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pzzdm:太阳的前世
送交者: pzzdm.com 2010年02月19日05:55:57 于 [教育学术] 发送悄悄话

大概在80亿年以前,一颗明亮的蓝巨星走到了它生命的尽头。这颗恒星据推测质量大概相当于我们太阳的10到30倍之间。我们周围的星星中,比较接近这样的恒星典型的有RIGEL, 我们中国人管它叫参宿七。Rigel 的绝对亮度是太阳的4万倍!尽管RIGEL距离我们有700多光年远,它是如此的明亮,以至于在全天的所有亮星中排第6名。下面是RIGEL的照片。

我们太阳的前世就是这样一颗恒星。由于这颗星的亮度如此之高,它的燃料消耗得很快。太阳的寿命是100亿年左右,而RIGEL的质量是太阳的17倍,亮度是太阳的4万倍,那么RIGEL的寿命大概只有太阳的2500分之一。就是说,RIGEL的寿命只有4到5百万年。这颗恒星就像樱花一样,短暂地开放后就凋零了。在核心的氢基本耗尽之后,由于氢聚变而产生的辐射压降低,恒星在自己的重量之下开始收缩,核心的温度反而开始升高。当温度达到1亿度开尔文以上的时候,氢聚变的产物氦开始聚变成不稳定的铍,进而聚变成稳定的碳。由于氦聚变产生的能量远远大于氢聚变的产能,整个星体开始膨胀。这个时候,这颗恒星就离开了主序星阶段,也就是其一生中最漫长的青年和壮年期,进入短暂的老年期了。我们所熟知的恒星中,同是猎户星座(ORION)的参宿四(英文叫Betelgeuse, 读作“Beetle juice”,即”甲虫肉汁”)就是一颗这样的红巨星。下面是Betelgeuse的照片:

下面的照片是Betelgeuse和太阳大小的比较:

可以看到,我们的太阳虽然已经是地球体积的130万倍,跟甲虫汁星比起来,就像一粒沙子和篮球大小相比一样。注意这颗甲虫汁星的质量是太阳质量的18到19倍。所以甲虫汁的密度要远远低于太阳的密度。其表面温度也要低很多。这就是为什么甲虫汁星的颜色如此之红的缘故。

在短暂的红巨星阶段,这颗太阳的母亲星很快地耗尽了核心的氦,开始把碳聚变成氖,钠,镁,氧等更重的元素,这些元素又聚变成硅,铁等更重的元素。当恒星的中心聚集了大量的铁, 而比铁原子量更小的燃料都消耗殆尽的时候,这颗恒星的死期到了。

因为,所有比铁轻的元素在聚变成更重的元素时, 会释放能量,而比铁重的元素,在聚变的时候则会吸收能量。这是因为,铁原子核是被强相互作用力结合最紧密的原子核。当恒星的核心变成以铁为主的时候,恒星再也无法通过聚变而产生能量来对抗引力造成的收缩压, 整个恒星开始加速收缩。恒星的核心在强大的压力下不断塌缩。由于核心部分的质量超过了Chandrasekhar极限,即大约1.4倍太阳质量,电子简并力不能够阻止核心的进一步塌缩,在几秒内,恒星的核心从数个地球大小,一下子塌缩成比曼哈顿大不了多少的一个奇怪的星体。这个星体由中子之间的泡利不相容原理来维持. 由于进一步的塌缩一下子被制止,恒星外层的物质在引力和惯性的作用下以极高的速度(光速的几分之一)迎头撞在中子星的表面上,然后被反弹开。在这巨大的冲击力之下,大量的物质被转换成能量,引起恒星外层向外的大爆发。这就是II型超新星。在爆发的过程中,很多比铁原子量更高的原子被聚合形成。这虽然是一个吸收能量的过程,在超新星爆发的巨大能量喷发中,可以顺利地进行。下图是1987年在大麦哲伦星云中观测到的II型超新星的照片:

上图是同一天区的两张照片并列而成。左边照片是超新星1987a爆发时的照片,右边是同一颗星爆发之前的照片(箭头所指)。

很久很久以前,我们的太阳的母亲就经历了这样一个激烈的死亡. The following picture shows crab nebula, the remnant of supernova AD 1054. Our sun was born from the material ejected by a supernova explosion,which is similar to this one. The gas and cloud will continue to expand for billions of years, until disturbed by something and start collapsing under its own weight.

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