导语:回到北宋至和年间,一颗“天关客星”比任何肉眼看到的天体都更耀眼,这颗星光,除了“日与月”外,还有“天关客星”的光度,它是人类历史上唯一一颗肉眼可见的超新星爆炸,它是大质量恒星衰亡时最后的光辉时刻,也是宇宙中最绚烂的风景之一,一颗大质量恒星,其寿命往往长达数千万年甚至数亿年,但它死后只有几天甚至几百天,人的生命最长也只有几百年,如果能亲眼看到超新星爆炸的景象,或许将来有机会将其传给子孙后代,那真是人生一大奇迹。
01气体成分介绍以及质子反应
1、气体的成分
整个宇宙的每一个星辰,都诞生在巨大的气体云中,这些气体的主要成分就是最简单的元素“氢”。在重力的作用下,氢分子云收缩并向内部靠近,形成一个越来越大的“氢球”,更大的质量意味着更大的重力,在外层越来越浓重气体的挤压下,“氢球”的内核变得越来越热,当内核的温度超过氢原子之间的“库伦斥力”时,氢核就会聚集在一起,部分的氢核就会释放出一个正电子和一个中微子,成为中子。然后,氢核与中子结合形成“氘”,氘与氢结合形成“氦3”,两个氦3结合形成一个氦,然后释放出两个质子,这个系列的反应叫作“质子-质子链反应”。
2、质子反应
这个反应产生出光亮和热量,宇宙中所有年轻和壮年的恒星都依赖这个反应,恒星内核中产生的能量向外辐射,同时又抵抗重力,使恒星向内塌陷,这段描述大家可以大致参考“热胀冷缩”的原理,恒星内核产生的能量越高,恒星就会越热,因而更容易膨胀,而恒星的质量越大,所产生的重力就越大,使恒星更容易收缩,这两种力量相互对抗,互相制衡,因此恒星拥有相对稳定的体积。
由“质子-质子链反应”产生的氦在恒星的核内堆积,当核内的氢元素逐渐耗尽时,氢聚变反应释放出的能量越来越低,重力便步步紧逼,向核内挤压,更大的重力再次挤压产生更高的核温度,使得核内的元素开启了氦聚变,氦聚变释放的热量比氢聚变高,突如其来的高温再次点燃了核外的氢元素,剧烈的热释放把整个恒星搅得像滚滚沸水,重力在巨大的热能面前逐渐减弱,恒星就像气球一样膨胀起来,这时,恒星就变成了老化的红巨星。
02恒星的引力及其化学变化
1、恒星的引力
任何质量大于0.8倍太阳的恒星都会经历这个阶段,这时,不同的恒星会面对不同的环境,对于那些质量小于8倍太阳的恒星来说,万有引力是无法阻挡核心氦聚变释放的能量的,恒星外层物质会被猛烈的“氦闪”吹散,在宇宙中留下一个光滑、肥皂状的“行星状星云”,而其核心则会孤零零地悬浮在中央,变成一颗炽热的“白矮星”。
2、恒星的化学反应
超乎倍太阳质量的恒星,足够大的质量带来足够大的引力,使恒星保持完整,更大的重力挤压能使恒星核心保持更高的温度,这样恒星的内核就会继续元素聚变,氦元素用完之后就开始碳聚变,碳用完之后就开始氖聚变,然后氧聚变,镁聚变,硅聚变,恒星的内核就会变成一个巨大的“元素工厂”,这样的“元素工厂”现象在硅聚变发生之前就一直存在。
03硅聚变和比节能
1、硅聚变
硅聚变的产物是铁,它是元素周期表上“比结合能”最高的物质,铁即使聚变也不会释放能量,相反,它会消耗能量,此时的恒星内核,原子核和电子受到巨大的压力压紧,原子核和电子之间的巨大空隙荡然无存,彼此紧密地聚集在一起,依靠电子的泡利不相容产生的简并压力来维持体积,这种形式被称为“电子简并态”,但简并态也有其自身的极限,恒星内核的“元素工厂”产生的元素越来越多,越来越重,当核心质量达到1.44倍太阳质量时,简并压力也达到了其自身的极限,即“钱德拉塞卡极限”。
这时,引力把简并压力压碎了,恒星的核心轰然坍塌,核心外的物质以23%光速撞向铁核,压力很大,电子挤进原子核,促使其质子演化成中子,中子比质子具有更强的简并压力,通常足以抵抗外层物质的冲击,外层物质与核心发生碰撞,同样剧烈地反弹回来,整个恒星在如此剧烈的冲击下,被炸成四分五裂,巨大的能量足以迫使元素聚集成比铁质更重的元素,元素周期表第五周期及其后的大部分重元素都在剧烈的超新星爆发时被抛向宇宙。
2、比节能
铁质是周期表中“比结能”最高的物质。比式结合能=总能量/(除以)原子核中的核子数目。原子核子简称为“核子”,是质子和中子结合的产物,核子的结构非常紧密,需要能量来分离它们,这种分离它们的能量就是原子的“结合能”,在物理学中,核子数目越多,构成原子的“总结合能”就越大。
也称“平均结合能”,表示原子核中每一个核子的平均结合能,比结合能高的元素,由此可知,原子核数目越多,原子核就越稳定,铁元素是目前所有已知元素中“比结合能”最高的元素,即铁元素拥有宇宙中最稳定的原子核,因此,质量较轻的元素聚集成较重的元素,可以释放出能量,质量较高的重元素裂变成较轻的元素,从而释放出能量,而铁无论裂变还是聚变,迫使其进行核反应,所需的能量都比铁裂变或聚变释放出的能量大。
结语:我们都知道,宇宙诞生之初,飘荡在太空中的只有氢气,我们今天能接触到的所有物质都是在恒星的核心里逐步融合而来,构成我们细胞的碳、骨骼里的钙、每时每刻呼吸的氧气,在不知何故的时间前,超级星喷出的物质,形成了我们的太阳系,地球上每个人都曾是一个星辰,我们的身体和灵魂就是永恒的星辰,在这银河中留下的余晖,我们老去后构成我们躯体的一个个粒子,终将回归浩瀚宇宙,我们也是尘埃……