原恒星

更新時(shí)間:2023-04-19 12:10:54 閱讀：評論：0

作文寫人-色系搭配

2023年4月19日發(fā)(作者：絕句江碧鳥逾白)宇宙未解之謎：恒星產(chǎn)生之謎
恒星產(chǎn)生之謎
一、恒星產(chǎn)生之謎（版本）
1
根據(jù)彌漫說的理論，恒星形成可分為兩個(gè)階段，開始時(shí) 先由
極其稀薄的物質(zhì)凝聚成星云并進(jìn)一步收縮成原恒星，然后原恒星才
發(fā)展成為恒星。
1.
巨大的星云星際空間普遍存在極稀薄的物質(zhì)，由于分布不均
勻而往往分裂成團(tuán)塊，并向中心凝聚，成為彌漫星云。彌漫星云
在逐步凝聚收縮過程中進(jìn)一步分裂，變成體積和質(zhì)量更小而密度卻
更高的小球狀星云。星云很龐大，半徑起碼有好幾光年。它的外
原物質(zhì)自由地向中心墜落，收縮進(jìn)行得相當(dāng)快，但也需幾百萬年的
時(shí)間才能落到中心區(qū)。隨著快收縮過程的進(jìn)行，星云內(nèi)部的密度迅
速增大，溫度快速升高，氣壓也相應(yīng)增強(qiáng)，隨之發(fā)生一系列的反
應(yīng)，使外原物質(zhì)下落的速度和小球狀體七大板塊的收縮速度減緩，即進(jìn)入慢
收縮階段。星云的形狀各異，人們用肉眼只能看到一個(gè)獵戶座大
星云。

2.
原恒星階段一般把處于慢收縮階段的天體稱為原恒星。慢收縮
開始后，中心區(qū)受強(qiáng)烈壓縮而升溫并發(fā)出熱輻射，直到最后中心溫
度升到約至萬度以上，由氫原子核聚變?yōu)楹ぴ雍说?/span>
800 1000
熱核反應(yīng)提供足夠的能量，使內(nèi) 部壓力與引力處于相對平衡狀態(tài)，
一顆恒星就正式誕生了。原恒星進(jìn)一步形成恒星的收縮過程要持續(xù)
幾百萬到幾千萬年。在世紀(jì)時(shí)，牛頓提出：散布于空間中的
17
彌漫物中山大學(xué)排名質(zhì)可以在引力作用下凝聚為太陽和恒星的設(shè)想經(jīng)過歷代天
文學(xué)家的努力，已逐步發(fā)展成為一個(gè)相當(dāng)成熟的理論。觀測表明，
星際空間存在著許多由氣體和塵埃組成的巨大分子云。這種氣體云
中密度較高的部分在自身引力作用下會變得更密一些。當(dāng)向內(nèi)的引
力強(qiáng)到足以克服向外的壓力時(shí)，它將迅速收縮落向中心。如果氣體
云起初有足夠的旋轉(zhuǎn)，在中心天體周圍就會形成一個(gè)如太陽系大小
的氣塵盤，盤中物質(zhì)不斷落到稱為原恒星荷葉怎么畫的中央天體上。在收縮過
程中釋放出的引力能使原恒星變熱，當(dāng)中心溫度上升到萬度
1000
以引發(fā)熱核反應(yīng)時(shí)，一顆恒星就誕生了。恒星的質(zhì)量范圍在
0.1-
100
個(gè)太陽質(zhì)量之間。更小的質(zhì)量不足以觸發(fā)核反應(yīng)，更大的質(zhì) 量
則會由于產(chǎn)生的輻射壓力太大而瓦解。近年來，紅外天文衛(wèi)星探測
到成千上萬個(gè)處于形成過程中的恒星，毫米波射電望遠(yuǎn)鏡在一些原
恒星周圍發(fā)現(xiàn)由盤兩極射出的噴流。這些觀測結(jié)果對上述理論都是
有力的支持。
恒星的顏色與其表面溫度的關(guān)系其他所有恒星
:
也和太陽一樣，是熾熱的大火球。不過，它們的表面溫度并

