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杏彩【QQ83488】天体是指宇宙空间的物质的存在形式,杏彩天体的集聚,从而形成了各种天文状态的研究对象。人们看到的宇宙物质以各种形式存在着。杏彩聚集态者构成星体,弥散状者构成星云,弥漫其间的极其稀薄者则称星际物质,包括星际气体和星际尘埃。杏彩天体的集聚,从而形成了各种天文状态的研究对象。人们看到的宇宙物质以各种形式存在着。聚集态者构成星体,弥散状者构成星云,弥漫其间的极其稀薄者则称星际物质,包括星际气体和星际尘埃。

1太阳只是宇宙天体万物中的一个小矮人

太阳的直径约为139.2万千米,质量占了整个太阳系的99.86%,无疑太阳是太阳系中巨无霸一般的存在,但银河系中大约有1000亿-4000亿颗恒星,比太阳大的恒星难以计数,比如距离太阳最近的半人马座α星A,还有天狼星A,都要比太阳略大,那么太阳真的就是小矮人吗?

一、太阳的个头算老几?

空口无凭,我们来简单统计下太阳系附近的数据!

上图是太阳系附近的24颗恒星列表,是不是没有质量直径这些参数没法比较?其实有一个比较简单的比较办法,直接看绝对星等即可,比如:

1、太阳绝对星等为:4.85

2、半人马座α星A:4.38

3、天狼星绝对星等:1.47

4、南河三A绝对星等:2.66

这几颗都比太阳的绝对星等要高,而事实上他们都比太阳要大一些,而其他的

1、最近的比邻星:15.53等,距离约4.24光年,质量为太阳的12.5%

2、半人马座α星B,5.71等,距离约4.36光年,直径为太阳的84%,质量只有太阳的47%

3、巴纳德星:13.22等 ,距离约5.96光年,直径约为太阳的20%,质量约为太阳的15%

从这些恒星的比例中,太阳大约比20(比太阳小)/24(总数)=83%左右的恒星要大!

二、在整个银河系中太阳大概能排老几?

整个银河系大约有1000亿-4000亿颗恒星,太阳大个头大约要比银河系中90%的恒星都要大,简单的说如果按100名排位,那么太阳是在前十位之内的!为什么会这样?

银河系大约诞生于126±10亿年前!应该算是一个古老的星系,从恒星生命循环的角度来考虑,银河系中越晚形成的恒星金属丰度将会越高,这很简单,因为这些恒星诞生于超行星爆发后的星云,因此就恒星诞生的物质利用率而言,质量是一代不如一代!

作为45亿年前诞生的黄矮星,太阳还是一颗中规中矩的恒星,它不是特别大,也没有特别小,100亿年的寿命也足够生命诞生,对于人类来说,还有大约20-30亿年的太阳寿命,后期它将膨胀为一颗红巨星,这个时间大约会在40-45亿年后发生!

三、太阳是大一点好还是小一点好?

太阳已经比90%的恒星还要巨大,那么太阳是不是已经很光荣了?其实并不然,对于生命行星来说,太阳的个头还是稍微大了一点,因为太大的恒星大家都知道,比如天狼星辐射太强,宜居带会更远,而且表面活动比较剧烈,会影响行星上生命的诞生!而过小比如比邻星也不够稳定,那么多大才算稳定呢?大约是太阳的60%-80%之间,比如距离太阳约12光年的天仓五,日冕层活动非常稳定,未来也不会变成红巨星(因为几乎没有辐射层,内外对流通畅,不会积累氦元素,也不会形成红巨星),因此太阳系附近真正的宜居恒星是天仓五!

天仓五的宜居带比太阳系的宜居带略小一些,但基本上差了并不大!

2太阳的聚变过程并非一朝一夕完成

太阳是我们最熟悉得天体。它的质量是地球的30万倍,是太阳系中热、光和辐射的来源,我们平时总是说:太阳聚变的过程是氢聚变为氦!一句话简而代之。但是这样说略显不专业,中间省略了很关键的一些步骤,今天我们就来看下核物理下的恒星聚变。
太阳所释放的能量对我们人类来说就是天文数字。以下是一些关于太阳的事实:
太阳的功率为4×10^26瓦,相当于10万亿的大功率发电厂一次满负荷运转时所发出的能量。
太阳已经燃烧了45亿年,一直在以几乎恒定的速度释放能量。(在整个时间段内的变化低于20%。)
释放的能量来自爱因斯坦著名的E=mc^2,即物质在太阳核心转化为能量。
核心的能量需要传播到太阳表面,这一过程需要穿过70万公里的等离子体。
最后一点非常惊人!由于光子很容易与电离的带电粒子发生碰撞,所以在太阳核心产生的光子要经过17万年才能到达表面。

