不同質量恆星能量釋放、物質密度、壓強是不一樣的

【作者:黃媂】

恆星從核心區到表面能量的傳遞方式

恆星的核心區域是核反應的區域,所以大量的能量這裡被釋放出來了,這些能量主要是以光子的方式向外面傳輸的,只有當它逃逸到恆星表面,才能夠看到恆星所產生的輻射。

不同質量恆星能量釋放、物質密度、壓強是不一樣的

恆星要保持一個長期的熱平衡狀態,需要保證在它核心區所產生的能量能夠有效地傳送到恆星表面,物質在進行能量傳輸的過程中主要是以輻射、傳導和對流這三種方式進行的。

不同質量恆星能量釋放、物質密度、壓強是不一樣的

恆星的內部由於平均密度與水的密度是相當的,所以恆星內部溫度並不是特別的高,這樣就使得傳導對於正常的恆星來講就不是那麼重要了,因為傳導的過程是通過粒子的相互碰撞來傳遞能量的,而這種方式如果有很高的效率,它要求粒子的密度是非常高的,這樣才能夠保證有足夠多的碰撞次數,只有在一些特殊的恆星白矮星、中子星這些星體裡面由於它們的密度特別高,所以傳導在這裡面有一個重要的作用,對於大部分恆星來講輻射和對流是它最主要的能量傳輸方式。

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恆星能量輻射

輻射是指恆星內部熱區的光子通過和冷卻的物質相互作用來傳輸能量。

舉例說明:

在燈泡附近會感到熱量向你進行傳輸,熱量就是通過光子進行傳輸能量的。

不同質量恆星能量釋放、物質密度、壓強是不一樣的

在恆星裡面由於核心區產生的主要是以光子的方式來釋放能量,光子能夠有效地把這份能量帶到恆星的表面,這時恆星就處於輻射平衡的狀態,但有時候光子沒有辦法能夠有效地完成任務,所以需要藉助於對流的方式來進行傳導。如果恆星內部的不透明度特別高,恆星內部的產能率太大了,這個時候輻射就不再是一個有效傳輸能量的方式。

舉例說明:

在夏天我們用很厚的棉被進行保溫,因為棉被的不透明度是非常高的,所以熱量沒法從裡向外或者從外向裡進行傳輸,在恆星裡面也是類似的,如果在核心區域的密度特別高/溫度特別低,這時光子經過這個區域的時候就會被大量的吸收了,所以沒法把能量帶到外層。

不同質量恆星能量釋放、物質密度、壓強是不一樣的

另外一種條件是產能率過大

在恆星的核心區有太多的光子被釋放出來了,它們來不及把所有的能量都有效地帶走,這同樣會使得恆星會偏離熱平衡狀態,那些原來熱的區域就會變得更熱,原來冷的區域因為得不到能量的傳輸會變得更冷,而這種溫度的差異就會造成對流的現象,因此就是指冷熱區域裡面大規模物質循環的流動,所以說「輻射」是一種微觀過程,「對流」是一種宏觀過程。

舉例說明:

「對流」跟燒熱水的過程是很相似的,隨著溫度的上升,在熱水壺底部那些受熱的流體會上浮,會把能量傳輸給相對較冷的區域,當溫度降低之後又會重新下落,這樣就構成了一個循環的過程。

不同質量恆星能量釋放、物質密度、壓強是不一樣的

在恆星裡面也是一樣的,熱的氣體上升同時把能量傳輸給冷卻的物質,接下來冷的物質下降到恆星內部,所以通過這樣的方式也可以進行有效的能量傳輸。

不同質量恆星能量釋放、物質密度、壓強是不一樣的

由於不同類型的恆星它們的能量釋放效率、物質密度、壓強等等這些物理過程和物理量並不一樣的,所以在不同類型的恆星內部能量通過什麼方式進行傳輸也是不同的。

  • 第一種:大質量恆星

由於核心區產生核反應的效率是特別高,能量釋放過程非常迅速,所以光子不能有效地傳輸能量,就這使得它的核心區域是以對流方式為主的。核心區的外層光子可以有效地傳輸而能量,於是以輻射的方式來達到熱平衡,所以大質量恆星內部是一個對流的核,而外層是一個輻射的包層。

  • 第二種:小質量恆星

類似於太陽這樣的恆星,核心區能量產生的效率並不高,所以光子從核心區出來之後就可以有效地傳輸能量,但是光子逐漸向外運動的時候,由於質量小的恆星表面溫度也低,那些更冷的物質更容易吸收光子,所以在恆星的內部,當光子沒法穿透由於冷物質造成的吸收,這片區域在恆星表面就沒有辦法得到來自於核心區的光子產生對流的過程,所以說小質量恆星是一個輻射的核區加上一個對流的外層。

  • 第三種:極小質量恆星

對於極小質量的恆星對流區域可以一直延展到恆星的核心,也就表明恆星整體都是通過對流的方式來進行能量傳輸的。

不同質量恆星能量釋放、物質密度、壓強是不一樣的

(黃媂)本文總結:

1.熱平衡要求恆星核心區通過反應產生的能量能夠有效傳輸到恆星表面。

2.能量傳輸的三種形式:輻射、傳導和對流。

  • 傳導是通過粒子的相互碰撞來傳遞能量的。
  • 有效的傳導需要很高的粒子密度。

3.由於傳導需要很高的電子密度,恆星核心區產生的能量主要通過輻射與對流向外傳遞。

4.由於恆星質量不一樣導致恆星的內部結構有很大的差別。

溫度是決定粒子產生什麼譜線的關鍵物理量

不同波段的圖像反映了星系裡面不同成分物質所產生的輻射

對未知世界的探索是推動天文學不斷進步的動力

【作者:黃媂】

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