘中缠绕着几条光亮的"臂",称为旋臂。

在旋臂和旋臂之间,是一些暗弱的区域,科学分析表明,这里大多是炽热而高度电离的气体,其中气体压力很大,可以抵制气体在引力作用下的收缩倾向,所以这些区域不易形成恒星。而在旋臂中,气体的密度较大,离子、原子和尘埃颗粒之间的碰撞相当频繁,能有效地使气体"冷却",并产生氢分子构成的气体云团―分子云。分子云的温度较低,通常仅为绝对温度10度左右,每一个云的质量大约相当于太阳的1000到10000倍。正是这些分子云的进一步碎裂和坍缩导致一群一群原始恒星的诞生。

作为原始恒星诞生地的星际云团,最有名的当属猎户星座(图2)中间"三星"下方称为"宝剑"处的一团云雾,这便是著名的"猎户大星云"(图3),这其中有许多刚刚诞生不久的恒星和仍处于襁褓中的原恒星。图4所示的"鹰状星云"M16则是另一个著名的恒星诞生地。

(二) 恒星的诞生-星卵

作为恒星诞生地的星际气体云团十分稀薄而且温度极低,云团中与引力相抗衡的气体压力很弱,引力的作用使得云团缓慢地收缩。

超新星爆炸产生的冲击波或云团周围一些亮星向外喷射的高热气流(称为"星风")都会使云团中出现不均匀的密度分布,造成云团中出现多个密度中心,这些密度中心周围的气体分别向这些中心收缩,形成一个个小云团。收缩过程中,小云团中心温度升高,旋转加快,密度越来越大,演变成中心有核,周围由盘状物质包围的形状,云团的表面温度一般为绝对温度2000-3000度,质量与太阳相仿,只发出红外辐射,不发射可见光,所以还只是恒星的胚胎,或形象地称之为"星卵"。

不同大小的云团演化快慢大不一样,象太阳这样典型大小的恒星,其处于星卵的状态的大约要维持100万年,在此期间云团继续复杂的收缩过程,中心温度则持续升高,一直到超过100万度,在这种极高的温度下将出现由氢原子核变成氦原子核的"核聚变"反应,这是恒星的根本特征,星球只有到了能由核聚变反应而释放能量,才算是真正进入了"成年恒星"的阶段,也只有此时才真正变得灿烂夺目。此时的恒星中心密度和温度都很高,巨大的气体压力足以抵抗引力收缩,所以恒星也不再继续收缩了,恒星的性质变得十分稳定,就象我们的太阳一样,恒星一生中90%以上的时间都处于这一阶段。

(三) 恒星的壮年-从主序星到红巨星

恒星发光发热的源泉是由氢原子核转变为氦原子核的核聚变反应,维持核反应的阶段就是恒星的壮年期,天文学上称为"主序星"阶段。质量不同的恒星维持核反应的时间大不一样,大质量恒星的核心温度更高,核反应消耗氢的速度比小质量恒星快得多,因此其生命历程相对来说要短得多,比如象10个太阳质量那样大的恒星只能维持一千万年左右的生命,而太阳却能维持100亿年。

太阳这样大小的恒星是宇宙中最为典型的,它们生命中80%-90%的时间都处在稳定的主序阶段,当中心的氢逐渐燃烧完后,一颗恒星的生命就接近尾声了。此时星体核心会迅速收缩,相反地,外层的氢却开始燃烧并迅速膨胀,这是恒星生命中一个十分有趣的阶段,星体的体积大大增加,比如太阳这样的恒星会膨胀数百倍,膨胀的结果导致恒星表面温度下降,颜色变红,同时其表面亮度却会大大增强,天文学上习惯于将光度(即恒星的本质亮度)大的天体称为"巨星",因此这一阶段的恒星的典型特征就是"红巨星"

相对而言,"红巨星"阶段是很短暂的,此后由于核心的收缩导致温度进一步升高而引发氦原子核聚变为碳原子核的反应以及此后一系列更为复杂的核聚变反应,恒星快速地走向死亡。

四) 恒星走向死亡

恒星走向死亡的途径因其质量的不同而有很大的不同,象太阳这种中等质量的星体其死亡是比较"温和"的,在红巨星阶段之后,恒星的外壳一直向外膨胀,核心则持续收缩,发出紫外光或X射线,高能射线激发外层气体发出荧光,形成美丽的行星状星云(图5)。外壳气体逐渐消散在星际空间,成为下一代恒星的原料,而中心部分在收缩到一定程度后,停止了一切核反应过程,变成一颗冷却了的、密度却极大的白矮星,其中1个方糖大小的物质,重量可与一辆卡车相当。

