作业帮恒星核聚变为何会造成体积膨胀、质量增大?
来源：学生作业帮助网 编辑：作业帮 时间：2024/04/30 04:37:31
恒星核聚变为何会造成体积膨胀、质量增大?
恒星核聚变为何会造成体积膨胀、质量增大?
恒星核聚变为何会造成体积膨胀、质量增大?
我们已经知道,恒星依靠其内部的热核聚变而熊熊燃烧着.核聚变的结果,是把每四个氢原子核结合成一个氦原子核,并释放出大量的原子能,形成辐射压.
处于主星序阶段的恒星,核聚变主要在它的中心（核心）部分发生.辐射压与它自身收缩的引力相平衡.
氢的燃烧消耗极快,中心形成氦核并且不断增大.随着时间的延长,氦核周围的氢越来越少,中心核产生的能量已经不足以维持其辐射,于是平衡被打破,引力占了上风.有着氦核和氢外壳的恒星在引力作用下收缩,使其密度、压强和温度都升高.氢的燃烧向氦核周围的一个壳层里推进.
这以后恒星演化的过程是：内核收缩、外壳膨胀——燃烧壳层内部的氦核向内收缩并变热,而其恒星外壳则向外膨胀并不断变冷,表面温度大大降低.这个过程仅仅持续了数十万年,这颗恒星在迅速膨胀中变为红巨星.
红巨星一旦形成,就朝恒星的下一阶段——白矮星进发.当外部区域迅速膨胀时,氦核受反作用力却强烈向内收缩,被压缩的物质不断变热,最终内核温度将超过一亿度,点燃氦聚变.最后的结局将在中心形成一颗白矮星.
当恒星中心区的氢消耗殆尽形成由氦构成的核球之后,氢聚变的热核反应就无法在中心区继续.这时引力重压没有辐射压来平衡,星体中心区就要被压缩,温度会急剧上升.中心氦核球温度升高后使紧贴它的那一层氢氦混合气体受热达到引发氢聚变的温度,热核反应重新开始.如此氦球逐渐增大,氢燃烧层也跟着向外扩展,使星体外层物质受热膨胀起来向红巨星或红超巨星转化.转化期间,氢燃烧层产生的能量可能比主序星时期还要多,但星体表面温度不仅不升高反而会下降.其原因在于：外层膨胀后受到的内聚引力减小,即使温度降低,其膨胀压力仍然可抗衡或超过引力,此时星体半径和表面积增大的程度超过产能率的增长,因此总光度虽可能增长,表面温度却会下降.质量高于4倍太阳质量的大恒星在氦核外重新引发氢聚变时,核外放出来的能量未明显增加,但半径却增大了好多倍,因此表面温度由几万开降到三、四千开尔文,成为红超巨星.质量低于4倍太阳质量的中小恒星进入红巨星阶段时表面温度下降,光度却急剧增加,这是因为它们外层膨胀所耗费的能量较少而产能较多.
预计太阳在红巨星阶段将大约停留10亿年时间,光度将升高到今天的好几十倍.到那时候,地面的温度将升高到今天的两三倍,北温带夏季最高温度将接近100℃.