宇宙探秘论文

着数百万颗恒星。产生恒星的基本条件是氢气、引力和漫长的时间。起初，星云中的一小块氢气受热后开始升温，进而引起星云中的其他物质开始发热、升温并发光。尘埃和气体在万有引力的作用下开始聚集，形成巨大的漩涡。在聚集并压缩体积的过程中，由于外界对其做功，被压缩的气体温度会升高。经过数十万年，星云的密度会不断增大，并会形成盘状漩涡，直径超过太阳系。而位于中心的气体，在重力的不断挤压下，形成具有超高密度和温度的球体。随着压力不断增大，由于旋涡物质具有的角动量，导致巨大的气柱从中心喷射而出，喷射气柱直径达几光年，它可以使物质加速，穿越无法想象的距离。而核心的部分，就是年轻的恒星。引力作用持续而强烈，气体和灰尘颗粒被不断吸入，并相互挤压，产生了越来越多的热量，由于中心的热量散发不出去，所以之后的几十万年的时间里，恒星将一直与引力收缩相对抗，年轻的恒星经挤压将变得更亮更热，温度会达到1500万摄氏度。一些气体原子在高温下会发生聚变而释放出更大的能量，经过这些聚变反应，产物会通过相互作用与气体、尘埃等形成更加清晰的球体，一颗恒星就这样诞生了。在今后的数万、数亿、甚至数千亿年，它会一直发光，释放能量。恒星体积相差比较大，但质量差别并不悬殊，质量越大的恒星寿命就越短，质量越小的恒星寿命反而越长。太阳质量属于中等恒星质量，所以估计太阳的寿命为100多亿年。

恒星的演化过程

由赫罗图分析可知，恒星的演化过程包括主序星演化阶段和晚期演化阶段，主序星演化阶段相比晚期演化阶段时间要长的多，且变化没有后者巨大而显著。目前太阳正处于主序星演化阶段。由于恒星是一个自引力系统，需要内部强大的热核聚变释放能量来与引力收缩相抗衡，保持稳定状态，恒星的一生都在与自身引力相“较量”，但最终还是会败给引力坍缩。

恒星在燃烧尽星核区的氢之后，就会熄火，主序星演化阶段结束，这时核心区主要是氦，外围区的物质主要是未经燃烧的氢，核心熄火后恒星失去了辐射的能源，它便要引力收缩，这是一个起关键作用的因素。一个核燃烧阶段的结束，表明恒星内各处温度都已低于在该处引起点火所需要的温度，根据热力学第一定律，引力收缩将使恒星内各处的温度升高，这实际上是寻找下一次核点火所需要的温度，引力收缩将使恒星内各处的温度全面的升高，主序后的引力收缩首先点着的不是核心区的氦（它的点火温度高的太多），而是核心与外围之间的氢壳，氢壳点火后，核心区处于高温状态，而仍没核能源，他将继续收缩。这时，由于核心区释放的引力位能和燃烧中的氢所释放的核能，都需要通过外围不燃烧的氢层就必须剧烈地膨胀，即让介质辐射变得更透明。而氢层膨胀又使恒星的表面温度降低了，在赫罗图上表现为由中央条带向右上方过渡，该过程是一个光度增加、半径增加、而表面变冷的过程，是恒星从主序星向红巨星过渡的阶段。

过程进行到一定程度，氢区中心的温度将达到氦点火的温度，于是又过渡到一个新阶段--氦燃烧阶段， 将由氦和其他较重元素的核反应维持能源，太阳辐射变得淡化。氦燃烧的产物是碳，在氦熄火后恒星将有一个碳氧核心区氦外壳，由于剩下的质量太小引力收缩已不能达到碳的点火温度，于是

它就结束了以氦燃烧的演化，而走向热死亡。此时恒星的剩余质量决定它的最终形态。如果核燃料燃尽时恒星质量小于钱德拉塞卡极限M=1.44M⊙，此后由于太阳内部没有能源来抵制引力坍缩，这就使它的半径大大缩小，密度大大增加，内部的压强极大，使得原子中的电子“溢出”从而使它物质进入费米简并电子气状态，在该过程中，由于碳氧核外围的物质在收缩的过程中遇到坚硬的核，所以它们便会抛射出去，只剩下坚硬致密的核心，这时的恒星就成为了颗白矮星，其上的逃逸速度将达到6000km/s。

