恒星演化和内部反应原理

恒星为什么

why

发光发热？物理102李姚恒星的诞生一、恒星的两个重要特性：光度---------反映了某恒星对外辐射能量的多少（亮度）温度--------恒星的表面温度（颜色）二、赫罗图：用以直观描述恒星亮度以判断恒星类型以恒星的表面温度为横坐标，以恒星的光度为纵坐标，将已知恒星在坐标系中用一个点来表示赫罗图：反映恒星的光度和表面温度之间的关系三、恒星演化和发光发热2、原恒星：一般把处于慢收缩阶段的天体称为原恒星。慢收缩开始后，中心区受强烈压缩而升温并发出热辐射，直到最后中心温度升到约800至1000万度以上，由氢原子核聚变为氦原子核的热核反应提供足够的能量，使内部压力与引力处于相对平衡状态，一颗恒星就正式诞生了。1、星际物质：主要是H、He星云，

是包括恒星在内的各种星体形成之前的最初状态星云原恒星3、主序星中心核反应为氢聚变成氦。当恒星中心温度达到800万度以上时，开始核聚变反应，恒星停止收缩，形成了正常的恒星，进入了主序星阶段。主序星阶段占恒星一生寿命的90%，是恒星最稳定的阶段。质子中子正电子射线中微子核子1+核子2核子3+能量质量亏损 核子1质量+核子2质量>核子3质量热核聚变反应要求粒子处于高温高密状态亚瑟·爱丁顿SirArthurS.Eddington亚瑟·爱丁顿的推测核聚变是指由质量小的原子，主要是指氘或氚，在一定条件下（如超高温和高压），发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核，并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式。原子核中蕴藏巨大的能量，原子核的变化（从一种原子核变化为另外一种原子核）往往伴随着能量的释放，如太阳发光发热的能量来源。核聚变氢核聚变恒星发光发热的能量来源Einstein质量-能量关系：E＝mc2

原子核结合能：Q＝[(Zmp＋Nmn)－m(Z,N)]c2/A

Z—核电荷数（原子序数），N—中子数

A＝Z＋N

原子量Fe元素具有最大的结合能结合能较小的原子核聚变成结合能较大的原子核会释放能量。恒星内部热核反应的原理41H→4He+e++

E+neE＝(4mH－mHe)c2

≈4×10-5erg燃烧效率h≈0.7%H燃烧过程比H更重的元素的燃烧He燃烧(3a反应) T＞108K 34He→12C+g①4He+4He↔

8Be②8Be+4He→12C+g

碳燃烧(

M＞3M⊙)12C+12C→24Mg+γ→23Na+p→20Ne+4He→23Mg+n→16O+24He

氧燃烧12O+12O→32S+γ→31P+p→28Si+4He→31S+n→24Mg+24He

硅燃烧28Si+28Si→56Ni+γ56Ni→56Fe+2e++2νe

释放能量T当恒星内部形成Fe后，由于Fe的聚变反应吸热而不是放热，恒星内部的热核反应由此停止，形成洋葱状的结构。热核反应后期恒星内部的核反应速率对温度十分敏感，

e∝T4(PP),T17(CNO)恒星是稳定的气体球，其内部任意一点必须维持流体静力学平衡。 （向内的）重力（向外的）压力差

T↑→e↑→

P

↑→R↑

→

T↓恒星如何维持稳定的核燃烧？最终决定恒星寿命的因素只有一个：

质量！质量越大，寿命越短！太阳可活一百亿年，而天狼星的寿命却只有1700万年。

由比例来看，如果太阳可活到80岁，天狼星只能活50天！恒星的寿命太阳的能源L⊙≈3.8×1033ergs-1,t⊙≈5×109yr四、演化后期的恒星

随着核聚变的进行，恒星中心的氦核越来越大，氦核周围的氢越来越少，当氦核质量占到恒星质量的12%时，恒星结构出现重大变化，恒星外层开始膨胀，体积急剧增大，表面温度降低。恒星进入了老年期——红巨星究其原因，恒星发光发热的程度加剧，主要就是源于氢核聚变的加剧。而到达红巨星阶段，氢核聚变也越来越接近停止。Sun小质量恒星（<8M⊙

)演化后期3亿公里恒星地球轨道氦融合层碳氧核心氢融合层

老年期小质量恒星的外观与它的内部结构星云原恒星主序星红巨星白矮星16亿公里恒星木星轨道铁质核心锡融合层氧融合