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涨知识太阳的演化过程从红巨星到白矮星

放大字体  缩小字体 2019-10-05 12:50:06  阅读:2769 作者:责任编辑NO。蔡彩根0465

NGC 5307是坐落半人马座的行星状星云,距地球约10000光年。行星状星云是当像太阳相同的恒星在抵达生命完毕时的残余物。

NGC 5307的哈博图画不只让人惊讶恒星的曩昔,也让人深思咱们太阳的未来。

恒星从不断成熟抵达生命完毕,这是一段绵长、缓慢的进程,其间由不同剧烈改动分红几个阶段。同NGC 5307相同,咱们的太阳终究也会抛射出它外层的气体,成为一颗红巨星。

几十亿年后,太阳将点亮抛射出的气体,构成星云,本身成为一颗白矮星。

现在,咱们的太阳处于主星序,在它的中心氢核聚变为氦核。聚变反应开释出巨大的能量,为地球供给了热能使生命能够在地球存活。(现实上大部分热量由质子-质子链反应发作,而不是发作自聚变反应本身)

恒星处于核聚变发作的向外压力和本身质量发作的内向重力的平衡状况,这个平衡被称为流体静力学平衡,但恒星不能永久坚持在这个平衡状况。

太阳在逐年、逐世纪、十亿年地进行着氢核聚变为氦核、开释热量、丢失质量的进程。尽管像太阳这样的恒星看起来是安稳不变的,可是在自然界没有什么是永久不会改动的。

太阳每秒钟大约有6亿吨氢聚变为氦,并在这个进程中丢失质量。太阳丢失的质量转化成了能量,这个转化进程能够经过爱因斯坦的能量方程E=mc 解说。这是一个十分巨大的量,现实上在太阳在45亿年中现已丢失了将近木星等量的质量。

太阳不断丢失质量,使得质量可供给的内向重力不足以承载核聚变发作的向外压力,终究太阳的平衡状况将被打破,开端向外胀大成为一颗红巨星。

地理学家经过核算得出大约50亿年后,太阳将成为红巨星并胀大到足以吞没水星、金星乃至地球。

到时,太阳的发光强度大约会适当于现在的两倍。到那时,地球从太阳获取的能量会和金星现在从太阳获得的能量适当。这对生命在地球的存活来说不是一个好消息。

红巨星的阶段之后,太阳将变为超大星。经过五亿年,太阳将胀大为两倍大;再经过五亿年,会再胀大一倍,亮度将变为之前的2000倍。

这时,太阳现已成为一个巨大、亮堂且具有要挟性的星球,它会变红并吞噬掉太阳系内的行星。它将处于红巨星的分支,内核由氦组成并包裹一层氢。在阅历了几十亿年的生命之后,太阳将只能存活大约1亿年。但在这一亿年中太阳还将阅历许多个演化阶段。

首先是氦闪,这个进程中太阳将焚烧40%的质量:内核中6%的氦转化成碳,这仅需求几分钟时刻,与太阳几十亿年的生命比较惊人的短。

图解:太阳的演化进程(Szczureq/CC BY-SA 4.0)

太阳在失掉质量之后缩减为现在巨细的10倍,发光大约为现在的50倍。此刻太阳处于水平分支并将在接下来的几亿年中继续焚烧内核的氦,略微增大本身体积和亮度。

但这时的太阳行将耗尽燃料,内核的氦正不断耗尽并丢失更多的质量。没什么能够阻挠这个进程,太阳再一次像它进入红巨星阶段那样发作胀大。

但这次的胀大速度将快得多。

太阳变得愈加不安稳,并不可逆地进入它生命的终究阶段。它开端了渐进巨星分支阶段,接下来的大约两千万年太阳将处于渐进巨星分支的前期阶段。

此刻太阳的内核简直由氧和碳组成,氦组成的壳层不断聚变构成更多的碳,另一个氢组成的壳层则聚变称为氦。有许多事情正在发作。

太阳将在一系列热脉冲和质量丢失中发作剧烈轰动。每一次热脉冲将继续大约一百年,而每一次太阳都将变得更大、更亮,每一次热脉冲都将比上一次更强。整个进程会继续约10万年。

核算结果显现,在完毕生命之前咱们的太阳大约将阅历四次这样的热脉冲。

阅历过这些热脉冲的“摧残”,太阳将会平静下来。换句话说,太阳将会逝世,至少进入昏倒状况。

脉冲进程中太阳会抛离它的外层部分,成为一颗白矮星,此刻的质量将只要太阳开始质量的50%。

图解:星云. (美国宇航局/欧洲航天局/C.R. 奥戴尔/D. 汤普森/哈勃传统团队(STScI/AURA)供给)

脉冲进程中太阳会抛离它的外层部分,成为一颗白矮星,此刻的质量将只要太阳开始质量的50%。

此刻的太阳现已逝世由于现已不再有任何聚变发作。作为一颗白矮星,此刻太阳仅发射出本身贮存的能量。此刻的能量来自于严密紧缩的电子简并压力,而不再发作聚变。

但太阳仍然在发光,发射出的能量进攻到之前热脉冲时抛射出的气体层,使气体发作电离发光。那时咱们的太阳将成为一片星云,就像开端时咱们说到的NGC 5307。

经过NGC 5307咱们能够一瞥太阳生命的结尾。就像NGC 5307相同,几十亿年后的一天,太阳将会成为它孕育生命的等离子球光芒曩昔的残骸。

尽管被称为行星状星云,星云邻近并不存在任何行星,在胀大进程中所有的行星都现已被摧毁了,能够留存的仅有气体。

图解:NGC 5307行星状星云,中心为白矮星(美国宇航局/欧洲航天局/哈勃供给

但到终究,即使是气体也将离去。气体将远离中心恒星并冷却。行星状星云在大约一万年后,中心的太阳将成为发光弱小的白矮星,并留存上万亿年。

尔后,理论上来说,太阳将成为黑矮星,彻底冷却并彻底不开释能量。这个阶段仅停留在理论由于至今还未有任何黑矮星被观测到。现实上恒星要进化到这个设想的黑矮星阶段所需的时刻比世界本身的寿数还长。

行星状星云开释出的气体还有它的使命。在太阳演化后期的紊乱阶段,星云中的气体将阅历一个恒星核组成进程,发作比氢、氦更重的元素。

这些元素在地理学上被称为“金属”,它们将被送外太空,参加另一颗恒星的构成进程。这些元素会丰厚下一颗行将生成的恒星或许恒星周围的行星。

地理学前期的行星状星云命名其实并不精确。星云同行星没有任何关系。可是开始观察到这些星体残骸的地理学家经过望远镜只能看到星云圆形的外形,他们猜想他们是一群行星。

现在咱们现已知道这并不是现实。咱们知道它们的实质是什么。每一个星云都像是它抵达这个阶段的几十亿年时刻加和的快照。尽管人类不可能亲眼看到太阳变成星云(或许),但这便是太阳终究的命运。

给读者注:

在恒星的生命和终究逝世进程中还有许多许多细节。当咱们描绘“氢核聚变为氦核并开释热量”时,其间还有许多未提及的进程,过分杂乱很难用一篇文章解说清楚。

假如你想了解更多有关恒星的信息,我主张阅览肯尼斯·R·朗的《星球的生与死》(2013)。朗是塔夫茨大学的地理学教授,他能够很精彩地解说有关星球的一切问题。

参考资料

1.WJ百科全书

2.地理学名词

3. EVAN GOUGH, UNIVERSE TODAY-南北角

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