在距离地球只有8.6光年的天狼星附近,有没有可能存在着生命?根据我们目前对生命的认知来看,液态水是生命必不可少的物质,实际上,每...
在距离地球只有8.6光年的天狼星附近,有没有可能存在着生命?
其实天狼星是由“天狼星A”和“天狼星B”组成的双星系统,其中“天狼星B”是一颗白矮星,这种天体的附近根本就不适合生命生存,而“天狼星A”是一颗处于主序星阶段的恒星,从理论上来讲,它是可以拥有“宜居行星”的。
“天狼星A”的质量约为太阳质量的2.063倍,它内部的核聚变反应比太阳更加剧烈,释放的能量也就更多,观测数据表明,“天狼星A”表面温度就可以达到9940K,光度更是高达太阳的大约25.4倍。
显而易见的是,“天狼星A”的“宜居带”要比太阳远得多,具体有多远呢?
根据平方反比定律,物理量的强度或分布与距离的平方成反比例关系,而我们都知道,太阳的“宜居带”就在距离太阳大约1天文单位的附近区域,据此我们可以就计算出,“天狼星A”的宜居带位于距离“天狼星A”5天文单位的附近区域。
也就是说,假如有一颗与地球相似的岩石行星,能够长期稳定地运行在距离“天狼星A”为5天文单位左右的轨道上,那么这颗行星就可能成为存在着液态水的“宜居行星”,生命或许就可以在这里诞生。
然而由于“天狼星B”的存在,这样的事情却几乎不可能发生,为什么这么说呢?这主要有以下两个原因。
首先就是,“天狼星A”和“天狼星B”会彼此互相环绕,它们之间最远的距离也就是20天文单位左右,而最近的距离却可以低至8天文单位,在这种情况下,在这两颗恒星之间运行的行星,就会不断地被引力“拉扯”,其运行轨道也会变成乱七八糟,根本就无法保持长时间的稳定,“宜居行星”也就无从谈起了。
第二个原因就是,现在的“天狼星B”是一颗白矮星,其质量约为太阳质量的1.018倍,它其实就是一颗巨大的恒星在经历了“红巨星”阶段之后所留下的残骸。
根据恒星演化模型可以估算出,在“天狼星B”演化成白矮星之前,其质量大约为太阳质量的5倍,而当它在经历“红巨星”阶段的时候,光度可以高达太阳光度的420倍,以至于在它附近20天文单位之内的范围内,生命都无法生存。
正如前文所讲到的,在“天狼星A”和“天狼星B”互相环绕的过程中,它们之间最远距离和最近距离分别为20天文单位和8天文单位,这就意味着,当“天狼星B”在经历“红巨星”阶段的时候,位于“天狼星A”的“宜居带”内的行星上的生命(如果有的话)也无法幸免于难。
因此可以说,在距离地球只有8.6光年的天狼星附近,存在生命(至少是已知生命)的可能性可以说是微乎其微。
顺便讲一下,太阳在大约50亿年之后也会演化成“红巨星”,根据科学家的估算,当太阳演化成“红巨星”的时候,其直径会膨胀到现在的200倍以上,届时的地球上同样无法存在生命,甚至地球本身都有可能被太阳吞噬。
在此之后,太阳将在宇宙空间中留下一片壮观的行星状星云,而其残存的核心,最终会演化成一颗直径与地球相差无几的白矮星。
恒星死亡后,它所携带的行星会是什么命运?
恒星能够自身发光发热,这是因为在恒星的核心能够进行氢融合成氦的核聚变反应。然而一旦恒星内部的氢元素消耗殆尽,恒星的生命也就结束了。因此我们可以认为恒星是有生命的。恒星死亡后,恒星周围的行星的命运是怎样的呢?
恒星会因为质量的不同分为不同的类型。不同类型的恒星最终的结局不同,有的会变成一颗白矮星,有的会发生超新星爆炸最终变成中子星,还有的则会变成黑洞。咱们就以咱们的太阳系为例子,来聊聊太阳死亡后,我们的地球和其它的行星命运会怎样?
图示:恒星生命结束最惨烈的方式超新星爆炸
太阳的未来太阳从诞生到现在已经有46亿岁了。太阳已经步入了中年时期。这个时期的太阳和中年时期的人类一样成熟而稳定。不过再过50亿年,太阳耗尽了内部核聚变反应的氢元素步入了老年期。这时期的太阳一改往日的面孔,变成了一颗可怕的红巨星。红巨星时期的太阳体积膨胀的非常大。它的半径延伸到地球轨道附近!
