恒星的形成类型 诞生与衰亡 恒星的一生

萝莉Small_Lo

恒星的演变：

星际气体--原恒星---主序星---红巨星---白矮星----黑矮星（太阳的演变的历程）


星际气体--原恒星---主序星---红巨星---超新星爆发---星际物质
                                             ----中子星
                                               ----黑洞
                                      （质量超过太阳8倍）

恒星
人们在夜空中看到的恒星，实际上都是发光的球状高温气体。恒星的气体是靠万有引力聚集的。它们的能量来源于“燃烧”自身的气体，但这不同于煤的燃烧，而是一种热核反应，称为核聚变。一颗恒星内气体含量的多少非常重要，因为这会影响到它的引力、温度、压力、密度和体积。恒星通常存在于星系之中，每个星系都包含许多类型不同的恒星。天文学家直到20世纪才了解恒星的本质，此前他们更关注的是恒星的位置。

恒星的大小
太阳和地球比起来太阳是巨大的星球，但在所有的恒星中却只是中等大小而已。主序星中最小的恒星，半径约为太阳的1/4，而最大的恒星约为太阳的4倍大。我们肉眼所见最亮的天狼星，半径约为太阳的2倍；而狮子座的轩辕十四约为太阳的4倍，是体积非常大的主序星。另外，还有比主序星更大的恒星，称为巨星或超巨星。巨星的半径是太阳半径的数十倍到百倍；超巨星则多达数百倍。比主序星更小的恒星群，包括白矮星或中子星。白矮星的直径为太阳直径的数1/10，而中子星的直径又仅为太阳直径的数1/1000。
恒星的类型
在天空能够观察到的众多恒星中，有许多属于“怪星”，比如变星就是其中的一种。变星随着时间的推移，其亮度呈规律性或非规律性变化。此外，拥有激烈喷发现象的新星也属于怪星行列。不过最为常见的还是那些由两个或多个恒星相互绕行的孪生恒星或多生恒星。另外，天空中还有一些完全出格的恒星，比如中子星和黑洞，它们是通过其周围产生的强射电辐射或强X射线辐射才被发现的。两颗星球，彼此紧紧相连，在夜空中闪烁，这种情形我们称之为双星。




恒星
人们在夜空中看到的恒星，实际上都是发光的球状高温气体。恒星的气体是靠万有引力聚集的。它们的能量来源于“燃烧”自身的气体，但这不同于煤的燃烧，而是一种热核反应，称为核聚变。一颗恒星内气体含量的多少非常重要，因为这会影响到它的引力、温度、压力、密度和体积。恒星通常存在于星系之中，每个星系都包含许多类型不同的恒星。天文学家直到20世纪才了解恒星的本质，此前他们更关注的是恒星的位置。

恒星的内部
如同太阳一样，大多数恒星主要由氢氦两种气体构成，只有很少量的其他元素。
恒星的衰亡
恒星如何演化，取决于质量的大小。如果质量与太阳相近，就能持续发光约100亿年，然后体积逐渐膨胀，变成红巨星。以后会坍缩，演化成体积仅比行星略大的白矮星。如果质星比太阳大很多，持续发光的时间就会远比太阳短，然后体积膨胀几百倍，变成超巨星，随即在一次大爆炸中四分五裂。大爆炸时释放出大量能量，亮度突然增强，称为超新星。爆炸后的残骸最终坍缩成体积小密度高的中子星，甚至进一步坍缩成黑洞。
恒星的诞生
恒星的寿命长达数十亿年。恒星的一生，开始于由气体和尘埃物质构成的云团，即星云。在引力的作用下，星云中大量的气体和尘埃物质突然收缩，内部温度越来越高，以致触发核反应。一颗光芒四射的恒星由此诞生。一颗恒星正在巴纳德五星云中形成。天文卫星拍到的这张照片中，气体和尘埃物质正在聚集。


我们首先来看恒星的一生：
恒星的诞生
在星际空间普遍存在着极其稀薄的物质，主要由气体和尘埃构成。它们的温度约10～100K，密度约10-24～10-23g/cm3，相当于1cm3中有1～10个氢原子。星际物质在空间的分布并不是均匀的，通常是成块地出现，形成弥漫的星云。星云里3/4质量的物质是氢，处于电中性或电离态，其余约?是氦以及极少数比氦更重的元素。在星云的某些区域还存在气态化合物分子，如氢分子、一氧化碳分子等。如果星云里包含的物质足够多，那么它在动力学上就是不稳定的。在外界扰动的影响下，星云会向内收缩并分裂成较小的团块，经过多次的分裂和收缩，逐渐在团块中心形成了致密的核。当核区的温度升高到氢核聚变反应可以进行时，一颗新恒星就诞生了。'
主序星
恒星以内部氢核聚变为主要能源的发展阶段就是恒星的主序阶段。处于主序阶段的恒星称为主序星。主序阶段是恒星的青壮年期，恒星在这一阶段停留的时间占整个寿命的90%以上。这是一个相对稳定的阶段，向外膨胀和向内收缩的两种力大致平衡，恒星基本上不收缩也不膨胀。恒星停留在主序阶段的时间随着质量的不同而相差很多。质量越大，光度越大，能量消耗也越快，停留在主序阶段的时间就越短。例如：质量等于太阳质量的15倍、5倍、1倍、0.2倍的恒星，处于主序阶段的时间分别为一千万年、七千万年、一百亿年和一万亿年。
目前的太阳也是一颗主序星。太阳现在的年龄为46亿多年，它的主序阶段已过去了约一半的时间，还要50亿年才会转到另一个演化阶段。与其他恒星相比，太阳的质量、温度和光度都大概居中，是一颗相当典型的主序星。主序星的很多性质可以从研究太阳得出，恒星研究的某些结果也可以用来了解太阳的某些性质。
红巨星与红超巨星
当恒星中心区的氢消耗殆尽形成由氦构成的核球之后，氢聚变的热核反应就无法在中心区继续。这时引力重压没有辐射压来平衡，星体中心区就要被压缩，温度会急剧上升。中心氦核球温度升高后使紧贴它的那一层氢氦混合气体受热达到引发氢聚变的温度，热核反应重新开始。如此氦球逐渐增大，氢燃烧层也跟着向外扩展，使星体外层物质受热膨胀起来向红巨星或红超巨星转化。转化期间，氢燃烧层产生的能量可能比主序星时期还要多，但星体表面温度不仅不升高反而会下降。其原因在于：外层膨胀后受到的内聚引力减小，即使温度降低，其膨胀压力仍然可抗衡或超过引力，此时星体半径和表面积增大的程度超过产能率的增长，因此总光度虽可能增长，表面温度却会下降。质量高于4倍太阳质量的大恒星在氦核外重新引发氢聚变时，核外放出来的能量未明显增加，但半径却增大了好多倍，因此表面温度由几万开降到三、四千开，成为红超巨星。质量低于4倍太阳质量的中小恒星进入红巨星阶段时表面温度下降，光度却急剧增加，这是因为它们外层膨胀所耗费的能量较少而产能较多。

