元素挖礦星球爆炸的條件是
⑴ 為什麼有的恆星在即將滅亡時會爆炸
只有大質量恆星會這樣。叫「超新星爆發」。
超新星爆發是某些恆星在演化接近末期時經歷的一種劇烈爆炸。這種爆炸度極其明亮,過程中所突發電磁輻射經常能夠照亮其所在的整個星系,並可持續幾周至幾個月(一般最多是兩個月)才會逐漸衰減變為不可見。在這段期間內一顆超新星所輻射的能量可以與太陽在其一生中輻射能量的總和相媲美。
恆星通過爆炸會將其大部分甚至幾乎所有物質以可高至十分之一光速的速度向外拋散,並向周圍的星際物質輻射激波。這種激波會導致形成一個膨脹的氣體和塵埃構成的殼狀結構,這被稱作超新星遺跡。如著名的「蟹狀星雲」,就是在1054年一顆超新星爆發中形成的。
蟹狀星雲
恆星是以核聚變反應產生的向外的輻射壓與恆星本身質量產生的向內的引力相等,來維持恆星的穩定的。恆星演化至晚期時,其內核都會收縮,外層都會膨脹,成為紅巨星。
當大質量恆星形成紅巨星時,同樣是內核收縮,外層氣體膨脹,成為比紅巨星更為龐大的紅超巨星。大質量恆星的內核的主要成分是鐵。由於鐵的質量遠大於碳,因而引力比碳核要大得多,引力也大得多。當中心的鐵足夠多,且鐵核以外的輕一些的氧、氖、碳、鈉等元素的數量及溫度已不足以維持繼續聚變為鐵時,這顆恆星的核反應就停止了。沒有了核反應,就沒有了抵抗物質向內壓縮的輻射壓,恆星物質就會以極高的速度向著恆星的鐵核集聚而來。在接近鐵核時,下落的速度甚至接近光速。但鐵核是無比堅硬的,這些物質撞擊到鐵核時,等於是撞到了一堵無比堅硬的牆,於是,恆星物質就會以幾乎相同的速度反向沖出恆星,形成無比劇烈的內爆。這個過程叫「鐵芯災變」。沖出恆星的物質溫度極高,沖出的速度又極快,其光度在數小時到數天內可以增加數十萬倍,就形成了超新星爆發。
在恆星物質向外極速擴散的同時,撞擊鐵核時帶給鐵核的能量,又使鐵發生進一步的聚變,生成在恆星條件下無法生成的重元素,如鈷、鎳、銅、鉑、銀、金等,一直到鈾、釷。其中的一部分會隨著沖出的物質擴散到宇宙空間,成為形成其他星球的原料。我們地球上比鐵重的元素就是這么來的。
如果超新星爆發後,中心剩餘的質量大於3.2倍的太陽質量,在收縮時,引力就會大到連中子都會被壓碎,密度會繼續增加,體積在超強的引力作用下繼續收縮,直到恆星核的表面脫離速度(類似於地球的第一宇宙速度)達到光速,它發出的光就會被它自己的引力拉回去而無法發射出來,外面的物質和輻射也會被它的引力吸引而落入其中,這顆恆星的核心就突然看不到了,只能感受到它的引力。這種天體就是「黑洞」。
所以,大質量恆星在即將滅亡時,肯定是會爆炸的。由於絕大多數的超鐵重元素就是在超新星爆發中形成的,如果沒有超新星爆發,就不會有地球,也不會有我們自己。
⑵ 為什麼星體死亡時會爆炸
當星球離人類太遠的時候,天文學家就無法看清它。盡管美國宇航船一直不懈的努力,科學家想知道其它星球是否還有生命,更想知道是否有類似人類的生命,其實人類是看不見的,人類不具備這種能力。
人類要想看到宇宙中其它星球的變化,只能等待那些星球自己靠近地球。
這一天終於來了!
牛津大學天文學家史卡溫斯基表示:「我們用前所未見的詳細方式,親眼見證到距地球約十億光年的銀河系中一顆巨大星球狂亂的死亡過程。」
在這以前,科學家只能看到恆星爆炸後,在銀河系中留下的余暉,僅此而已,無法確切知道究竟是哪顆星在爆炸在死亡。但是,這個新聞告訴我們,人類已經可以目睹具體是哪顆恆星死亡,並且看到其在死亡前最後掙扎所迸發出的閃光。
離的越近,看的越清晰,這是常識。天文學家史卡溫斯基的報告透露了這樣一個信息:從這一天開始,宇宙中越來越多的奧秘將向人類展現。
史卡溫斯基表示,這些閃光在星球爆炸前數小時開始,科學家利用震波在星球內的走向,可以知道星球的大小,及它在最後一段時間里是怎麼回事。發光的時間愈長,表示星球愈大。
這是一顆比太陽還大五十倍的超級巨星,在它的核心崩塌、遭受巨大的能量波沖擊而爆炸之後,被完全摧毀。負責這項研究的史卡溫斯基說,他們在這顆巨星的震波不斷傳到星球表面,且開始爆炸時鎖定目標。
據美國太空網(space.com)報導,一個天文學研究小組自去年12月就開始用史隆數字天文探測器(Sloan Digital Sky Survey)觀察到劇烈而罕見的天體變化。研究說,在遙遠星系,一個在「死亡軌道」上圍繞巨大中央黑洞運行的恆星正在被這個看不見的龐然大物撕裂,在被吞噬之前這個星體發出最後的「尖叫」:一束巨大的光線在廣袤的星系中產生「迴音」。
這項研究發表在今年5月的天體物理雜志通訊(Astrophysical Journal Letters)上。
該項目小組的負責人、麥克斯-普朗克研究所的斯黛芬尼-科莫莎(Stefanie Komossa)表示,他們仍然在密切監控這束光的「迴音」,這是有史以來科學家第一次如此詳細地觀測到這樣的現象,他們並藉此來探測星系的不同區域。
「第一次」利用聲波測到死亡軌道恆星被黑洞撕裂發出的「尖叫」,「首次」在一顆垂死的恆星爆炸前,觀察到它迸放出最後一道光芒。
其它星球在發生著巨變,不止是爆炸毀滅,還有誕生的新星和從新的組合。地球不也是宇宙中、銀河系中的一個星球嗎?人類不也在其中嗎?那麼宇宙的爆炸和重組、毀滅和新生不正在用重錘震醒沉睡的人,讓人類選擇自己的未來嗎?
⑶ acgn作品「游戲人生」中「空」將庫侖力消去後為什麼會發生星球爆炸
原文是:——行星中心核……鐵原子的核心。
那是在原子互相吸引的「核子力」,遭遇比它更強大的抵抗力「庫侖力」時發生。
本來是只有在超大型行星死亡,因重力崩壞才會引發的天文現象。
現在卻由於庫侖力的『消失』,小行星瞬間開始產生核融合。
因此發生的現象,在空他們的世界這么稱呼:
那是鐵的光線崩壞所造成的伽瑪暴,又稱之為——
足以蒸發數光年外星系的『極超新星爆炸』。
我的猜想是,鐵原子之間有相吸的核子力,也有相斥的庫侖力,加減得零,但如果其中庫侖力消失,鐵原子就靠近並融合產生核反應,也許類似於核爆吧,全是我瞎猜的,我不知道對不對。
⑷ 為什麼有的星球沒有被撞擊就會爆炸呢
行星爆炸一般是受到(足夠)大質量天體的撞擊。恆星爆炸(即「超新星爆發」)是受條件限制的,這個條件就是質量。大質量恆星在燃盡自身「燃料」前,其內部的壓力已經不足以平衡自身的引力作用而發生劇烈的「坍縮」,同時會將自身的一部分質量拋射到星際空間,同時一部分質量以能量的方式被釋放出來。這就是恆星的爆炸——超新星爆發。
⑸ 讓宇宙大爆炸發生的元素和物質是怎麼來的誰給它爆炸的條件,跑出來爆炸的東西是怎麼來的,元素是怎麼產
宇宙大爆炸(Big Bang)僅僅是一種學說,是根據天文觀測研究後得到的一種設想。
大約在50億年前,宇宙所有的物質都高度密集在一點,有著極高的溫度,因而發生了巨大的爆炸。大爆炸以後,物質開始向外大膨脹,就形成了今天我們看到的宇宙。大爆炸的整個過程是復雜的,現在只能從理論研究的基礎上描繪過去遠古的宇宙發展史。在這150億年中先後誕生了星系團、星系、我們的銀河系、恆星、太陽系、行星、衛星等。現在我們看見的和看不見的一切天體和宇宙物質,形成了當今的宇宙形態,人類就是在這一宇宙演變中誕生的。
人們是怎樣能推測出曾經可能有過宇宙大爆炸呢?這就要依賴天文學的觀測和研究。我們的太陽只是銀河系中的一兩千億個恆星中的一個。像我們銀河系同類的恆星系 —— 河外星系還有千千萬萬。從觀測中發現了那些遙遠的星系都在遠離我們而去,離我們越遠的星系,飛奔的速度越快,因而形成了膨脹的宇宙。
對此,人們開始反思,如果把這些向四面八方遠離中的星系運動倒過來看,它們可能當初是從同一源頭發射出去的,是不是在宇宙之初發生過一次難以想像的宇宙大爆炸呢?後來又觀測到了充滿宇宙的微波背景輻射,就是說大約在150億年前宇宙大爆炸所產生的餘波雖然是微弱的但確實存在。這一發現對宇宙大爆炸是個有力的支持。
宇宙大爆炸的觀點:
1932年勒梅特首次提出了現代宇宙大爆炸理論:整個宇宙最初聚集在一個「原始原子」中,後來發生了大爆炸,碎片向四面八方散開,形成了我們的宇宙。美籍俄國天體物理學家伽莫夫第一次將廣義相對論融入到宇宙理論中,提出了熱大爆炸宇宙學模型:宇宙開始於高溫、高密度的原始物質,最初的溫度超過幾十億度,隨著溫度的繼續下降,宇宙開始膨脹。
1965年,彭齊亞斯和威爾遜發現了宇宙背景輻射,後來他們證實宇宙背景輻射是宇宙大爆炸時留下的遺跡,從而為宇宙大爆炸理論提供了重要的依據。他們也因此獲1978年諾貝爾物理學獎。
20世紀科學的智慧和毅力在霍金的身上得到了集中的體現。他對於宇宙起源後10-43秒以來的宇宙演化圖景作了清晰的闡釋.