什么概念呢?目前太阳的半径是695500公里,而红巨星时期的太阳半径延伸到了地球轨道附近,就意味着太阳的半径达到了1.4亿公里以上,整整增加了200倍!
图示:红巨星和行星
太阳的红巨星时期将会持续大约3亿年的时间。随后太阳耗尽了最后的燃料,开始坍缩,最终变成一颗白矮星。变成白矮星的太阳,还拥有着太阳的大部分质量,但是体积只有地球一般大小,因此白矮星时期的太阳有着极高的密度,可达每立方厘米1吨。
图示;太阳最终变成一颗白矮星
最后,随着时间的流失,白矮星的太阳逐渐冷却下来,失去光芒,太阳系的一切将被冻结。
行星的命运太阳对行星影响最大的时期就是红巨星时期。在太阳还未死亡之前,水星和金星就葬身火海了。它俩被变成红巨星的太阳吞掉了。地球则很幸运,没有被太阳吞噬掉。然而地球上的生命则走到了尽头。这时期的火星会迎来了短暂的春天。火星气温变暖,或许成为人类在太阳系最后的家园。而木星和土星的一些冰卫星也会因为太阳变成红巨星而消失。美丽的土星光环也会因此消失。
图示:红巨星和行星
最终在红巨星时期存活下来的太阳系天体将会继续围绕着变成白矮星的太阳旋转着,直到永远。
太阳这类的恒星最终结局还是比较温和的。而那些质量比太阳大很多倍的恒星,它们都会以极为惨烈的方式结束自己的一生。那就是超新星爆炸。发生超新星爆炸意味着恒星和周围的行星同归于尽了。
其实行星的命运并不是确定的,而是会有很多结局。我们以太阳系为例,来看看太阳系的行星们的结局会是什么。
太阳系的命运
按照目前主流的理论星云假说,太阳起源于分子云的引力坍缩,在引力的作用下,分子云形成了恒星胚胎,由于引力作、隧穿效应、恒星核心的核聚变反应被点燃。我们要知道的是太阳的质量占据了整个太阳系的99.86%。因此,其他行星只是太阳在形成过程中留下的边角碎料,在引力的作用下逐渐形成的。
当太阳的核聚变反应被点燃之后,太阳就进入了主序星时期。在主序星时期,太阳都相对比较稳定。不过,由于核聚变反应会亏损大量的静止质量,这些亏损的静止质量其实是以能量的形式向外辐射,所以太阳整体的质量是一直在下降的,不过整个主序星时期,太阳的质量亏损不到1%(这是由核聚变反应的特点所决定的)。由于太阳是依靠自身引力和核聚变向外的压力实现动态平衡的,所以质量亏损伴随的结果是太阳对自身核聚变的控制力下降。
因此,太阳内核的核聚变反应会越来越不受控制,辐射强度会增加。同时,行星们也在以极其微小的距离远离太阳,拿金星和地球来说,这个远离的距离每年都不到5厘米。相对于它们和太阳之间的距离来说,是可以被忽略不计的。
当然,主序星临近结束时,也就是太阳内核的氢快烧完的时候, 由于辐射层隔绝了太阳的内核和对流层,这就会让太阳外部的氢无法进入到内核,氢也就 补 充不上 。
而之前太阳的核聚变主要是让氢通过核聚变反应形成氦-4。所以,此时的太阳核心主要是氦,太阳点燃氢的核聚变需要的温度是1500万度,但是点燃氦则需要达到1亿~2亿度左右。因此, 当氢烧完时,氦的核聚变反应并不能够被点燃 。
这时,太阳就会膨胀起来,但这里要注意的是,太阳是外层膨胀了起来,而内核其实是在引力的作用下开始压缩,压缩使得核心的温度开始上升,直到达到氦的核聚变反应。于是,太阳再次被点燃,此刻也就开始在烧氦,产物就是碳和氧。
