文章摘自網(wǎng)絡(luò)
在小說(shuō)《流浪地球》中,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)異常誊垢,并預(yù)測(cè)太陽(yáng)將進(jìn)入紅巨星膨脹階段掉弛,在接下來(lái)的數(shù)百年時(shí)間里淹沒(méi)地球軌道喻杈。紅巨星是恒星燃燒到后期所經(jīng)歷的一個(gè)較短的不穩(wěn)定階段。為了自救狰晚,人類提出一個(gè)名為“流浪地球”的大膽計(jì)劃,即傾全球之力在地球表面建造上萬(wàn)座發(fā)動(dòng)機(jī)和轉(zhuǎn)向發(fā)動(dòng)機(jī)缴啡,推動(dòng)地球離開太陽(yáng)系壁晒,用2500年的時(shí)間奔往新家園。
的確业栅,在現(xiàn)實(shí)中秒咐,天上的星星也和人一樣,也有生老病死碘裕,也要經(jīng)歷“人生的各個(gè)階段”携取。
不過(guò),星星的壽命要比人類個(gè)體的壽命長(zhǎng)得多帮孔,經(jīng)常都需要以“億年”為單位來(lái)計(jì)算雷滋!不只是文學(xué)創(chuàng)作喜歡拿太陽(yáng)做文章,天體物理學(xué)家們最感興趣的也是像太陽(yáng)這樣的恒星文兢。
從天文觀測(cè)的角度看晤斩,恒星才會(huì)主動(dòng)發(fā)光,而行星只是被動(dòng)地反射或折射恒星發(fā)出的光線而已姆坚。恒星的質(zhì)量較大澳泵,強(qiáng)大的萬(wàn)有引力使它們“心中燃著一把火”,也使得它們的生命過(guò)程轟轟烈烈兼呵、多姿多彩兔辅,急遽變化。
科學(xué)家們將各類恒星的誕生击喂、老化维苔、直至死亡的整個(gè)過(guò)程,稱之為“恒星的演化周期”茫负。根據(jù)恒星質(zhì)量大小的不同蕉鸳,它們的演化周期(壽命)也大不相同。一般而言忍法,恒星質(zhì)量越小壽命越長(zhǎng)潮尝,從幾百萬(wàn)年到數(shù)兆年不等。
那么饿序,首先讓我們考察一下太陽(yáng)系大家庭的主人勉失,離我們最近的恒星-太陽(yáng)。
太陽(yáng)誕生于何時(shí)原探?經(jīng)歷了怎么樣的生命周期乱凿?它還能照耀多久呢顽素?太陽(yáng)的“生死”決定了大家庭成員們的生死,也與我們地球上人類的生存息息相關(guān)徒蟆,千萬(wàn)不可小覷胁出。
目前的太陽(yáng),形狀幾乎是一個(gè)理想球體段审,中間是核心全蝶,然后是輻射帶,最外層是對(duì)流帶寺枉。恒星發(fā)光的原因是因?yàn)樗鼈儍?nèi)部的熱核反應(yīng)抑淫,太陽(yáng)也是如此。
公眾熟知的核反應(yīng)例子是世界上各個(gè)大國(guó)掌握的核武器:原子彈和氫彈姥闪。前者的物理過(guò)程叫做“核裂變”始苇,后者則叫做“核聚變”。
裂變指的是一個(gè)大質(zhì)量的原子核分裂成兩個(gè)較小的原子核筐喳,聚變則是由較輕的原子核合成為一個(gè)較重的原子核催式,比方說(shuō)氫彈,便是使得氫在一定條件下合成中子和氦避归。無(wú)論是裂變還是聚變蓄氧,反應(yīng)前后的原子核總質(zhì)量都發(fā)生了變化。
愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論認(rèn)為質(zhì)量能量是物質(zhì)同一屬性的不同表現(xiàn)槐脏,它們可以互相轉(zhuǎn)換喉童。在兩類核反應(yīng)中都有一部分靜止質(zhì)量在反應(yīng)后轉(zhuǎn)化成了巨大的能量被釋放出來(lái),這就是為什么核武器具有巨大殺傷能力的原因顿天。
太陽(yáng)內(nèi)部的核聚變反應(yīng)
太陽(yáng)內(nèi)部所發(fā)生的堂氯,是與氫彈原理相同的核聚變。
核聚變要求的條件非撑品希苛刻咽白,需要超高溫和超高壓∧衤疲可是晶框,在太陽(yáng)的核心區(qū)域中卻天然地提供了這一切難得的條件。那兒的物質(zhì)密度很高懂从,大約是水密度的 150倍授段,溫度接近1500萬(wàn)攝氏度。
因此番甩,在太陽(yáng)核心處進(jìn)行著大量的核聚變反應(yīng)侵贵。太陽(yáng)內(nèi)部的熱核反應(yīng),產(chǎn)生攜帶著大量能量的伽馬射線缘薛,也就是一種頻率比可見(jiàn)光更高的光子窍育,同時(shí)也產(chǎn)生另外一種叫做中微子的基本粒子卡睦。
無(wú)論如何,太陽(yáng)系大家庭的有用能量之來(lái)源是太陽(yáng)核心的核反應(yīng)漱抓。聚變反應(yīng)的每一秒鐘表锻,都有超過(guò)400萬(wàn)噸的物質(zhì)(靜止質(zhì)量)轉(zhuǎn)化成能量。
如此一來(lái)乞娄,科學(xué)家們不由得擔(dān)心起來(lái):太陽(yáng)以如此巨大的速度“燃燒”浩嫌,還能夠燒多久呢?