质量较大的恒星走向死亡的途径往往是十分壮烈的,通常质量大于太阳8倍以上的星球,不会平静地演化为白矮星,而是引发一场震天动地的大爆炸,星体的亮度突然增亮几十倍甚至几百倍,这就是所谓的超新星爆发,星体粉身碎骨,核心遗留下来两种特殊形态的天体-中子星或黑洞。中子星的质量和太阳差不多,但半径只有10公里左右,可见其密度更比白矮星高得多了。超新星爆炸后,如果残留的核心质量仍较大,则会形成密度更为惊人的黑洞,任何物质甚至连光线都无法逃脱它强大的引力场,我们无法直接看到它,这也正是其名为"黑"的由来。

图5 美丽的行星状星云

(五) 恒星的"生死循环"

正如动、植物的死亡将成为下一代生命的原料一样,恒星的死亡也都有一个共同的特征,即将其本体中的大量物质抛射到星际空间中,这些物质逐渐弥漫在宇宙空间中,以气体或尘埃的形式成为新一代恒星的原材料。同时正是在恒星的演化过程中通过核聚变形成了许多构成生命所必需的重元素,这些重元素在恒星死亡后弥散在宇宙空间中,才有可能导致象人这种生命的诞生。

肉眼看到的天上的星星,全天有6000多颗,除了太阳系内的五大行星和流星、彗星之外,都是恒星。它们之所以被称为“恒星”,是由于它们相互之间的相对位置,在很长的时间内,用肉眼看不到有什么改变。其实,它们也都在运动,只是由于离开我们非常非常遥远,用肉眼觉察不到就是了。除了哪些已经死亡的恒星,恒星都是气体球,没有固态的表面,气体依靠自身的引力,聚集成球体。恒星区别于行星的一个最重要的性质是它们像太阳一样自己依靠核反应产生能量,而在相当长的时间内稳定地发光。太阳也是一颗恒星。其他的恒星,也是因为离开我们非常非常遥远,看上去才只是一个闪烁的亮点。除了太阳以外,离开我们最近的恒星,与太阳相比,距离也要远27万倍

参考资料:http://www.astron.sh.cn/

什麼是恆星?

恆星是指那些本身會發光的星體,這些星體本身就像一個巨大無比的核電廠,時刻進行核反應,釋放巨大能量,放射出光和熱。 例如太陽,就是宇宙裡無數恆星中的一顆, 天上的星星絕大多數是恆星。組成恆星的物質主要是氣體,例如氫和氦。恆星的溫度非常高,例如太陽的表面便高達攝氏6000度。可以說,恆星其實是一團巨大的、熾熱的氣體。

恆星的大小

恆星的大小也各有不同,例如太陽這顆中等重量的恆星,就有三十三萬個地球那麼大;最小的恆星,就只有地球般大小。但除了太陽以外,所有的恆星距離地球都很遠,因此無論真實的體積有多大,用在大的望遠鏡觀察都只不過是一個光點而以,所以看起來不如太陽大和光亮。恆星的溫度也與其大小無關,例如紅巨星體積非常的大,但表面的溫度低,白矮星非常小,但表面溫度卻很高!

恆星是永恆的嗎?

恆星不是永恆的,就像我們凡人一樣,恆星有生也有死,它們的一生大略可以用圖一來表示。恆星生命的長短,恆星在老年期有什麼變化,死亡以後會變成什麼,這些問題都和恆星的質量有很緊密的關係。那麼恆星的質量又有什麼重要呢?很粗略地說它代表恆星燃料的多寡,通常天文學家用我們最親密的太陽來當標準。比太陽質量大十倍以上的恆星,稱為大質量恆星,而質量不到太陽一半的是小質量恆星。

大質量恆星燦爛過完短暫的一生,以壯烈的超新星爆炸謝幕。太陽過完一生後會以行星狀星雲落幕,哽咽地離開恆星世界。棕矮星是一種質量太小的失敗恆星。

乍看之下,大質量恆星含有較多的燃料,似乎也應該活得最久。不過它們卻是天生的敗家子,它們消枆燃料的速度是太陽的數十倍到數千倍,所以在數百萬年到數千萬年的盡情揮霍後,就用掉所有的家產,最後以超新星爆炸的死亡儀式落幕。

而提供人類光和熱的太陽,大約可以活上一百億年,對年齡有五十億年的太陽,它還有五十億年的生命呢!這對我們人類來說,已經是夠長久了。小質量的恆星更可以活上數百億年,不過它們是不折不扣的鐵公雞,它們省吃儉用地直到死亡。

(Top)

恆星的誕生

前言

本銀河系約有二千億個恆星,而宇宙至少有1023個恆星。這些眾多的恆星,恆星的質量不盡相同,可能處在不同年齡與演化階段。天文學家根據觀測的結果,再加上理論的計算,構造出恆星演化的理論。恆星演化理論涵蓋:恆星的誕生(新生與嬰兒期)、主序帶恆星的演化(青年與壯年期)、後主序帶恆星的演化(老年期)、恆星的歸宿(死亡) 與化學元素的合成。

恆星的誕生

簡單圖像:

