太阳 太阳为什么要变成红巨星,祸害整个太阳系它已经忍了很久了
太阳是太阳系的引力中心,它在太阳系中的地位是凌驾于所有天体之上的,因为只有它的存在才能使太阳系得到延续!作为泽被太阳系苍生的天体,理应为太阳系守护一生,但在太阳的生命末期,却会将自己膨胀成红巨星,毁灭它所守护的一切!其实我们应该理解太阳的这种行为,因为从恒星演化的角度来看,它为了太阳系的一切已经忍了很久了!
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恒星的演化与其质量密切相关,不同质量的恒星其演化路线完全不同,下面我们就此展开,了解下太阳演化的秘密。
1、褐矮星
太阳诞生于一片早期恒星超新星爆发后的尘埃云,它并非第一代恒星,这从太阳光谱中发现了多种不属于太阳的元素可以证明。从星云的不稳定性导致坍缩开始,到博克球状体形成形成早期恒星胚胎,在原恒星的过程中,它将会经历太阳生涯中的第一次质变,因为它的质量达到了木星的13倍以上,这就是传说中存在的褐矮星(棕矮星)。
“褐矮星”的概念是1975年美国天文学家吉儿·塔特提出的,但直到80年代中后期发现氢的同位素氘的聚变下限修正为1.2%M⊙(太阳质量的1.2%),因此在木星以上与红矮星之间还正式存在一种天体叫做褐矮星。
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离地球最近的褐矮星是NASA的广域红外线巡天探测卫星(WISE)在2013年发现的Luhman 16(6.5光年)。这类天体发光极其暗淡,在可见光波段是难以探测其存在,但广域红外巡天卫星开阔了视野。
2、主序前星
这是太阳成为主序星前的最后一个阶段,在原始行星盘尘埃尚未完全落入恒星前都被认为是原恒星,当然恒星风开始将周围的尘埃带驱离,恒星的吸积过程停止,太阳将正式成为主序星中的一员。
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主序星:对于太阳这样的恒星,主序星阶段就是以氢元素燃烧为主的阶段,这也是恒星流体静力平衡阶段,因此在主序星阶段运行是一颗恒星最稳定的阶段。
在太阳的主序阶段开始之前,其内核的氢元素聚变过程早已开始,但我们把太阳的内核的聚变过程放到主序星阶段来介绍,方便理解。
1、太阳的燃料
上文我们介绍了褐矮星阶段的氘聚变,这个阶段能达到氘(2H)和锂(7Li)的核聚变,但这并不能持续太久,因为在恒星元素中氘与锂的比例很低,因此它最多只能持续数千万到一亿年!而太阳诞生于一片上一代恒星超新星爆发后的星云,星云中包含了多种元素,但对于太阳的主序星阶段来说,能利用的也就是氢和氦元素而已,其它元素就没有用了?并不是,它们是给氢元素聚变搭建平台的!
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氢的同位素有三种,分别是:
1质子+1电子的氕
1质子+1中子+1电子的氘
1质子+2中子+1电子的氚
上文说明了氘的比例很低,而氚的比例更低,我们知道由于结合能的关系,氘和氚相对比较容易聚变,而ITER(国际热核聚变实验堆)正在努力实现的也是氘氚聚变,但太阳不行,因为那点诞生时遗留的氘和氚早已被耗尽,那么太阳的核聚变是如何展开的呢?
2、太阳的能量产生机制:质子反应链
质子反应链的第一步 两个质子的氕反应生成氘,如上图。真正的过程是这样的,两个质子首先聚变成氦-2,但这种元素极不稳定,会释放一个正电子和中微子,变成1质子+1中子的氘。
但这个过程极其缓慢,假如太阳内部只有这两个质子的话,也许要过上十亿年才能发生这样一次机会,为什么可能性会那么低?因为质子与质子之间的库仑斥力会导致这几乎没有可能,那么是否没有机会了呢?当然不会,因为现在太阳就在持续燃烧中!这是发生在微观粒子之间的“量子隧穿效应”的结果!所以各位要努力了哦,量子力学告诉大家,不可能的事情也会变成可能哦!而且太阳内核极致高温的区域有的是质子,这种机会发生仍然非常频繁!
质子反应链的第二步 氘和氕反应生成氦-3,有了中子的中和,这个反应需要的结合能明显降低,而且它释放的能量比质子链的第一步氕氕聚变要高得多。如上图:1质子+1中子的氘和1质子的氕克服库伦斥力结合在一起,释放出5.494MeV,这是太阳内核正在大量发生的过程!
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