在地球上我们每时每刻都能感受到太阳给我们带来的光和温暖,有能量的释放肯定就有物质的消耗,由于恒星所包含的物质是有限的,所以每一颗恒星都有其自己的寿命。
不过当恒星的核心消耗完物质以后,并不会静悄悄的死去,而是会发生壮观的能量释放现象将整个恒星摧毁,像我们太阳质量的恒星,在末期就会膨胀成一颗红巨星。
体积将大到足以吞没水星和金星的轨道,甚至会到达地球轨道附近,将我们地球也吞掉,这里的问题是,恒星末期为何会发生这种极端的现象呢?为何会变大而不是收缩死亡呢?
我们之所以称太阳包括天上的星星为恒星,原因只在于在人类短暂的寿命里,很难会发现天上星星的生老病死现象,但是在随着人类科学技术的发展和观天能力的进步,我们在宇宙中发现了大量的恒星死亡后的残骸。
的我们所拍摄到的天体为行星状星云,它们都是类太阳恒星死亡后产生的,当然,在宇宙中还有一些比太阳质量更大的大质量恒星,它们死亡后会产生壮观的超新星爆发。下图:
蟹状星云,是1000年前一颗大质量恒星经过超新星爆发死亡后的残骸,在它的中心还存在一颗中子星,不过上图是在可见光下拍摄的,我们无法看到中子星的位置。
那么是什么原因让恒星死亡的?它们为何会以这种方式死亡?这就要从恒星的工作机制说起。
恒星发光发热的原因
以我们的太阳为例!它诞生在一片原始富含金属的星云中,当物质在引力的作用下开始发生积聚的时候,引力势能就会转化为热能,当物质积聚到一定的质量,核心的高温和高压就会点燃轻元素的核聚变,将轻元素聚变为重元素释放出能量。
一颗质量大于太阳质量8%的气态巨行星核心就会开始发生聚变反应,只不过它们的聚变非常的缓慢,这种恒星称为红矮星,在其一生中能够缓慢地将自身所包含的氢元素全部燃烧完,因此这种恒星的寿命非常长,可以达到数万亿年的时间,并且死亡后并不会发生膨胀,或者爆炸,而是会缓慢的冷却为黑矮星,直到消失在茫茫的宇宙中。
像太阳这样的黄矮星虽然核心温度已经达到了1500万度,核心密度达到了铅的13倍,但这样的温度和压力,还是无法克服两个质子之间的库仑力,如果仅靠温度和压力太阳内部也无法点燃核聚变。
不过值得庆幸的时,量子力学的不确定性原理在这里发挥了巨大的作用,两个质子会在概率非常低的情况下突然出现在彼此的面前,然后借着高温和高压的状态融合在一起变为氘,然后再次经过捕获质子即便为氦-3,然后是氦-4,虽然氦-4比四个质子轻了0.7%,但是还是会释放出2800万电子伏的能量,而生成的氦-4会发生沉降堆积在恒星的核心,氢聚变会继续在氦核的外层发生。
这里补充下:两个质子之间发生量子隧穿的概率为1/10^28,但是在太阳中包含了大约10^57个质子,并且有10%的质子位于太阳的核心处,因此每秒钟还是由将近4×10^38个质子融合为氦-4,大约会损失400万吨的质量,这就是太阳能量的来源。
恒星在主序星阶段的动态平衡
通过恒星的质量和光谱型我们可以将恒星分为O、B、A、F、G、K和M型,上文中所说的红矮星就是M型恒星,我们的太阳是G型恒星,其实不管哪种类型的恒星它们在经历上述氢到氦的聚变过程时,我们就称其处在主序星阶段。
在恒星的主序星时期,氢到氦的聚变所带来的能量会以光子和中微子的形式向外释放,中微子可以快速的逃离恒星的核心,不会与任何无法发生相互作用,但光子在往外传播的时候会与带电粒子发生碰撞,因此大量的光子就会产生一个光压,我们称之为辐射压力,这种压机会将恒星核心以外的物质向外推,但是由于万有引力的存在,这两个力会在恒星的主序星时期保持基本平衡。
如果辐射压力大了,就会将恒星物质外推,导致核心压力降低,恒星发生膨胀,这是核聚变反应就会减速,导致辐射压力降低,引力又重新使得恒星收缩,这样又会导致核聚变加速,就这样一来一回整个恒星会保持在一个动态平衡中。
但是恒星如果脱离主序星阶段,也就是将核心的氢燃烧殆尽,开始点燃了最内核的氦聚变,恒星就会因为辐射压力突然增大,导致核心外城的氢壳被吹散,导致恒星发生剧烈的膨胀,并且损失大量的质量,像太阳这样的恒星就会膨胀成红巨星,那些比太阳质量更大的恒星就会膨胀为红超巨星。
总结:地球会不会被吞噬
文章开头我说的是可能,但水星和金星绝对逃不过这样的命运,为什么说地球还有可能存活呢?
本来地球距离太阳的平均距离就已经够远的了,在加上太阳每时每刻都在消耗着巨大的质量,这样就会导致地球的轨道一直会远离太阳,那么50亿年以后,地球肯定比现在的位置更远。
而且太阳在变为红巨星的时期也会损失大量的质量,因此我们的地球还是存在一线生机的。