恒星的一生

    很多人對恒星的認知少之又少，基本停留在會主動發(fā)光的物體就是恒星的概念上。

    故事從人類思維無法理解層面開始。在這個層面上，有一個“事物”叫苦連天：啊，我受不了了，我的密度太大了，感覺非常非常的“擠”，我要在沉默中爆發(fā)了，于是它炸了！這個它就是奇點，其體積無窮小，密度無限大。在距今138.2億年前炸了，從此有物質，時間和空間。這就是宇宙大爆炸。

    當然，一開始炸出來的元素極其簡單，基本都是氫，至于什么重元素都是后話了。氫元素之間很快就看對眼了，并結合成新的元素，那就是氦。

宇宙誕生之初的物質結構99%是氫和氦，當然大部分還是氫了

    星云中的氫元素數(shù)不勝數(shù)，實在是太多了。在引力的作用下，氫們會聚攏在一起，就和滾雪球一樣，越聚越多。到一定程度上，氫元素結合成了原始天體。其引力致使更多的氫元素投懷送抱。

    原始天體的引力越來越強，外面越來越多的氫元素撞向天體，撞擊的力度也越來越大。導致天體核心的氫原子們越來越擁擠，能量和動量越來越大。天體核心的氫原子運動愈發(fā)劇烈，在宏觀上表現(xiàn)就是溫度越來越高。

    當溫度達到上千萬攝氏度的時候，核心的氫元素相互撞擊的力度就會導致彼此的原子核們僅僅挨在一起，原子核們一旦挨得很近就會形成核力，就很難再分開了，于是四個氫原子和會組成新的原子核，那就是氦原子核。

    當然你會質疑，四個氫原子核攜帶四個質子，合成之后也是鈹元素。非也，因為質子中的夸克會重組，導致質子變成中子。

    從氫到氦可是原子核重組，這是核聚變，會釋放大量的能量，也就是高能光子(伽馬射線)

    這些高能光子從原始天體的核心地帶被激發(fā)出來，于是就往外飛。

    核心地帶之外被大量的氫元素包圍著。這些高能光子得一個個穿過外圍氫元素才突破重圍。于是原本高能的光子先把能量傳給第一層包圍的氫元素，這些氫元素吸收了高能光子，再釋放光子，一層一層傳出去。每一層都會“貪污”一部分高能光子的能量。直到這些高能光子沖破了原始天體內所有氫元素的包圍，來到宇宙空間，這時它們的能量已經降低了很多。這也是我們能看見太陽光的原因。

    高能光子是波長極短，頻率極大的電磁波。它們的波長短于10^-12m，而可見光的波長在3.8×10^-7m～7.8×10^-7m范圍段。只有高能光子的波長增加到可見光的范圍段，我們才能看見它。高能光子的能量減弱就意味著波長變長。所以我們能看見太陽光還得感謝太陽中間到外圍的氫元素對核心地帶發(fā)射出的高能光子的能量“貪污”。

    恒星核心不斷在核聚變，并發(fā)出高能光子。而恒星中間到表面地帶不發(fā)生核聚變反應，因為溫度太低了，還不足以達到開啟核聚變的條件。所以我們看到的光都是太陽核心處發(fā)出來的光子。這些光子要逃出太陽可不容易，不僅要被外圍的元素蹭一波能量還要被拖延大量的時間。

    從太陽核心發(fā)出的光要走出太陽需要幾百萬年的時間。這是因為，核心發(fā)出來的光子要被緊鄰的外圍氫原子核外電子吸收，吸收能量的電子處于激發(fā)態(tài)，再釋放光子，新釋放的光子接著再傳給更外圍的氫原子……以此類推直到逃出太陽表面。這種吸收─釋放─再吸收─再釋放……的過程可老費時間了。

    按道理來說，太陽核心以外的氫元素應該往里面坍縮，因為核心地帶有強大的引力。但為什么太陽還能保持相對穩(wěn)定的體積呢？

這是因為太陽核心地帶的核聚變不斷釋放能量，這些能量足以對抗引力。

    一開始，只有太陽核心地帶發(fā)生核聚變，外部的原子還當吃瓜群眾呢。因為它們被核心釋放的能量噴流“吹”的也進不去充當燃料??！(這是恒星的主序星階段，目前太陽就處于此階段，并還能保持50億年之久)