在太阳变成一颗红巨星时,其实水星和金星都会被太阳外层吞没,而 地球大概会在当时太阳的大气外层的位置 ,随着氦的进一步燃烧,引力对外层的束缚能力更差,这时 地球会完全置身于太阳的大气当中 。
当氦也烧完后,太阳核心会进一步收缩,直到核心变成 白矮星 ,
此时的质量仅为初始太阳质量的80%。至于外层,还会继续扩散,成为 行星状星云 。
因此,这个时候其实对于行星的引力会大幅度锐减,还存在的火星以及意外的行星轨道都会发生大幅度的变化。至于地球,目前我们并不知道地球具体会有什么结果。
此后,白矮星“太阳”并不会在继续核聚变反应,等着慢慢凉透。不过,它还是会刮出剧烈的恒星风。至于,火星以及以外的行星,或许还绕着白矮星“太阳”继续转着。但也有了能会有以下的宿命:
加上之前被吞没的,也就是说,行星有可能有4种结局。
其他情况
当然,这是太阳系中发生的一切,实际上如果质量特别大的恒星,比如,8倍太阳质量大的恒星,一步步核聚变到铁元素时。
核心的质量还超过1.44倍的太阳质量,就会发生超新星爆炸,
如果是核心小于三倍太阳质量,就会形成一颗中子星。
如果核心大于三倍太阳质量,就会形成一个黑洞
在这种情况下,由于中子星和黑洞对于时空扭曲的能量极其强,并且超新星爆炸的范围极其广,因此,基本上在这类恒星周围的行星,下场都不会太好看。比如:II型超新星的爆发,基本上可以把周围的一切都毁了。
这个和恒星怎么个死亡法有关,以及行星距离恒星多远有关
恒星的死亡,在现今天文宇宙学里无非三种——白矮星,中子星,黑洞。
但这是恒星的稳定产物,在成为这些产物之前,恒星还要经历红巨星,超新星这样恐怖的星体。
事实上,行星的命运,也就和这样的中间产物密切相关。
下面我们来分情况讨论。
结局为白矮星的恒星行星的命运其中的白矮星是绝大部分恒星的结局,在成为白矮星之前,恒星会先膨胀为红巨星,红巨星的体积可达原来恒星的数十倍到数百倍不等。
我们的太阳就是这样的一颗恒星,在大约50亿年后,太阳在氢元素燃烧的差不多之后,会继续燃烧氦元素(氦闪),这个过程太阳的外层会膨胀,成为巨大的红巨星。
红巨星体型巨大,会把靠近恒星的行星吞噬熔化。而远离恒星的行星,比如我们太阳系的火星木星土星,就能幸免于难,逃脱红巨星的吞噬。
红巨星阶段过后,仍然可以围绕着白矮星公转。
结局为中子星或者黑洞的行星命运中子星和黑洞都是超新星爆发的产物,所以合在一起讨论不影响结论。
中子星和黑洞是大质量恒星的稳定产物,它们一般质量大于8倍太阳质量。
当超新星爆发,几秒内释放的能量比太阳倾尽一生(100亿年)产生的能量还多,围绕恒星公转的行星一般而言通通会被炸碎毁灭掉,整个类似太阳系的奥尔特云也会分崩离析。
超新星爆发后,产生的中子星或者黑洞一般再无行星绕其公转
对于有生命的星球来说,生命个体会寻找适合自己的归宿,对于没有生命的星球而言,一起都是永恒。
恒星死亡后,它所携带的行星会是什么命运?
行星之所以能够成为行星,必须要以一定的恒星作为中心,在恒星引力的束缚之下围绕着它做周期性的运行。除非受到别的大质量行星撞击、或者恒星突然消失这些几率非常小的事件影响,行星会成为漂移于宇宙空间中的流浪星球,直到重新找到新的家园。那么,按照恒星正常的发展演化规律,当恒星死亡之后,围绕它运行的那些行星的命运会怎么样呢?
