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當(dāng)一顆恒星度過它漫長的青壯年期——主序星階段，步入老年期時，它將首先變?yōu)橐活w紅巨星。 紅巨星是恒星燃燒到后期所經(jīng)歷的一個較短的不穩(wěn)定階段，根據(jù)恒星質(zhì)量的不同，歷時只有數(shù)百萬年不等，這與恒星幾十億年甚至上百億年的穩(wěn)定期相比是非常短暫的。 紅巨星時期的恒星表面溫度相對很低，但極為明亮，因為它們的體積非常巨大。在赫羅圖上，紅巨星是巨大的非主序星，光譜屬于K或M型。 之所以被稱為紅巨星是因為看起來的顏色是紅的，體積又很巨大的緣故。就是這么的簡單。 質(zhì)量：太陽的9倍到太陽的40倍 直徑：太陽的10倍至太陽的500倍 表面溫度：4800K（K0III)-2200K(M8III) 恒星依靠其內(nèi)部的熱核聚變而熊熊燃燒著。核聚變的結(jié)果，是把每四個氫原子核結(jié)合成一個氦原子核，并釋放出大量的原子能，形成輻射壓。 處于主星序階段的恒星，核聚變主要在它的中心（核心）部分發(fā)生，輻射壓與它自身收縮的引力相平衡，恒星內(nèi)部氫的燃燒消耗極快，中心形成氦核并且不斷增大。 隨著時間的延長，氦核周圍的氫越來越少 ，中心核產(chǎn)生的能量已經(jīng)不足以維持其輻射，于是平衡被打破，引力占了上風(fēng)，有著氦核和氫外殼的恒星在引力作用下收縮坍塌，使其密度、壓強(qiáng)和溫度都急劇升高，氫的燃燒向氦核周圍的一個殼層里推進(jìn)。 這以后恒星演化的過程是：內(nèi)核收縮、外殼膨脹——燃燒殼層內(nèi)部的氦核向內(nèi)收縮并變熱，而其恒星外殼則向外膨脹并不斷變冷，表面溫度大大降低。 這個過程僅僅持續(xù)數(shù)十萬年，這顆恒星在迅速膨脹中變?yōu)榧t巨星。氦聚變最后的結(jié)局，是在中心形成一顆白矮星。 在赫羅圖上，紅巨星是巨大的非主序星，光譜屬于K或M型。 關(guān)于這個赫羅圖我們說一下： 赫羅圖是丹麥天文學(xué)家赫茨普龍及由美國天文學(xué)家羅素分別于1911年和1913年各自獨立提出的，因此把這樣一張圖以當(dāng)時兩位天文學(xué)家的名字來命名，稱為赫羅圖。 赫羅圖是恒星的光譜類型與光度之關(guān)系圖，赫羅圖的縱軸是光度與絕對星等，而橫軸則是光譜類型及恒星的表面溫度，從左向右遞減。 恒星的光譜型通常可大致分為O.B.A.F.G.K.M七種，赫羅圖不僅能給各類型恒星以特定的位置，而且能顯示出它們各自的演化程，是研究恒星必不可少的重要手段之一。 以上就是赫羅圖的簡單介紹。 我們接著說紅巨星。 鯨魚座的苧藁增二、金牛座的畢宿五、牧夫座的大角星等都是紅巨星。 既然有紅巨星那肯定就會有比紅巨星還要大的星體。 沒錯！天蝎座的心宿二、獵戶座的參宿四、大犬座VY等則是紅超巨星。 大部分的紅巨星，其核心是未聚變的氦，能量由氦核外的氫燃燒包層提供 另外一些，其核心是碳等更重的元素，外部是在燃燒的氦包層和氫包層。 在恒星大氣中碳含量比氧含量還高的碳星中，AGB星的光譜類型一般屬于C-N到C-R型。 質(zhì)量在太陽的9至40倍之間的恒星，在耗盡了核心的氫燃料之后，燃燒將會移至核心外圍的氫氣層。 因為惰性的氦核本身沒有能源，便因為重力而收縮并被加熱，在上面的氫也會跟著一起收縮，因此融合的速度會增加，產(chǎn)生更多的能量，導(dǎo)致恒星變得更為明亮(比原來亮1,000～10,000倍)并且使體積膨脹。 體積膨脹的程度超過發(fā)光能力的增加，因此表面的有效溫度下降。表面溫度的下降使得恒星的顏色傾向紅色，因此稱為紅巨星。 理論上，恒星光譜從A至K的主序星會演化成為紅巨星及紅超巨星，而O與B型的恒星會成為藍(lán)超巨星。 