不相同，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，恒星的表面溫度越高，它發(fā)出的光
線的顏色越偏向紫色，溫度越低，越偏向紅色。因此，通過
恒星的顏色，可以較為粗略地判斷該恒星表面溫度的相對高低。
二、恒星產(chǎn)生之謎（版本）赫歇爾空間望遠(yuǎn)鏡將于本周由歐洲宇
2
航局發(fā)射，它將與普朗克空間望遠(yuǎn)鏡協(xié)同工作，揭開紅外波譜天文
學(xué)勘測的新篇章。通常人們認(rèn)為紅外光線多數(shù)情況下與熱量有關(guān)，
但并不是只有最熾熱的物體才釋放能量，甚至一個(gè)冰塊也會釋放
紅外線能量。
宇宙星體目標(biāo)的表面溫度一般為攝氏度，與太陽表面
2000 5500
攝氏度的溫度相比較為寒冷，實(shí)際上多數(shù)宇宙星體以紅外線波段
釋放能量，在可見波譜中呈現(xiàn)出黑色團(tuán)狀。但在赫歇爾未投入工作
之前，相關(guān)的宇宙紅外線觀測都是不完全的。觀測宇宙的“透
1.
明窗口”
地面上的望遠(yuǎn)鏡無法有效地通過紅外光線觀測宇宙天體，
其原因是紅外光線多數(shù)被地球大氣層中的水霧所阻擋。其他
太空基礎(chǔ)的望遠(yuǎn)鏡僅能觀測特定紅外波段的范圍，而赫歇爾空間望
遠(yuǎn)鏡則提供了一個(gè)廣泛觀測宇宙的“透明窗口” 。美國宇航局噴
氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)赫歇爾空間望遠(yuǎn)鏡的方案科學(xué)家保羅－戈德史密
斯( )說：“赫歇爾空間望遠(yuǎn)鏡發(fā)射之后，我們
Paul Goldsmith
觀測宇宙將不再是通過一個(gè)模糊的窗口，而是一扇透明窗口
'
'。” 據(jù)悉，赫歇爾空間望遠(yuǎn)鏡的鏡面直徑為米，這是迄今發(fā)
3.5
射至太空中鏡面直徑最大的望遠(yuǎn)鏡，是哈勃望遠(yuǎn)鏡鏡面直徑的
1.5

倍。赫歇爾望遠(yuǎn)鏡將能夠探測到比任何任務(wù)更多的遠(yuǎn) 紅外線范圍內(nèi)
的宇宙星體，包括銀河系和銀河系之外的星體。此外，該望遠(yuǎn)鏡的
重量僅是之前紅外空間望遠(yuǎn)鏡重量的二十分之一。它的命名源自
天文學(xué)家威廉－赫歇爾 ( ),他于年前發(fā)現(xiàn)
William Herschel200
紅外線，該望遠(yuǎn)鏡能夠探測到溫度在零下攝氏度的宇宙星
263
體。
戈德史密斯說： “通過這個(gè)望遠(yuǎn)鏡，天文學(xué)家將能夠以遠(yuǎn)紅外波
段下更好地觀測宇宙。 ” 新紅外線觀測角度——探測水和氧
2.
氣
在太陽系，赫歇爾空間望遠(yuǎn)鏡將檢測小行星、柯伊伯帶和彗星，
它們很可能是早期太陽系形成時(shí)的殘留物質(zhì)，這些星體可以掌握著
包括地球在內(nèi)的太陽系行星形成之初的原始物質(zhì)，其中該望遠(yuǎn)鏡的
一個(gè)重要探測目標(biāo)就是在這些星體中發(fā)現(xiàn)水是否存在，這是科學(xué)家
們非常關(guān)注的。
戈德史密斯告訴美國太空網(wǎng)說： “最令科學(xué)家產(chǎn)生興趣的探測目
標(biāo)之一的就是在宇宙中發(fā)現(xiàn)水。 ”許多天文學(xué)家認(rèn)為彗星可能供
給地球水資源，當(dāng)彗星接新年朋友圈說說近太陽的軌道時(shí)，彗星這種冰凍雪球結(jié)構(gòu)
中部分冰會融化成水，目前赫歇爾將探測彗星中水的化學(xué)成份，從
而印證這一推測是否成立。
赫歇爾空間望遠(yuǎn)鏡還能夠探測到星際灰塵云中是否存在液態(tài)水，
并與太陽系內(nèi)的水化學(xué)成份進(jìn)行對比。戈德史密斯稱，這將揭示
我們太陽系與之外宇宙環(huán)境的關(guān)聯(lián)性。同時(shí)，天文學(xué)家還期望通過
赫歇爾空間望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)另一種人類所熟知的分子——氧氣。天文學(xué)
家推測星際介質(zhì)中大量存在著氧氣，但至今沒有任何觀測儀器在星

