为什么核聚变的终点是铁原子核,那么恒星都会变成一个大铁球吗?
怎么会呢?
铁球不会形成的。
恒星聚变是内部分层的,最初都是氢聚变为氦,所以中心是氦,外部是氢。后面会逐步发生氢氦为锂,氦氦聚变碳,此后依次发生氧氖等,直到铁的出现。
铁56是特殊的,结构稳定。恒星如果继续压缩,温度与压力加大,铁也是会发生核聚变的。但铁聚变需要汲取能量,释放的能量远不足弥补过程损失,因此恒星内核因聚变条件丧失而停止聚变,也丧失对外辐射压,恒星生命也将结束。
氢聚变的基本模式
第一、恒星质量很大当恒星内核产生铁56之后,恒星已经濒临死亡,即将发生超新星爆炸。
通常,恒星质量超过太阳8倍,核聚变产生到铁就会形成中子星。
聚变停止后,恒星(质量为1.6~3.2倍太阳质量)失去对外辐射压,内核迅速向质量中心收缩,引力将电子压入原子核形成排列整齐的中子,从而抵抗住引力,对外则是超新星爆炸。
当恒星质量超过太阳质量30倍,内核聚变到铁,同样造成聚变停止,失去对外辐射压,内核(质量超过太阳3.2倍)向内猛烈收缩,此时引力已无可抗拒,中子也抵抗不了,内核物质继续向中心点收缩形成黑洞。对外表现则是伽玛射线暴。
第二、恒星质量不足恒星质量在0.5~8倍太阳质量,内核聚变已无法产生铁。会形成各种不同成分的白矮星,我们的太阳也是这个命运。
正中就是白矮星
恒星质量小于0.5倍太阳质量,也就是红矮星,不会产生氦聚变,当所有氢消耗干净实际成为氦球,停止聚变,逐步冷却成为黑矮星。当然,红矮星是这个世界恒星的主要形态,估计接近70%恒星是红矮星,寿命长达数千亿年甚至更多,因为红矮星的质量不足,压力温度不高,核反应速度很慢。
当星球质量不足太阳的0.08倍,质量不足以压缩核心达到氢聚变的温度压力,不会发生聚变,是所谓的褐矮星。属于失败恒星,大约是原恒星盘的质量不足,或形成之初被外来力量切断物质吸收渠道,阻断了发育进程。
为什么核聚变的终点是铁原子核,那么恒星都会变成一个大铁球吗?
准确的说,并非所有的恒星都会变成一个大铁球,只有比较大的恒星(太阳质量的8倍以上)才能把核聚变持续进行到铁为止。
但是变成一个大铁球以后还会继续变或者是不变,主要是取决于这个大铁球的质量。
所谓的恒星就是因为发光发热,所以才叫做恒星,当然实际上恒星也不是完全恒定的,只不过相对于人类的历史来说,恒星几乎是不变的。
太阳这样的中等质量的恒星的寿命是100亿年,如果比太阳更小一点的红矮星,它的寿命可以长达上万亿年。
如果比太阳还要大的恒星,内部的核材料燃烧的很剧烈,寿命就会相当的短,可能只有几千万年。
但是恒星的寿命有一个下限,这是因为恒星的大小是有上限。
如果恒星的质量特别大,核反应非常剧烈,就会把恒星给炸碎。这个上限被称为爱丁顿上限,大约是太阳质量的150倍。
核聚变反应到了铁原子以后再继续聚变就要吸收能量,也就是说铁以上的核聚变没办法让恒星维持主动发光、发热。
所以只能说恒星核聚变到铁的时候,只是恒星主动发光发热阶段的结束而已,但是这个结束以后演化并不会停止。
恒星的核心完全是靠核聚变反应放射出来的X射线和硬伽马射线等高能光子产生的巨大压力来对抗重力向内的收缩力。一旦核反应停止,对抗重力收缩的压力就会突然消失。
这就好像飞机突然失去了升力,会笔直往下掉。
恒星的尺寸都很大,太阳半径就有70万公里。一旦内部的所有核聚变停止以后,外部的物质就像中心掉落。太阳表面的重力加速度是地球表面的28倍,地球一公斤的物质,到了太阳表面会重28公斤。
假如1吨的物质从太阳表面以28倍重力加速度跌落到太阳的中心,引力势能会转化为动能,这个能量有多大?简单算一下就可以知道。
按照s=1/2at^2计算,不考虑在这个过程中的加速度的改变,从太阳表面掉到太阳中心,需要2220秒,会被加速到600公里每秒。
所有的物质同时跌落到恒星的中心,然后会撞击在一起,动能会以爆炸的形式释放出来,这就是所谓的超新星爆炸。
这个能量高的吓人,因为一吨重的物质就会释放出4.2万吨TNT爆炸的能量。
这还只是像太阳这样的中等质量的恒星爆炸以后释放出来的能量规模,比太阳大的恒星释放出来的能量还要可怕。
巨大的能量瞬间释放出来,就会把很多物质炸飞到宇宙空间中,地球上的铁等重元素全部都是超新星爆炸以后释放到宇宙空间中的。
所以,大质量恒星的死亡后的灰烬,是诞生岩石行星的摇篮。
在巨大的超新星爆炸过程中,还会产生比铁更重要的元素,比如说金等等。
爆炸以后剩下的残骸,根据质量不同会变成三种不同的天体,白矮星、中子星或者黑洞。
白矮星主要成分是碳,所以它是一个碳球,更准确的说应该是一个金刚石做成的球。
只有中子星接近于一个铁球。
之所以说它接近,因为中子星只有外表面覆盖了一层铁,这个铁的硬度非常高,相当于钢铁硬度的1亿倍。
中子星的内部是由中子、电子、少量质子构成的浆体,正是由于电浆的流动,所以中子星会产生很强大的磁场。
一般的情况下,磁场南北极和中子星自转南北极不完全重合,而从磁场的南北极会释放出强大的射线喷流。
随着中子星的自转,这些射线喷流会在天空中扫出一个圆锥型。
地球如果恰恰位于被扫射的圆锥型范围之内。就会接收到中子星发出来的信号,因为这个信号是周期性的,所以中子星也叫脉冲星,可以用来进行精确的导航。
为什么核聚变的终点是铁原子核,那么恒星都会变成一个大铁球吗?
还有超新星爆发哩……
正常情况下就是铁。
但是爆发的时候,压力和温度更高,铁就变成金银铜啥的了[酷拽]
所以,地球上的金银铜,都是超新星爆发的产物。
从这点就可以看出,地球很老,太阳系很老,宇宙非常老[呲牙]
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