恒星演化和內(nèi)部反應(yīng)原理

恒星為什么

why

發(fā)光發(fā)熱？物理102李姚恒星的誕生一、恒星的兩個(gè)重要特性：光度---------反映了某恒星對(duì)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(biāo)，以恒星的光度為縱坐標(biāo)，將已知恒星在坐標(biāo)系中用一個(gè)點(diǎn)來(lái)表示赫羅圖：反映恒星的光度和表面溫度之間的關(guān)系三、恒星演化和發(fā)光發(fā)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(qū)受強(qiáng)烈壓縮而升溫并發(fā)出熱輻射，直到最后中心溫度升到約800至1000萬(wàn)度以上，由氫原子核聚變?yōu)楹ぴ雍说臒岷朔磻?yīng)提供足夠的能量，使內(nèi)部壓力與引力處于相對(duì)平衡狀態(tài)，一顆恒星就正式誕生了。1、星際物質(zhì)：主要是H、He星云，

是包括恒星在內(nèi)的各種星體形成之前的最初狀態(tài)星云原恒星3、主序星中心核反應(yīng)為氫聚變成氦。當(dāng)恒星中心溫度達(dá)到800萬(wàn)度以上時(shí)，開始核聚變反應(yīng)，恒星停止收縮，形成了正常的恒星，進(jìn)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(wěn)定的階段。質(zhì)子中子正電子射線中微子核子1+核子2核子3+能量質(zhì)量虧損 核子1質(zhì)量+核子2質(zhì)量>核子3質(zhì)量熱核聚變反應(yīng)要求粒子處于高溫高密狀態(tài)亞瑟·愛丁頓SirArthurS.Eddington亞瑟·愛丁頓的推測(cè)核聚變是指由質(zhì)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(fā)生原子核互相聚合作用，生成新的質(zhì)量更重的原子核，并伴隨著巨大的能量釋放的一種核反應(yīng)形式。原子核中蘊(yùn)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(yáng)發(fā)光發(fā)熱的能量來(lái)源。核聚變氫核聚變恒星發(fā)光發(fā)熱的能量來(lái)源Einstein質(zhì)量-能量關(guān)系：E＝mc2

原子核結(jié)合能：Q＝[(Zmp＋Nmn)－m(Z,N)]c2/A

Z—核電荷數(shù)（原子序數(shù)），N—中子數(shù)

A＝Z＋N

原子量Fe元素具有最大的結(jié)合能結(jié)合能較小的原子核聚變成結(jié)合能較大的原子核會(huì)釋放能量。恒星內(nèi)部熱核反應(yīng)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(yīng)) 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(dāng)恒星內(nèi)部形成Fe后，由于Fe的聚變反應(yīng)吸熱而不是放熱，恒星內(nèi)部的熱核反應(yīng)由此停止，形成洋蔥狀的結(jié)構(gòu)。熱核反應(yīng)后期恒星內(nèi)部的核反應(yīng)速率對(duì)溫度十分敏感，

e∝T4(PP),T17(CNO)恒星是穩(wěn)定的氣體球，其內(nèi)部任意一點(diǎn)必須維持流體靜力學(xué)平衡。 （向內(nèi)的）重力（向外的）壓力差

T↑→e↑→

P

↑→R↑

→

T↓恒星如何維持穩(wěn)定的核燃燒？最終決定恒星壽命的因素只有一個(gè)：

質(zhì)量！質(zhì)量越大，壽命越短！太陽(yáng)可活一百億年，而天狼星的壽命卻只有1700萬(wàn)年。

由比例來(lái)看，如果太陽(yáng)可活到80歲，天狼星只能活50天！恒星的壽命太陽(yáng)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(jìn)行，恒星中心的氦核越來(lái)越大，氦核周圍的氫越來(lái)越少，當(dāng)氦核質(zhì)量占到恒星質(zhì)量的12%時(shí)，恒星結(jié)構(gòu)出現(xiàn)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(jìn)入了老年期——紅巨星究其原因，恒星發(fā)光發(fā)熱的程度加劇，主要就是源于氫核聚變的加劇。而到達(dá)紅巨星階段，氫核聚變也越來(lái)越接近停止。Sun小質(zhì)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(zhì)量恒星的外觀與它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(zhì)核心錫融合層氧融合