不同质量恒星能量释放、物质密度、压强是不一样的

【作者:黄媂】

恒星从核心区到表面能量的传递方式

恒星的核心区域是核反应的区域,所以大量的能量这里被释放出来了,这些能量主要是以光子的方式向外面传输的,只有当它逃逸到恒星表面,才能够看到恒星所产生的辐射。

不同质量恒星能量释放、物质密度、压强是不一样的

恒星要保持一个长期的热平衡状态,需要保证在它核心区所产生的能量能够有效地传送到恒星表面,物质在进行能量传输的过程中主要是以辐射、传导和对流这三种方式进行的。

不同质量恒星能量释放、物质密度、压强是不一样的

恒星的内部由于平均密度与水的密度是相当的,所以恒星内部温度并不是特别的高,这样就使得传导对于正常的恒星来讲就不是那么重要了,因为传导的过程是通过粒子的相互碰撞来传递能量的,而这种方式如果有很高的效率,它要求粒子的密度是非常高的,这样才能够保证有足够多的碰撞次数,只有在一些特殊的恒星白矮星、中子星这些星体里面由于它们的密度特别高,所以传导在这里面有一个重要的作用,对于大部分恒星来讲辐射和对流是它最主要的能量传输方式。

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恒星能量辐射

辐射是指恒星内部热区的光子通过和冷却的物质相互作用来传输能量。

举例说明:

在灯泡附近会感到热量向你进行传输,热量就是通过光子进行传输能量的。

不同质量恒星能量释放、物质密度、压强是不一样的

在恒星里面由于核心区产生的主要是以光子的方式来释放能量,光子能够有效地把这份能量带到恒星的表面,这时恒星就处于辐射平衡的状态,但有时候光子没有办法能够有效地完成任务,所以需要借助于对流的方式来进行传导。如果恒星内部的不透明度特别高,恒星内部的产能率太大了,这个时候辐射就不再是一个有效传输能量的方式。

举例说明:

在夏天我们用很厚的棉被进行保温,因为棉被的不透明度是非常高的,所以热量没法从里向外或者从外向里进行传输,在恒星里面也是类似的,如果在核心区域的密度特别高/温度特别低,这时光子经过这个区域的时候就会被大量的吸收了,所以没法把能量带到外层。

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另外一种条件是产能率过大

在恒星的核心区有太多的光子被释放出来了,它们来不及把所有的能量都有效地带走,这同样会使得恒星会偏离热平衡状态,那些原来热的区域就会变得更热,原来冷的区域因为得不到能量的传输会变得更冷,而这种温度的差异就会造成对流的现象,因此就是指冷热区域里面大规模物质循环的流动,所以说「辐射」是一种微观过程,「对流」是一种宏观过程。

举例说明:

「对流」跟烧热水的过程是很相似的,随着温度的上升,在热水壶底部那些受热的流体会上浮,会把能量传输给相对较冷的区域,当温度降低之后又会重新下落,这样就构成了一个循环的过程。

不同质量恒星能量释放、物质密度、压强是不一样的

在恒星里面也是一样的,热的气体上升同时把能量传输给冷却的物质,接下来冷的物质下降到恒星内部,所以通过这样的方式也可以进行有效的能量传输。

不同质量恒星能量释放、物质密度、压强是不一样的

由于不同类型的恒星它们的能量释放效率、物质密度、压强等等这些物理过程和物理量并不一样的,所以在不同类型的恒星内部能量通过什么方式进行传输也是不同的。

  • 第一种:大质量恒星

由于核心区产生核反应的效率是特别高,能量释放过程非常迅速,所以光子不能有效地传输能量,就这使得它的核心区域是以对流方式为主的。核心区的外层光子可以有效地传输而能量,于是以辐射的方式来达到热平衡,所以大质量恒星内部是一个对流的核,而外层是一个辐射的包层。

  • 第二种:小质量恒星

类似于太阳这样的恒星,核心区能量产生的效率并不高,所以光子从核心区出来之后就可以有效地传输能量,但是光子逐渐向外运动的时候,由于质量小的恒星表面温度也低,那些更冷的物质更容易吸收光子,所以在恒星的内部,当光子没法穿透由于冷物质造成的吸收,这片区域在恒星表面就没有办法得到来自于核心区的光子产生对流的过程,所以说小质量恒星是一个辐射的核区加上一个对流的外层。

  • 第三种:极小质量恒星

对于极小质量的恒星对流区域可以一直延展到恒星的核心,也就表明恒星整体都是通过对流的方式来进行能量传输的。

不同质量恒星能量释放、物质密度、压强是不一样的

(黄媂)本文总结:

1.热平衡要求恒星核心区通过反应产生的能量能够有效传输到恒星表面。

2.能量传输的三种形式:辐射、传导和对流。

  • 传导是通过粒子的相互碰撞来传递能量的。
  • 有效的传导需要很高的粒子密度。

3.由于传导需要很高的电子密度,恒星核心区产生的能量主要通过辐射与对流向外传递。

4.由于恒星质量不一样导致恒星的内部结构有很大的差别。

温度是决定粒子产生什么谱线的关键物理量

不同波段的图像反映了星系里面不同成分物质所产生的辐射

对未知世界的探索是推动天文学不断进步的动力

【作者:黄媂】

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