第三节 恒星的一生 这是一个恒星 太阳 “康德拉普拉斯星云说 ” 太阳系是由一块星云收缩形成的， 先形成的是太阳，然后，剩余的星云物 质进一步收缩演化，形成地球等行星。 这些都是恒星，你认识吗？ 行星状星云 红巨星 白矮星中子星 超新星 黑洞 星际气体 主序星 红巨星 白矮星 超新星 中子星 黑洞 原本太空中并没有任何恒 星 ，弥漫着大量的星际气体。 大量星际气体组成星际云， 当星际云密度高时便会塌缩 成恒星。虽然星际气体只占 银河系质量的十分之一，但 却是所有恒星的原料，而所 有恒星均是在近乎真空的环 境演化出来。 星际气体巨蛇 座鹰状星云 恒星的诞生是由星际云 塌缩至原恒星，原恒星 再进一步演化为主序星 ，因星际云有一定温 度 ，令压力和引力增大分 子塌缩，使红外线不能 把能量带走，使温度增 加，致一定温度以运行 热核反应，恒星便生成 。我们太阳系的太阳便 在主序星这个阶段。 太阳 星际气体 主序星 红巨星 白矮星 超新星 中子星 黑洞 一般主序星均是由热核聚 变把物质转成能量。能量 以光子形式传送，以辐射 形式传送，当辐射未能有 效地把热传走，对流层便 生成。主序星的温度必定 要高，能量以辐射形式散 失，以热核聚变补充。恒 星一生中有十分之九的时 间是主序星。 太阳黑子就是辐 射最强的地方 星际气体 主序星 红巨星 白矮星 超新星 中子星 黑洞 一个恒星的氢燃料用完后核 心引力的作用下再度压缩， 温度上升把离核心不远的氢 壳层燃点，释放的辐射和总 能量比以前还多，使外层膨 胀，但膨胀又使温度下降， 恒星便踏入红巨星的阶段。 当太阳变成红巨星的形态时 ，直径将大增，水星将被吞 并，地球上的生物因高温而 全部绝种。 箭头所指是猎 户座参宿四 星际气体 主序星 红巨星 白矮星 超新星 中子星 黑洞 红巨星:哈勃望远镜所拍摄的参宿四(Betelgeuse) 红巨星 红巨星，称它为“红”巨星 ， 是因为在这恒星迅速膨胀的同 时，它的外表面离中心越来越远 ，所以温度将随之而降低，发出的光也 就越来越偏红。不过，虽然温度降低了一些 ，可红巨星的体积是如此之大，它的光 度也变得很大，极为明亮。肉眼看到的最 亮的星中，许多都是红巨星。红巨星的体 积很大，它的半径一般比太阳大100倍。 当一顆恒星进入白矮星阶段，即代表进入死亡的阶 段。目前已发现現一千多颗。由红巨星进入白矮星 ，温度不断下降，引致引力大增，不断塌缩，使白 矮星越來越细，但质量越来越大，一立方厘米的白 矮星物质有一吨重。 天琴座戒指星云 天蝎座 N G C 6 3 0 2 星际气体 主序星 红巨星 白矮星 超新星 中子星 黑洞 白矮星塌缩至大于太 阳质量1.4倍時，外围 的气体及冰粒便会以每 秒数十公里的速度向外 膨胀，外貌像土星的光 环一样，天文学家叫行 星状星云，而剩下的核 心的光度会暗淡下去， 变成黑矮星。 狐狸座哑铃星云 星际气体 主序星 红巨星 白矮星 超新星 中子星 黑洞 白矮星:M4星图中的白矮星 (White Dwarf Stars in Globular Cluster M4) 白矮星是一种很特殊的天体， 它的体积小、亮度低，但质量大、密度极高 。它的密度在1000万吨/立方米左右。白 矮 星是一颗已死亡的恒星，中心的热核反 应 已停止 。 白矮星 当白矮星或黑矮星再塌 缩至核心不能接受时，会 进行大爆炸，即超新星爆 发在过去二千年间，中国 史书中只有八次记载超新 星爆发。但每次爆发所释 放的能量，相等于太阳处 于主序星时期的一百亿年 的放射之和。 