恒星的一生
很多人對(duì)恒星的認(rèn)知少之又少，基本停留在會(huì)主動(dòng)發(fā)光的物體就是恒星的概念上。
故事從人類思維無(wú)法理解層面開始。在這個(gè)層面上，有一個(gè)“事物”叫苦連天：啊，我受不了了，我的密度太大了，感覺非常非常的“擠”，我要在沉默中爆發(fā)了，于是它炸了！這個(gè)它就是奇點(diǎn)，其體積無(wú)窮小，密度無(wú)限大。在距今138.2億年前炸了，從此有物質(zhì)，時(shí)間和空間。這就是宇宙大爆炸。
當(dāng)然，一開始炸出來(lái)的元素極其簡(jiǎn)單，基本都是氫，至于什么重元素都是后話了。氫元素之間很快就看對(duì)眼了，并結(jié)合成新的元素，那就是氦。
宇宙誕生之初的物質(zhì)結(jié)構(gòu)99%是氫和氦，當(dāng)然大部分還是氫了
星云中的氫元素?cái)?shù)不勝數(shù)，實(shí)在是太多了。在引力的作用下，氫們會(huì)聚攏在一起，就和滾雪球一樣，越聚越多。到一定程度上，氫元素結(jié)合成了原始天體。其引力致使更多的氫元素投懷送抱。
原始天體的引力越來(lái)越強(qiáng)，外面越來(lái)越多的氫元素撞向天體，撞擊的力度也越來(lái)越大。導(dǎo)致天體核心的氫原子們?cè)絹?lái)越擁擠，能量和動(dòng)量越來(lái)越大。天體核心的氫原子運(yùn)動(dòng)愈發(fā)劇烈，在宏觀上表現(xiàn)就是溫度越來(lái)越高。
當(dāng)溫度達(dá)到上千萬(wàn)攝氏度的時(shí)候，核心的氫元素相互撞擊的力度就會(huì)導(dǎo)致彼此的原子核們僅僅挨在一起，原子核們一旦挨得很近就會(huì)形成核力，就很難再分開了，于是四個(gè)氫原子和會(huì)組成新的原子核，那就是氦原子核。
當(dāng)然你會(huì)質(zhì)疑，四個(gè)氫原子核攜帶四個(gè)質(zhì)子，合成之后也是鈹元素。非也，因?yàn)橘|(zhì)子中的夸克會(huì)重組，導(dǎo)致質(zhì)子變成中子。
從氫到氦可是原子核重組，這是核聚變，會(huì)釋放大量的能量，也就是高能光子(伽馬射線)
這些高能光子從原始天體的核心地帶被激發(fā)出來(lái)，于是就往外飛。
核心地帶之外被大量的氫元素包圍著。這些高能光子得一個(gè)個(gè)穿過(guò)外圍氫元素才突破重圍。于是原本高能的光子先把能量傳給第一層包圍的氫元素，這些氫元素吸收了高能光子，再釋放光子，一層一層傳出去。每一層都會(huì)“貪污”一部分高能光子的能量。直到這些高能光子沖破了原始天體內(nèi)所有氫元素的包圍，來(lái)到宇宙空間，這時(shí)它們的能量已經(jīng)降低了很多。這也是我們能看見太陽(yáng)光的原因。
高能光子是波長(zhǎng)極短，頻率極大的電磁波。它們的波長(zhǎng)短于10^-12m，而可見光的波長(zhǎng)在3.8×10^-7m～7.8×10^-7m范圍段。只有高能光子的波長(zhǎng)增加到可見光的范圍段，我們才能看見它。高能光子的能量減弱就意味著波長(zhǎng)變長(zhǎng)。所以我們能看見太陽(yáng)光還得感謝太陽(yáng)中間到外圍的氫元素對(duì)核心地帶發(fā)射出的高能光子的能量“貪污”。
恒星核心不斷在核聚變，并發(fā)出高能光子。而恒星中間到表面地帶不發(fā)生核聚變反應(yīng)，因?yàn)闇囟忍土耍€不足以達(dá)到開啟核聚變的條件。所以我們看到的光都是太陽(yáng)核心處發(fā)出來(lái)的光子。這些光子要逃出太陽(yáng)可不容易，不僅要被外圍的元素蹭一波能量還要被拖延大量的時(shí)間。
從太陽(yáng)核心發(fā)出的光要走出太陽(yáng)需要幾百萬(wàn)年的時(shí)間。這是因?yàn)椋诵陌l(fā)出來(lái)的光子要被緊鄰的外圍氫原子核外電子吸收，吸收能量的電子處于激發(fā)態(tài)，再釋放光子，新釋放的光子接著再傳給更外圍的氫原子……以此類推直到逃出太陽(yáng)表面。這種吸收─釋放─再吸收─再釋放……的過(guò)程可老費(fèi)時(shí)間了。
按道理來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)核心以外的氫元素應(yīng)該往里面坍縮，因?yàn)楹诵牡貛в袕?qiáng)大的引力。但為什么太陽(yáng)還能保持相對(duì)穩(wěn)定的體積呢？
這是因?yàn)樘?yáng)核心地帶的核聚變不斷釋放能量，這些能量足以對(duì)抗引力。