预计太阳在红巨星阶段将大约停留10亿年时间，光度将升高到今天的好几十倍。到那时侯，地面的温度将升高到今天的两三倍，北温带夏季最高温度将接近100℃。
大质量恒星的死亡
大质量恒星经过一系列核反应后，形成重元素在内、轻元素在外的洋葱状结构，其核心主要由铁核构成。此后的核反应无法提供恒星的能源，铁核开始向内坍塌，而外层星体则被炸裂向外抛射。爆发时光度可能突增到太阳光度的上百亿倍，甚至达到整个银河系的总光度，这种爆发叫做超新星爆发。超新星爆发后，恒星的外层解体为向外膨胀的星云，中心遗留一颗高密天体。
金牛座里著名的蟹状星云就是公元1054年超新星爆发的遗迹。超新星爆发的时间虽短不及1秒，瞬时温度却高达万亿K，其影响更是巨大。超新星爆发对于星际物质的化学成分有关键影响，这些物质又是建造下一代恒星的原材料。

超新星爆发时，爆发与坍塌同时进行，坍塌作用使核心处的物质压缩得更为密实。理论分析证明，电子简并态不足以抗住大坍塌和大爆炸的异常高压，处在这么巨大压力下的物质，电子都被挤压到与质子结合成为中子简并态，密度达到10亿吨/立方厘米。由这种物质构成的天体叫做中子星。一颗与太阳质量相同的中子星半径只有大约10千米。

从理论上推算，中子星也有质量上限，最大不能超过大约3倍太阳质量。如果在超新星爆发后核心剩余物质还超过大约3倍太阳质量，中子简并态也抗不住所受的压力，只能继续坍缩下去。最后这团物质收缩到很小的时候，在它附近的引力就大到足以使运动最快的光子也无法摆脱它的束缚。因为光速是现知任何物质运动速度的极限，连光子都无法摆脱的天体必然能束缚住任何物质，所以这个天体不可能向外界发出任何信息，而且外界对它探测所用的任何媒介包括光子在内，一贴近它就不可避免地被它吸进去。它本身不发光并吞下包括辐射在内的一切物质，就象一个漆黑的无底洞，所以这种特殊的天体就被称为黑洞。黑洞有很多奇特的性质，对黑洞的研究在当代天文学及物理学中有重大的意义。

科学家发现，在木星和土星的表面散放出来的能量比它们所吸收的能量要多，这就意味着木星和土星也可以发光，只是它们发出的是远红外线而不是可见光而已

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……

  恒星是在熊熊燃烧着的星球。一般来说，恒星的体积和质量都比较大。只是由于距离地球太遥远的缘故，星光才显得那么微弱。

  古代的天文学家认为恒星在星空的位置是固定的，所以给它起名“恒星”，意思是“永恒不变的星”。可是我们今天知道它们在不停地高速运动着，比如太阳就带着整个太阳系在绕银河系的中心运动。但别的恒星离我们实在太远了，以至我们难以觉察到它们位置的变动。

  恒星发光的能力有强有弱。天文学上用“光度”来表示它。所谓“光度”，就是指从恒星表面以光的形式辐射出的功率。恒星表面的温度也有高有低。一般说来，恒星表面的温度越低，它的光越偏红；温度越高，光则越偏蓝。而表面温度越高，表面积越大，光度就越大。从恒星的颜色和光度，科学家能提取出许多有用信息来。

  历史上，天文学家赫茨普龙和哲学家罗素首先提出恒星分类与颜色和光度间的关系，建立了被称为“赫-罗图的”恒星演化关系，揭示了恒星演化的秘密。“赫-罗图”中，从左上方的高温和强光度区到右下的低温和弱光区是一个狭窄的恒星密集区，我们的太阳也在其中；这一序列被称为主星序，90％以上的恒星都集中于主星序内。在主星序区之上是巨星和超巨星区；左下为白矮星区。

  恒星诞生于太空中的星际尘埃（科学家形象地称之为“星云”或者“星际云”）。

  恒星的“青年时代”是一生中最长的黄金阶段——主星序阶段，这一阶段占据了它整个寿命的90％。在这段时间，恒星以几乎不变的恒定光度发光发热，照亮周围的宇宙空间。

  在此以后，恒星将变得动荡不安，变成一颗红巨星；然后，红巨星将在爆发中完成它的全部使命，把自己的大部分物质抛射回太空中，留下的残骸，也许是白矮星，也许是中子星，甚至 黑洞……