恒星的整个生命历程,一般可以分为酝酿期、主序期、膨胀期和坍缩期。恒星的酝酿期,是恒星内核发生核聚变之前,所必须进行的物质积累过程。原先弥漫在宇宙空间中的星云物质,在引力扰动的作用下,逐渐发生聚集和坍缩,在缓慢提升核心区质量的同时,星云物质原先的重力势能一部分转化为内能,同时在不断摩擦和碰撞下,核心的温度也持续提升,另外,星云物质本来所具有的角动量,也被聚集以后核心区以及“星环”所继承,星云空间中会呈现若干以一个质心为中心,不断发展壮大且有众多物质围绕它旋转的恒星胚胎。
当核心区的温度和压力达到一定程度以后,即温度超过700万摄氏度、压力达到上千亿个大气压,在这样的环境下,内核中氢原子中的质子,就会有一定的几率突破原子核间库仑力的排斥,钻入另一个原子核中,与另外一个质子结合,形成氢的一种同位素-氘,从而开启了质子-质子链式反应的序幕,最终由4个氢原子聚变为1个氦原子,同时释放出中微子、伽马光子和部分能量。
恒星的主序期即是从以上反应开始激发时算起的,由于恒星的核聚变是从内核开始的,所以最外层的氢元素一直保持着其原有状态,不会激发出核聚变。在内核中,由于参与核聚变的轻物质会逐渐消耗,生成原子序数更大的新元素,当轻物质完全消耗以后,根据核心区温度和压力的不同,恒星的发展演化也会呈现出完全不同的状态。当温度和压力非常大时,完全有能力支撑新生成元素继续发生核聚变,那么恒星在出现一定程度的坍缩之后,继续通过更加剧烈的核聚变向外界释放光和热,从而生成更重的元素,所以在大质量恒星的内部,物质的分布呈现非常有规律的圈层结构,从外到内依次为氦、碳、氧等,一直到铁为止。由于铁的比结合能最高,要激发它进行核聚变,所需要输入的能量要大于释放的能量,所以核聚变的能量是亏损的,不可持续的,因此恒星内部的核聚变一旦产生了铁元素,那么就标志着大质量恒星生命即将结束。
不同质量的恒星,其内核最终的核聚变产物会有所不同,比如质量较大的恒星,最终会形成铁元素,而像太阳这样的恒星,最终产物只能到达碳和氧,如果比太阳再小的恒星,可能只会进行到氦。对于质量不同的恒星,不但最终核聚变的产物不同,而且在主序期以后的发展演化路径也不尽相同。主序期结束以后质量小于1.4倍太阳的恒星,最终会形成白矮星;大于1.4倍而小于3.2倍太阳质量的恒星,最终会坍缩成中子星;质量大于3.2倍太阳质量,可能会坍缩形成黑洞。
而恒星在形成白矮星、或中子星、或黑洞之前,都会经过一个体积明显碰撞的阶段,即红巨星时期(大质量的恒星这段时间所形成的星体体积更大,称之为红超巨星时期)。恒星在这段时期以内,体积之所以会持续膨胀,有的甚至能达到原先的100多倍,主要是恒星在主序期刚结束时,由于内核不再有核聚变产生,外层物质向内的重力则明显占据上峰,恒星一开始会发生剧烈的坍缩现象,随着挤压强度的提升、撞击摩擦的持续以及恒星物质重力势能的转化,核心区的温度和压力出现了明显的攀升,另外大量外层较轻物质的加入,又重启了核心区域更剧烈的核聚变反应,向外的辐射压明显提升,从而推动恒星物质迅速向外界扩散。在此过程中,距离恒星较近的行星和卫星,都逃脱不了被吞噬的命运。比如太阳,在30亿年之后,就会经历红巨星阶段,其边缘将逐渐扩展到近地轨道,水星和金星直接消失,地球也会变成一个火球。
对于像太阳这样的恒星,红巨星阶段之后,除了被抛洒出去的外层物质,其它物质便会发生剧烈的收缩,此后再也无法激发核聚变,仅靠电子简并压来支撑重力的坍缩,从而使最终形成的白矮星密度非常大,达到每立方厘米几吨的级别。那些在红巨星阶段没有被吞噬的行星,此时会继续伴随着白矮星运行。
对于大质量的恒星来说,其生命晚期会经历超新星爆发这个阶段,这种现象是宇宙中除了黑洞吞噬以外,感觉最为恐怖、能量释放最为集中的一个过程了。在超新星爆发之时,恒星周围所达到的温度将高达几千亿摄氏度,所释放的能量相当于恒星在主序期全部时间所释放的能量总和,这种爆发,势必会将恒星周围原先围绕着它运行的所有行星都分崩离析,这也是天文观测中,在中子星和黑洞周围,很难发现有围绕它们运行行星的主要原因。
以太阳系为例,当太阳死亡后,很自然的就会想到太阳系是否也会跟着覆灭或者重大改变?