際中探測到氧氣的存在。
赫歇爾空間望遠(yuǎn)鏡將在銀河系研究恒星形成區(qū)域，進(jìn)而首次探索
恒星早期形成歷程和銀河系中年輕恒星是如何形成的。通常嬰兒恒
星被包裹在寒冷氣體和灰塵構(gòu)成的“子宮” 中。戈德史密斯解釋
說： “你無法看到恒星內(nèi)部，除非到該恒星真實(shí)地誕生。但是赫
歇爾空間望遠(yuǎn)鏡卻通過透過灰塵云觀測到更遙遠(yuǎn)的嬰兒恒星。從而
揭示恒星形成之謎。今后通過該望遠(yuǎn)鏡，我們將觀測到恒星形成區(qū)
域，我認(rèn)為這將是非常美麗的圖像。 ”揭曉銀河系的身世
3.
天文學(xué)家們也希望使用赫歇爾空間望遠(yuǎn)鏡能夠觀測包裹恒星的灰
塵殘骸盤，該區(qū)域通常被認(rèn)為是行星的主要誕生地。這顆空間望遠(yuǎn)
鏡還將檢測銀河系之外的恒星形成，天文學(xué)家知道在宇宙大爆炸之
后恒星和星系誕生的速度非常快，恒星的形成在早期宇宙尤為頻
繁。年輕的星系大量制造的恒星將在紅外線波譜下呈現(xiàn)發(fā)亮，赫歇
爾作為主流空間望遠(yuǎn)鏡將更好地理解早期宇宙嬰兒恒星是如何誕生
的，以及如何區(qū)別現(xiàn) 今恒星的形成過程。
戈德史密斯說： “我們希望能夠更多地揭示宇宙之謎，銀河系被
認(rèn)為是由漫射的紅外宇宙背景物質(zhì)構(gòu)成的，之前斯皮策空間望遠(yuǎn)鏡
僅能簡單地表達(dá)描述銀河系，但當(dāng)前的赫歇爾空間望遠(yuǎn)鏡將定位聚
焦觀測銀河系，準(zhǔn)確查找紅外宇宙背景物質(zhì)的來源。”
三、探索恒星形成之謎