    當恒星核心地帶的氫全都聚變成氦，想要進一步核聚變就得氦聚變成更重的原子核。但是越往上聚變，其要求的溫度越高，這時候核心的溫度還不足以開啟從氦聚變到更高元素的條件。

    于是核心地帶的聚變反應消停了一會。但是與核心地帶緊鄰的外圍氫元素對聚變的溫度要求沒有那么苛刻，于是核聚變開始外移。

    外移的核聚變會產生大量的氦元素，于是就落入到恒星核心處，越來越多的氦元素被核心地帶吸收，導致核心地帶的物質密度增大，溫度越來越高，終于達到了開啟第二輪核聚變的條件。

    這時候核心處的聚變反應已經是從氦→碳了，而外圍的聚變還處于氫→氦的過程。如果核心的氦都全聚變成碳或氧了，要想開啟更高層次的聚變，也就是從碳到硅再到鐵，就需要更高的溫度，于是核心地帶就又消停一段時間。

    于此同時，核聚變不斷外移直到恒星表面，外移聚變的產物就又是內部的聚變燃料。恒星表面的氫聚變成氦，氦又作為內層氦→碳的聚變燃料，碳又是更內層碳→硅的聚變燃料以此類推……核心地帶就聚變成鐵元素。絕大數(shù)情況下，恒星會聚變到鐵元素為止。因為鐵的結合能最高，要想試圖破壞鐵的原子核進而聚變成更高的元素，就需要極高的溫度，起碼也得100億攝氏度。這種苛刻的條件就阻止了恒星內的元素聚變到鐵以上的元素上了。當然也有極端案例，比如超新星爆發(fā)，中子星合并等。

    如果太陽內部和外部同時聚變，那么釋放的能量就比原先大的多。巨大的能量把太陽內部的物質往外推，于是太陽體積越來越大，變成了紅巨星，其半徑足以吞噬水星和金星甚至是地球。事實上，部分天文學家將紅巨星的膨脹過程視為第一次超新星爆發(fā)。

    地球上的重金屬，完全來自恒星的超新星爆發(fā)，恒星也被稱為元素的煉丹爐。

    如果沒有恒星，宇宙基本上都是氫和氦。當然就沒有生命了，我們身體的碳、氧、鐵金屬全是恒星“煉丹”的結果。

    科學家認為，在太陽之前，太陽系內至少發(fā)生了一次超新星爆發(fā)，爆發(fā)后的能量擠壓了原始星云的聚集，才加速了太陽的誕生，同時拋出大量的重元素，并在引力的作用下形成行星。

    如果恒星的燃料全都燒完了，那么物質就會在引力的作用下向內坍縮。這種坍縮會擠壓恒星中自由電子的空間，把它們擠到原子核中并與質子電性抵消了，導致原子核自爆，釋放更大的能量。

    這就是第二次超新星爆發(fā)，其規(guī)模比第一次還大的多。當然，太陽不存在第二次超新星爆發(fā)，因為太陽的質量太小，其引力還不足以把自由電子壓到原子核內。這時候引力被電子的簡并壓力抵擋住了，這就是白矮星。太陽的質量決定了它的歸宿只能是白矮星。

    如果一個恒星的質量是太陽的1.4倍以上，理論上，其引力就可以把電子壓到原子核內與質子抵消，導致原子核全變成中子了。

    如果這顆星的質量大約是太陽1.4倍但又小于8倍，這顆恒星的引力就不足以把兩個中子壓到一起。因為中子之間也有抵抗相互擠壓的簡并壓力，這時候中子的簡并壓力抵抗了引力的進一步坍縮。于是這顆恒星就變成了中子星。

    如果恒星的質量比太陽大了數(shù)十倍以上，那么它的引力就足以把中子的簡并壓力打敗。其中子都被壓成一片了，這導致此天體的密度越來越大，體積越來越小。表面的逃逸速度都超過光速了，于是它就變成了黑洞！

    引力一直都在導致恒星內的物質向核心處坍縮。一開始靠電子簡并壓力抵抗引力坍縮，如果抵抗住了，那么這就是白矮星。如果沒有抵抗住，就接著由中子的簡并壓力抵抗引力坍縮，此時抵抗住引力了，那就是中子星。如果還沒抵抗住，那就只能變成黑洞了！