眾多的恆星,恆星的質量不盡相同,可能處在不同年齡與演化階段。
恆星演化:恆星誕生、主序星演化(青年與壯年期)、後主序帶恆星(老年期)、死亡 與化學元素的合成。
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恆星誕生的原料:星際物質

主要是由氫、氦、塵埃所組成,巨大、低密度的冷星雲(分子雲)經由重 力塌縮,將位能轉變成熱能,當核心溫度昇高到可以發生氫融合反應,恆星就誕生了,並變成小而密度高的熱星。

(1)恆星的質量,大多在太陽質的十分之一到數十倍之 間。以太陽而言,其質量約是地球的三十三萬倍, 可見恆星有相當巨大的質量。能誕生恆星的巨大分 子雲,又是由幾近真空的星際物質,歷經亙古的時間緩慢聚集而成。

(2)星際物質存在的證據
星光的消光 與紅化 ,發射星雲(emission nebula) –Trifid 星雲 、或H II 區域 ,反射星雲(reflection nebula)–Trifid 星雲、昂宿星團(the Pleiades),暗星雲–馬頭星雲 、本雲河盤面 、包克雲球(Bok globules),氫21公分線 (無線電波段),0.26 公分CO 譜線–巨大分子雲(數十萬太陽質量)。

(3)溫度:數K到數百K之間,全看距離恆星多遠而定, 平均約在100 K左右。
密度:平均106 原子/ 米3 ,或每CC的 太空中,平均來說有一個原子。分佈並不均勻, 最密者有109 原子/ 米3,而最疏者 低達104 原子/ 米3 。在地球上 實驗室能造成的最好真空約在1010 分 子/ 米3 ,而在海平面太氣每立方公尺中 含有1025 個分子。
成份:分析星際星雲的吸收光譜 ,可以得知,星雲90% 是原子或分子氫, 9% 為氦,剩下的為較重的元素、分子與星際塵埃。

(4)恆星誕生的機制
但恆星誕生的故事並不是如此簡單,星際物質受重力的 吸引,慢慢的聚集在一起,同時溫度也漸漸昇高。溫度 愈高,原子與分子運動的速率也愈快,這種傾向抗衡了 重力塌縮的繼續進行,有時甚至可能把星雲打散。由觀測的證據顯示,星雲不可能經由自發性的重力塌縮 ,而變成恆星。天文學家認為有四種不同的過程,具 有發揮臨門一腳效用,能觸發恆星的形成。

(5)恆星誕生的過程
巨大分子雲 的塌縮 -> 塌縮分子雲的分裂-> 分子雲的分裂終止-> 原恆星(胎星) 階段 -> 觸發氫融合 ->新恆星誕生 -> 進入主序帶

5A. 雲氣在塌縮成為成為恆星的前一狀態,稱為 原恆星(proto-star),它是熱到足以產生紅外線,但是 不足以開始進行核融合,所以在可見光波段很難觀測到。

5B. 原恆星周圍的物質持續地加入,核心溫度隨之昇高。當溫度超過4百萬度時,氫開始發生核融合,恆星也就誕生。此時恆星的四周雲氣仍然很稠密,還無法 直接看見這顆新生的恆星。但可觀測周圍雲氣受中心恆星激發的情形 ,可以推知雲氣深處新恆星的誕生。

5C. 恆星百分之九十的時間,都待在主星序上。

(6)恆星誕生的觀測證據:

6A. 繭狀物(cocoon) 是一種紅外線光源。 年輕的胎星通常是看不見的,都被一層稱為 繭狀物的雲氣與 星際塵埃所包圍著,而此繭狀雲氣受到胎星的加熱會放出紅 外線。
最終當胎星的溫度夠熱,則繭狀物將被吹走。M16的恆星誕生區、 M42的恆星誕生區。 金牛座T 型星(T Tauri Stars) 以第一顆被發現金牛座變星T 命名,最初以為是年輕的變星,現在一般相信這類型星 ,是原恆星演化的最後階段,正在清除它們的繭狀物。 例如NGC 2264 中有許多低質量的T型星,實測的數據 顯示星團中,大質量的恆星己在主序星階段,而低質量恆星仍在T 型星階段。這個星團的年齡約僅有數百萬年,因為同星團內的恆星是由同團雲氣中產生,所以它們起步的時間相同,但恆星進人主序帶所需要的時間與其質量有關 ,一般質量愈大的星,愈快進入主序帶,實測的結果與理論相合。

6B. 雙極流(bipolar flow) 當氣體掉入恆星的吸積盤面時,會拉曳著磁場,進而在旋轉軸的兩端產生噴流,而噴流與周圍雲氣相撞,產生光度閃爍不定的Herbig-Haro 星體。
由哈伯太空望遠鏡的觀測發現,在獵戶座大星雲中的七百多顆新恆星,近半數有吸積盤 的存在。現在的一般的臆測是,這些吸積盤假以時日,有可能會形成行星。如果這種說法是正確的,行星在宇宙中,可能到處皆是。由最近一系列的觀測發現,如吸積盤、外太陽系行星 與火星微生物 等,使我們對外太陽系智慧生物,存在與否的問題有了無窮的想像空間。

(7)恆星的能源:太空中的雲氣經由重力塌縮,將重力位能轉變成動能, 動能的增加使得雲氣的溫度昇高。當溫度昇高到107 K時, 便使得雲氣中的氫開始產生核融合,釋放出能量。氫核融合過程有二種:

兩種核融合過程都是將四個氫核融合成一個氦,並釋放出能量。
主序星用那一種氫融合過程產生能量,和它的核心的溫度有密切的關聯。
PS:太陽標準模型 ,太陽核心的溫度約為一千五百萬度,理論計算顯示,太陽能量90%是由質子-質子鏈產生,而10%來自碳氮氧循環。 大質量恆星,能量產生的途徑是以碳氮氧循環為主。

四個氫的質量總和大於一個氦,用Δm 來代表所損失的質量,由愛因斯坦的質能公式
ΔE = Δm C^2    也就是〝損失的質量轉變成能量的釋出〞。
例:一公克的氫經由核融合大約可產生多大的能量?  1公克的氫在核融合的過程中所產生的能量可將1500公噸的水煮沸!

(8)恆星是如何維持穩定?
恆星的穩定是依賴流體靜態平衡(Hydrostatic Equilibrium) —重力壓與輻射壓在星球的內部是保持平衡的,來維持穩定。 從流體靜態平衡,我們可暸解星球的內部,因不同的深度有不同的重力, 所以在星球的內部不同深度必需有不同溫度, 才能產生相對應的輻射壓與重力相抗衡。

(9)恆星的理論模型告訴我們主序星的質量不能小於0.08 太陽質量,也不能大於100 太陽質量。因為小於0.08 太陽質量的星體,無法產生氫核融合,也就是無法形成主序星,這類"死胎的恆星" 稱為棕矮星(brown dwarf) ;大於100太陽質量的星體,核融合反應非常激烈,會造成星體不穩定,而分裂成數個質量較小的恆星。
現在的天文觀測的證據顯示,恆星的質量大致在十分之一至數十個太陽質量之間。



11月20日 有參加讀書會名單(好學獎)
11107陳文亮 11128翁紫純 11139鄭湘陵 11538廖苡琇 11611葉存泰
11607張方瑞 20716陳泳潤 20917黃朝義 10934廖冠閔 10938蔡宇婷

另有高一15班 2,3,8,9,14,15,19,27,28,30,33,34,35,36,38 參加

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