宇宙的起源:最初是比原子還要小的奇點,然後是大爆炸,通過大爆炸的能量形成了一些基本粒子,這些粒子在能量的作用下,逐漸形成了宇宙中的各種物質。至此,大爆炸宇宙模型成為最有說服力的宇宙圖景理論。然而,至今宇宙大爆炸理論仍然缺乏大量實驗的支持,而且我們尚不知曉宇宙開始爆炸和爆炸前的圖景。
宇宙大爆炸理論:大爆炸理論
大爆炸理論是關於宇宙形成的最有影響的一種學說,英文說法為Big Bang,也稱為大爆炸宇宙論。大爆炸理論誕生於20世紀20年代,在40年代得到補充和發展,但一直寂寂無聞。直到50年代,人們才開始廣泛注意這個理論。
大爆炸理論的主要觀點是認為我們的宇宙曾有一段從熱到冷的演化史。在這個時期里,宇宙體系並不是靜止的,而是在不斷地膨脹,使物質密度從密到稀地演化。這一從熱到冷、從密到稀的過程如同一次規模巨大的爆發。根據大爆炸宇宙學的觀點,大爆炸的整個過程是:在宇宙的早期,溫度極高,在100億度以上。物質密度也相當大,整個宇宙體系達到平衡。宇宙間只有中子、質子、電子、光子和中微子等一些基本粒子形態的物質。但是因為整個體系在不斷膨脹,結果溫度很快下降。當溫度降到10億度左右時,中子開始失去自由存在的條件,它要麼發生衰變,要麼與質子結合成重氫、氦等元素;化學元素就是從這一時期開始形成的。溫度進一步下降到100萬度後,早期形成化學元素的過程結束(見元素合成理論)。宇宙間的物質主要是質子、電子、光子和一些比較輕的原子核。當溫度降到幾千度時,輻射減退,宇宙間主要是氣態物質,氣體逐漸凝聚成氣雲,再進一步形成各種各樣的恆星體系,成為我們今天看到的宇宙。
大爆炸模型能統一地說明以下幾個觀測事實:
a)理論主張所有恆星都是在溫度下降後產生的,因而任何天體的年齡都應比自溫度下降至今天這一段時間為短,即應小於200億年。各種天體年齡的測量證明了這一點。
b)觀測到河外天體有系統性的譜線紅移,而且紅移與距離大體成正比。如果用多普勒效應來解釋,那麼紅移就是宇宙膨脹的反映。
c)在各種不同天體上,氦豐度相當大,而且大都是30%。用恆星核反應機制不足以說明為什麼有如此多的氦。而根據大爆炸理論,早期溫度很高,產生氦的效率也很高,則可以說明這一事實。
d)根據宇宙膨脹速度以及氦豐度等,可以具體計算宇宙每一歷史時期的溫度。
按照大爆炸理論,宇宙是150億年前從一個極小的點誕生的,從那裡誕生了時間和空間、質量和能量,從而由物質小微粒聚集成大團的物質,最終形成星系、恆星和行星等。在大爆炸發生前,宇宙中沒有物質,沒有能量,甚至沒有生命。
但是,大爆炸理論無法回答現在的宇宙在大爆炸發生之前到底是什麼樣,或者說發生這次大爆炸的原因是什麼?按照大爆炸理論,宇宙沒有開端。它只是一個循環不斷的過程,從大爆炸到黑洞的周而復始,便是宇宙創生與毀滅並再創生的過程。
這只是一個設想,並不是一個完美的理論。
大爆炸理論雖然並不成熟,但是仍然是主流的宇宙形成理論的關鍵就在於目前有一些證據支持大爆炸理論,比較傳統的證據如下所示:
a)紅位移
從地球的任何方向看去,遙遠的星系都在離開我們而去,故可以推出宇宙在膨脹,且離我們越遠的星系,遠離的速度越快。
b)哈勃定律
哈勃定律就是一個關於星系之間相互遠離速度和距離的確定的關系式。仍然是說明宇宙的運動和膨脹。
V=H×D
其中,V(Km/sec)是遠離速度;H(Km/sec/Mpc)是哈勃常數,為50;D(Mpc)是星系距離。1Mpc=3.26百萬光年。
c)氫與氦的豐存度
由模型預測出氫佔25%,氦佔75%,已經由試驗證實。
d)微量元素的豐存度
對這些微量元素,在模型中所推測的豐存度與實測的相同。
e)3K的宇宙背景輻射
根據大爆炸學說,宇宙因膨脹而冷卻,現今的宇宙中仍然應該存在當時產生的輻射余燼,1965年,3K的背景輻射被測得。
f)背景輻射的微量不均勻
證明宇宙最初的狀態並不均勻,所以才有現在的宇宙和現在星系和星團的產生。
g)宇宙大爆炸理論的新證據
在2000年12月份的英國《自然》雜志上,科學家們稱他們又發現了新的證據,可以用來證實宇宙大爆炸理論。
長期以來,一直有一種理論認為宇宙最初是一個質量極大,體積極小,溫度極高的點,然後這個點發生了爆炸,隨著體積的膨脹,溫度不斷降低。至今,宇宙中還有大爆炸初期殘留的稱為「宇宙背景輻射」的宇宙射線。
科學家們在分析了宇宙中一個遙遠的氣體雲在數十億年前從一個類星體中吸收的光線後發現,其溫度確實比現在的宇宙溫度要高。他們發現,背景溫度約為-263. 89攝氏度,比現在測量的-273.33的宇宙溫度要高。
雖然已有上述證據存在,但是宇宙是否起源於大爆炸學說,仍然缺乏足夠多的令人信服的證據。
宇宙大爆炸理論是現代宇宙學的一個主要流派,它能較滿意地解釋宇宙學的一些根本問題。宇宙大爆炸理論雖然在20世紀40年代才提出,但20年代以來就有了萌芽。20年代時,若干天文學者均觀測到,許多河外星系的光譜線與地球上同種元素的譜線相比,都有波長變化,即紅移現象。
到了1929年,美國天文學家哈勃總結出星系譜線紅移星與星系同地球之間的距離成正比的規律。他在理論中指出:如果認為譜線紅移是多普勒效果的結果,則意味著河外星系都在離開我們向遠方退行,而且距離越遠的星系遠離我們的速度越快。這正是一幅宇宙膨脹的圖像。
40年代美國天體物理學家伽莫夫等人正式提出了宇宙大爆炸理論。該理論認為,宇宙在遙遠的過去曾處於一種極度高溫和極大密度的狀態,這種狀態被形象地稱為「原始火球」。以後,火球爆炸,宇宙就開始膨脹,物質密度逐漸變稀,溫度也逐漸降低,直到今天的狀態。這個理論能自然地說明河外天體的譜線紅移現象,也能圓滿地解釋許多天體物理學問題。1964年美國人彭齊亞斯和威爾遜又發現了宇宙大爆炸理論的新的有力證據。
該理論作為一門發展中的理論,雖然得到了絕大多數科學家的認同,但仍有一些解釋不了的問題,需要進一步完善其理論體系。
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回答者:環境藝術網路 - 初入江湖 三級 4-6 13:13
你問了好多」是這樣嗎」但是我可以告訴你太陽不是宇宙的中心!
