恆星的一生

我們首先來看恆星的一生：
恆星的誕生
在星際空間普遍存在著極其稀薄的物質，主要由氣體和塵埃構成。它們的溫度約10～100K，密度約10-24～10-23g/cm3，相當於1cm3中有1～10個氫原子。星際物質在空間的分布並不是均勻的，通常是成塊地出現，形成瀰漫的星雲。星雲里3/4質量的物質是氫，處於電中性或電離態，其餘約?是氦以及極少數比氦更重的元素。在星雲的某些區域還存在氣態化合物分子，如氫分子、一氧化碳分子等。如果星雲里包含的物質足夠多，那么它在動力學上就是不穩定的。在外界擾動的影響下，星雲會向內收縮並分裂成較小的團塊，經過多次的分裂和收縮，逐漸在團塊中心形成了緻密的核。當核區的溫度升高到氫核聚變反應可以進行時，一顆新恆星就誕生了。'
主序星
恆星以內部氫核聚變為主要能源的發展階段就是恆星的主序階段。處於主序階段的恆星稱為主序星。主序階段是恆星的青壯年期，恆星在這一階段停留的時間占整個壽命的90%以上。這是一個相對穩定的階段，向外膨脹和向內收縮的兩種力大致平衡，恆星基本上不收縮也不膨脹。恆星停留在主序階段的時間隨著質量的不同而相差很多。質量越大，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：質量等於太陽質量的15倍、5倍、1倍、0.2倍的恆星，處於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50億年才會轉到另一個演化階段。與其他恆星相比，太陽的質量、溫度和光度都大概居中，是一顆相當典型的主序星。主序星的很多性質可以從研究太陽得出，恆星研究的某些結果也可以用來了解太陽的某些性質。
紅巨星與紅超巨星
當恆星中心區的氫消耗殆盡形成由氦構成的核球之後，氫聚變的熱核反應就無法在中心區繼續。這時引力重壓沒有輻射壓來平衡，星體中心區就要被壓縮，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氫聚變的溫度，熱核反應重新開始。如此氦球逐漸增大，氫燃燒層也跟著向外擴展，使星體外層物質受熱膨脹起來向紅巨星或紅超巨星轉化。轉化期間，氫燃燒層產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。其原因在於：外層膨脹後受到的內聚引力減小，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能率的增長，因此總光度雖可能增長，表面溫度卻會下降。質量高於4倍太陽質量的大恆星在氦核外重新引發氫聚變時，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。質量低於4倍太陽質量的中小恆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。到那時候，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℃。
大質量恆星的死亡
大質量恆星經過一系列核反應後，形成重元素在內、輕元素在外的洋蔥狀結構，其核心主要由鐵核構成。此後的核反應無法提供恆星的能源，鐵核開始向內坍塌，而外層星體則被炸裂向外拋射。爆發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，這種爆發叫做超新星爆發。超新星爆發後，恆星的外層解體為向外膨脹的星雲，中心遺留一顆高密天體。
金牛座里著名的蟹狀星雲就是公元1054年超新星爆發的遺蹟。超新星爆發的時間雖短不及1秒，瞬時溫度卻高達萬億K，其影響更是巨大。超新星爆發對於星際物質的化學成分有關鍵影響，這些物質又是建造下一代恆星的原材料。
超新星爆發時，爆發與坍塌同時進行，坍塌作用使核心處的物質壓縮得更為密實。理論分析證明，電子簡併態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，電子都被擠壓到與質子結合成為中子簡併態，密度達到10億噸/立方厘米。由這種物質構成的天體叫做中子星。一顆與太陽質量相同的中子星半徑只有大約10千米。
從理論上推算，中子星也有質量上限，最大不能超過大約3倍太陽質量。如果在超新星爆發後核心剩餘物質還超過大約3倍太陽質量，中子簡併態也抗不住所受的壓力，只能繼續坍縮下去。最後這團物質收縮到很小的時候，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。因為光速是現知任何物質運動速度的極限，連光子都無法擺脫的天體必然能束縛住任何物質，所以這個天體不可能向外界發出任何信息，而且外界對它探測所用的任何媒介包括光子在內，一貼近它就不可避免地被它吸進去。它本身不發光並吞下包括輻射在內的一切物質，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，對黑洞的研究在當代天文學及物理學中有重大的意義。
科學家發現，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光，只是它們發出的是遠紅外線而不是可見光而已。
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