本节知识补充 恒星形成的条件 恒星通常是在星际气体中诞生的。在宇宙中， 当星际气体的密度增加到一定程度时，由于其内 部引力的增长大于气体压力的增长，这团气体云 就开始收缩。这样的倾向一开始，其自身引力使 巨量物质的密度普遍增大。巨大质量的星际物质 开始变得不稳定。这些巨量的星际气体与尘埃坍 缩进行得越来越迅猛，开始分裂形成较小的云团 ，密度也增大了许多。这些较小的云团最终将各 自成为一颗恒星。ks5u精品课件恒星形成的条件 如果有一团星际气体超过通常的星际物质（每立 方厘米一个氢原子）的密度，达到每立方厘米六 万个氢原子。经历几十万年后，其中心区的密度 逐渐变大，核心开始升温，随着温度的上升，压 力开始变大，坍缩逐渐停止。外部物质不断落到 内部的小核上，它带来的能量在物质撞击到核心 上时又成为辐射而放出。与此同时，核心在不断 缩小，并变得越来越热。ks5u精品课件原始恒星的诞生 温度达到二千度左右时，氢分子开始分解成为原 子。核心开始再度收缩，收缩时释放出的能量将 把所有氢分子都分解为原子。这个新生的核心比 今天的太阳稍大一些，不断向中心落下的外围物 质最终都要落到这个核心上，一颗质量和太阳一 样的恒星就要诞生了。人们将这时的天体称为“原恒星”，它的辐射消 耗主要由下落到它上面的物质的能量来补充。其 余的云团物质还在不断向它落下，密度还在不断 增大，内部温度也在上升。直至中心温度达到一 千万度发生聚变。一颗原始的恒星诞生了。 ks5u精品课件主序星 恒星是在氢分子云的中心产生的，因而主要由 氢组成。高温使氢里面的质子和电子分离，四个 质子聚合，就成为一个氦核。氦核的质量小于它 赖以形成的四个质子质量之和。这个质量差只是 总质量的千分之七，但是这一点质量损失转化成 了巨大的能量。像太阳那样的恒星有一个巨大的 核，在那里每秒钟有六亿吨氢变成氦。巨大的核 能量朝向恒星外部猛烈冲击就能阻止引力收缩。ks5u精品课件红巨星的形成 一旦燃料用光，热核反应的速率立即剧减 ，引力与辐射压之间的平衡被打破了，引 力占据了上风。有着氦核和氢外壳的恒星 ，在自身的重力下开始收缩，压强、密度 和温度都随之升高，于是恒星外层尚未动 用过的氢开始燃烧，外壳开始膨胀，而核 心在收缩。 ks5u精品课件红巨星红巨星在迅速膨胀时，发出的光越来越偏红。它极为明亮，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。ks5u精品课件红巨星 在大约一亿度的高温下，恒星核心的氦原子核聚变成为 碳原子核。每三个氦核聚变成一个碳核，碳核再捕获另外 的氦核而形成氧核。这些新反应的速度与缓慢的氢聚变完 全不同。它们像闪电一样快地突然起爆（氦闪耀）。经历 约一百万年后，核能量的外流渐趋稳定。此后的几亿年里 ，恒星处于暂时的平稳，核区的氦在渐渐消耗，氢的燃烧 越来越向更外层推进。这时的恒星将膨胀得极大，以使自 己的结构适应于光度的增大。它的体积将增大十亿倍。这 个过程中恒星的颜色会改变，因为其外层与高温的核心区 相距很远，温度就低了下来。这种状态的恒星称为红巨星 。 ks5u精品课件红巨星 红巨星时期的恒星表面温度相对很低，但极为 明亮，因为它们的体积非常巨大。肉眼能看到的 最亮的星中有许多就是红巨星，如参宿四、毕宿 五、大角、心宿二等。我们的太阳在五十亿或六 十亿年后也将变成一个红色“巨人”。当核心的 氢耗完时，太阳就开始膨胀，那时水星将化为蒸 汽，金星的大气将被吹光，地球上的海洋将沸腾 。然后太阳还会继续膨胀，并将地球纳入它的势 力范围。地球被烧焦的残骸会继续在巨型太阳灼 热而极稀薄的大气里转圈。红巨星外层物质的密 度比地球实验室里能得到的最好真空还要低得多 。 ks5u精品课件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ks5u精品课件白矮星 在恒星大膨胀成为红巨星，热核反应 速率也不可逆转地衰减之后，恒星吹 出气体并收缩到地球那样大小，即几 千公里直径。物质的浓缩使得星体表 面温度大为升高，以至真正成为白热 。小尺度和高表面温度这两个特征， 使这种星得名为白矮星。 ks5u精品课件白矮星的体积小、亮度低，但质量大、密度极高。它的密度在1000万吨/ 米3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ks5u精品课件黑矮星 白矮星是中等质量恒星演化的终点，在银河系中随处可见 。它的质量越大，半径就越小。由于没有热核反应来提供 能量，白矮星在发出辐射的同时，也以同样的速率冷却。 但是，白矮星本性节俭，它在形成后要经过数十亿年的冷 却时间。白矮星的变暗过程是如此之慢，自一百五十亿年 前宇宙创生和第一批恒星出现以来，恐怕还没有一个黑矮 星形成，这里需要极大的耐心。