回答者:四夕小子 - 初學弟子 一級 4-6 13:13
就現在的理論來說
宇宙來源於一次大爆炸,爆炸之前的情況還無法推測,只能猜測其既沒有空間也沒有時間為只存在1個奇點,大爆炸指的就是這個奇點的大爆炸。
該奇點是一個密度趨於無窮大的點體積趨向無窮大,理論上來說應該包含的現在宇宙中的所有物質。
該奇點爆炸的原因還未明了。
大爆炸後奇點中所包含的物質隨著空間的擴張、時間的經過以及溫度的冷卻開始重新組合,最終形成了組成現在這個宇宙的各種微粒(誇克、膠子然後是中子、質子再是原子、分子)
要想知道更多的知識我建議你去看看霍金的《時間簡史》 和 《果殼里的宇宙》
回答者:奇點天遇 - 魔法師 四級 4-6 13:52
其實可以說太陽是宇宙中心。為什麼呢?
宇宙起源於大爆炸,這是比較公認的說法。大爆炸起源於一點。如果將時間倒推到大爆炸時期,宇宙中所有的物質都集中於無窮小的一個點上,此時,可以說宇宙的每一個點都是宇宙的中心,只是那時太陽還沒有誕生罷了
⑹ 宇宙大爆炸是如何產生星球的
宇宙大爆炸(Big Bang)僅僅是一種學說,是根據天文觀測研究後得到的一種設想。 大約在150億年前,宇宙所有的物質都高度密集在一點,有著極高的溫度,因而發生了巨大的爆炸。大爆炸以後,物質開始向外大膨脹,就形成了今天我們看到的宇宙。大爆炸的整個過程是復雜的,現在只能從理論研究的基礎上,描繪過去遠古的宇宙發展史。在這150億年中先後誕生了星系團、星系、我們的銀河系、恆星、太陽系、行星、衛星等。現在我們看見的和看不見的一切天體和宇宙物質,形成了當今的宇宙形態,人類就是在這一宇宙演變中誕生的。
[編輯本段]【觀點提出過程】
人們是怎樣能推測出曾經可能有過宇宙大爆炸呢?這就要依賴天文學的觀測和研究。我們的太陽只是銀河系中的一兩千億個恆星中的一個。像我們銀河系同類的恆星系 —— 河外星系還有千千萬萬。從觀測中發現了那些遙遠的星系都在遠離我們而去,離我們越遠的星系,飛奔的速度越快,因而形成了膨脹的宇宙。
對此,人們開始反思,如果把這些向四面八方遠離中的星系運動倒過來看,它們可能當初是從同一源頭發射出去的,是不是在宇宙之初發生過一次難以想像的宇宙大爆炸呢?後來又觀測到了充滿宇宙的微波背景輻射,就是說大約在137億年前宇宙大爆炸所產生的餘波雖然是微弱的但確實存在。這一發現對宇宙大爆炸是個有力的支持。
宇宙大爆炸理論是現代宇宙學的一個主要流派,它能較滿意地解釋宇宙中的一些根本問題。宇宙大爆炸理論雖然在20世紀40年代才提出,但20年代以來就有了萌芽。20年代時,若干天文學者均觀測到,許多河外星系的光譜線與地球上同種元素的譜線相比,都有波長變化,即紅移現象。
到了1929年,美國天文學家哈勃總結出星系譜線紅移星與星系同地球之間的距離成正比的規律。他在理論中指出:如果認為譜線紅移是多普勒效應的結果,則意味著河外星系都在離開我們向遠方退行,而且距離越遠的星系遠離我們的速度越快。這正是一幅宇宙膨脹的圖像。
1932年勒梅特首次提出了現代宇宙大爆炸理論:整個宇宙最初聚集在一個「原始原子」中,後來發生了大爆炸,碎片向四面八方散開,形成了我們的宇宙。美籍俄國天體物理學家伽莫夫第一次將廣義相對論融入到宇宙理論中,提出了熱大爆炸宇宙學模型:宇宙開始於高溫、高密度的原始物質,最初的溫度超過幾十億度,隨著溫度的繼續下降,宇宙開始膨脹。
大爆炸理論是關於宇宙形成的最有影響的一種學說,大爆炸理論誕生於20世紀20年代,在40年代得到補充和發展,但一直寂寂無聞。 40年代美國天體物理學家伽莫夫等人正式提出了宇宙大爆炸理論。該理論認為,宇宙在遙遠的過去曾處於一種極度高溫和極大密度的狀態,這種狀態被形象地稱為「原始火球」。所謂原始火球也就是一個無限小的點,現在的宇宙仍會繼續膨脹,也就是無限大,有可能宇宙爆炸的能量散發到極限的時候,宇宙又會變成一個原始火焰即無限小的點以後,火球爆炸,宇宙就開始膨脹,物質密度逐漸變稀,溫度也逐漸降低,直到今天的狀態。這個理論能自然地說明河外天體的譜線紅移現象,也能圓滿地解釋許多天體物理學問題。直到50年代,人們才開始廣泛注意這個理論。
60年代,彭齊亞斯和威爾遜發現了宇宙大爆炸理論的新的有力證據,他們發現了宇宙背景輻射,後來他們證實宇宙背景輻射是宇宙大爆炸時留下的遺跡,從而為宇宙大爆炸理論提供了重要的依據。他們在測定銀暈氣體射電強度時,在7.35cm波長上,意外探測到一種微波雜訊,無論天線轉向何方,無論白天黑夜,春夏秋冬,這種神秘的雜訊都持續和穩定。相當於三K攝氏度的黑體發出的輻射。這一發現使天文學家們異常興奮,他們早就估計到當年大爆炸後,今天總會留下點什麼,每一個階段的平衡狀態,都應該有一個對應的等效溫度,作為時間前進的嘀嗒聲。彭齊亞斯和威爾遜也因此獲1978年諾貝爾物理學獎。
20世紀科學的智慧和毅力在霍金的身上得到了集中的體現。他對於宇宙起源後10 ~ 43秒以來的宇宙演化圖景作了清晰的闡釋. 宇宙的起源:最初是比原子還要小的奇點,然後是大爆炸,通過大爆炸的能量形成了一些基本粒子,這些粒子在能量的作用下,逐漸形成了宇宙中的各種物質。至此,大爆炸宇宙模型成為最有說服力的宇宙圖景理論。然而,至今宇宙大爆炸理論仍然缺乏大量實驗的支持,而且我們尚不知曉宇宙開始爆炸和爆炸前的圖景。
[編輯本段]【理論觀點】
大爆炸理論的主要觀點是認為我們的宇宙曾有一段從熱到冷的演化史。在這個時期里,宇宙體系並不是靜止的,而是在不斷地膨脹,使物質密度從密到稀地演化。這一從熱到冷、從密到稀的過程如同一次規模巨大的爆發。根據大爆炸宇宙學的觀點,大爆炸的整個過程是:在宇宙的早期,溫度極高,在100億度以上。物質密度也相當大,整個宇宙體系達到平衡。宇宙間只有中子、質子、電子、光子和中微子等一些基本粒子形態的物質。但是因為整個體系在不斷膨脹,結果溫度很快下降。當溫度降到10億度左右時,中子開始失去自由存在的條件,它要麼發生衰變,要麼與質子結合成重氫、氦等元素;化學元素就是從這一時期開始形成的。溫度進一步下降到100萬度後,早期形成化學元素的過程結束(見元素合成理論)。宇宙間的物質主要是質子、電子、光子和一些比較輕的原子核。當溫度降到幾千度時,輻射減退,宇宙間主要是氣態物質,氣體逐漸凝聚成氣雲,再進一步形成各種各樣的恆星體系,成為我們今天看到的宇宙。
從1948年伽莫夫建立熱大爆炸的觀念以來,通過幾十年的努力,宇宙學家們為我們勾畫出這樣一部宇宙歷史:
大爆炸開始時 約137億年前,極小體積,極高密度,極高溫度。
大爆炸前10~43秒 宇宙從量子背景出現。
大爆炸前10~35秒 同一場分解為強力、電弱力和引力。
大爆炸前10~5秒 10萬億度,質子和中子形成。
大爆炸後0.01秒 1000億度,光子、電子、中微子為主,質子中子僅佔10億分之一,熱平衡態,體系急劇膨脹,溫度和密度不斷下降。
大爆炸後0.1秒後 300億度,中子質子比從1.0下降到0.61。
大爆炸後1秒後 100億度,中微子向外逃逸,正負電子湮沒反應出現,核力尚不足束縛中子和質子。
大爆炸後13.8秒後 30億度,氘、氦類穩定原子核(化學元素)形成。
大爆炸後35分鍾後 3億度,核過程停止,尚不能形成中性原子。
大爆炸後30萬年後 3000度,化學結合作用使中性原子形成,宇宙主要成分為氣態物質,並逐步在自引力作用下凝聚成密度較高的氣體雲塊,直至恆星和恆星系統。
根據哈勃常數也可以推算大約150億年前,宇宙起始於一個奇點。
