宇宙的灯塔
恒星作为宇宙的灯塔,一直在持续地发光发热。就拿地球来说,地球的能量来源几乎都来自于太阳,而且地球所接收到的太阳能量对于太阳的辐射的总量来说几乎是可以忽略不计的。如果用钱作为比方,那么太阳在单位时间内相当于向太空扔了70万亿块的人民币,而被地球捡到的不过3万块的人民币,能被人类所使用差不多也就是3块左右。
所以,实际上太阳辐射的能量是十分惊人的。但不知道你想过一个问题没有?太阳作为一颗普通的恒星,天天这样燃烧自己,就没看它消停过,那它到底有没有寿命?难道可以一直这么烧下去?能量又是从哪里来的?
今天,我们就聊一聊这个话题。实际上,恒星的能量,寿命都和它自身的质量有关,或者我们可以说,至少质量直接影响了一个天体是什么类型,有多长的寿命,有多强的辐射强度。
恒星的一生
恒星一直都十分巨大,质量至少都得有太阳的7%~8%左右,要知道太阳的质量就占到了太阳系总质量的99.86%。只有达到这么大的质量,才能使得恒星燃烧。之所以这么说,是因为恒星燃烧的主要原因是引力。当恒星的质量足够大时,引力就会非常大,这时候内部由于引力的作用,温度就会急剧升高,就拿太阳来说,内核的温度可以达到1500万度。此时,恒星内部是呈现等离子态,意思是说,原子的结构都没有办法得以保持,原子核外电子得到了大量能量,最终摆脱了原子核的束缚。因此,恒星的内部像是光子,电子,原子核的粒子粥。
由于恒星几乎都是由氢元素和氦元素构成的,在量子隧穿效应和弱力相互作用的帮助下,就能够促发氢原子核聚变发生,而且整个反应的速率不会非常快。
在核反应前后,会损失大量的质量,这部分质量会以能量的形式释放出来,这个过程满足爱因斯坦的质能方程E-=mc^2,其中m就是损失的质量,E就是释放出来的能量,c是光速3*10^8.。从质能方程中,我们就会知道只要损失一点质量,就可以释放出大量的能量。
这也是为什么太阳可以持续烧下去这么久,并且可以辐射出如此巨大能量的原因。
核聚变会产生巨大的对外压力,这个压力就会和自身的引力形成动态平衡。
引力和对外压力的动态平衡保证了核反应的反应强度不会太强也不会太弱。因此,我们就很容易知道,质量越小的恒星,引力越小,这说明核聚变产生对外的压力越小,核聚变的反应强度也越弱一些。如今我们知道,质量最小的恒星,寿命至少有数兆年,而宇宙的年龄才138亿岁,因此,从宇宙诞生直径,这类恒星还没有一个走到了生命的尽头。即使是比太阳稍微小的恒星,寿命也可以达到千亿岁。
而我们的太阳寿命大概是100多亿年,我们知道,太阳起源于46亿年前,因此太阳还有50多亿年的寿命,在那之后会变成一个颗红巨星,最后成为一颗白矮星,也就走到了生命的尽头,等着慢慢凉透。
宇宙中还存在着许多大家伙,质量是太阳的几倍。由于它们的质量巨大,因此核反应的速率也特别快,因此,这类恒星的寿命相对就比较短,少的可能只有几百万年的寿命。虽然这些恒星的寿命很短,但是它们一生都在剧烈的燃烧自己,而且有相当一部分在死之前,还会发生超新星爆炸,这个亮度可以达到一个星系的亮度,可以说,这类恒星的一生是十分璀璨的。
在这之后,这些恒星有的会成为中子星,也有一些会成为黑洞。而到底是成为中子星还是黑洞,实际上也是取决于恒星的质量大小。
因此,恒星的寿命和它自身的质量有关,一般来说,恒星的质量越大,寿命就会越短。寿命长的可以达到数兆年,而短的仅仅只有几百万年。而不同的质量,也直接决定了恒星的演化过程。因此,实际上在宇宙中,流传着“质量为王”的说法。