在珍妮?李?萊文斯年推出唱片“大火球”之前，人類就已經(jīng)
1957
開始思索有關(guān)恒星形成的問題了。萊文斯的唱片給流行樂壇帶來了
革命，使自那以后的整整三代人蹦個(gè)不停，轉(zhuǎn)個(gè)不停。
天體物理學(xué)家和天文學(xué)家們也分享著萊文斯的音樂所帶來的
那份激動(dòng)。但是同時(shí)，天體物理學(xué)家們還不得不付出更多的努力，
來了解在我們的天空形成的那個(gè)晚上，曾經(jīng)存在的那些大火球是如
何舞動(dòng)的。宇宙中的發(fā)光物質(zhì)是來源于一顆恒星，還是一群恒星？
后來的恒星形成是因?yàn)橐粋€(gè)共同的變化規(guī)律（如分子云崩潰理
論），還是在一個(gè)充滿著各種各樣不同的作用力及內(nèi)部機(jī)制的沸騰
的大深坑里進(jìn)行的呢？這些問題現(xiàn)在還無人能夠作答。
但人們正在做著各種各樣的努力。在過去的幾年里，計(jì) 算機(jī)
性能的提高、數(shù)值計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，以及數(shù)以百萬計(jì)的恒星觀察記
錄，使我們在推測恒星形成初始機(jī)制方面、恒星形成的物理、化學(xué)
環(huán)境方面以及在宇宙離職感謝領(lǐng)導(dǎo)的話的歷史中恒星群的位置及出現(xiàn)時(shí)間方面都有了
較大的進(jìn)展。
在最簡單的假想環(huán)境中，擁有一些發(fā)光物質(zhì)的恒星是獨(dú) 立于
其他恒星，而獨(dú)自形成。托馬遜回顧了這種類型恒星形成過程中最
初的兩個(gè)階段：首先是在一個(gè)主要由氫分子組成的星云中形成一個(gè)
有邊界的引力核，然后該引力核在自身引力作用下發(fā)生崩潰。在這
一部分里，最有意思的一點(diǎn)是，如何從引力核的崩潰過程中克服氣
體紊流及磁場作用的影響，形成一個(gè)原恒星。最近羅伯特及其他一
些科學(xué)家所做的一些模擬試驗(yàn)表明，在分子星云崩潰過程中所形成

的宇宙中，第一個(gè)發(fā)光物體很可能是一顆非常龐大的恒星。
另一位科學(xué)家則回顧了以恒星群為方式的形成理論。許多專
家認(rèn)為恒星是成群形成的，而不是單個(gè)獨(dú)立形成的。若這種情況成
立的話，當(dāng)討論一顆恒星的形成環(huán)境時(shí)，我們就要考慮到來自其周
圍其他星體物質(zhì)的氣流以及沖擊波的影響。他認(rèn)為最早的恒星就是
在相當(dāng)紊亂的、相互影響的環(huán) 境中形成的。最近，天文學(xué)家們在合
成初始質(zhì)量方程中的數(shù) 據(jù)時(shí)，對該理論進(jìn)行了一些簡化處理。他們
認(rèn)為特定質(zhì)量恒星的空間分布是在一個(gè)已經(jīng)給定的空間范圍之內(nèi)。
卡特回顧了各種質(zhì)量范圍內(nèi)的恒星的初始質(zhì)量方程。他分析
的結(jié)果是：不管恒星的年齡及周圍環(huán)境如何，它們都有著類似的初
始質(zhì)量方程。這種一致性真是出乎意料，它表明所有的恒星有著類
似的形成機(jī)制。
恒星的形成是天體物理學(xué)領(lǐng)域中最為基礎(chǔ)性的問題，因為它
是解答其他許多問題所必須知道的常識。這些問題包括恒星系的形
成、太陽系的形成等問題。這一物理過程涉及到了某一包含有不規(guī)
則磁場的部分離子化媒介的紊亂行為。當(dāng) 前核心的爭論主要圍繞著
紊亂開始消退的時(shí)間，以及磁場和紊流所起到的作用的重要程度。
諸如毫米波照相機(jī)等新的技術(shù)進(jìn)步使我們可以觀察星體的溫度及密
度分布，并可以讓我們統(tǒng)計(jì)分析在自身引力作用下正在崩潰及處于
崩潰邊緣的天體的壽命。同時(shí)，計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的提高，使得我們
可以使用包含磁場及紊流效應(yīng)的更為復(fù)雜的模型。但現(xiàn)在任何一
種模型都無法再現(xiàn)所有的觀察結(jié)果。

