恒星的一生.ppt

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1、恒星恒星是大质量、明亮的恒星是大质量、明亮的等离子体球。经由观测等离子体球。经由观测恒星的恒星的光谱光谱、光度光度和在和在空间中的运动，可以测空间中的运动，可以测量恒星的质量、年龄、量恒星的质量、年龄、金属量和许多其他的性金属量和许多其他的性质。质。恒星的恒星的总质量总质量是决定恒是决定恒星演化和最后命运的主星演化和最后命运的主要因素。描述许多恒星要因素。描述许多恒星的温度对光度关系的图，的温度对光度关系的图，也就是也就是赫罗图赫罗图，可以测，可以测量恒星的年龄和演化的量恒星的年龄和演化的阶段。阶段。恒星一生的恒星一生的大部分时间，大部分时间，都因为都因为核心核心的的核聚变核聚变而而发光。发光

2、。核聚变所释核聚变所释放出的能量，放出的能量，从内部传输从内部传输到表面，然到表面，然后辐射至外后辐射至外太空，这是太空，这是一个漫长的一个漫长的过程。过程。几乎所有比几乎所有比氢和氦更重氢和氦更重的元素都是的元素都是在恒星的核在恒星的核聚变过程中聚变过程中产生的。产生的。日食时可见的色球层日冕的范围可达太阳半径的几倍概述 恒星诞生于以氢氢为主，并且有氦和微量其他重元素的云气坍缩。 一旦核心有足够的密度，有些氢就可以经由核聚变的过程稳定的转换成氦。恒星内部多余的能量经过辐射辐射和对流组合的携带作用传输出来；恒星内部的压力则阻止了恒星在自身引力引力下的崩溃。 一旦在核心的氢燃料耗尽，质量不少于0

3、.4太阳质量的恒星，将膨胀成为红巨星，在某些情况下更重的化学化学元素元素会在核心或包围着核心的几层燃烧。这样的恒星将发展进入简并状态，部分被回收进入星际空间环境的物质，将使下一代恒星诞生时正元素的比例增加早期演化星际物质星际物质 （引力干扰）（引力干扰） 星云星云 （ 引力坍缩）引力坍缩） 星胚星胚 （快收缩）（快收缩） 原恒星原恒星 （失败）褐矮星（失败）褐矮星 （慢收缩）（慢收缩） 主序星主序星一些可能造成引力干一些可能造成引力干扰和坍缩的事件：扰和坍缩的事件：分子云间互相冲撞，分子云间互相冲撞，或者穿越旋臂的稠密或者穿越旋臂的稠密部分。部分。邻近的超新星爆发抛邻近的超新星爆发抛出的高速物

4、质也可能出的高速物质也可能是触发因素之一。是触发因素之一。最后，星系碰撞造成最后，星系碰撞造成的星云压缩和扰动也的星云压缩和扰动也可能形成大量恒星可能形成大量恒星。星云星云恒星的摇篮恒星的摇篮猎户座星云猎户座星云距太阳系大距太阳系大约约15001500光年，光年，是银河系内是银河系内最近的恒星最近的恒星诞生地，包诞生地，包含有数以千含有数以千计的新生恒计的新生恒星、以及孕星、以及孕育恒星的柱育恒星的柱状星际尘云。状星际尘云。这张照片不仅显示这张照片不仅显示出大量恒星的诞生，出大量恒星的诞生，也包含有罕见的褐也包含有罕见的褐矮星。照片显示，矮星。照片显示，大约有大约有3000颗大小颗大小不同的恒

5、星聚集在不同的恒星聚集在猎户座星云。这些猎户座星云。这些恒星处于不同的阶恒星处于不同的阶段：有些是刚刚从段：有些是刚刚从柱状尘云中形成的柱状尘云中形成的“婴儿婴儿”恒星，有恒星，有些则是非常炽热而些则是非常炽热而活跃的活跃的“少年少年”恒恒星，还有一些是能星，还有一些是能量和亮度都很低、量和亮度都很低、首次在可见光波段首次在可见光波段发现的恒星。发现的恒星。马头星云是相对于一片红色发射星云中的一块暗色区域，形似马头而得名。图中心那颗亮星即位于猎户星座的“腰带”上。马头星云是一块不透光的尘埃云，正好位于一块亮的红色发射星云前面。星云的红颜色是电子与质子复合形成氢原子的物理过程中发出的特征颜色。礁

6、湖星云礁湖星云这个礁湖星云为新星形成区域，距离约 5,000 光年，方向为本银河系中心。 从这张照片可以看出很多发展的 细节，包含细丝般发亮的氢气，伴随着黑暗星云的紊流及沙漏区域，在右上角。 这张是由窄波段及宽波段的影像，在 亚利桑那州的西北角所拍摄。蔷薇星云内的尘埃及光蔷薇星云内的尘埃及光上面影像里，可见到被邻近大质量恒星高能量星光及恒星风慢慢浸蚀掉的黝黑尘埃和云气球。这些分子云球如果长久不受扰动，可能有机会形成恒星及行星。恒星稳定条件：引力=辐射压力+气体压力气体气体压力压力辐射辐射压力压力引力引力核心温度超过核心温度超过1000万万K发生氢聚变为发生氢聚变为氦的核反应氦的核反应形成过程扰