我们以前讨论过太阳为什么会发光,但是我们从来没有详细讨论过一个至关重要的步骤——太阳的质量是如何转化为能量的。
从宏观的角度来看,就核物理而言这个过程很简单。

除了绝对质量最大的恒星以外,核聚变在太阳中的运作方式是将普通的质子(氢原子核)熔合成氦-4(含有两个质子和两个中子的原子核),并在此过程中释放能量。
这可能会让人有点困惑,因为我们记得中子比质子稍微重一点,这个过程怎么会损失质量呢?下图

核聚变只有当产物的质量(氦-4原子核的质量),小于反应物的质量时才会释放能量。尽管氦-4是由两个质子和两个中子组成的,但这些原子核是结合在一起的,这意味着它们整体的质量比单个部分的质量要轻。

事实上,氦-4不仅比两个质子和两个中子轻,它还比四个单独的质子轻!虽然质量相差没有那么多,只有0.7%,但只要量足够大,释放的能量将会迅速增加。例如,在我们的太阳中,大约每秒钟就有4×10^38个质子聚变成氦-4;这就是太阳损失质量输出能量的过程。
但是我们不能把四个质子变成氦-4;事实上,永远不会有两个以上的粒子同时发生碰撞。
那么,如何生成氦-4呢?

大多数时候,当两个质子发生碰撞时,它们只是简单地碰撞,然后会相互反弹。但是在合适的条件下,有足够的温度和密度,它们可以融合在一起形成可能你从未听说过的氦的状态:由两个质子,没有中子组成的双质子组合。
双质子属于一种极其不稳定的结构,绝大多数时候,会衰变回两个质子。

但每隔一段时间,少于0.01%双质子就会经历β+衰变,在衰变过程中会释放出正电子(电子的反粒子)、中微子,质子在衰变过程中会转化为中子。
如果只是观察初始反应物和最终产物,双质子的生命周期非常小,我们只会看到如下图的情况所示,两个质子结合后立刻会发生衰变,双质子存在的中间过程基本看不到。

这时我们将得到氘(氢的一个重同位素),一个正电子(它会立即与一个电子湮灭,产生伽马射线),还有一个中微子,它会以接近光速的速度逃逸。
制造氘相当困难!事实上,即使在15000000 K的温度下(太阳核心温度),质子的平均动能也只有13Kev。这些能量分布属于泊松分布,这意味着,一个质子可能具有的最高动能约为170Mev。这还不足以克服质子之间的库仑势垒。
但我们不需要完全克服库仑势垒,因为宇宙还有另一个方案:量子力学!

这些质子可以通过量子隧穿效应无视库仑力的存在进入双质子态,其中一小部分双质子会衰变为氘,一旦生成氘,就可以顺利进入下一步。与双质子相比,氘是一个有利的能量状态,更容易进行下一步:氦-3!

将两个质子结合起来形成氘释放出的总能量约为2Mev,约为初始质子质量的0.1%。但是如果你在氘中再加入一个质子,就能得到氦-3,变成一个更稳定的原子核,其中包括两个质子和一个中子,并释放5.5Mev的能量,而且这个反应进行得更快更自然更顺畅。
虽然核心中的两个质子需要数十亿年的时间才能融合成氘,但氘一旦形成,只需一秒钟就能与质子融合成氦-3!

还有一种可能就是两个氘核融合在一起,但这种情况非常非常罕见,所以可以肯定地说,100%的氘与一个质子融合成氦-3。
我们通常说太阳中的聚变是“氢融合为氦”,一言代之。但实际上,这个聚变的过程是非常持久的一个过程,涉及多个氢原子进入,一个氦原子产生!在氦-3形成之后,有四种方式可以形成氦-4,氦-4是太阳核心获取能量最有利的状态。
氦-3到氦4的四个种方式

第一种方式也是最常见的方式,是让两个氦-3原子核融合在一起,产生一个氦-4原子核并吐出两个质子。在太阳中形成的所有氦-4原子核中,约86%是由这条路径形成的。这个反应在1400万开尔文以下占主导地位,顺便说一下,太阳比宇宙中95%的恒星更热,质量更大。

