李志宏
深入到恒星中心 精选
2021-10-17 21:48
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深入到恒星中心

通过光谱测量恒星温度的方法可以使我们得到恒星的有效温度,也就是恒星表面光球层的温度。恒星内部的温度则可以通过求解描述恒星温度、辐射和引力梯度的流体静力学平衡方程获得。图1是通过求解得到的太阳中温度和压强随其半径的变化关系,由此我们可以得到太阳中心的温度约为1580万开尔文。

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1. 太阳中温度和压强随半径的变化关系


其它质量恒星的核心温度可以通过下式计算:

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其中MR为恒星的质量,μ为恒星核心的有效质量份数,可以通过下式计算:

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XYZ分别为恒星核心处氢、氦和其它所有元素的质量分数。通过计算我们可以看出,在恒星核心温度通常是很高的,可以达到核聚变的量子点火条件。因此,恒星中的核反应主要是在核心处的高温、高密环境下进行的。科学家正是从实验室中测量出核反应的速率,再根据恒星内部的温度和密度条件推测出那儿正在发生的核反应。


经过多方论证,目前太阳中心正在发生的是pp链反应,共有三个分支,见图2所示。每一个反应的净效应都是四个氢转变成一个氦,放出约26兆电子伏特的能量。在此阶段,恒星内部消耗的原料是氢,产品为氦,我们也称之为氢燃烧过程。太阳就是靠着pp反应链的氢燃烧过程产生大量能量,为它提供抵抗引力收缩的压力。这一氢燃烧阶段能持续100亿年,直到把太阳中心的氢(约占太阳所有氢元素质量的10%)燃烧完毕。目前,太阳的年龄约为46亿年,正处于它的中年时期。


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2. 太阳中心正在发生的主要核反应链


是不是很神奇,物理学家根据了解到的物理规律可以推理出我们看不到的太阳中心核反应情况。这门把核与天体相结合起来,通过原子核的研究来预测恒星演化的科学被称作核天体物理学。核天体物理学帮我们打开了一个了解恒星深处的窗口,可以让我们知道光学望远镜看不到的恒星深处。

 


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