大麦哲伦云的超新星 1987A爆发前后的分別 星际气体 主序星 红巨星 白矮星 超新星 中子星 黑洞 超新星是恒星在死亡前的一次大爆发， 所释放的能量，发出的亮光相当于十亿颗太 阳。爆炸将星球物质以接近光速的速度，向 四面八方发射。每一颗恒星一生之中最多只 可能发生一次。 超新星 超新星 超新星是恒星在死亡前的一次 大爆发，所释放的能量，发出的亮光 相当于十亿颗太阳。 踏上死亡路途的大质量恒 星都会以超新星爆发的形 式，把整个外壳拋掉，而 遗留下來的核心必然在引 力作用下继续塌缩，形成 中子星。中子星的大小只 有三十公里，密度更是水 的1014倍。中子星周期性 地发射出一个射电脉冲。 当中子星年龄越大，脉冲 周期便越长。 蟹状星云的可 见光脉冲变化 星際氣體 主序星 紅巨星 白矮星 超新星 中子星 黑洞 蟹状星云(Crab Nebula)中的中子星 质量约是太阳410倍的恒星在超新星爆 炸的过程，遗留下来的核心变成一颗体积很 小，质量却很大的中子星，由中子构成，密 度为水的1014倍，仅1cm3的质量就有全球人类 那么重，直径仅为30km。 中子星 当超新星爆发后，核心仍 大于太阳的三倍，即使中 子星也不能接受，便会变 成黑洞。根据广义相对论 物质的存在会影响时间和 空间，物质可令时空扭曲 引力必将所有物质挤压成 一点叫奇点。黑洞也 有消失的一刻，正反物质 一入一出，黑洞的质量下 降，慢慢消失，天文学家 称之为蒸发。 星际气体 主序星 红巨星 白矮星 超新星 中子星 黑洞 黑洞不断吸收星系,一 面互相合并,100京年 后,包括银河系在內, 所有星系都将被黑洞 所吞噬 1998 哈勃望远镜发現圆盘环绕这巨大黑洞 (质量达三亿个太阳)的黑洞，而围绕它的是椭 圆星系NGC7052。 黑洞 质量比太阳大10倍以上的恒星，超新星爆炸后会形 成“黑洞”。黑洞会把附近所有的物质都吸进去，就连 光线也会被吞没，所以我们是看不见 黑洞的。但是如 果黑洞附近有另外一颗恒星，我们可以从这颗邻近恒星 的物质被吸入黑洞时的情形，证明黑洞的存在。 中子星和黑洞 这些恒星和太阳有什么不同？讨论： 红巨星：表面温度比太阳低，但体积比太阳大， 亮度比太阳高。 行星状物质：质量体积比太阳大，但亮度较暗。 超新星：亮光相当于十亿颗太阳 白矮星、中子星、黑洞：体积小、亮度低，但质 量大、密度极高。 恒星的一生 恒星不永恒 恒星的一生 决定恒星寿命的因素只有一个质量！ 质量愈大，寿命愈短！ 太阳可活一百亿年，而天狼星的寿命却只有 几百万年。按比例来看，如果太阳可活七十 岁，天狼星只能活三天！ 恒星的寿命 15倍太阳质量 1千万年 1倍太阳质量 1百亿年 0.2倍太阳质量 1万亿年 小质量恒星 红巨星的外壳慢慢消散 中心的核压缩成为白矮星 白矮星冷凉了，就成了黑矮星 小一点的恒星，默默的死去。 死路不只一条 死路不只一条 大质量恒星 一系列核反应后，他们呈现洋葱结构 没有了能量抵抗引力，超新星爆发 外层被炸飞，剩下的核被压缩 中子星（10亿吨/cm3） 黑洞 大一点的恒星，光辉的尾声。 太阳的命运 太阳的死亡 太阳的一生大致是100亿年。 大约在50亿年以前，一团十分巨大又十分稀 薄的气体云，在自己的重力作用下收缩着。它开 头收缩得很快，后来由于内部发热，收缩慢了下 来，直到形成一批高热、密头的气体大团块，这 些就是“原恒星”，其中一个就是我们的太阳。 太阳进一步收缩，内部温度更高，引发了“ 热核反应”，于是停止收缩，进入“成年”时期 。