当到燃料燃尽之时恒星质量达钱德拉塞卡极限，即M=1.44M⊙时，由赫罗图可知恒星继续坍缩。在这个过程中，可能有两种情况：一种是超新星爆发，恒星物质全部向周围空间抛射出去，形成星云，参与到新的行星产生的循环之中；另一种情况是恒星演化为中子星。由于引力坍缩，使得核心区的温度达到碳的着火点，碳氧核被点燃，之后产生的产物按元素周期表的顺序依次燃烧下去，在这过程中是释放能量的，来与引力坍缩对抗，使得引力坍缩比较慢。当达到铁的着火点时，铁元素开始燃烧，由于该反应是吸收能量的，所以由于恒星内部没有能量与引力坍缩相抗衡，所以引力坍缩特别剧烈，在很短的时间内使得核心区内的电子在极大的压强下达到无处容身的地步，一方面受泡利不相容原理的限制，它们不能以完全相同的状态两两挤在一起；另一方面，由于受到强大引力作用的束缚，又不能向核心区外逸出，因而电子被压入原子核内，发生逆衰变，即p+e=n+ve，原子核瓦解，此时太阳物质内的原子核富含中子，成为自由中子气状态，中子之间为强相互作用，产生与引力坍缩相对抗的中子简并压，其结果是恒星将由上万千米坍缩成只有10km左右物质密度极大的中子星，中子星由于半径很小，质量很大，其上的逃逸速度特别大，约为光速的60%。

当燃料燃尽之时恒星质量达到奥本海默极限，即M=2~3M⊙时，中子简并压被摧毁，恒星将继续坍缩下去，最终形成黑洞。

太阳的归宿

太阳自诞生起已经经历了47亿个年头，目前太阳正值壮年，其体内的氢和氦还足以燃烧50亿年，所以对于太阳的能源是否耗尽，我们不必杞人忧天，因为到太阳熄灭之时，地球或许早已消失，更谈不上人类是否能看到那一天。那么太阳的最终结局将会如何呢？

恒星的最终归宿跟内部核燃料燃尽后的质量有关，如果质量小于钱德拉塞卡极限，则会坍缩成白矮星，白矮星冷却后亮度大大降低，形成黑矮星，黑矮星将会在星际空间存在很长一段时间；如果质量达到钱德拉塞卡极限，小于奥本海默极限，则会继续继续燃烧并探索，成为中子星；如果质量大于奥本海默极限极限，在引力作用下将会无限坍缩下去，最终形成黑洞。在红巨星阶段太阳的亮度将会达到现在的2000多倍，木星和土星周围的温度也会升高，木星的冰卫星以及作为土星特征的环都会被蒸发得无影无踪；另一方面，由于从外层部分会不断放出气体，最终太阳的质量会减至主序星阶段的60%。因太阳引力减弱之故，行星开始远离太阳。当太阳质量减至原来的60%时，行星和太阳的距离要比现在扩大70%，这样一来，地球轨道以内的部分（包括地球）将会被太阳吞没。红巨星阶

段过后太阳将会发生引力坍缩。像太阳这般质量的星球，由于内部核燃料燃尽时的质量将小于钱德拉塞卡极限，其密度已变得非常高的中心部分只会收缩到一定程度，也就是温度只会升高到某种程度，中心部分的火会渐渐消失，太阳逐渐失去光芒，膨胀的外层部分将收缩，冷却成致密的白矮星。那时太阳将会每秒自转一周，密度至少为1.41*10^11 kg/m^3，最终由于光度和温度降低而形成“黑矮星”，在星际空间长期存在下去，那时我们的太阳系已经处于一种分崩离析的状态，将是一片的死寂。

【参考文献】

[1]《探索宇宙奥秘》 李良 主编 河南科学技术出版社 2002-10-1

[2]《亲近宇宙》 中国科学院紫金山天文台 主编 中央广播电视大学出版社 [3]《简明天文学教程》第二版 余明 主编 科学出版社 2011-1-17 [4]《天体演化》 罗先汉 著 山西科学技术出版社 2001-1-1 [5]《简明天文学》 贾荷陵 编 山东人民出版社 2005-8-1

[6]《新概念物理教程-热学》第二版 赵凯华 罗蔚茵 编 高等教育出版社 2009-6-1

2004-2