没错,结局确实会这样,因为 单从质量角度考虑 ,太阳在经历红巨星,最后变为白矮星的过程,会损失可观的质量,因此 对于行星的轨道肯定会带来影响 ,说不定太阳系就会大变样。
我们知道, 太阳的工作原理是其内部的核聚变反应 ,太阳目前的体型都是靠其内部的辐射压与引力平衡而达到的,但核聚变的燃料总有一天会耗尽,实际上当其核心中的氢元素都用完时(变为氦元素),核心就变成了一颗“氦核”,但此时内部的温度却不足以点燃(也是核聚变)这颗氦核,因此氦核就会在引力作用下,进一步的收缩,而这个过程也同时导致了内部温度的上升,原本那些不太靠近内核部分的氢元素也得到了“点燃”的机会。
于是乎,太阳就按照内核收缩,外壳膨胀的过程一步步踏入 红巨星 的阶段,而此时太阳的体积和现在相比,已经是处于严重发胖。胖到什么程度呢? 其半径几乎已经到了地球轨道附近,对于在地球轨道内侧的水星和金星来说,已经完全被红巨星时期的太阳给吞没了 ,而地球上的日子也不好过(一说也认为地球会被完整的吞没),因此高温将会熔化地球表面的一切, 地球上的生命就不用谈了,如果在此之前还没能逃出地球,那就绝对是死路一条了。
但实际上,地球上的生命绝不会等到红巨星的半径延伸到地球轨道附近时才会死亡 ,在此之前,或者说从现在开始算, 由于太阳光度的不断提高,地球上的温度会越来越高,以至于最后连液态水都无法存在 ,这个时间点差不多是在一二十亿年后(注意:太阳的寿命还深五十亿年左右)
当红巨星的内部氦核达到点燃要求后,就会开始发生朝着碳氧元素进行聚变,最后慢慢的变为一颗碳氧混合的核心球,按照道理,因此温度压强的原因,这颗碳氧核心是无法进一步聚变的,所以就会在引力的作用下,再做收缩,但实际上对于太阳这种质量的恒星,其最后形成的碳氧核心是无法继续坍缩的。
因此根据泡利不相容原理产生的 电子简并压 ,将会代替辐射压与引力做抗衡,很幸运,这一平衡可以持续下去,因此太阳最后停留在这个阶段,被称为 白矮星 (当然了,由于其内部不产热,当热量耗尽的一天,就成了黑矮星)
而到了这个阶段,太阳系会怎么样呢?毫不夸张的说,由于成为白矮星后的太阳,也会持续不断的降温,所以太阳系内仅存的星球,是不可能诞生什么生命的,虽然这些星球或许还能绕太阳运转(没法摆脱太阳引力的束缚)。
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恒星是原始星云聚集而成的,能够成为恒星的星球,其质量都是足以引起自身引力塌缩并点燃核聚变的,而恒星的质量不同,其寿命长短以及最终的死亡方式也是各有不同。
恒星的死亡,无外乎三种方式,最终要么形成白矮星,要么形成中子星,要么就更进一步,直接形成宇宙中最恐怖的天体——黑洞。当然了这是恒星死亡之后所形成的稳定的终点,在此之前,恒星会需要经历红巨星、超新星这样的恐怖星体。宇宙中大多数恒星最终都会形成白矮星的,就比如说我们的太阳,大约在50亿年之后会先变成一颗红巨星。
红巨星体积急剧膨胀,太阳的直径最终会是现在的数十倍到数百倍不等,到那个时候,红巨星就会将太阳系内围的几个行星也一并吞没,包括水星、金星,甚至是我们赖以生存的地球,都不能幸免于难。而火星、木星、金星等太阳系外围行星,却不必担心红巨星的吞噬,等到红巨星阶段过去,太阳就会变成一颗白矮星,这个时候这几个幸存的行星还可以继续围绕着太阳公转,这对于其它将要变成的白矮星的恒星系统而言也是一样的道理。
而如果最终恒星会变成中子星甚至是黑洞的话,那么它们都是大质量恒星死亡之后的产物,它们的质量一般大于8倍太阳质量,而它们又都是超新星爆炸之后的产物。超新星作为中间产物,堪称是宇宙生命的杀手,凡是有超新星爆炸的恒星系统,其行星几乎无一幸免,巨大的能量将会在短短的一瞬间就将行星全部摧毁,等到它形成中子星或者是黑洞的时候,周围不会再有行星围绕它们公转。超新星爆炸产生的能量,甚至可以传到外星系,对外星系也造成致命打击。
恒星死亡后,它携带的行星是什么命运?