一開始，只有太陽(yáng)核心地帶發(fā)生核聚變，外部的原子還當(dāng)吃瓜群眾呢。因?yàn)樗鼈儽缓诵尼尫诺哪芰繃娏鳌按怠钡囊策M(jìn)不去充當(dāng)燃料?。?這是恒星的主序星階段，目前太陽(yáng)就處于此階段，并還能保持50億年之久)
當(dāng)恒星核心地帶的氫全都聚變成氦，想要進(jìn)一步核聚變就得氦聚變成更重的原子核。但是越往上聚變，其要求的溫度越高，這時(shí)候核心的溫度還不足以開啟從氦聚變到更高元素的條件。
于是核心地帶的聚變反應(yīng)消停了一會(huì)。但是與核心地帶緊鄰的外圍氫元素對(duì)聚變的溫度要求沒有那么苛刻，于是核聚變開始外移。
外移的核聚變會(huì)產(chǎn)生大量的氦元素，于是就落入到恒星核心處，越來(lái)越多的氦元素被核心地帶吸收，導(dǎo)致核心地帶的物質(zhì)密度增大，溫度越來(lái)越高，終于達(dá)到了開啟第二輪核聚變的條件。
這時(shí)候核心處的聚變反應(yīng)已經(jīng)是從氦→碳了，而外圍的聚變還處于氫→氦的過(guò)程。如果核心的氦都全聚變成碳或氧了，要想開啟更高層次的聚變，也就是從碳到硅再到鐵，就需要更高的溫度，于是核心地帶就又消停一段時(shí)間。
于此同時(shí)，核聚變不斷外移直到恒星表面，外移聚變的產(chǎn)物就又是內(nèi)部的聚變?nèi)剂?。恒星表面的氫聚變成氦，氦又作為?nèi)層氦→碳的聚變?nèi)剂?，碳又是更?nèi)層碳→硅的聚變?nèi)剂弦源祟愅啤诵牡貛Ь途圩兂设F元素。絕大數(shù)情況下，恒星會(huì)聚變到鐵元素為止。因?yàn)殍F的結(jié)合能最高，要想試圖破壞鐵的原子核進(jìn)而聚變成更高的元素，就需要極高的溫度，起碼也得100億攝氏度。這種苛刻的條件就阻止了恒星內(nèi)的元素聚變到鐵以上的元素上了。當(dāng)然也有極端案例，比如超新星爆發(fā)，中子星合并等。
如果太陽(yáng)內(nèi)部和外部同時(shí)聚變，那么釋放的能量就比原先大的多。巨大的能量把太陽(yáng)內(nèi)部的物質(zhì)往外推，于是太陽(yáng)體積越來(lái)越大，變成了紅巨星，其半徑足以吞噬水星和金星甚至是地球。事實(shí)上，部分天文學(xué)家將紅巨星的膨脹過(guò)程視為第一次超新星爆發(fā)。
地球上的重金屬，完全來(lái)自恒星的超新星爆發(fā)，恒星也被稱為元素的煉丹爐。
如果沒有恒星，宇宙基本上都是氫和氦。當(dāng)然就沒有生命了，我們身體的碳、氧、鐵金屬全是恒星“煉丹”的結(jié)果。
科學(xué)家認(rèn)為，在太陽(yáng)之前，太陽(yáng)系內(nèi)至少發(fā)生了一次超新星爆發(fā)，爆發(fā)后的能量擠壓了原始星云的聚集，才加速了太陽(yáng)的誕生，同時(shí)拋出大量的重元素，并在引力的作用下形成行星。
如果恒星的燃料全都燒完了，那么物質(zhì)就會(huì)在引力的作用下向內(nèi)坍縮。這種坍縮會(huì)擠壓恒星中自由電子的空間，把它們擠到原子核中并與質(zhì)子電性抵消了，導(dǎo)致原子核自爆，釋放更大的能量。
這就是第二次超新星爆發(fā)，其規(guī)模比第一次還大的多。當(dāng)然，太陽(yáng)不存在第二次超新星爆發(fā)，因?yàn)樘?yáng)的質(zhì)量太小，其引力還不足以把自由電子壓到原子核內(nèi)。這時(shí)候引力被電子的簡(jiǎn)并壓力抵擋住了，這就是白矮星。太陽(yáng)的質(zhì)量決定了它的歸宿只能是白矮星。
如果一個(gè)恒星的質(zhì)量是太陽(yáng)的1.4倍以上，理論上，其引力就可以把電子壓到原子核內(nèi)與質(zhì)子抵消，導(dǎo)致原子核全變成中子了。
如果這顆星的質(zhì)量大約是太陽(yáng)1.4倍但又小于8倍，這顆恒星的引力就不足以把兩個(gè)中子壓到一起。因?yàn)橹凶又g也有抵抗相互擠壓的簡(jiǎn)并壓力，這時(shí)候中子的簡(jiǎn)并壓力抵抗了引力的進(jìn)一步坍縮。于是這顆恒星就變成了中子星。
如果恒星的質(zhì)量比太陽(yáng)大了數(shù)十倍以上，那么它的引力就足以把中子的簡(jiǎn)并壓力打敗。其中子都被壓成一片了，這導(dǎo)致此天體的密度越來(lái)越大，體積越來(lái)越小。表面的逃逸速度都超過(guò)光速了，于是它就變成了黑洞！
引力一直都在導(dǎo)致恒星內(nèi)的物質(zhì)向核心處坍縮。一開始靠電子簡(jiǎn)并壓力抵抗引力坍縮，如果抵抗住了，那么這就是白矮星。如果沒有抵抗住，就接著由中子的簡(jiǎn)并壓力抵抗引力坍縮，此時(shí)抵抗住引力了，那就是中子星。如果還沒抵抗住，那就只能變成黑洞了！
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