溫格.波繆說:「爆炸1/100秒時,溫度為1000億攝氏度,宇宙處於最簡單的熱平衡狀態。從純能量中產生出來的光子和正負電子攪和在一起,連幻影般的中微子也泡在這盆熱湯(就是我們所說的基本粒子濃湯)里。光子和質子的比例為10比1。爆炸1秒後,溫度降到100億攝氏度,中微子開始抽身逃離熱平衡。三分鍾是個劃時代的時間,溫度降到10億攝氏度,正負電子湮滅完成。宇宙主要由光、正反中微子組成,核粒子只佔很少份額,其中氫和氦的比例為73∶27。另外就是湮滅中多出來的與核粒子同樣稀少的電子。此後70萬年沒有大事發生,直至溫度降到3000攝氏度,自由電子漸漸各有其主,與核結成了氫和氦,物質於是脫離了輻射的熱平衡,宇宙開始透明。
大爆炸宇宙模型(big-bang model)
一種廣為認可的宇宙演化理論。其要點是,宇宙是從溫度和密度都極高的狀態中由一次「大爆炸」產生的。時間至少發生在100億年前。這種模型基於兩個假設:第一是愛因斯坦提出的,能正確描述宇宙物質的引力作用的廣義相對論;第二是所謂宇宙學原理,即宇宙中的觀測者所看到的事物既同觀測的方向無關也同所處的位置無關。這個原理只適用於宇宙的大尺度上,而它也意味著宇宙是無邊的。因此,宇宙的大爆炸源不是發生在空間的某一點,而是發生在同一時間的整個空間內。有這兩個假設,就能計算出宇宙從某一確定時間(稱為普朗克時間)起始的歷史,而在此之前,何種物理規律在起作用至今還不清楚。宇宙從那時起迅速膨脹,使密度和溫度從原來極高的狀態降下來,緊接著,預示質子衰變的一些過程也使物質的數量遠超過反物質,如同我們今天所看到的一樣。許多基本粒子在這一階段也可能出現。過了幾秒鍾,宇宙溫度就降低到能形成某些原子核。這一理論還預言能形成一定數量的氫、氦和鋰的核素,豐度同今天所看到的一致。大約再過100萬年後,宇宙進一步冷卻,開始形成原子,而充滿宇宙中的輻射則在宇宙空間自由傳播。這種輻射稱為宇宙微波背景輻射,它已經被觀測所證實。除了原始物質和輻射外大爆炸理論還預言,現在宇宙中應充滿中微子,它們是無質量或無電荷的基本粒子。現在科學家們正在努力找尋這種物質。
大爆炸模型能統一地說明以下幾個觀測事實:
(a)理論主張所有恆星都是在溫度下降後產生的,因而任何天體的年齡都應比自溫度下降至今天這一段時間為短,即應小於200億年。各種天體年齡的測量證明了這一點。
(b)觀測到河外天體有系統性的譜線紅移,而且紅移與距離大體成正比。如果用多普勒效應來解釋,那麼紅移就是宇宙膨脹的反映。
(c)在各種不同天體上,氦豐度相當大,而且大都是30%。用恆星核反應機制不足以說明為什麼有如此多的氦。而根據大爆炸理論,早期溫度很高,產生氦的效率也很高,則可以說明這一事實。
(d)根據宇宙膨脹速度以及氦豐度等,可以具體計算宇宙每一歷史時期的溫度。
按照大爆炸理論,宇宙是137億年前從一個極小的點誕生的,從那裡誕生了時間和空間、質量和能量,從而由物質小微粒聚集成大團的物質,最終形成星系、恆星和行星等。在大爆炸發生前,宇宙中沒有物質,沒有能量,甚至沒有生命。
但是,大爆炸理論無法回答現在的宇宙在大爆炸發生之前到底是什麼樣,或者說發生這次大爆炸的原因是什麼?按照大爆炸理論,宇宙沒有開端。它只是一個循環不斷的過程,從大爆炸到黑洞的周而復始,便是宇宙創生與毀滅並再創生的過程。
這只是一個設想,並不是一個完美的理論。
[編輯本段]【論據】
大爆炸理論雖然並不成熟,但是仍然是主流的宇宙形成理論的關鍵就在於目前有一些證據支持大爆炸理論,比較傳統的證據如下所示:
(a)紅位移
從地球的任何方向看去,遙遠的星系都在離開我們而去,故可以推出宇宙在膨脹,且離我們越遠的星系,遠離的速度越快。
(b)哈勃定律
哈勃定律就是一個關於星系之間相互遠離速度和距離的確定的關系式。仍然是說明宇宙的運動和膨脹。
V=H×D
其中,V(Km/sec)是遠離速度;H(Km/sec/Mpc)是哈勃常數,為50;D(Mpc)是星系距離。1Mpc=3.26百萬光年。
(c)氫與氦的豐存度
由模型預測出氫佔25%,氦佔75%,已經由試驗證實。
(d)微量元素的豐存度
對這些微量元素,在模型中所推測的豐存度與實測的相同。
(e)3K的宇宙背景輻射
根據大爆炸學說,宇宙因膨脹而冷卻,現今的宇宙中仍然應該存在當時產生的輻射余燼,1965年,3K的背景輻射被測得。
(f)背景輻射的微量不均勻
證明宇宙最初的狀態並不均勻,所以才有現在的宇宙和現在星系和星團的產生。
(g)宇宙大爆炸理論的新證據
在2000年12月份的英國《自然》雜志上,科學家們稱他們又發現了新的證據,可以用來證實宇宙大爆炸理論。
長期以來,一直有一種理論認為宇宙最初是一個質量極大,體積極小,溫度極高的點,然後這個點發生了爆炸,隨著體積的膨脹,溫度不斷降低。至今,宇宙中還有大爆炸初期殘留的稱為「宇宙背景輻射」的宇宙射線。
科學家們在分析了宇宙中一個遙遠的氣體雲在數十億年前從一個類星體中吸收的光線後發現,其溫度確實比現在的宇宙溫度要高。他們發現,背景溫度約為-263. 89攝氏度,比現在測量的-273.33的宇宙溫度要高。
[編輯本段]【反大爆炸論者的聲音】
一封《致科學界的公開信》得到了34位科學家和工程師的簽名,於2004年5月22日發表於英國的《新科學家》(NeW Scientist)雜志。我們將它翻譯過來,目的是讓讀者對大爆炸理論的人的論據有所了解。這封公開信被貼到網上後,又得到了185位科學家的網路簽名(現在已四百多人了):
如今,大爆炸理論越來越多地以一些假設,一些從未被實證觀察的東西作為自己的論據:暴脹、暗物質和暗能量等就是其中最令人震驚的一些例子。沒有這些東西,我們就會發現,在實際的天文學觀測和大爆炸理論的預言之間存在著直接的矛盾。這種不斷求助於新的假設來填補理論與實現之間鴻溝的做法,在物理學的任何其他領域中都是不可能被接受的。這至少反映出這一來歷不明的理論在有效性方面是存在著嚴重問題的。
然而,沒能這些牽強的因素,大爆炸理論就無法生存。離開了暴脹之類的假設,大爆炸理論就無法解釋實際觀測中發現的同質的、各向同懷的宇宙背景輻射。因為那樣的話,它就無法解釋宇宙中相距遙遠的各部分何以會有著相同的溫度並發出同量的微波輻射。離開了那種與我們20多年來辛苦努力在地球上觀察到所有物質都格格不入的所謂暗物質,大爆炸理論的預言與宇宙中實際的物質密度就完全是矛盾的。暴脹所需的密度是核聚變所需的20倍,這也許可以作為大爆炸理論中較輕元素來源的一個理論解釋吧。而離開了暗能量,根據大爆炸理論計算出來的宇宙年齡就只有80億年,這甚至比我們所在的這個星系中許多恆星的年齡還要小幾十億歲。
更重要的是,大爆炸理論從來沒有任何量化的預言得到過實際觀測的驗證。該理論捍衛者們所宣稱的成功,統統歸功於它擅長在事後迎合實際觀測的結果,它不斷地在增補可調整的參數,就像托勒玫(Ptol m e)的地心說總是需要藉助本輪和均輪來自圓其說一樣,其實,大爆炸論並不是理解宇宙歷史的唯一方式。『等離子宇宙論『和』穩恆態宇宙模型論』都是對這樣一個持續演化著的宇宙的假設,它們認為宇宙既無始也無終。這些模型,以及其他一些觀點,也都能解釋宇宙的基本現象,如較輕元素在宇宙中所佔的比重、宇宙背景輻射以及遙遠星系譜線紅移量隨著距離增加等問題,它們的一些預言還甚至得到過實際觀測的驗證,而這是大爆炸理論從未做到過的。大爆炸論的支持者們強辯說這些理論不能解釋觀測到的所有天文現象。但這並沒有什麼奇怪的,因為它們的發展嚴重缺乏經費的支持。實際上,直到今天,這樣一些疑問和替代理論都還不能被拿出來進行自由的辯論和檢驗。絕大多數的研討會都在隨波逐流,並不允許研究者們進行完全公開的觀點交流。理查德·費曼(Richard Feynman)說過,『科學就是懷疑的文化』,而在今天的宇宙學領域,懷疑和異見得不到容忍,年輕學者們即使對大爆炸這一標准模型有任何否定的想法也不敢表達。懷疑大爆炸論的學者如果把自己的疑問說出來就會失去經費資助。連實際的觀測結果也要被篩選,要依據其能否支持大爆炸理論的標准來篩選。這樣一來,所有不合標準的數據,比如譜線紅移、鋰元素和氦元素在宇宙中所佔的比例、星系的分布等,都被忽視甚至歪曲。這反映出了一種日益膨脹的教條主義,完全不合乎自由的科學研究精神。如今在宇宙學研究領域,幾乎所有的經費和實驗資源都被分配給以大爆炸理論為課題的項目。科研經費來源有限,而所有主管經費分配的評審委員會都被大爆炸論的支持者們把持著。結果就造成了大爆炸理論掌握該領域的全面主導地位,這一局面與該理論在科學上的有效性毫無關系。只資助從屬於大爆炸論的課題,這種做法抹殺了科學方法的一個基本原則:就是必須持續不斷地用實際觀察來對理論加以檢驗的原則。這樣一種束縛使任何探討都無法進行,也使任何研究都無法進行,為了治療這一頑症,我們呼籲資助宇宙學研究的機構將相當部分的經費留給那些替代性理論的研究課題,留給那些與大爆炸理論存在矛盾的實證觀測。為避免經費分配不公的問題,掌管經費分配的評審委員會可以由非宇宙學領域的天文學家和物理學家組成。將經費公平地分配給針對大爆炸理論有效性進行的研究項目,以及其替代性理論的研究項目,這將能使我們以科學的方式找到關於宇宙歷史演變的最可信的模型。