要知道这个问题首先要知道恒星的生命旅程。
基本上来说恒星分为巨大,大,中,小四类,他们都是在星云中诞生的,所有的恒星都会随着聚合反应的加剧会经历形成,稳定,坍缩,膨胀这几个过程。不同的是巨大和大型恒星会发生超新星爆炸,巨大的会形成黑洞,大型的会形成中子星。中子星会继续发光数十亿年并最终熄灭,而黑洞的寿命我们目前不得而知。而中型小型恒星则会在膨胀后再次收缩成为白矮星或者褐矮星,它们的寿命也很长,但最终也会熄灭。
在膨胀和爆炸的过程中恒星会毁灭周边绝大多数行星,少数距离非常远的行星未受波及也会随着恒星爆炸的威力或者引力的减弱被抛向宇宙深空,最终形成永久冰封的孤儿行星。
其实孤儿行星或者孤儿恒星在宇宙中非常常见,都是由古老星系或者恒星爆炸而形成的。
先简单说出答案,当恒星死亡后,其周边行星的命运基本有两中,一种是被恒星吞噬掉,另一种是被恒星爆炸时的冲击波扔到宇宙中,称为流浪行星。
下面具体说下恒星的命运。
我们通常说的恒星一般指的是主序星,就像我们的太阳,正是壮年时期,也是出于主序星时期。这个时期的恒星依靠核心氢聚变产生的能量,与自身的引力形成平衡,因此,可以保持一定时期的稳定性,也可以保证周围小天体的稳定性。
这个时期的长短与恒星的质量有关,太阳的主序星时期大概是100亿年,比太阳质量小的会有2,3百亿年甚至更久,而大于太阳质量的可能只有几亿年甚至更短的寿命。
当恒星主序星时期的结束时,由于内部产生了新的聚变反应,氢元素消耗的差不多了,因此开始了更重元素的聚变。这时平衡就被打破,在短短数千万年的时间中,恒星会膨胀称为红巨星。
这时,距离较近的行星就会被恒星吸入腹中,成为恒星的一部分。例如太阳,当其变为红巨星后,水星肯定是被吸收了。金星也很可能难以自保。
红巨星时期并不长久,也就维持个千万年左右,也是与质量相关的。
随后便发生了爆炸,恒星级的爆炸在宇宙中可能算不上什么,但是对于周围的小天体,则是一场灾难。巨大的冲击力将恒星外层的物质抛射到太空中,可形成几光年到十几光年大小的星云物质。而行星更是被巨大的冲击力抛入寒冷的宇宙中,称为永久的流浪行星。
像木星,土星这样的行星,表面的大气层将被吹散,只剩下固态的核心,从此远离太阳,远离恒星。如果幸运的话,数十亿年后可能被其他恒星捕获。如果遇不到的话,就会永远在寒冷的宇宙中流浪下去。
我们可以确认,在宇宙诞生的一百多亿年中,宇宙空间中应该有大量的行星天体,甚至在星系之间的宇宙空间中,可能也存在很多流浪天体。由于不发光,所以无法观测到但他们确实存在于无尽的
恒星的死亡一般意味着整个系统的崩溃,行星作为其中的一员自然难逃悲惨命运,因此有人说行星的寿命跟恒星的寿命相当,在某种意义上确实如此
在茫茫宇宙之中一片原始星云快速旋转,中心物质聚集密度较大,随着时间的推移不断的有物质聚集而来,最终一颗新的恒星诞生。而剩余的物质依旧绕着中心旋转,一些物质聚集之处也就成了形成行星最初的“星子”,最终一个恒星系诞生。例如太阳系内太阳为核心,在之外是八大行星,此外还有柯伊伯带和奥尔特云的存在。太阳死亡变成白矮星后,整个系统都将重新洗牌。
恒星内核处不断的进行着核聚变,最终有偃旗息鼓的那一天,恒星的生命终结,根据质量的不同有三条路:白矮星、中子星、黑洞。例如类似于我们太阳质量的恒星,核聚变结束后就将变成白矮星,在此之前太阳会经历氦闪(高能量的短时爆发),四颗岩质行星都将瞬间被汽化,四颗气态巨行星被推离原轨道。即使没有这一步,那么太阳在进入红巨星时代后它的外边缘也将达到火星轨道的位置,届时地球也会被吞进太阳“肚子”。
那么如果恒星质量很大最终的结果可能就是中子星或者黑洞了,那么经过超新星爆炸的洗礼比氦闪的规模大的多,几乎大部分的物质会以光速十分之一左右的速度向外飞去,行星几乎全烟消云散了。即使某些漏网之鱼的行星,最终也会被变成黑洞的母星所吞噬,因为黑洞甚至会吞噬自己的伴星。
