文明的見證 第1095章 主序星

    當一顆原恆星從在星際介質中的氣體和塵埃構成的巨分子雲中坍縮形成時，最初的成分是均勻的，質量包含大約70%的氫和28%的氦，還有其它含量可追蹤的元素。燃武閣 www.renwuge.com

    恆星的初始質量是有在分子雲中所在位置的條件決定。當坍縮開始時，這顆前主序星經由重力收縮產生能量。在達到合適的密度，能量開始由核心將氫轉變成氦的放熱核聚變程序來產生。

    一旦氫的核聚變成為能量產生過程中的主要來源，重力就沒有多餘的能量使恆星收縮，這顆恆星將沿着一條曲線落在赫羅圖上所稱的標準主序帶上。天文學家有時會參考這個階段稱為「零齡主序帶「，或ZAMS。這條曲線是恆星開始進行核聚變的點，可以依據恆星的特性使用電腦模型計算出ZAMS。從這個點，恆星的亮度和表面溫度會隨着年齡而增加。

    直到核心中的氫被大量的消耗掉，恆星依然還在主序帶上初始的位置附近，然後就開始變成一顆更明亮的恆星。因此主序帶是恆星生命中以氫燃燒為主的階段

    主序帶是赫羅圖上在對角在線的曲線，絕大部分的恆星都在這個範圍上，在這個區域內的恆星被稱為主序星或矮星，其中則以紅矮星的溫度最低。這條線是非常明顯的，因為只要氫核聚變持續在進行，恆星光譜類型與亮度都與恆星的質量有直接的關聯，而且恆星的一生也幾乎都花費在這個階段上。但是，即使在理想的觀測下，主序帶還是會有些模糊不清。例如，緊鄰的伴星、自轉或磁場，都會造成一些改變。明確的說，有些金屬貧乏的恆星，位置就在主序帶的下方，一樣進行氫的核聚變，但在主序帶的下端就會因為化學組成而造成混淆不清的情況。

    天文學家有時會提到「零齡主序帶」，這是由計算所得的曲線，表示的是恆星開始氫的核聚變時，其亮度與表面溫度的位置，而典型的恆星會隨着年齡由這點開始，表面溫度與亮度增加。當恆星誕生時會進入主序帶，瀕臨死亡前就會離開主序帶。太陽是一顆主序星，年齡是46億歲，光譜分類是G2V。當核心的氫耗盡後，將膨脹成為一顆紅巨星。

    主序帶有時會被分成上段和下段，根據恆星產生能量的主要過程來進行劃分。質量大約在1.5倍太陽質量以內的恆星，將氫聚集融合成氦的一系列主要過程稱為質子-質子鏈反應。超過這個質量在主序帶的上段，核聚變主要是碳、氮、和氧。通常，質量越大的恆星在主序帶上的生命期越短。在核心的核燃料已被耗盡之後，恆星的發展會離開赫羅圖上的主序帶。這時恆星的發展由它的質量決定，質量低於0.23太陽質量的恆星直接成為白矮星，而質量未超過10太陽質量的恆星將經歷紅巨星的階段；質量更大的恆星可以爆炸成為超新星，或直接塌縮成為黑洞。

    所有的主序星都有進行核聚變產生能量的核心區域。核心的溫度和密度都必須要能維持個極能量的生產和支撐這顆恆星的其餘部分。產生的能量減少將導致覆蓋在外的質量壓縮核心，結果會因為更高的溫度和壓力導致核聚變的速率增加。同樣的，增加能量的生產將導致恆星的膨脹，降低核心的壓力。因此，恆星形成自律的。所有的主序星都有進行核聚變產生能量的核心區域。核心的溫度和密度都必須要能維持個極能量的生產和支撐這顆恆星的其餘部分。產生的能量減少將導致覆蓋在外的質量壓縮核心，結果會因為更高的溫度和壓力導致核聚變的速率增加。同樣的，增加能量的生產將導致恆星的膨脹，降低核心的壓力。因此，恆星形成自律的流體靜力平衡系統，使其在主序帶的生命期間過程是穩定的。

    主序星有兩種類型的氫反應過程，並且每個類型產生能量的速率取決在核心區域的溫度。天文學家將主序帶分成上下兩個部分，就是依據兩種類型是以何者做為核聚變的主導過程。在主序帶的下部，能量主要是經由質子-質子鏈反應孳生，經由一系列的步驟直接將氫融合成氦。在主序帶上部的恆星，有足夠高的核心溫度，可以有效的使用碳氮氧循環。這個過程使用碳、氮、和氧原子做為觸媒，在過程中將氫融合成氦。

    當溫度在1，800萬K時，PP過程和CNO循環同樣有效，並且各自產生恆星一半的淨光度。核心在這種溫度的恆星質量大約是1.5太陽質量，主序帶上部恆星的值量都超過這個值。因此，粗略的說，光譜類型為F或溫度更低的恆星在主序帶的下部，A型恆星或更熱的恆星在主序帶的上部。從主要的能量產生類型從一種過度到另一種的質量範圍不到一個太陽質量。在我們的太陽，1太陽質量的恆星，只有1.5%的能量是以CNO循環產生的。與此相反的，1.8太陽質量或更高質量的恆星，幾乎所有的能量都是完全經由CNO循環輸出

    觀測到的主序星上部恆星質量的上限在120至200太陽質量。這種限制在理論上的解釋是質量超過的恆星不能快速的輻射出能量以維持穩定，所以任何額外的質量將在一系列的脹縮中被拋射出去，直到這顆恆星達到穩定狀態的限制。能持續進行質子-質子鏈反應的質量下限大約是0.08太陽質量，低於這個門檻的次恆星天體不能維持氫融合，像是所知的褐矮星。

    每種有機生命，必須有自己的能量源，從廣義上來說，所有的能量都來自於核聚變。植物通過光合作用，吸收能量，然後埋在地下，就是石油，煤炭。

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