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当我们仰望夜空中的星星时,你会看到数十亿或数万亿英里外的恒星发出的可见辐射。同样地,当你在地球上享受太阳的光芒照在脸上时,你也会被同样的辐射加热,这种辐射是从我们太阳系的恒星中释放出来的能量。大多数人不知道的是,这种能量是太阳核心发生核聚变的结果。核聚变导致大量的氢被用作能源。
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如果太阳已经燃烧了50亿年的大部分时间,它的氢怎么还没有耗尽呢?更重要的是,太阳从哪里得到这么多氢呢?
0 M+ H% J: \# {$ U, D- g简短的答案——大爆炸,但还有很多要说…0 r6 l7 A. S5 q: L% |& V
宇宙的起源
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* |* p8 g, q H9 v7 B8 L7 r在大约138亿年前发生的大爆炸之后,宇宙以惊人的速度膨胀,能量和亚原子粒子的大漩涡是我们无法想象的。宇宙中的一切都是大爆炸的结果,但在一开始,事情很简单。. h! D; M6 n" o1 d( S$ H

( ]4 [) Q& Z! M" t3 r; ^2 b* z1 g最初的能量外溢导致了亚原子粒子的形成,即质子、中子和电子,但它们都被能量、速度和温度激发得如此之快,以至于它们无法控制地从彼此身边飞过。然而,最终,随着宇宙汤开始冷却(请注意,它还在继续膨胀),这些质子和电子开始相互发现并结合。一个质子和一个电子是氢的化学组成。信不信由你,氢是宇宙中最丰富的元素,约占已知宇宙质量的四分之三。紧随其后的是氦,更远的是氧。
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现在,当这些氢原子和氦原子在宇宙的最开始合并时,它们形成了巨大的粒子云,有时直径达几十万光年。在很长一段时间内,分子向内的重力和向外的分子间相互作用的压力之间保持着平衡,但在某些时刻,这个阈值被越过了。这导致这些巨大的粒子云开始向内坍缩,形成小块密度极高的粒子区域,最终形成恒星。( F. c. ]# I3 ~6 |/ I5 V2 v, y

& j4 g! A2 l2 I我们今天在较古老的星系中看到了这样的例子,它们通常被称为蓝矮星系,它们没有年轻星系在恒星形成过程中所拥有的各种其他较重的元素,但它们仍然是多产的恒星摇篮。' M$ F6 q8 N- d# Z: `, V
一颗恒星诞生了
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现在,当这些坍缩的粒子形成一个球时,热量和密度开始显著增加,引力强度也开始显著增加,并从周围的空间带来了更多的物质。当这个“球”外部的压力与重力的拉力相匹配时,一颗原恒星就正式诞生了。基于对原料氢和氦的获取,恒星可以向几个不同的方向运动。
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如果这颗恒星的原材料不足,它将永远无法积累足够的密度或质量来“点燃”,也就是说,它将成为我们通常所说的褐矮星。然而,如果一颗恒星的核心确实有足够的密度和热量来点燃,就会发生非常令人兴奋的事情。(核聚变)氘聚变是下一步,一个有一个质子和一个电子的氢原子与一个中子发生反应。这是最基本的聚变形式,可以阻止恒星自身的坍缩;发动机已经发动了。然而,一旦氢聚变开始,恒星就可以说是到达了生命的“主要阶段”。: n5 W; j- @9 N0 z u# t

# M5 a8 k/ b" {1 C: g) Y( u6 v从本质上讲,巨大的压力和密度,加上这些受压原子的热量,会在氢的质子中引起连锁反应,从而把元素转化为氦。
0 `& b0 c, k$ }" M2 \! G2 {这种核聚变会释放出惊人的能量,当每秒有成千上万的质子相互碰撞和聚变时,就会形成一个爆炸的气体球,也就是我们所知的恒星。0 u" [& ^) C& @
在恒星的整个生命周期中,氢和氦的比例都会发生变化(最初,氢和氦的比例大概分别为70%和30%)。随着越来越多的氢通过核聚变转化为氦,核与氦的密度越来越大,外层氢核继续燃烧,但没有那么明亮,燃烧区域离核越来越远。不过,不要太担心氢会耗尽;别忘了,它可是占宇宙的75%,还有很多呢!
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恒星的寿命
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很难想象一颗恒星的巨大尺寸,就像很难想象一个氢分子的大小,或者广袤的空间一样,但只要说,当一颗恒星形成时,它通常会为30 - 50亿年的聚变做准备。当然,一些更不寻常的恒星,比如超级巨星,可能会以惊人的速度消耗氢,并在短短几百万年内燃烧殆尽,最终形成一颗引人注目的超新星。在另一个极端,一些恒星非常高效,比如红矮星,它们可能有足够的燃料维持上千亿年,但即使这样……最终所有的东西都会消亡。
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0 n' i1 ?% x% W {0 X2 X当一颗恒星死亡时,很多事情都可能发生,但是当提到宇宙的形成时,没有什么比超新星更有帮助了。当一颗恒星“变成新星”时,它会发生宇宙中最壮观的景象之一——爆炸,并将其较重的核心元素喷向宇宙,帮助其他星团的形成。我们的恒星就是这样形成的,在它开始后的80多亿年后——由超新星的残余碎片和大爆炸后形成的原始氢粒子组成。: P" q: _/ T+ D9 J e8 R# I
参考资料
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* w! r _8 ~8 X" D: ^9 H科学美国人: E. z c* V$ F: N
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