7、动导致云状物的内部形成块状物。块状物内部坍陷，通过引力将气体吸进来。坍陷的块状物压缩并升温。坍陷块状物开始旋转并以最快的速度成为一个盘状物。盘状物继续以更快的速度旋转，将更多的气体和尘埃吸引进来，并继续升温。约一百万年以后，在盘状物中心形成一个小的炽热（开氏1,500度）、致密核心，人们称之为原恒星。随着气体和尘埃继续进入盘状物，它们向原恒星释放能量，使原恒星继续升温。当原恒星的温度达到约700万开氏温度时，氢开始聚变，以形成氦并释放能量。在几百万年的时间里，物质继续进入新生恒星，因为引力造成的坍塌比核聚变产生的外向压力的作用大。因此，原恒星的内部温度会升高。如果有足够质量坍塌到原恒星中，温度

8、升到足以维持聚变，则原恒星会以一种名为双极流的喷射形式释放大量气体。如果质量不够，则不会形成恒星，而是成为一颗棕矮星。双极流从新生恒星中清除气体和尘埃。有些此类气体和尘埃后来可能会聚集到一起，形成行星。盘状物 与 双极喷流赫罗图研究恒星演化的重要工具赫罗图赫罗图（Hertzsprung-Russel diagram，简写为H-R diagram）是丹麦天文学家赫茨普龙赫茨普龙及由美国天天文学家文学家罗素罗素分别于1911年和1913年各自独立提出的。后来的研究发现，这张图是研究恒星演化的重要工具，因此把这样一张图以当时两位天文学家的名字来命名，称为赫罗图。赫罗图是恒赫罗图是恒星的星的光谱类光谱

9、类型型与与光度光度之之关系图。关系图。恒星的光谱恒星的光谱型通常可大型通常可大致分为致分为 O.B.A.F.G.O.B.A.F.G.K.MK.M 七种七种 。横轴是光谱类型及恒星的表面温度，横轴是光谱类型及恒星的表面温度， 从左向右递减从左向右递减赫罗图的纵轴是光度与绝对星等赫罗图的纵轴是光度与绝对星等恒星光谱分类哈佛光谱分类赫罗图的横座标是光谱的型态，依照温度的顺序由左向右依序为O、B、A、F、G、K、M等类型，是由哈佛大学天文台发展出来的，所以称为哈佛分类法。1894年，哈佛大学天文台开始对恒星光谱作有系统的分类，在安妮坎农的主持下，经历了40年时间，到1934年共分析了数十万颗恒星的光谱

10、，编纂成10册的亨利德雷伯星表及其扩充星表，并发展出现在使用的摩根-肯那光谱分类法。 摩根-肯那光谱分类法这是目前最通用的恒星分类法，依据恒星的温度由高至低排序(质量、半径和亮度皆与太阳比较)，但其光谱标示仍沿用哈佛光谱中的分类，将恒星的光谱分成七大类，每类再细分为十小类。但目前最热的星为O5，最暗的星为M5，即O型只有五小类，M型只有六小类，总计为61小类恒星光谱型恒星光谱型 赫罗图可显示恒星的演化过程, 大约90%的恒星位于赫罗图左上角至右下角的带状上，这条线称为主序带。位于主序带上的恒星称为主序星主序星。形成恒星的分子云是位于图中极右的区域，但随着分子云开始收缩，其温度开始上升，会慢慢移

11、向主序带。恒星临终时会离开主序带，恒星会往右上方移动，这里是红巨星红巨星及红超巨星红超巨星的区域，都是表面温度低而光度高的恒星。经过红巨星但未发生超新星爆炸的恒星会越过主序带移向左下方，这里是表面温度高而光度低的区域，是白白矮星矮星的所在区域，接着会因为能量的损失，渐渐变暗成为黑矮星。星云星云 氢聚变，主序阶段氢聚变，主序阶段氦聚变等，碳为终点氦聚变等，碳为终点 抛出外围气体抛出外围气体重元素留在白矮星内，白矮星会逐渐黯淡下去重元素留在白矮星内，白矮星会逐渐黯淡下去几种归宿 白矮星（变冷后）黑矮星（m3M) 型 超新星爆发（碳闪）所有质量全部抛散（3Mm9M) 型 超新星爆发黑洞行星状星云行星

12、状星云质量与太阳相当的行星在坍缩时将外围的气体抛出形成行星状星云，可以清晰地看到位于中央的一颗白矮星。行星状星云在膨胀的过程中，变得越来越稀薄，约5万年后行星状星云完全消失，只留下慢慢冷却暗淡下去的白矮星。快速膨胀的星云标记着快速膨胀的星云标记着星云中心恒星的最终命星云中心恒星的最终命运。在用完核燃料后，运。在用完核燃料后，其中心区域收缩成为一其中心区域收缩成为一颗白矮星，释放出的能颗白矮星，释放出的能量则使外层气体向外膨量则使外层气体向外膨胀，产生了壮观的行星胀，产生了壮观的行星状星云。当外层气体以状星云。当外层气体以每小时百万公里的速度每小时百万公里的速度向外膨胀时挤压周围的向外膨胀时挤压