就是我们现在看到的太阳了。 大约再过50亿年，太阳核心部分的“燃料 ”用光后，就会猛地又收缩一下。这一来，温 度再次猛增，使外层原来没有烧过的“燃料” 也“烧”起来了。此时，太阳会猛烈地膨胀， 成为一颗“红巨星”。 太阳会胀得很大，太阳能把水星和金星都 “吞掉”。地球轨道恰好在这个胀大了的太阳 表面的位置。这时的地球即使不被炽热的太阳 “吞掉”，也会被烤得熔为一团熔岩。但与此 同时，也会有其他小行星变得适合人类居住， 也许那就是人类未来的避难处。 “红巨星”阶段大约有10亿年。然后，一切 可“烧”的“燃料”都用完了，红巨星开始再次 收缩，越变越小，大约只有现在的体积的十万分 之一，才稳定下来。尽管表面温度可以高达1万 度，但表面积变小了，发出的热量会大大减少， 这时，太阳就进入了“老年期”，成为“白矮星 ”一样的天体，表面温度高、体积小、密度很大 （每1cm3物质有10吨重）。由于没有内部能源， 所以这个“老年期”并不能永远维持下去，而是 逐渐冷却，最后成为一个黑暗无比的“暗矮星” 。 太太 阳阳 的的 未未 来来 1 2 34 5 6 成年的太阳 1 红巨星 2、3、4 白矮星 5 暗矮星 6 可以维持100 亿年，现已步 入中年 太阳的晚年 期，可停留10 亿年 体积极小，密 度很高 完全“熄灭”， 看不见、永存 星云太阳 50亿年. 红巨星 50亿年. 白矮星 10 亿 年 暗矮星 漫长. 大恒星 黑洞 超新星 超红巨星 中子星 了解了太阳一生的演化之后，你对宇 宙有了什么新认识。 宇宙也像恒星一样，也有诞生，成长， 死亡的时候。 通过天文观测和发现逐步证实和完善了恒星 的演化理论。 恒星的一生 星际气体 收缩形成 中子星 黑洞 主序星 原恒星 主序星 太阳 红巨星白矮星 暗矮星 大恒星 超红巨星 超新星 恒星也有自己的生命史，它们从诞生、成 长到衰老，最终走向死亡。它们大小不同，色 彩各异，演化的历程也不尽相同。恒星与生命 的联系不仅表现在它提供了光和热。实际上构 成行星和生命物质的重原子就是在某些恒星生 命结束时发生的爆发过程中创造出来的。 一颗大质量恒 星的生命循环 气体云 红巨星 超新星 黑洞 中子星 循环 一颗大质量恒星的生命循环 1、太阳最终将变成 ( ) A、红巨星 B、白矮星 C、超新星 D、中子星或黑洞 2、比太阳更大的恒星最终将演化成 ( ) A、红巨星 B、白矮星 C、超新星 D、中子星或黑洞 B D 3、进人成年的太阳大约可以稳定100亿年，再 过年，太阳将进入晚年期，太阳将逐渐 演化成。它将再活跃10亿年，然后成为 一颗，并在缓慢中死去，最后作为一颗 而永存。 4、有关白矮星的说法不正确的是 ( ) A、白矮星是中等质量恒星演化的终点 B、白矮星在银河系中随处可见 C、它的质量越大，半径就越小 D、150亿年前宇宙创生和第一批恒星出现以 来，恐怕还没有一个白矮星形成 50亿 红巨星 白矮星 黑矮星 D 5、宇宙中还有质量比太阳大得多的恒星。经天 文学家研究证实：相当于太阳质量 的恒星，进入晚年期后，体积会急剧变大，形 成，然后爆发成为。 1.44倍到2倍 超红巨星 超新星 6、在宇宙中，密度最大的是 ( ) A、铂 B、白矮星 C、黑矮星 D、中子星 D 太太 阳阳 的的 未未 来来 1 2 34 5 6 成年的太阳 1 红巨星 2、3、4 白矮星 5 暗矮星 6 可以维持100 亿年，现已步 入中年 太阳的晚年 期，可停留10 亿年 体积极小，密 度很高 完全“熄灭”， 看不见、永存