一、诞生
“宇宙大爆炸”产生了主要以“等离子”(质子、电子、中子)、氢原子(一个质子与一个电子结合)形式存在的一团团星云,星云之间充满暗物质(“暗物质”人类目前未知,星云与暗物质或类似于大陆与海洋)。同时“大爆炸”还产生了三种能量:引力、辐射力、核力。引力是一种质量力,质量越大吸引力越大;辐射力就是电磁力,能量辐射力(这两种力就好象“肉与灵”一样)。引力与辐射力相互排斥。核力只是在亚原子粒子之间起作用。
当时宇宙一片黑暗,这样的状态持续了两亿年。此时星云内部的密度有了微小的变化:密度高的地方,质量增长,引力变强。星云开始以密度高的地方为中心迅速聚集,质量越来越大,形成四周星云向内塌压的星球。最终因密度、温度达到一定高度,质子与质子相撞,在强核力的作用下,产生核聚变(由氢变成氮;外围不断有氢原子生成向内输送),释放光和热。同时,形成的向外辐射压力与引力形成了平衡力,星球取得了相对平衡与稳定,成为一颗恒星。
二、存续与死亡
恒星是以内部核聚变反应产生的向外的辐射压与向内的引力相平衡保持稳定的。恒星的一生,就是辐射压与引力相抗衡的过程。向内的引力时刻都存在,恒星要保持稳定,就必须时刻发出向外的辐射压。一旦辐射压减小,恒星就会收缩。当恒星中的氢的量因核聚变而减少时,核聚变反应强度下降,辐射压减小,恒星就会收缩,收缩使中心氦密度升高,同时温度也升高。当其中的氦达到聚变反应条件时,氦开始聚变燃烧,辐射压上升,恒星重新稳定。由此,恒星内部一次次地收缩,内部的氦、碳、氧、氖。。。一次次地依次聚变燃烧,内部密度越来越高,外层气体在辐射压的催动下越来越向外膨胀。
如果恒星质量比较大,就会成为一颗红巨星或红超巨星了。如果这颗恒星很小,它就会将外层投入到附近太空,它的核会持续收缩,可能直到它的大小不超过地球时才停止,同时,它中心的温度会升高。这时,它就成了白矮星。
等到内部能够用来聚变的元素都用得差不多了,核聚变反应就会停止。此时,向外的、用于抵抗引力的辐射压消失,引力取胜,对于大质量恒星,就会在强大的引力作用下向内迅速坍缩。但大质量恒星的中心是一个铁核,非常坚硬。外围物质坍缩撞击铁核时,又会以基本同样的速度反弹出去,发生剧烈的内爆,一瞬间会发出巨大的能量。这就是超新星爆发。
质量小的恒星停止核聚变后,它的热量来自当它还是一颗真正的恒星时所创造的能量。不过,这种热量会逐渐消散,它也会冷却,最终变成一颗恒星冰冷的、惰性的灰烬。天文学家将这种燃尽的恒星称为黑矮星。它就停留在那里,毫不起眼,在几十亿年时间里什么都不做,同时,有越来越多其他的死亡恒星加入进来,这座巨大而不断增长的恒星公墓会持续扩大,直到时间的尽头。
三、赫罗图
恒星的生命周期可用赫罗图表示。
这种图根据1910年丹麦天文学家赫茨普龙及美国天文学家罗素对恒星的生命周期解释做的一个简图,又叫赫罗图。
从左上角延伸到右下角,呈对角线型一条色带,叫恒星带,就是天文学家所说的主序(the main sequence)。主序上所有恒星都处于成熟期,它们所做的,是大多数恒星在绝大部分时间做的事情:在核心将质子聚变成氦原子核。
在主序中,表面温度与真实亮度联系在一起,因为它们都由恒星的质量决定。太阳大致处于主序的中间;它是中等规模的恒星,可能只是稍微大于平均大小。
右上角有一些发射出巨大能量的恒星,这表明它们非常大。然而,它们的表面温度相对有点低,因此,它们看起来是红色恒星。这些就是红巨星。
左下方,是一些表面温度很高的恒星,尽管它们似乎非常小。这些就是白矮星。
红巨星和白矮星的活动都有点异常,因为它们处于生命的末期。它们开始耗尽氢原子核,即质子,恒星在绝大部分生命当中,都是由质子维持着它们的存在。
恒星的生命就跟人的生命一样;宇宙的历史又类同于人类的历史。
190308
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