巨大、低密度的冷星雲(分子雲)經由重力塌縮,將位能轉變成熱能,當核心的溫度昇高到可以觸發氫融合反應,恆星就誕生了,並變成小而密度高的熱星。

恆星誕生的原料:星際物質

恆星的質量,大多在太陽質量的十分之一到數十倍之間。以太陽而言,其質量約是地球的三十三萬倍,可見恆星有相當巨大的質量。能誕生恆星的巨大分子雲,又是由幾近真空的星際物質,歷經亙古的時間緩慢聚集而成。星際物質主要是由氫、氦、塵埃所組成。

星際物質存在的證據

星光的消光(因為星際有物質存在,使我們觀測到的天體視亮度,比星際是真空時的視亮度來得暗。估計每100 pc 的距離,星際物質會使星光減弱1.9 等。) 與紅化(星光穿透過星際物質,受到塵埃微粒的瑞利散射(Rayleigh scattering),短波長的可見光(如藍光)受到大角度的散射。長波長(如紅光)的可見光,僅受到較小角度的散射。所以短波長的光譜強度衰減的程度,比長波長部份來得多。),發射星雲(emission nebula) –Trifid 星雲 、或H II 區域 ,反射星雲(reflection nebula)–Trifid 星雲、昂宿星團(the Pleiades),暗星雲–馬頭星雲 、本雲河盤面 、包克雲球(Bok globules),氫21公分線 (無線電波段),0.26 公分CO 譜線–巨大分子雲(數十萬太陽質量)。

溫度:數K到數百K之間,全看距離恆星多遠而定, 平均約在100 K左右。

密度:平均106 原子/ 米3 ,或每CC的 太空中,平均來說有一個原子。分佈並不均勻, 最密者有109 原子/ 米3,而最疏者 低達104 原子/ 米3 。在地球上 實驗室能造成的最好真空約在1010 分 子/ 米3 ,而在海平面太氣每立方公尺中 含有1025 個分子。

成份:分析星際星雲的吸收光譜 ,可以得知,星雲90% 是原子或分子氫, 9% 為氦,剩下的為較重的元素、分子與星際塵埃。

恆星誕生的機制

但恆星誕生的故事並不是如此簡單,星際物質受重力的吸引,慢慢的聚集在一起,同時溫度也漸漸昇高。溫度愈高,原子與分子運動的速率也愈快,這種傾向抗衡了重力塌縮的繼續進行,有時甚至可能把星雲打散。

由觀測的證據顯示,星雲不可能經由自發性的重力塌縮,而變成恆星。天文學家認為有四種不同的過程,具有發揮臨門一腳效用,能觸發恆星的形成。

1.超新星爆炸產生的巨大震波 ,例: Cygnus Loop。(Cygnus Loop 是二萬年前,一次超新星爆炸所拋出的物質所形成的環狀星雲,環的半徑現在己擴張到120 光年。白框內的插圖是Cygnus Loop 的全景,其餘的部份是哈伯太空望遠所拍攝的細部結構。)

2.O-B 型熱星放出巨大的輻射,恆星風推擠周圍的星際物 質使之成為物質密度較高的球殼,如 薔薇星雲(Rosette nebula)。

3. 分子雲之間的踫撞。

4.在銀河系的漩渦臂。(NGC 2997-距離三千五百萬光年,與NGC 1365-距離六千萬光年;銀河漩渦臂上的恆星誕生區)

恆星誕生的過程

類太陽恆星 的誕生過程

巨大分子雲 的塌縮

塌縮分子雲的分裂 (理論)

分子雲的分裂終止(理論)

原恆星(胎星) 階段 —

雲氣在塌縮成為成為恆星的前一狀態,稱為 原恆星(胎星、protostar),它是熱到足以產生紅外線,但是 不足以開始進行核融合,所以在可見光波段很難觀測到。

原恆星(胎星) 階段的演化 —

吸積盤 靠原恆星中心 的溫度極高,物質由中心 處垂直盤面噴出,形成 噴流(jets)。

觸發氫融合–新恆星誕生 —

原恆星的質量,因周圍的物質持續地加入而增加,核心的溫度也隨之昇高。當中心的溫度超過4 * 106 度時,氫開始發生核融合,一顆新的恆星也就誕 生了。此時恆星的四周雲氣仍然很稠密,可能還無法直接看見這顆新生的恆星。但可觀測周圍 雲氣受中心恆星激發的倩形 ,可以推知雲氣深處新恆星的誕生。

進入主序帶 —

當胎星的中心開始產生氫核融合,則此一星體我們稱之為 主序星,恆星百分之九十的時間,都待在主星序上。

参考资料:恒星在宇宙中的分布是不均匀的。从诞生的那天起,它们就聚集成群,交映成辉,组成双星、星团、星系……

恒星是科学误以为太阳是宇宙中心时代的不准确的命名,月亮围着地球转,地球围着太阳转,太阳围 着XX转,XX围着什么转?有恒星吗?说太阳围着XX转的正是佛经!!!科学也只是后来才发现而已。科学证明<起世经>中的一部分是正确的,没有被证明的是因为科学还没研究到罢了。随着科学的不断发展佛经中被证明正确的是越来越多呀!

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