换句话说,这是宇宙恒星中形成氦-4最常见的路径:两个质子在量子力学的作用下产生一个双质子,双质子偶尔衰变成氘,氘与一个质子融合生成氦-3,然后在大约一百万年后,两个氦-3原子核融合生成氦-4,在这个过程中吐出两个质子。
但在更高的能量和温度下(包括太阳核心最深处的1%)另一种反应占据主导地位。

第二种方式,在高能量下,氦-3可以与一个已经存在的氦-4合并,生成铍-7。本来铍-7会找到一个质子生成硼-8;然而,由于它不稳定,还没来得及反应,首先衰变为锂-7。在我们的太阳中,通常先发生衰变,然后再加上一个质子,产生铍-8,铍-8立即衰变为两个氦-4核,这个过程生成的氦-4大约占太阳氦-4总量的14%。
第三种方式,但在质量更大的恒星中(例如:O、B级恒星),质子与铍-7的聚变发生在衰变为锂之前,生成硼-8,硼-8首先衰变为铍-8,然后衰变为两个氦-4原子核。这个过程在类太阳恒星中并不重要——只占氦-4总量的0.1%,但在巨大的O类和B类恒星中,这是产生氦-4最重要的聚变反应。
另外,作为补充说明一下第四种方式,氦-3理论上可以直接与质子融合,直接产生氦-4和正电子(以及中微子)。虽然氦-4在我们的太阳中非常罕见,以这种方式产生的氦-4核还不足百万分之一,但这个过程可能在质量最大的o型星中占据主导地位!

3日心说也是天体宇宙的最早开端

很早以前,人们一直认定地球是宇宙的中心,这就是地心学说。而日心学说是建立在人们对天体长期观察,有了大量的观测记录、很多行星和太阳轨道都能被确定,以及对实际数据和现象上的归纳总结,包括地球上的昼夜更替和四季分明现象,用日心学说解释合理而准确,从而奠定了日心学说的基础。人类从地心说到日心说,经过相当漫长的时期,是人类长期的观察和科学论证的成果,更有如布鲁诺这样斗士英雄的壮举,因为宣传日心学说而被烧死在罗马广场上的悲剧。


在没有牛顿万有引力定律发现之前,日心学说早已经确立,但万有引力定律发现后,可以利用牛顿万有用引力定律来计算和确定行星轨道,这样,万有引力定律成为解说行星绕太阳公转的原因。这样,万有引力定律被引入了日心学说,并认为:太阳是太阳系的引力中心和质量中心,所有行星在太阳引力作用下,绕着太阳公转,形成稳定的太阳系。这就是日心学说的核心内容。按照日心理论,没有太阳,太阳系就将毁于一旦,一片混沌。

4浓烈度超越太阳万亿倍的巨型天体

估计很多人都会认为太阳是宇宙中最亮的天体,因为其每天照射在地平面上的万丈光芒,足以让地球大部分片区发光发亮。但是,宇宙中却还有比太阳更加亮的天体,其亮度足足是太阳的三百万亿倍,这天文数字的确很吓人,要是其照射在地球上,很有可能亮瞎我们的双眼。
这是一个来自遥远宇宙的超亮星系天体,它拥有如此强烈的光芒是由于其内部发生的黑洞爆发,在引力的作用下,几乎每时每刻都有宇宙中的物质被吸收到这个超亮星系中。在这个星系上表面温度高大几百万度,源源不断往外界发射高能量的宇宙射线。
科学家对其的探测可以说是非常艰巨的,因为发射上去的环绕卫星很有可能在靠近这个星系时候被高温瞬间融化,所以目前科学家对这个天体研究还是处于起步阶段,因为其表面的高温和内部的黑洞引力是如今技术难以突破的。
不过,科学家却对这个超亮星系有着浓厚兴趣,希望有一天在我们人类设计的飞行器可以贴近其表面的时候,把它研究透彻。专家们看重这里的当然不是它的超强亮度,而是其内部源源不断产生的巨大能量。哪怕人类可以提取到百万亿分之一,都可以让我们用很长一段时间。
等待科技发达之后,将射线能量收集板运送到该星系附近,将大量的高能量射线收纳入装置,紧接着运用能量转化,把这些射线散发出来的高能物质变为人类所需并且可用的对应能源。当然这些技术的进行,离不开科学家的永无止境的探索。

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