[編輯本段]【宇宙大爆炸理論的缺陷】
根據大爆炸理論,星系連同其它所有的恆星和行星都產生於一個所謂有的奇異點。這個奇異點中集中了所有宇宙最原始的物質。而科學家們對這一奇異點物理參數的評估則是:溫度為1031 K,潛藏的能量密度為1098 爾格/立方厘米(作為比較,恆星內部最高溫度為108 K,而中子星的物質密度為1015 克/立方厘米)。
我們很難想像,處於奇異點時期的宇宙到底是什麼樣。今天流行的宇宙超級結構理論認為,大爆炸後形成的微型黑洞遍及整個宇宙。這些黑洞的體積還沒有一個原子核大,但其質量卻相當於一個小行星。不久前還有信息稱,美國宇航局計劃於2007年發射一個高功率X射線望遠鏡GLAST。按照天文物理學家們的計算,該望遠鏡的敏感度足以發現微型黑洞的波動。宇宙超級結構理論將最終得到實驗證實。
「大爆炸」理論最大的缺陷就是無法回答大爆炸之前這一奇異的點來源於何方?大爆炸理論存在了100多年了,但令人驚訝的是,這一理論的發展將把人們對宇宙誕生和滅亡的認識不可避免地引向神創說。並不奇怪,教皇約安-帕維爾二世早就在其書信中稱當代的宇宙論與《聖經》中的論述不謀而合。
電磁宇宙設想——新興的宇宙理論
近年來,我們關於電磁宇宙的設想則回答了諸多疑問。而電磁宇宙說的基本觀點則體現在以下三個主要方面:第一,宇宙將永遠存在;第二,宇宙間的所有物質在各種頻率范圍內都發生著能量交換--從超低頻至超高頻;第三,宇宙間的一切活動都是循環發生的(行星產生於黑洞,之後又濃縮成黑洞)並遵循著守恆定律(能量、電荷、物質)。
電磁宇宙理論的基本觀點是:宇宙是一個超環面系統,其中的眾多星系都由宇宙磁場連接在一起,螺旋形的超環面宇宙磁場控制著所有的星系流。各個星系群由黑洞帶隔開,而黑洞帶則是孕育和產生星系之處,部分科學家稱之為星系「產房」。
根據電磁宇宙理論,黑洞造就了兩種星系類型,一種由由負電子和質子構成物質世界,另一種則是由正電子和反質子構成所謂反物質世界。正是這兩個世界之間存在的巨大的物質和電荷差異形成了給予宇宙生命與發展的能量。
星系就是在宇宙磁場存在條件下誕生的,恆星系統和星系際物質的運動則形成了宇宙的強大的電流。正如地球大氣中雷雨天的放電現象,黑洞中的放電現象便成就了眾多星系的誕生和死亡。如果說地球上的放電現象是瞬間完成的,那麼黑洞的放電現象則要持續數十億年並最終決定在我們的周圍會形成什麼樣的世界。
電磁宇宙理論認為,宇宙中的大爆炸其實就是星系的誕生過程。由於宇宙間存在著數不清的星系,所以可以推測,宇宙間的大爆炸每時每刻都在發生,也就是說,宇宙間的星系誕生和滅亡每秒都在發生著。原子彈的爆炸就是這樣一個實例。
冷戰時期,每次原子彈試爆時美國人安裝在衛星上的感測儀器都會對爆炸進行觀測。原子彈爆炸總伴隨著中子輻射。令科學家們驚訝的是,每次爆炸後儀器都會記錄下不間斷的中子輻射。後來天文學家們的研究顯示,宇宙間每個區域內時時刻刻都在發生著爆炸。
電磁宇宙理論的問世將使大爆炸理論隨著時間的推移而被人們淡忘。因為物質和能量永遠處於相互轉換中,時間只不過是記錄從一個事件到另一個事件的工具,事實上時間也是永恆的,生命的循環既沒有始,也沒有終。
[編輯本段]【宇宙新論:宇宙大爆炸一直在發生】
據英國廣播公司(BBC)2002年4月25日的報導,美國普林斯頓大學一物理學家根據天文觀測的結果,即宇宙還在不斷地加速膨脹,提出一種新的宇宙理論,稱一次次的宇宙大爆炸在過去和將來一直在發生,我們目前的這個宇宙只是這一連串大爆炸中的一個,雖然每次宇宙大爆炸的過程極其漫長(超過一萬億年),但通過對此理論所預言的重力波的觀測,人們有可能在幾年內初步驗證此理論是否正確。
宇宙還在不斷膨脹,報導稱在過去五年,一個奇怪的現象引起了人們的關注。
背道而馳
大爆炸產生的輻射波 :自從137億年前的宇宙大爆炸之後,星體和各星系一直各自向外飛散。理論上講,相互維系的重力應該減慢這個膨脹的速度,但是事實並非如此,實際上膨脹還在加速進行。 宇宙中有某種力量,正在把星體和各星系拉開。宇宙學家不知道那是什麼力量,但是他們可以建立數學公式把這個現象描繪出來。
宇宙新論的提出者之一、美國普林斯頓大學的斯坦哈特說,這些公式預測宇宙無始、無終,一次次宇宙大爆炸將會永不止息,不斷發生。
爆炸循環
他說:「我們這幅圖畫所提出的是大爆炸並非時間的開端,而只是連串爆炸循環當中的最新一次而已。在這些循環當中,宇宙經歷加熱、膨脹、冷卻、停滯、空虛,然後再度膨脹。」 根據這個理論,宇宙將會繼續膨脹大約一萬億年。這時,公式推算出,神秘的反重力力量的特性改變,在宇宙某個角落發生另一次大爆炸,一切重新開始。
驗證
要驗證斯坦哈特的說法是否正確不必等一萬億年,對錯很快就可以定奪。 每一次大爆炸都會產生重力波,在整個宇宙擴散。科學家正在地球上和太空中建造新一代的儀器來探測這些重力波。第一個探測結果將會在幾年內出現,這將可以證實或者否定宇宙無始無終的說法。
[編輯本段]【大爆炸理論:拼湊起來的故事?】
美國《紐約時報》曾報道過這樣的事件:
曾幾何時。有個似乎十分簡單的設想,即宇宙始於一次大爆炸。
宇宙誕生的故事慢慢拼湊起來。「大爆炸」方程式甚至還可以用於預測宇宙歷史早期形成的質量較輕元素(氫、氫和鋰)的相對數量。而且「大爆炸」理論還與觀測結果十分吻合,這真是不可思議。
但是這種理論上的樂園已經難有好日子過了。最近幾年,「大爆炸」理論不能自圓其說的問題接踵而來,宇宙不再那麼循規蹈矩了。
最新打擊(這一觀點太牽強,建議刪除)
最新的打擊是上個月出現的。人們長期以來一直認為,星系彼此之間的引力與宇宙擴張相抗衡,向心引力剛好與離心張力形成平衡,使宇宙得到控制。理論學家們看到2月27日一期的《科學》雜志時肯定會深感震驚,因為這期雜志報告了宇宙在加膨脹的證據,這表明存在某種尚無法解釋的與引力作用相反的斥力。
雖然還未成定論,但是它卻是理論學家一直絞盡腦汁要弄明白的一系列驚人結論中最新出現的一個。由於天文學家們的觀測工具越來越靈敏,所以就必須不斷往原始的「大爆炸」理論中塞進一個又一個用心良苦的假設——先是宇宙誕生大爆炸之後隨即出現過短暫的「膨脹期」、存在大量看不見並無法解釋的「暗物質」,現在則可能是正使宇宙加速擴張的某種神秘的東西。
不斷修正
但並不是所有事情都能得到解釋。例如,為什麼無論在哪裡出現 的背景輻射都有完全一樣的溫度呢?這種吻合似乎過於完美,而顯得不真實自然。還有更令人不可思議的,那就是宇宙匪夷所思的形狀。一個「封閉」的宇宙是彎曲的,所以宇宙萬物最終會崩潰。而一個「開放」的宇宙則將無限擴張。但是無論如何,我們自己的宇宙似乎是「平的」(宇宙不是平的,宇宙是存在曲率的),介乎這兩者之間。
除非存在寬厚仁慈的獨裁者,否則宇宙中一切怎麼能夠如此和諧呢?