簡(jiǎn)單的計(jì)算可以給我們一個(gè)近似的答案补胚。太陽(yáng)的質(zhì)量大約是 2x1023萬(wàn)噸,每秒鐘燒掉 400 萬(wàn)噸追迟,每年大約要燒掉 1010萬(wàn)噸溶其。因此,如果太陽(yáng)按照這個(gè)速度進(jìn)行核反應(yīng)敦间,大約還能燃燒 1013年瓶逃,即 100 億年。
恒星的生命周期
太陽(yáng)正處于“主序星”狀態(tài)廓块,太陽(yáng)是在大約 45.7 億年前誕生的厢绝,目前“正值中年”階段。我們也不用在為它的生死存亡而擔(dān)憂带猴。
關(guān)于“主序星”階段昔汉,是恒星演化的重要階段。
恒星自身的引力在演化中起著重要的作用拴清。世界的萬(wàn)物之間都存在引力靶病,引力使得兩個(gè)質(zhì)量互相吸引。一個(gè)系統(tǒng)中口予,如果沒(méi)有別的足夠大的斥力來(lái)平衡這種吸引力的話娄周,所有的物質(zhì)便會(huì)因?yàn)橐ξ絹?lái)越靠近,越來(lái)越緊密地聚集在一起沪停,并且煤辨,這種過(guò)程進(jìn)行得快速而猛烈,該現(xiàn)象被稱為“引力塌縮”木张。
在通常所見(jiàn)的物體中众辨,物質(zhì)結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的,并不發(fā)生引力塌縮舷礼,那是因?yàn)樵又械碾姶帕υ谄鹬胶獾淖饔谩?/p>
恒星的生命周期在恒星形成和演化過(guò)程中存在引力塌縮泻轰。所有恒星都是從分子云的氣體塵埃坍縮中誕生的,隨之凝聚成一團(tuán)被稱為原恒星的高熱旋轉(zhuǎn)氣體且轨。
這一過(guò)程也經(jīng)常被稱作引力凝聚浮声,凝聚成了原恒星之后的發(fā)展過(guò)程則取決于原恒星的初始質(zhì)量虚婿,因?yàn)樘?yáng)是科學(xué)家們最熟悉的恒星,所以在討論恒星的質(zhì)量時(shí)泳挥,一般習(xí)慣將太陽(yáng)的質(zhì)量看成是 1然痊,也就是用太陽(yáng)的質(zhì)量作為質(zhì)量單位。
質(zhì)量大于十分之一(太陽(yáng)質(zhì)量)的恒星屉符,自身引力引起的塌縮將使得星體核心的溫度最終超過(guò)1,000 萬(wàn)度剧浸,由此而啟動(dòng)質(zhì)子鏈的聚變反應(yīng),氫融合成氘矗钟,再合成氦唆香,大量能量從核心向外輻射。當(dāng)星體內(nèi)部輻射壓力逐漸增加并與物質(zhì)間的引力達(dá)成平衡之后吨艇,恒星便不再繼續(xù)塌縮躬它,進(jìn)入穩(wěn)定的“主序星”狀態(tài)。
質(zhì)量太卸小(小于 0.08)的原恒星冯吓,核心溫度不夠高,啟動(dòng)不了氫核聚變疮跑,就最終成不了恒星组贺。如果還能進(jìn)行氘核聚變的話,便可形成棕矮星(或稱褐矮星祖娘,看起來(lái)的顏色在紅棕之間)失尖。
如果連棕矮星的資格也夠不上,便只有被淘汰的命運(yùn)渐苏,無(wú)法自立門戶雹仿,最終只能繞著別人轉(zhuǎn),變成一顆行星整以。
太陽(yáng)的主序星階段很長(zhǎng)胧辽,100 億年左右,到目前為止公黑,太陽(yáng)的生命剛走了一半邑商。
來(lái)源:《揭秘太空:人類的航天夢(mèng)》略有刪改