太阳在演变到红巨星阶段时，为什么会体积膨胀

发布时间: 2022-09-06 00:00:19 来源: 励志妙语作者: 网络整理栏目: 经典文章点击: 92

为什么红巨星会膨胀当一颗恒星度过它漫长的青壮年期——主序星(main，sequence)阶段，步入老年期时，它将首先变为一颗红巨...

为什么红巨星会膨胀

当一颗恒星度过它漫长的青壮年期——主序星(main sequence)阶段，步入老年期时，它将首先变为一颗红巨星。

称它为“巨星”，是突出它的体积巨大。在巨星阶段，恒星的体积将膨胀到十亿倍之多。

称它为“红”巨星，是因为在这恒星迅速膨胀的同时，它的外表面离中心越来越远，所以温度将随之而降低，发出的光也就越来越偏红。不过，虽然温度降低了一些，可红巨星的体积是如此之大，它的光度也变得很大，极为明亮。肉眼看到的最亮的星中，许多都是红巨星。

在赫-罗图( Hertzsprung-Russell diagram)中，红巨星分布在主星序区的右上方的一个相当密集的区域内，差不多呈水平走向。

我们来较详细地看看红巨星的形成。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℃。

在一颗恒星形成红巨星之前，它的核聚变反应只有一个，就是恒星中心的氢聚变成氦元素的“氢火”。

但中心的氢元素聚全部聚变成氦以后，“氢火”会呈一个球面向恒星外部扩张，由内向外扩展，继续“燃烧”外部的氢元素，这时“燃烧”面积扩大，产生的能量更大，恒星体积扩张；同时合成的更重氦元素不断向恒星中心坠落。

直到有一天，中心的氦核质量足够大，会“点燃”氦聚变生产碳元素的“氦火”。“氦火”产生的能量小于“氢火”（如果以后还有碳聚变生产氧元素的“碳火”则能量更低），这样就形成了外围一圈“氢火”反应面积不断扩大把恒星外层物质不断向外推，里面一层“氦火”能量小，只能维持在恒星中心。但总的看来，恒星体积扩张，而平均产生的能量降低，恒星偏红。

到最后，“氢火”燃烧的向外扩张后把恒星外层物质扩张到离恒星内部足够远，外层“氢火”熄灭后，外层物质会摆脱了恒星内核质量的吸引而丧失；只剩下恒星内部的“氦火”甚至“碳火”还在继续，由于产生的能量低，在引力作用下体积缩小，密度增大，也就成了红巨星最后的归宿——白矮星。

在一颗恒星形成红巨星之前，它的能量来源是氢剧变。
但是在形成红巨星之后，它就变成了氦或者比氦更加重的聚变了。
在这段时间，它内部的辐射的压力也比原来大，就把原来的表面给推出去了。

红巨星阶段要聚变氦，此时释放的能量比聚变氢要大。因此恒星的核心区的温度更高，释放的能量把恒星的外层物质推开，体积自然就膨胀了。

由于球体中心氢不断进行聚变反应，红巨星表面体积逐渐增大。表面积增大，辐射能赶不上表面积的增大，红巨星表面的温度降低。由于表面积增大，红巨星光度就增加！

50亿年后太阳将会膨胀吞噬地球，那是啥原因让它膨胀的？

宇宙的空间不是什么都没有，这一点大家要知道，他里面充满了很多的物质，这些物质是气体，灰尘或两者的混合物，其中存在低温，非发光星际尘云，这是恒星形成的重要组成部分，大约在50亿年前的时候，一个名为原始太阳星云的星际尘埃云由于万有引力的作用而收缩，其体积也越来越小，而且，堆芯的温度越来越高，密度也越来越高，宇宙中没有永恒的东西。

从恒星的发展和演化来看，这个太阳自然也不例外，太阳也有它的生命周期。目前，我们的太阳正处于恒星的主要序列的时期，科学家粗略地计算和分析了太阳的寿命约为50亿年，大概在50亿年后的时候，太阳将会膨胀，而且他变成一个红色的巨人，最后可能会吞噬我们这个地球，太阳他其实是离地球最近的恒星，也是太阳系的中心天体。

而且太阳诞生已经50亿年了，当核心温度达到10000℃的时候，表面温度大概是2000～3000℃，这样他就会发出红光，然后形成真正的原始太阳，当太阳刚刚成为一颗恒星时，它的体积和总辐射能量比现在大得多，然而，当太阳变成星星后，他的收缩过程就会变得缓慢。

因为，当核心温度达到1000万℃的时候，他就会触发聚变反应，从而释放出巨大的能量，通常的话，当一颗恒星处于核聚变产生的向外压力和自身质量产生的向内重力的平衡状态时，这种平衡称为静水平衡，我们的太阳现在处于类似的稳定状态，从恒星的不断成熟到生命的终结，这其实就是一个极其漫长的过程。

关于50亿年后太阳将会膨胀吞噬地球那是啥原因让它膨胀的的问题，今天就解释到这里。

当太阳失去质量，不断释放能量变成一颗红巨星之后，压力此时会大于重力，就会引起太阳的体积膨胀，也就是受热膨胀。

随着太阳不断地向外界释放能量，同时还在损失质量，这样就导致地球太阳的引力降低，于是太阳的内向重力就不足以承担起核聚变所产生的向外压力，最终会打破太阳的稳定状态，就会膨胀从而吞噬地球。

现在的太阳能够维持现在的稳定状态，是因为它自身的重力与内部的辐射压处于一个动态的平衡，50亿年之后，太阳核心的氢元素消耗殆尽，就会因为内部失去抵抗自身重力的能量而向内坍塌，在坍塌过程中，被释放的引力势能会促使太阳核心区域的温度以及密度不断地提升，当温度和密度升高到一定程度的时候，就会点燃位于核心外壳的那些原本没有参与反应的氢元素，这就是所谓的“氢壳层核聚变”。

因为太阳的内核寿命已到，没有能力再支撑太阳那庞大的体型和承受太阳已有的那巨大力量。