1979年時出現了一個答案,當時物理學家艾倫·古思提出了—個假設,認為在最初大爆炸之後,宇宙緊接著進入超高速瘋狂擴張期,宇宙體積成倍成倍地膨脹。該膨脹期只持續遠遠不到一秒鍾的剎那間。但是計算結果表明,這就足以使輻射變得均勻,並使彎曲展平——消除了大爆炸留下的波紋,於是又恢復了宇宙常數。
但是宇宙學家們隨後又開始感到不安了,因為宇宙輻射過於均勻;這表明宇宙最初是均質單一的,後來莫名其妙地演化成我們今天所見到的不規則的宇宙,中間點綴著恆星、星系和巨大星系團。要想讓這么多的物質凝結起來,似乎宇宙的年齡還不夠大,引力也不夠強。於是就出現了另一次修正。宇宙學家們已經發現,理論上存在的暗物質可以讓「大爆炸」理論自圓其說。如果宇宙中存在足夠多的這種看不見的物質,那麼這種物質就可以產生額外的引力,促使形成巨型結構。
「大爆炸」理論變得不再簡單明了,現在甚至似乎變得越來越復雜了。
以正在發生爆炸的恆星超新星作為測量距離的信標(因為可以用超新星閃爍的速度來估計它們的實際亮度),天文學家們最近幾周很不清願地得出這樣一個結論,即宇宙可能正在莫名其妙地加速擴張。
還可能出現這樣的情況,光學錯覺讓天文學家看走了眼。與此同時,理論學家們又在忙著修補漏洞了。
⑺ 為什麼星球會爆炸
首先第一恆星的爆炸:是因為恆星內部的氫燃燒殆盡氦加入燃燒,氦燃燒後能量更大會讓天體產生膨脹體積擴大,氦還會生成更重的元素碳,碳加入燃燒後能量比氦還高,然後可想而知……
第二個是行星它一般不會爆炸,主要是因為其他天體碰撞,吞並造成的,明白了么?
⑻ 在什麼樣的條件下,一顆星球會突然間的爆炸
這樣的問題就一顆行星,他的會爆炸,時間應該是在這顆星球,它的一個生命走到盡頭,走到盡頭了的話,那麼它就會發生一個爆炸。所以說,然後他會爆炸的原因有,他的一個星球的生命已經到此為止,還有一個原因是由於其他的星球或者說是小行星或者隕石撞擊,而所產生的爆炸,或者還有是其他外力攻擊,比如說外星人使用武器摧毀星球。
還有一種可能就是最不可能的事,就是外星人摧毀該星球,畢竟在很多科幻電影中也是出現了外星人,使用一個強烈的武器摧毀了該星球也不排除這樣的可能。畢竟外星人的存在,我們現在身為一個地球人,還不能了解到外星人真的是否存在。
⑼ 關於星球爆炸
1、星球爆炸不會產生機械的沖擊波,因為沒有傳播媒體.
2、自然沒有什麼波及范圍了
3、引力不會消失。爆炸後的碎片的質量雖然分散,仍有一個質心,每片碎片都會受到來自質心方向的引力。
4、要看他們的速度和距離質心距離,相對於他們的引力。如果到了那個系統的「逃逸速度」,就會脫離這個爆炸的系統飛向遠方,途中若經過大質量的星體,速度不夠逃逸速度就會被吸引捕獲。
⑽ 恆星為什麼會爆炸
演化
編輯
恆星結構
恆星都是氣體星球。晴朗無月的夜晚,且無光污染的地區,一般人用肉眼大約可以看到6000多顆恆星,藉助於望遠鏡,則可以看到幾十萬乃至幾百萬顆以上。估計銀河系中的恆星大約有1500-2000億顆,我們所處的太陽系的主星太陽就是一顆恆星。[3]
恆星的兩個重要的特徵就是溫度和絕對星等。大約100年前,丹麥的艾依納爾·赫茨普龍(Einar Hertzsprung)和美國的享利·諾里斯·羅素(Henry Norris Russell )各自繪制了查找溫度和亮度之間是否有關系的圖,這張關系圖被稱為赫羅圖,或者H—R圖。在H-R圖中,大部分恆星構成了一個在天文學上稱作主星序的對角線區域;在主星序中,恆星的絕對星等增加時,
恆星的演變
其表面溫度也隨之增加。90%以上的恆星都屬於主星序,太陽也是這些主星序中的一顆。巨星和超巨星處在H—R圖的右側較高較遠的位置上;白矮星的表面溫度雖然高,但亮度不大,所以他們只處在該圖的中下方。
恆星演化是一個恆星在其生命期內(發光與發熱的期間)的連續變化。生命期則依照星體大小而有所不同。單一恆星的演化並沒有辦法完整觀察,因為這些過程可能過於緩慢以致於難以察覺。因此天文學家利用觀察許多處於不同生命階段的恆星,並以計算機模型模擬恆星的演變。
天文學家赫茨普龍和哲學家羅素首先提出恆星分類與顏色和光度間的關
恆星——赫羅圖
系,建立了被稱為「赫-羅圖的」恆星演化關系,揭示了恆星演化的秘密。「赫-羅圖」中,從左上方的高溫和強光度區到右下的低溫和弱光區是一個狹窄的恆星密集區,我們的太陽也在其中;這一序列被稱為主星序,90%以上的恆星都集中於主星序內。在主星序區之上是巨星和超巨星區;左下為白矮星區。
天文學家經由觀測恆星的光譜、光度和在空間中的運動,可以測量恆星的質量、年齡、金屬量和許多其他的性質。恆星的總質量是決定恆星演化和最後命運的主要因素。其他特徵,包括 直徑、自轉、運動和溫度,都可以在演變的歷史中進行測量。描述許多恆星的溫度對光度關系的圖,也就是赫羅圖(HR圖),可以測量恆星的年齡和演化的階段。
恆星並非平均分布在星系之中,多數恆星會彼此受引力影響而形成聚星,如雙星、三合星、甚至形成星團等由數萬至數百萬計的恆星組成的恆星集團。當兩顆雙星的軌道非常接近時,其引力作用或會對它們的演化產生重大的影響,[4]例如一顆白矮星從它的伴星獲得吸積盤氣體成為新星。
形成
在宇宙發展到一定時期,宇宙中充滿均勻的中性原子氣體雲,大體積氣體雲由於自身
千奇百怪的恆星(13張)
引力而不穩定造成塌縮。這樣恆星便進入形成階段。在塌縮開始階段,氣體雲內部壓力很微小,物質在自引力作用下加速向中心墜落。當物質的線度收縮了幾個數量級後,情況就不同了,一方面,氣體的密度有了劇烈的增加,另一方面,由於失去的引力位能部分的轉化成熱能,氣體溫度也有了很大的增加,氣體的壓力正比於它的密度與溫度的乘積,因而在塌縮過程中,壓力增長更快,這樣,在氣體內部很快形成一個足以與自引力相抗衡的壓力場,這壓力場最後制止引力塌縮,從而建立起一個新的力學平衡位形,稱之為星坯。
星坯的力學平衡是靠內部壓力梯度與自引力相抗衡造成的,而壓力梯度的存在卻依賴於內部溫度的不均勻性(即星坯中心的溫度要高於外圍的溫度),因此在熱學上,這是一個不平衡的系統,熱量將從中心逐漸地向外流出。這一熱學上趨向平衡的自然傾向對力學起著削弱的作用。於是星坯必須緩慢的收縮,以其引力位能的降低來升高溫度,從而來恢復力學平衡;同時也是以引力位能的降低,來提供星坯輻射所需的能量。這就是星坯演化的主要物理機制。
最新觀測發現S1020549恆星
下面我們利用經典引力理論大致的討論這一過程。考慮密度為ρ、溫度為T、半徑為r的球狀氣雲系統,氣體熱運動能量:
ET= RT= T
(1) 將氣體看成單原子理想氣體,μ為摩爾質量,R為氣體普適常數
為了得到氣雲球的的引力能Eg,想像經球的質量一點點移到無窮遠,將球全部移走場力作的功就等於-Eg。當球質量為m,半徑為r時,從表面移走dm過程中場力做功:
dW=- =-G( )1/3m2/3dm
(2) 所以:-Eg=- ( )1/3m2/3dm= G( M5/3
於是:Eg=- (2),[3]
氣體雲的總能量:E=ET+EG (3)
靈魂星雲將形成新的行星
熱運動使氣體分布均勻,引力使氣體集中。兩者共同作用。當E>0時熱運動為主,氣雲是穩定的,小的擾動不會影響氣雲平衡;當E<0時,引力為主,小的密度擾動產生對均勻的偏離,密度大處引力增大,使偏離加強而破壞平衡,氣體開始塌縮。由E≤0得到產生收縮的臨界半徑:
(4) 相應的氣體雲的臨界質量為:
(5) 原始氣雲密度小,臨界質量很大。所以很少有恆星單獨產生,大部分是一群恆星一起產生成為星團。球形星團可以包含10^5→10^7個恆星,可以認為是同時產生的。
我們已知:太陽質量:MΘ=2×10^33,半徑R=7×10^10,我們帶入(2)可得出太陽收縮到今天這個狀態以釋放的引力能
太陽的總光度L=4×10^33erg.s-1如果這個輻射光度靠引力為能源來維持,那麼持續的時間是:
很多證明表明,太陽穩定的保持著今天的狀態已有5×10^9年了,因此,星坯階段只能是太陽形成像今天這樣的穩定狀態之前的一個短暫過渡階段。這樣提出新問題,星坯引力收縮是如何停止的?此後太陽輻射又是以什麼為能源?