13、周围的星际气体，电离的氢和星际气体，电离的氢和氮发出蓝色的辉光。氮发出蓝色的辉光。“臭鸡蛋臭鸡蛋”星云又称星云又称“葫芦葫芦”星云，学名星云，学名OH231.8+4.2OH231.8+4.2，在未，在未来来10001000年内将发展成一年内将发展成一个完全的双极行星状星个完全的双极行星状星云。云。白矮星有一个白矮星有一个质量上限，约质量上限，约为为太阳质量的太阳质量的1.441.44倍倍。当质量超过钱当质量超过钱德拉塞卡极限德拉塞卡极限时，引力大于时，引力大于电子简并压力电子简并压力，星体在几秒钟星体在几秒钟内崩溃坍缩，内崩溃坍缩，电子越过电子越过泡利泡利不相容原理不相容原理的的屏障，冲入原屏

14、障，冲入原子核，与质子子核，与质子结合成中子，结合成中子，并释放出中微并释放出中微子。子。钱德拉塞卡极限钱德拉塞卡极限泡利不相容原理（泡利不相容原理（PauliPaulis s exclusion principleexclusion principle） 指在原子中不能容纳运动状态完全相同的电子。又称泡利原理、不相容原理。一个原子中不可能有电子层、电子亚层、电子云伸展方向和自旋方向完全相同的两个电子。 处于等离子状态的恒星物质，依然受到泡利不相容原理的制约。简并压力 如果在某一空间范围已经有足够多的电子占满了各种运动状态，那么就不容许在多出一个电子去占据任何一种已被占据状态。 这种不容许多余

15、电子进入某一空间范围的里就是电子的简并压力。 物质的密度越大，电子被限制的范围越小，波长越短，能量越高，运动越快，与运动速度和能量相关的简并压力就越大。一旦恒星核合一旦恒星核合成的过程产生成的过程产生铁铁-56-56，接下，接下来的过程都将来的过程都将消耗能量消耗能量 。在核心崩溃之在核心崩溃之前，大质量恒前，大质量恒星的核心结构星的核心结构是有如洋葱般是有如洋葱般的层层排列的层层排列（图未按照比（图未按照比例）。例）。 超新星爆炸超新星爆炸恒星将使用过的原子还给宇宙恒星将使用过的原子还给宇宙面纱星云面纱星云（Veil NebulaVeil Nebula），又称天鹅座环（），又称天鹅座环（Cy

16、gnus LoopCygnus Loop），星表名为），星表名为NGC6992NGC6992，实际上是一个约，实际上是一个约50005000年前爆炸的超新星的遗迹。上图显示的是该星云的一年前爆炸的超新星的遗迹。上图显示的是该星云的一部分，通过计算机处理增强了这一透明宇宙云的细节特征。面纱星云位于天鹅星座，距部分，通过计算机处理增强了这一透明宇宙云的细节特征。面纱星云位于天鹅星座，距离我们约离我们约14001400光年光年 超新星遗迹行星状星云行星状星云IC 418 IC 418 又名又名“旋纹星云旋纹星云” 源于它类似源于它类似于一个旋转绘图仪画出的于一个旋转绘图仪画出的图案，为什么会产生这样

17、图案，为什么会产生这样一种图样还是一个未解之一种图样还是一个未解之谜。谜。有证据表明，几百万年以有证据表明，几百万年以前，前，IC 418IC 418还是一颗与我还是一颗与我们的太阳类似的恒星，随们的太阳类似的恒星，随着核燃料的耗尽，其外层着核燃料的耗尽，其外层气体开始向外膨胀，而中气体开始向外膨胀，而中心则留下了一颗炽热的白心则留下了一颗炽热的白矮星。中心核发出的光激矮星。中心核发出的光激发周围气体中的原子发出发周围气体中的原子发出美丽的辉光。美丽的辉光。IC 418 IC 418 距离距离我们我们20002000光年，大小约光年，大小约0.30.3光年。光年。垂死恒星的梦幻垂死恒星的梦幻猫眼星云猫眼星云船底座星云NGC3372又名“钥孔星云” 星云中心可见著名的死亡之星“船底座星”,它在死亡的剧烈爆炸中向外抛射出大量的尘埃和气体，形成了壮观的星云。生与死的轮回生与死的轮回我们目睹恒星的生死循环我们目睹恒星的生死循环它们出生、成熟、死亡它们出生、成熟、死亡化作白矮星、中子星，甚至化作白矮星、中子星，甚至黑洞黑洞时间飞逝时间飞逝恒星的残骸堆积恒星的残骸堆积重元素飞越星际重元素飞越星际孕育出下一代的恒星与行星孕育出下一代的恒星与行星生命与智慧生命与智慧生与死的轮回生与死的轮回就这样一遍又一遍地上演着就这样一遍又一遍地上演着