紅巨星是一種演化晚期的恒星，廣義上包括氫燃燒以后離開主星序的所有的大光度的恒星。 它們位于赫羅圖的右方或右上方，屬于巨星支或超巨星支，通常這些巨星支或超巨星支的恒星大部分是體積和光度均很大的K型星和M型星，因而是光色發(fā)紅的低溫恒星，故稱為紅巨星，一部分則為O型和B型的藍(lán)巨星或藍(lán)白巨星。 還有一些為亞巨星支的G、F、A型黃巨星或黃白巨星、白巨星，這類天體的一部分靠近主序的是剛剛從主序移出不久的主序后恒星，另一些則是演化過程中的處于某一階段的形式，在這一星族中，存在很多型的變星，如造父變星、天琴座RR型變星等。 一些處于演化早期的恒星也出現(xiàn)在這一區(qū)域中，如金牛座的T型星等。 一般的紅巨星周圍沒有彌漫著氣體云，都是像那些處于演化早期的恒星，如金牛座的T型星等周圍會彌漫這氣體云。 接下來我們說說紅巨星的形成原因。 恒星開始核反應(yīng)后在反抗引力的持久斗爭中，其主要武器就是核能。它的核心就是一顆大核彈，在那里不斷地爆炸。 正是因為這種核動力能自我調(diào)節(jié)得幾乎精確地與引力平衡，恒星才能在長達(dá)數(shù)十億年的時間里保持穩(wěn)定。熱核反應(yīng)發(fā)生在極高溫度的原子核之間，因而涉及物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)。 在太陽這樣的恒星中心，溫度達(dá)到一千五百萬開氏度，壓強(qiáng)則為地球大氣壓的三千億倍。 在這樣的條件下，不僅原子失去了所有電子而只剩下核，而且原子核的運(yùn)動速度也是如此之高，以至于能夠克服電排斥力而結(jié)合起來，這就是核聚變。 在大約一億度的高溫下，恒星核心的氦原子核聚變成為碳原子核。 每三個氦核聚變成一個碳核，碳核再捕獲另外的氦核而形成氧核。這些新反應(yīng)的速度與緩慢的氫聚變完全不同。 它們像閃電一樣快地突然起爆，這種爆叫氦閃耀，而使恒星不得不盡可能地相應(yīng)調(diào)整自己的結(jié)構(gòu)。 經(jīng)歷約一百萬年后，核能量的外流漸趨穩(wěn)定。此后的幾億年里，恒星處于暫時的平穩(wěn)，核區(qū)的氦在漸漸消耗，氫的燃燒越來越向更外層推進(jìn)。 但是，調(diào)整是要付出代價的，這時的恒星將膨脹得極大，以使自己的結(jié)構(gòu)適應(yīng)于光度的增大。它的體積將增大十億倍。 這個過程中恒星的顏色會改變，因為其外層與高溫的核心區(qū)相距很遠(yuǎn)，溫度就低了下來。這種狀態(tài)的恒星稱為紅巨星。 當(dāng)我們的太陽衰老膨脹時，地球?qū)⒈粡氐淄淌刹⒆罱K蒸發(fā)干凈，同時緊挨地球的火星最終也將面臨被燒焦的厄運(yùn)。 大約在50億年后，太陽將成為紅巨星，經(jīng)過科學(xué)家們的計算，屆時太陽將變得異常巨大。 然而，太陽的引力也會因為質(zhì)量的減少而減弱，因此火星和所有的外行星，都會往外移。 在這時候水星，甚至連金星都會被太陽吞噬掉。地球的命運(yùn)不是很清楚。要是沒有潮汐力的話，那地球的軌道就會往外逃到差不多1.3到1.7天文單位。 但研究發(fā)現(xiàn)因為地球和太陽有潮汐力，地球還是會被太陽的外氣層吞噬掉。可是在此之前，當(dāng)太陽的氫耗盡時，地球的生物圈將會被破壞，額外增加的太陽能也將造成地球海洋的蒸發(fā)。 過30億年以后，地球的表面將變得如同金星一般高熱。再40億年以后，地球的空氣已經(jīng)往外太空逸散掉了，最后地球變成焦黑的行星。 好啦！今天聊這么多，下一期我們說說中子星。 |
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