穩定期
主序星階段在收縮過程中密度增加,我們知道ρ∝r-3,由式(4),rc∝r3/2,所以rc比 r減小的更快,收縮氣雲的一部分又達到新條件下的臨界,小擾動可以造成新的局部塌縮。如此下去在一定的條件下,大塊氣雲收縮為一個凝聚體成為原恆星,原恆星吸附周圍氣雲後繼續收縮,表面溫度不變,中心溫度不斷升高,引起溫度、密度和氣體成分的各種核反應。產生熱能使氣溫升的極高,氣體壓力抵抗引力使原恆星穩定下來成為恆星,恆星的演化是從主序星開始的。
哈勃觀測到兩顆燃燒劇烈的超級恆星
恆星的成份大部分是H和He,當溫度達到104K以上,即粒子的平均熱動能達1eV以上,氫原子通過熱碰撞就充分的電離了(氫的電離能是13.6eV),在溫度進一步升高後,等離子氣體中氫核與氫核的碰撞就可能引起核反應。對純氫的高溫氣體,最有效的核反應系列是所謂的P-P鏈:
其中主要是2D(p,γ)3He反應。D(氘,氫的同位素,由一個質子和一個中子組成)含量只有氫的10-4%左右,很快就燃完了(其原理與現代氫彈武器類似)。如果開始時D比3He(氦3,氦的同位素,由2個質子和1個中子組成)含量多,則反應生成的3H(氚,氫的同位素,由1個質子和2個中子組成,衰變會變成氦3)可能就是恆星早期3He的主要來源,由於對流到達恆星表面的這種3He,有可能還保留著。
Li,Be,B等輕核和D一樣結合能很低,含量只是H 的2×10-9K左右,當中心溫度超過3×106K就開始燃燒,引起(p,α)和(p,α)反應,很快成為3He和4He。中心溫度達到107K,密度達到 105kg/m3左右時,產生的氫轉化為He的41H→4He過程。這主要是p-p和CNO循環。同時含有1H和4He是發生p-p鏈反應,有以下三個分支組成:
p-p1(只有1H) p-p2(同時有1H、4He) p-p3
或假設1H 和4He的重量比相等。隨溫度升高,反應從p-p1逐漸過渡到p-p3,
而當T>1.5×107K時,恆星中燃燒H的過程就可過渡到以CNO循環為主了。
當恆星內混雜有重元素C和N時,他們能作為觸媒使1H變為4He,這就是CNO循環,CNO循環有兩個分支:
或總反應率取決於最慢的14N(p,γ)15O、15N的(p,α)和(p,γ)反應分支比約為2500:1。
這個比值幾乎與溫度無關,所以在2500次CNO循環中有一次是CNO-2。
在p-p鏈和CNO循環過程中,凈效果是H燃燒生成He:
在釋放出的26.7MeV能量中,大部分消耗給恆星加熱和發光,成為恆星的主要來源。
前面我們提到恆星的演化是從主星序開始的,那麼什麼是主星序呢?等H穩定地燃燒為He時,恆星就成了主序星。人們發現有百分之八十至九十的恆星都是主序星,他們共同特徵是核心區都有氫正在燃燒,他們的光度、半徑和表面溫度都有所不同,後來證明:主序星的定量上差別主要是質量不同,其次是他們的年齡和化學成份,太陽這段歷程約千萬年。
觀察到的主序星的最小質量大約為0.1M⊙。模型計算表明,當質量小於0.08M⊙時,星體的收縮將達不到氫的點火溫度,從而形不成主序星,這說明對於主序星它有一個質量下限。觀察到的主序星的最大質量大約是幾十個太陽質量。理論上講,質量太大的恆星輻射很強,內部的能量過程很劇烈,因此結構也越不穩定。但是理論上沒有一個質量的絕對上限。
當對某一星團作統計分析時,人們卻發現主序星有一個上限,這說明什麼?我們知道,主序星的光度是質量的函數,這函數可分段的用冪式表示:
L∝Mν
其中υ不是一個常數,它的值大概在3.5到4.5之間。M大反映主序星中可供燃燒的質量多,而L大反映燃燒的快,因此主序星的壽命可近似用M與L的商標來標志:
T∝M-(ν-1)
即主序星壽命隨質量增大而按冪律減小,如果整個星團已存在的年齡為T,那就可以由T與M的關系式求出一個截止質量MT。質量大於MT的主序星已結束核心的H燃燒階段而不是主序星了,這就是觀察到由大量同年齡星組成的星團有上限的原因。
我們就討論觀測到的恆星中大部分是主序星的原因,表1根據一25M⊙的恆燃燒階段點火溫度(K) 中心溫度(g. cm-3) 持續時間(yr)
H 4×107 4 7×106
He 2×108 6×102 5×105
C 7×108 6×105 5×102
Ne 1.5×109 4×106 1
O 2×109 1×107 5×10-2
Si 3.5×109 1×108 3×10-3
燃燒階段的總壽命7.5×106
星演化模型,列出了各種元素的點火溫度及燃燒所持續的時間。從表上看出,原子序數大的核有更高的點火溫度,Z大的核不僅難於點火,點火後燃燒也更劇烈,因此燃燒持續的的時間也就更短。這顆25M⊙的表1 25M⊙恆星演化模型,模型星的燃燒階段的總壽命為7.5×106年,而其中百分之九十以上的時間是氫燃燒階段,即主星序階段。從統計角度講,這表明找到一顆處於主星序階段的恆星幾率要大。這正是觀察到的恆星大多數為主序星的基本原因。
晚年
主序後的演化由於恆星形成是它的主要成份是氫,而氫的點火溫度又比其他元素都低,所以恆星演化的第一階段總是氫的燃燒階段,即主序階段。在主序階段,恆星內部維持著穩衡的壓力分布和表面溫度分布,所以在整個漫長的階段,它的光度和表面溫度都只有很小的變化。下面我們討論,當星核區的氫燃燒完畢後,恆星有將怎麼進一步演化?