太阳正处在其主序阶段的 中点，还要经过五十亿年才到行星状星云那样的“高龄” ，它将再短暂地活跃十万年，然后成为一颗白矮星并在一 百亿年中缓慢地死去，最后作为一颗黑矮星而永存。ks5u精品课件红超巨星 铁是大质量恒星核心的最后灰烬。与此 同时恒星还不断地膨胀其外壳以调节平衡 ，它会膨胀到一个异常巨大的尺度，成为 红超巨星。红超巨星是宇宙中最大的恒星 。如果把这样一个星放在太阳系中心，它 将吞没包括远在五十亿公里外的冥王星在 内的所有行星。 ks5u精品课件中子星 恒星核心的平衡发生了前所未有的急剧变 化，越来越不能抵挡无情的重压，温度持 续上升，直到氦核本身也蜕变为其基本成 分：质子、中子和电子。在高温下电子变 得更不能阻挡压缩力，在零点一秒内，它 们被挤压到与质子结合在一起。二者的电 荷相中和，变成为中子，同时迸发出巨大 的中微子流。 ks5u精品课件中子星 当恒星的密度达到每立方厘米十的十四次 方克，相当于在一只缝纫顶针里有一亿吨 的质量。恒星核里再没有任何“真空”留下， 恒星核就成了一种主要由中子组成的巨大 原子核，这种远比白矮星紧密的新的物质 简并态，就叫做中子星。 ks5u精品课件质量约是太阳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ks5u精品课件黑 洞 在某些质量远大于太阳的恒星的已简并的核心，继续发生着坍缩，但最终形成的并不是中子星，而是黑洞。 ks5u精品课件黑 洞 没有东西能从黑洞逃逸，包括光线在内。 黑洞可从大质量恒星的死亡中产生。一颗 大质量恒星坍缩后，当其引力大得无任何 其他排斥力能与之相对抗时，恒星被压成 了一个称为“奇点”的孤立点。 奇点是黑洞的中心，在它周围引力极强。 ks5u精品课件黑洞质量比太阳大8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。 ks5u精品课件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ks5u精品课件ks5u精品课件银河系我们肉眼看见的所有恒星，以及许许多多因 为太暗而肉眼看不见的恒星，还包括我们的太阳 和太阳系在内，都属于一个巨大的恒星系统，即 银河系。银河系中还包括许多星团、星际介质和 星云。银河是由许多遥远的恒星组成的，表明了银河 系的恒星在这一带非常密集。在银河中还可以看 到许多暗带，说明在银河的方向上有大量的星际 介质和暗星云存在ks5u精品课件ks5u精品课件银河系 银河系有一个扁平的盘，称为银盘。银盘中恒星 很密集，还有各种星际介质和星云及星团。银盘 的直径有10多万光年，厚度只有几千光年。我们 看到的银河，就是银盘中遥远的恒星密集在一起 形成的。银盘一个非常引人注目的结构是有漩涡 状的旋臂，因此银河系属于漩涡星系。 银河系出了核球和银盘以外，还有一个很大的 晕，称为银晕。银晕中的恒星很稀少，还有为数 不多的球状星团。银晕的半径可能伸展到30万光 年之远。 ks5u精品课件河外星系 由于万有引力的影响，巨大的星系往往会 聚集在一起，成群出现，构成星系群或星 系团。绝大部分星系(至少85%以上)都是出 现在星系团中的。我们把星系数在100以内 的称为星系群，而多于100的我们就称为星 系团。这些星系在空间分布上也会三五成 群，形成“群落“，这就是所谓的超星系团了 。ks5u精品课件思考：在漫无边际的宇宙空间，无数的星系和星系团之间会怎样组合呢？ks5u精品课件 一般认为，我们现在所知的宇宙从整体 上看是泡沫状的。 宇宙是没有中心的，其间的物质分布也 大致均匀ks5u精品课件 发现1、所有的星系都在远离我们而去。发现3、星系间的距离在不断地扩大难道地球是宇宙的中心？难道地球是宇宙的中心？发现2、星系离我们越远，运动的速度越快；ks5u精品课件霍金史蒂芬史蒂芬 霍金，广泛尊崇为继爱因斯坦之后霍金，广泛尊崇为继爱因斯坦之后 最杰出的科学家。黑洞理论和最杰出的科学家。黑洞理论和“ “大爆炸大爆炸” ”理理 论的创立人，著名的论的创立人，著名的时间简史时间简史的作者的作者 。17岁的霍金患病后只能永远坐在轮椅上并 且失去了语言能力，这位全身只有三个手 指能动的残疾人，却依靠惊人的毅力完成 了一系列惊人的关于大爆炸和黑洞的理论 。ks5u精品课件大爆炸理论主要观点 大约150亿年前，我们所处的宇宙全部以 粒子的形式、极高的温度、极大的密度， 被挤压在一个“原始火球” 中。大爆炸使物质四散出击，宇宙空间不断大爆炸使物质四散出击，宇宙空间不断膨膨 胀胀，温度也相应，温度也相应下降下降，后来相继出现在宇，后来相继出现在宇 宙中的所有星系、恒星、行星乃至生命。宙中的所有星系、恒星、行星乃至生命。ks5u精品课件大胆猜测：宇宙的将来 永远膨胀下去，不断地扩大，我们将 看到所有星系的星球老化、死亡，剩 下我们孤零零的，在一片黑暗当中。 或者会塌缩而在大挤压处终结或者会塌缩而在大挤压处终结ks5u精品课件ks5u精品课件