所以说未来等待的人类的机会还有三十亿年左右,无论是带着地球去流浪还是星际飞船寻找新的家园,时间上都是足以的。
谁能描述一下一颗恒星的成长阶段,状态,寿命,以及各个阶段的相同点和不同点,还有黑洞形成原理。
星云:恒星从星云中诞生,星际气云在引力作用下逐渐收缩并相互挤压,不断产生越来越多的热量。而位于中心很小一片区域内的气体云,在重力的强大挤压下,形成了一个具有高密度和温度的球体,也就是原始的恒星星胚。引力作用持续而强烈,气体和灰尘颗粒被不断吸入并相互挤压,产生了越来越多的热量,在未来数十万年的时间里,年轻的恒星将变得更小,并变得更亮,更热。核心区域的温度,将逐渐达到1500万摄氏度。当核心温度达到1500万摄氏度时,恒星内核的氢原子开始融合,产生聚变反应。这时,一颗恒星就完全诞生了。
主序星:当一颗恒星诞生后,就进入了主序星阶段。恒星的主要成分是由氢组成的,主序星既是正在进行氢聚变的恒星。一个处于氢聚变过程中的恒星,散发的能量比较均匀稳定。由于此时它内核的温度只有1500万度,无法达到其它元素(例如氢聚变生成的氦)的聚变条件,所以主序星阶段只有氢在进行燃烧。一个恒星的主序星阶段长短不一,最小的恒星因为燃烧速率很慢,主序星阶段可以持续数万亿年,而那些超大质量恒星,主序星阶段甚至只有100到300万年。太阳的主序星阶段可以持续90亿年以上。
————————————————————晚年期———————————————————
矮竭星:当氢聚变结束时,恒星的整体结构会向内猛然塌缩,产生比核聚变更大的能量和热量。由于氢聚变的点火条件只有1500万度,而氦聚变点火条件要在7000万度以上,一些恒星在氢聚变熄灭后塌缩,但由于质量太小,塌缩挤压后产生的热量不足以使内核升温到7000万度以上。氦聚变无法点火,恒星的生命会就此终结,成为一个由氦气组成的巨大星球,并逐渐散尽自己全部的热量。永远停留在宇宙中。由于这样最小的恒星生命周期有数万亿年,而宇宙生命只有130多亿年,所以这样的星体只在理论中存在,现在的宇宙是找不到这样的星体的。
红巨星:一些质量更大的恒星,例如太阳这样的恒星。当氢聚变结束后,太阳的整体结构在引力作用下向内塌缩并猛烈挤压,迅速使太阳内核的温度从1500万度飙升至7000万度以上,此时氦聚变会猛然爆发,就像我们把一个火药桶持续加热到爆炸为止。氦聚变以远高于氢聚变的速率迅速燃烧,太阳每秒只燃烧6亿多吨氢燃料,但到了氦聚变阶段,每秒将燃烧数十亿吨氦燃料。氦聚变的快速反应将使得太阳内核达到一亿吨的高温。气体在温度变化时会有热胀冷缩反应,我们的太阳也不例外,当太阳内部的温度飙升了十倍时,我们的太阳也会因此不断膨胀。它的体积将因此膨胀100万倍,吞噬地球,直至吞没火星轨道。氦聚变的产物,碳元素会继续在重力作用下沉入太阳的内核。直至所有的氦燃料全部耗尽,太阳将再次塌缩,但由于太阳自身质量,无法引发比氦元素更重的碳元素的核聚变。因此它将持续塌缩,直至成为一颗与地球大小相当,但密度是地球100万倍的白矮星。并最终散尽自己全部的热量,成为一颗不发光的黑矮星,散尽全部热量的过程需要花费数百亿年,因此黑矮星现阶段也只存在于理论中。
红超巨星:像太阳这样的恒星,一旦聚变到碳元素时,由于自身质量不够,恒星的生命就戛然而止了。但如果是质量更大的恒星,就能继续聚变碳元素。一般一个大于太阳质量8倍的恒星,就能将核聚变一往无前,其内部可以产生数十亿度的高温,不断的进行着不可思议的核聚变。它们会将碳聚变成氧,并将氧与氦聚变成氖、硅等我们化学元素周期表上常见的其它元素。只要是我们化学周期表内,排在铁之前的所有元素,那都是恒星将碳继续聚变而来的产物。恒星会一直燃烧,直至自己寿命的重点。
————————————————————毁灭期———————————————————
