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文檔簡介

恒星為什么

why

發光發熱?物理102李姚恒星的誕生一、恒星的兩個重要特性:光度---------反映了某恒星對外輻射能量的多少(亮度)溫度--------恒星的表面溫度(顏色)二、赫羅圖:用以直觀描述恒星亮度以判斷恒星類型以恒星的表面溫度為橫坐標,以恒星的光度為縱坐標,將已知恒星在坐標系中用一個點來表示赫羅圖:反映恒星的光度和表面溫度之間的關系三、恒星演化和發光發熱2、原恒星:一般把處于慢收縮階段的天體稱為原恒星。慢收縮開始后,中心區受強烈壓縮而升溫并發出熱輻射,直到最后中心溫度升到約800至1000萬度以上,由氫原子核聚變為氦原子核的熱核反應提供足夠的能量,使內部壓力與引力處于相對平衡狀態,一顆恒星就正式誕生了。1、星際物質:主要是H、He星云,

是包括恒星在內的各種星體形成之前的最初狀態星云原恒星3、主序星中心核反應為氫聚變成氦。當恒星中心溫度達到800萬度以上時,開始核聚變反應,恒星停止收縮,形成了正常的恒星,進入了主序星階段。主序星階段占恒星一生壽命的90%,是恒星最穩定的階段。質子中子正電子射線中微子核子1+核子2核子3+能量質量虧損 核子1質量+核子2質量>核子3質量熱核聚變反應要求粒子處于高溫高密狀態亞瑟·愛丁頓SirArthurS.Eddington亞瑟·愛丁頓的推測核聚變是指由質量小的原子,主要是指氘或氚,在一定條件下(如超高溫和高壓),發生原子核互相聚合作用,生成新的質量更重的原子核,并伴隨著巨大的能量釋放的一種核反應形式。原子核中蘊藏巨大的能量,原子核的變化(從一種原子核變化為另外一種原子核)往往伴隨著能量的釋放,如太陽發光發熱的能量來源。核聚變氫核聚變恒星發光發熱的能量來源Einstein質量-能量關系:E=mc2

原子核結合能:Q=[(Zmp+Nmn)-m(Z,N)]c2/A

Z—核電荷數(原子序數),N—中子數

A=Z+N

原子量Fe元素具有最大的結合能結合能較小的原子核聚變成結合能較大的原子核會釋放能量。恒星內部熱核反應的原理41H→4He+e++

E+neE=(4mH-mHe)c2

≈4×10-5erg燃燒效率h≈0.7%H燃燒過程比H更重的元素的燃燒He燃燒(3a反應) T>108K 34He→12C+g①4He+4He?

8Be②8Be+4He→12C+g

碳燃燒(

M>3M⊙)12C+12C→24Mg+γ→23Na+p→20Ne+4He→23Mg+n→16O+24He

氧燃燒12O+12O→32S+γ→31P+p→28Si+4He→31S+n→24Mg+24He

硅燃燒28Si+28Si→56Ni+γ56Ni→56Fe+2e++2νe

釋放能量T當恒星內部形成Fe后,由于Fe的聚變反應吸熱而不是放熱,恒星內部的熱核反應由此停止,形成洋蔥狀的結構。熱核反應后期恒星內部的核反應速率對溫度十分敏感,

e∝T4(PP),T17(CNO)恒星是穩定的氣體球,其內部任意一點必須維持流體靜力學平衡。 (向內的)重力(向外的)壓力差

T↑→e↑→

P

↑→R↑

T↓恒星如何維持穩定的核燃燒?最終決定恒星壽命的因素只有一個:

質量!質量越大,壽命越短!太陽可活一百億年,而天狼星的壽命卻只有1700萬年。

由比例來看,如果太陽可活到80歲,天狼星只能活50天!恒星的壽命太陽的能源L⊙≈3.8×1033ergs-1,t⊙≈5×109yr四、演化后期的恒星

隨著核聚變的進行,恒星中心的氦核越來越大,氦核周圍的氫越來越少,當氦核質量占到恒星質量的12%時,恒星結構出現重大變化,恒星外層開始膨脹,體積急劇增大,表面溫度降低。恒星進入了老年期——紅巨星究其原因,恒星發光發熱的程度加劇,主要就是源于氫核聚變的加劇。而到達紅巨星階段,氫核聚變也越來越接近停止。Sun小質量恒星(<8M⊙

)演化后期3億公里恒星地球軌道氦融合層碳氧核心氫融合層

老年期小質量恒星的外觀與它的內部結構星云原恒星主序星紅巨星白矮星16億公里恒星木星軌道鐵質核心錫融合層氧融合

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