恆星在燃燒盡星核區的氫之後,就熄火,這時核心區主要是氦,它是燃燒的產物,外圍區的物質主要是未經燃燒的氫,核心熄火後恆星失去了輻射的能源,它便要引力收縮是一個起關鍵作用的因素。一個核燃燒階段的結束,表明恆星內各處溫度都已低於在該處引起點火所需要的溫度,引力收縮將使恆星內各處的溫度升高,這實際上是尋找下一次核點火所需要的溫度,引力收縮將使恆星內各處的溫度全面的升高,主序後的引力收縮首先點著的不是核心區的氦(它的點火溫度高的太多),而是核心與外圍之間的氫殼,氫殼點火後,核心區處於高溫狀態,而仍沒核能源,它將繼續收縮。這時,由於核心區釋放的引力位能和燃燒中的氫所釋放的核能,都需要通過外圍不燃燒的氫層必須劇烈地膨脹,即讓介質輻射變得更透明,來排出多餘的熱能來維持熱平衡。而氫層膨脹又使恆星的表面溫度降低了,所以這是一個光度增加、半徑增加、而表面變冷的過程,這個過程是恆星從主星序向紅巨星過渡,過程進行到一定程度,氫區中心的溫度將達到氦點火的溫度,於是又過渡到一個新階段--氦燃燒階段。
在恆星中心發生氦點火前,引力收縮以使它的密度達到了103g. cm-3的量級,這時氣體的壓力對溫度的依賴很弱,那麼核反應釋放的能量將使溫度升高,而溫度升高反過來又加劇核反應速率,於是一旦點火,很快就會燃燒的十分劇烈,以至於爆炸,這種方式的點火稱為「氦閃光」,因此在現象上會看到恆星光度突然上升到很大,後來又降的很低。
另一方面,當引力收縮時它的密度達不到103g. cm-3量級,此時氣體的壓力正比於溫度,點火溫度升高導致壓力升高,核燃燒區就會有所膨脹,而膨脹導致溫度降低,因此燃燒就能穩定的進行,所以這兩種點火情況對演化進程的影響是不同的。
恆星在發生「氦閃光」之後又怎麼演變呢?閃光使大量能量的釋放很可能把恆星外層的氫氣都吹走,剩下的是氦的核心區。氦核心區因膨脹而減小了密度,以後氦就有可能在其中正常的燃燒了。氦燃燒的產物是碳,在氦熄火後恆星將有一個碳核心區氦外殼,由於剩下的質量太小引力收縮已不能達到碳的點火溫度,於是它就結束了以氦燃燒的演化,而走向熱死亡。
由於引力塌縮與質量有關,所以質量不同的恆星在演化上是有差別的。
M<0.08M⊙的恆星:氫不能點火,它將沒有氦燃燒階段而直接走向死亡。
0.08<M<0.35M⊙的恆星:氫能點火,氫熄火後,氫核心區將達不到點火溫度,從而結束核燃燒階段。
0.35<M<2.25M⊙的恆星:它的主要特徵是氦會點火而出現"氦閃光"。
2.25<M<4M⊙的恆星:氫熄火後氦能正常地燃燒,但熄火後,碳將達不到點火溫度。這里的反應有:
在核反應初期,溫度達到108K量級時,CNO循環產生的13C,17O能和4He發生新的(α,n)反應,形成16O和20Ne,在核反應進行了很長時間後,20Ne(p,γ) 21Na(β+,ν) 21Na中的21Na以及14N吸收兩個4He形成的22Ne能發生(α,n)反應形成24Mg和25Mg等,這些反應作為能源並不重要,但發出的中子可進一步發生中子核反應。
4<M<8→10M⊙的恆星,這是一個情況不清楚的范圍,或許碳不能點火,或許出現"碳閃光",或許能正常地燃燒,因為這是最後的中心溫度已較高,一些較敏感的因素,如:中微子的能量損失把情況弄得模糊了。
核反應結束後,當中心溫度達到109K時,開始發生C,O,Ne 燃燒反應,這主要是C-C反應,O-O反應,以及20Ne的γ,α反應:
8→10M⊙<M的恆星:氫、氦、碳、氧、氖、硅都能逐級正常燃燒。最後在中心形成一個不能在釋放能量的核心區,核心區外面是各種能燃燒而未燒盡的氫元素殼層。核燃燒階段結束時,整個恆星呈現由內至外分層(Fe,Si,Mg,Ne,O,C,He,H)結構。
終局
我們已經知道,對質量小於8→10M⊙的恆星,它會因不能到達下一級和點火溫度而結束它的核燃燒階段;對於質量更大的恆星,它將在核心區耗盡燃料之後結束它的核燃燒階段,在這以後,恆星的最終歸宿是什麼?
小質量的恆星(如太陽),起先會膨脹,在這個階段的恆星我們稱之為紅巨星,然後會塌縮,變成白矮星,輻射、喪失能量,再成為黑矮星,最終消失。
大質量的恆星,≥7個太陽密度(8→10M⊙<M)的恆星則會變成超新星(Super nova),它會選擇以超新星爆發的形式結束生命,最終會成為中子星或黑洞(古代有記載, 由於超新星光量大,一顆超新星爆發,連續幾個月都可以在晚上看書)
一旦停止了核燃燒,恆星必定要發生引力收縮,這是因為恆星內部維持力學平衡的壓力是與它的溫度相聯系的。因此,如果恆星在一?quot;最終"的平衡位形,它必須是一個"冷的"平衡位形,即它的壓力與它的溫度無關。
主序星核心H耗盡後,離開主序是階段開始了它最後的歷程。結局主要取決於質量。對於質量很小的星體由於質量小,物體內部的自引力並不重要,固體內部的平衡是正負離子間的凈庫侖引力於電子間的壓力來達到平衡的。
當星體質量再大些,直到自引力不可忽略時,這時自引力加大了內部的密度和壓力,壓力的加大是物質發生壓力電離,從而逐漸是固體的電約束瓦解,而過渡為等離子氣體。加大質量,即加大密度,此時壓力於溫度無關,從而達到一種"冷的"平衡位形,等離子體內電子的動能一大足以在物質內部引起β衰變:
這里p是原子核中的質子,這樣的反應大致在密度達到108 g. cm-3的時候,它將逐漸地是負離子體中的原子核變為富中子核,原子核中出現過多的中子,導致核結構鬆散,當密度超過4×1011g. cm-3是中子開始從原子核中分離出來,成為自由中子,自引力於中子間壓力達到平衡。如果當質量變大使中子氣體間壓力已不能抵禦物質自引力,而形成黑洞,但由於大多數恆星演化後階段使得質量小於它的初始質量,例如恆星風,"氦閃光",超新星爆發等,它們會是恆星丟失一個很大的百分比質量,因此,恆星的終局並不是可以憑它的初始質量來判斷的,它實際上取決於演化的進程。那麼我們可以得出這樣的結論。8→10M⊙以下的恆星最終間拋掉它的一部分或大部分質量而變成一個白矮星。8→10M⊙以上的恆星最終將通過星核的引力塌縮而變成中子星或黑洞,也就是說,塌縮的內核質量在太陽1.44倍——到3.2倍的恆星,最終成為中子星,塌縮的內核質量在太陽3.2倍以上的恆星,最終成為黑洞。
觀測到的恆星質量范圍一般為0.1→60M⊙。質量小於0.08M⊙的天體不能達到點火溫度。因此,不發光,不能成為恆星。質量大於60M⊙的天體中心溫度過高而不穩定,至今僅發現20個以下。
變星等。
結構
根據實際觀測和光譜分析,我們可以了解恆星大氣的基本結構。一般認為在一部分恆星中,最外層有一個類似日冕狀的高溫低密度星冕。它常常與星風有關。有的恆星已在星冕內發現有產生某些發射線的色球層,其內層大氣吸收更內層高溫氣體的連續輻射而形成吸收線。人們有時把這層大氣叫作反變層,而把發射連續譜的高溫層叫作光球。其實,形成恆星光輻射的過程說明,光球這一層相當厚,其中各個分層均有發射和吸收。光球與反變層不能截然分開。太陽型恆星的光球內,有一個平均約十分之一半徑或更厚的對流層。在上主星序恆星和下主星序恆星的內部,對流層的位置很不相同。能量傳輸在光球層內以輻射為主,在對流層內則以對流為主。
對於光球和對流層,我們常常利用根據實際測得的物理特性和化學組成建立起來的模型進行較詳細的研究。我們可以從流體靜力學平衡和熱力學平衡的基本假設出發,建立起若干關系式,用以求解星體不同區域的壓力、溫度、密度、不透明度、產能率和化學組成等。在恆星的中心,溫度可以高達數百萬度乃至數億度,具體情況視恆星的基本參量和演化階段而定。在那裡,進行著不同的產能反應。一般認為恆星是由星雲凝縮而成,主星序以前的恆星因溫度不夠高,不能發生熱核反應,只能靠引力收縮來產能。進入主星序之後,中心溫度高達700萬度以上,開始發生氫聚變成氦的熱核反應。這個過程很長,是恆星生命中最長的階段。氫燃燒完畢後,恆星內部收縮,外部膨脹,演變成表面溫度低而體積龐大的紅巨星,並有可能發生脈動。那些內部溫度上升到近億度的恆星,開始發生氦碳循環。在這些演化過程中,恆星的溫度和光度按一定規律變化,從而在赫羅圖上形成一定的徑跡。最後,一部分恆星發生超新星爆炸,氣殼飛走,核心壓縮成中子星一類的緻密星而趨於「死亡」(見恆星的形成和演化)。