大质量恒星会一直燃烧,将氢聚变成氦,氦聚变成碳,碳聚变成氧气——但在这个过程中,恒星变得越来越不稳定了,由于参与聚变的元素越重,聚变提供的能量就越少。而庞大的恒星生命,又需要大量的能量来维持。当聚变到铁元素时,摇摇欲坠的恒星将遭受最致命的打击——
铁原子的结构非常稳定,它的相对原子质量是最低的。因此要想让铁原子发射核聚变不仅不产生能量,反而还要吸收能量。恒星内部数十亿度的高温也无法达到铁原子的聚变点火条件,因为它吸收不到足够的能量,无法进行核聚变。换句话说。即便铁发射了核聚变,也不会释放能量来维持恒星的生命。因此铁不断夺取恒星的能量,夺取恒星生命赖以维持的能量。到这一刻起,试图压扁恒星的引力,与企图撕裂恒星的核聚变之间的战争宣告结束,随着铁元素的出现,核聚变已经穷途末路,引力赢得了最终的胜利。
超新星:原子之间的斥力是由电子决定的,但这斥力不是无限的。由于没有了核聚变的力量来帮助电子斥力来对抗引力压缩。随着不参与核聚变的铁质内核的质量持续增加太阳的1.44倍时,铁原子的电子之间的斥力(电子简并)终将因为支撑不住整个恒星的重力而轰然倒塌。铁元素组成的内核最终将崩塌——铁原子在内核中被紧紧挤压到了一起,巨大的引力塌缩将电子都挤压进了原子核内。电子与原子核内的质子中和成中子,释放出巨大的能量。与此同时,恒星的整体结构向内塌缩,它们的塌缩速度可以达到每秒10万公里,恒星猛然塌缩,致使恒星整体结构的温度迅速飙升,触发恒星外部结构发生大量非常规的核聚变反应。恒星整体结构发生剧烈爆炸,形成超新星。仅在短短几秒钟的时间里,超新星就能释放出巨大的能量,比太阳100亿年的能量总和还要大。爆炸之后,超新星只剩下一个残留的中子星残骸。
超超新星:当比太阳重8倍的恒星燃料耗尽时,它们会在重力的挤压下发生爆炸,形成超新星。科学家们发现,有些恒星更为庞大,这些超巨星比太阳还重100倍,它们死亡时,引发了宇宙中最剧烈的爆炸,形成了超超新星。黑洞就是这么诞生的——
我们以大犬座VY超巨星为例,它是人类已知的最大恒星,直径为30亿公里。像所有恒星一样,它就像一个不断喷发能量的核聚变反应堆,与此同时,它的强大引力向内挤压。几百万年以来,核聚变与引力互相抗衡。当恒星的燃料耗尽(产生铁元素),核聚变也随之停止,引力赢得了最后的胜利—— 1毫秒后,恒星的铁质内核崩塌并被挤压成原体积的几分之一,一个婴儿黑洞诞生了!
恒星当恒星的内核产生铁元素时,恒星就会在几秒钟内土崩瓦解,爆炸成为超新星。当这些超大质量恒星聚变出铁质内核后,铁的内核就迅速崩塌成中子星,但由于恒星从内核崩塌到成为超新星有几秒钟的延迟。当铁质内核成为中子星后,恒星整体结构还没有任何反应,它继续不断将大量的碳和氧聚变成铁元素。电子之间的斥力(被称作电子简并)早已崩溃,随着内核中子星质量的不断增加,原子简并也将无法支撑重力。
时间不断流逝,恒星对内核的崩塌仍然没有做出反应,它仍然在不断聚变铁元素,并将其向中子星挤压。这一个过程太漫长了,当中子星承受的重力达到数倍于太阳质量的重力时,中子星之间的原子结构也轰然倒塌。中子星整体的结构向内塌缩,最终形成了黑洞。这一过程只需要不到一毫秒(千分之一秒)的时间。
黑洞在恒星的内核但是,并迅速吞噬恒星内核的其它部分。仅仅几毫秒的时间,恒星的内核就会被全部吞噬。恒星的整体结构以超乎想象的速度向内塌缩,引发了宇宙中最强的爆炸。一秒钟的时间里,超超新星释放的能量比太阳产生的所有能量还多100倍。爆炸摧毁了恒星的所有结构,黑洞得以在恒星的残骸中显现出来。
从星云,到初生的恒星,再经历晚年,最终步入死亡,留下中子星或者黑洞的尸骸,这就是恒星的一生。
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