恒星的一生

“康德拉普拉斯星云说”,太阳系是由一块星云收缩形成的，先形成的是太阳，然后，剩余的星云物质进一步收缩演化，形成地球等行星。,第3节 恒星的一生,这是一个恒星,太阳,主序星,这些都是恒星，你认识吗？,一、天文观测发现的各种恒星,行星状星云,红巨星,黑洞,黑矮星,白矮星,超新星,中子星,恒星的一生,恒星不永恒,二、恒星的一生,在星云的气体和尘埃一旦紧缩成一颗原恒星时，一颗恒星就诞生了！,星云,原恒星,新恒星诞生,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。,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。,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形成行星状星云，中心遗留一颗高密天体,而中小质量的恒星则比较平稳地抛出物质，形成行星状星云，中央残核留有一颗致密天体白矮星,白矮星冷凉了，就成了黑矮星。这就是恒星最后的归宿。,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（脉冲星）。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,新恒星的诞生,当超新星爆炸时，会把大部分物质散落到太空中去，这些物质不仅会有原先在恒星外层的氢和氦，还有碳、氧、硅、铁等重元素，在这些物质特别密集的区域就会分别成群地凝聚出新一代恒星，它们类似太阳或比太阳含重元素更多。我们的太阳是这些恒星中的一颗，它们被叫做第二代星。 星云是构成恒星的原料，而恒星向空间抛射的物质也成为星云的一部分原料,星云,原恒星,恒星诞生,中小恒星,红巨星,白矮星,黑矮星,大恒星,巨星或超巨星,新星或超新星,中子星 黑 洞,外层物质抛向太空,恒星燃料消耗殆尽时，它就会膨胀.,二、恒星的一生,恒星的一生,恒星也有自己的生命史，它们从诞生、成长到衰老，最终走向死亡。它们大小不同，色彩各异，演化的历程也不尽相同。恒星与生命的联系不仅表现在它提供了光和热。实际上构成行星和生命物质的重原子就是在某些恒星生命结束时发生的爆发过程中创造出来的。,一颗大质量恒星的生命循环,决定恒星寿命的因素只有一个质量！ 质量愈大，寿命愈短！ 太阳可活一百亿年，而天狼星的寿命却只有几百万年。按比例来看，如果太阳可活七十岁，天狼星只能活三天！,恒星的寿命,15倍太阳质量 1千万年 1倍太阳质量 1百亿年 0.2倍太阳质量 1万亿年,三、恒星的寿命,小质量恒星,红巨星的外壳慢慢消散 中心的核压缩成为白矮星 白矮星冷凉了，就成了黑矮星,小一点的恒星，默默的死去。,死路不只一条,死路不只一条,大质量恒星,一系列核反应后，他们呈现洋葱结构 没有了能量抵抗引力，超新星爆发 外层被炸飞，剩下的核被压缩 中子星（10亿吨/cm3） 黑洞,大一点的恒星，光辉的尾声。,恒星的死亡,大质量恒星的一生,太阳的命运,太阳的一生大致是100亿年。 大约在50亿年以前，一团十分巨大又十分稀薄的气体云，在自己的重力作用下收缩着。它开头收缩得很快，后来由于内部发热，收缩慢了下来，直到形成一批高热、密头的气体大团块，这些就是“原恒星”，其中一个就是我们的太阳。 太阳进一步收缩，内部温度更高，引发了“热核反应”，于是停止收缩，进入“成年”时期。就是我们现在看到的太阳了。,大约再过50亿年，太阳核心部分的“燃料”用光后，就会猛地又收缩一下。这一来，温度再次猛增，使外层原来没有烧过的“燃料”也“烧”起来了。此时，太阳会猛烈地膨胀，成为一颗“红巨星”。,太阳会胀得很大，太阳能把水星和金星都“吞掉”。地球轨道恰好在这个胀大了的太阳表面的位置。这时的地球即使不被炽热的太阳“吞掉”，也会被烤得熔为一团熔岩。但与此同时，也会有其他小行星变得适合人类居住，也许那就是人类未来的避难处。,“红巨星”阶段大约有10亿年。然后，一切可“烧”的“燃料”都用完了，红巨星开始再次收缩，越变越小，大约只有现在的体积的十万分之一，才稳定下来。尽管表面温度可以高达1万度，但表面积变小了，发出的热量会大大减少，这时，太阳就进入了“老年期”，成为“白矮星”一样的天体，表面温度高、体积小、密度很大（每1cm3物质有10吨重）。由于没有内部能源，所以这个“老年期”并不能永远维持下去，而是逐渐冷却，最后成为一个黑暗无比的“暗矮星”。,太阳,红巨星,白矮星,暗矮星,太阳的未来,了解了太阳一生的演化之后，你对宇宙有了什么新认识。,思考：,宇宙也像恒星一样，也有诞生，成长，死亡的时候。,通过天文观测和发现逐步证实和完善了恒星的演化理论。,恒星的一生,星际气体,收缩形成,中子星 黑洞,主序星,原恒星,主序星,太阳,红巨星,白矮星,暗矮星,大恒星,超红巨星,超新星,练习,1、恒星形成之初是 2、小质量恒星的一生包括如下几个阶段：恒星 3、大质量恒星的一生包括如下几个阶段：恒星 ,再 见,红巨星,红巨星，称它为“红”巨星， 是因为在这恒星迅速膨胀的同 时，它的外表面离中心越来越远，所以温度将随之而降低，发出的光也 就越来越偏红。不过，虽然温度降低了一些，可红巨星的体积是如此之大，它的光 度也变得很大，极为明亮。肉眼看到的最 亮的星中，许多都是红巨星。红巨星的体 积很大，它的半径一般比太阳大100倍。,行星状星云,质量大于太阳质量1.4倍，外围的气体及冰粒便会以每秒数十公里的速度向外膨胀，外貌像土星的光环一样，天文学家叫行星状星云，而剩下的核心的光度会暗淡下去。,行星状星云,超新星是恒星在死亡前的一次大爆发，所释放的能量，发出的亮光相当于十亿颗太阳。爆炸将星球物质以接近光速的速度，向四面八方发射。每一颗恒星一生之中最多只可能发生一次。,超新星,白矮星是一种很特殊的天体，它的体积小、亮度低，但质量大、密度极高。它的密度在1000万吨/立方米左右。白 矮星是一颗已死亡的恒星，中心的热核反 应已停止 。,白矮星,质量约是太阳410倍的恒星在超新星爆炸的过程，遗留下来的核心变成一颗体积很小，质量却很大的中子星，由中子构成，密度为水的1014倍，仅1cm3的质量就有全球人类那么重，直径仅为30km。,中子星,黑洞,质量比太阳大10倍以上的恒星，超新星爆炸后会形成“黑洞”。黑洞会把附近所有的物质都吸进去，就连光线也会被吞没，所以我们是看不见 黑洞的。但是如果黑洞附近有另外一颗恒星，我们可以从这颗邻近恒星的物质被吸入黑洞时的情形，证明黑洞的存在。,这些恒星和太阳有什么不同？,讨论：,红巨星：表面温度比太阳低，但体积比太阳大，亮度比太阳高。 行星状物质：质量体积比太阳大，但亮度较暗。 超新星：亮光相当于十亿颗太阳 白矮星、中子星、黑洞：体积小、亮度低，但质量大、密度极高。,