關(guān)于宇宙中第一顆恒星的形成，天文學(xué)家們從一套完整的自
協(xié)調(diào)三維流體力學(xué)模擬方程中得到了一個(gè)結(jié)果。在當(dāng)前流行的形成
結(jié)構(gòu)模型中，大多數(shù)假想是這個(gè)樣子的：最初是暗物質(zhì)為主，而伴
隨著由于初始低密度物質(zhì)紊流而產(chǎn)生的不穩(wěn)定狀態(tài)的出現(xiàn)，形成了
星系形成前的天體物質(zhì)。由于這些天體物質(zhì)是分級聚集而成，最初
的氣體便通過氫分子鏈的振動(dòng)而冷卻，并逐漸沉入暗物質(zhì)勢阱的中
心。我們對分子星云的形成進(jìn)行了一次高紅移模擬，當(dāng)高密度的低
溫核心氣體開始由于引力而自凝聚時(shí)，擁有（為太陽的質(zhì)
100M M
量）左右大小的高密度核心能夠迅速收縮。在粒子數(shù)密度高于
10
M
每立方厘米的地方，的原恒星核就能夠通過三體氫分子的形成
1M
而完全分子化。與以往諾丁山電影分析預(yù)計(jì)的結(jié)果不同的是，這一過程并不產(chǎn)
生新的分裂，而是只形成一個(gè)恒星。而且，當(dāng)光學(xué)深度效應(yīng)很明顯
時(shí)，計(jì)算就終止了，使得完全形成后的恒星的質(zhì)量成為未知數(shù)。而
在計(jì)算終止時(shí)，原恒星正處于物質(zhì)增加非常迅速的時(shí)期（約每年
102 M
）。來自該恒星的輻射反饋不僅會終止該恒星的成長，而且
還會抑止處于同一形成環(huán)境中其他恒星的形成。我們得到的結(jié)論
是，在一個(gè)星系形成前的暈輪中最多只會形成一個(gè)龐大（質(zhì)量遠(yuǎn)
大于）的、無金屬的恒星，這與最近對貧金屬暈輪恒星的質(zhì)量
1M
觀測結(jié)果相符。
我們的宇宙中最早的恒星是怎樣形成以及什么時(shí)候形成的
呢？最近的一些計(jì)算研究正在為這一問題給出答案。羅伯特報(bào)告，
匯報(bào)了在初始星云核崩潰過程中恒星形成的三維計(jì)算分析結(jié)果。第

一顆恒星形成于大爆炸后約萬年；每千個(gè)原子中只有一個(gè)有
1 00
幸參與到第一代的恒星中去。但若要計(jì)算后來發(fā)生的復(fù)雜的星際氣
體動(dòng)力狀態(tài)及反饋的話，將不得不建立更為復(fù)雜的系統(tǒng)，同時(shí)要面友誼詩句
臨更大的挑戰(zhàn)。
恒星在任何類型及處于任何演化階段的星系中都是普遍存在
的。同時(shí)，我們還發(fā)現(xiàn)恒星在非常廣泛的環(huán)境中形成，從接近巨
型的分子星云到存在于發(fā)生了星際爆發(fā)及處于聚合狀態(tài)的星系中的
超巨型分子星云。在我們的星系及其他的星系中那些有代表性的恒
星都是作為恒星群中的一員而形成的，這就表明恒星的形成是發(fā)生
在恒星群內(nèi)部的事情，而不是一個(gè)個(gè)孤立的現(xiàn)象。對于恒星成群形
成理論最大的挑戰(zhàn) 是如何理解恒星中質(zhì)量的均勻分布。
在某一特定的太空空間中，某一恒星形成過程中的質(zhì)量分布
叫做。對于質(zhì)量很低的褐色小星到巨大的恒星，天文學(xué)家們
IMF
都估計(jì)了它們的。他們還對各種不同環(huán)境中恒星的進(jìn)行
IMF IMF
了比較，發(fā)現(xiàn)它們的出乎意料地一致。這里所談到的環(huán)境包
IMF
括：在現(xiàn)在的一些小分子星云中處于形成狀態(tài)的恒星，在大星云中
處于形成狀態(tài)的高密度的恒星群，及遠(yuǎn)古時(shí)為暗物質(zhì)控制的貧金屬
外來恒星群。一致性的結(jié)果給現(xiàn)在恒星形成理論帶來了挑
IMF
戰(zhàn)，因?yàn)楦鶕?jù)現(xiàn)在的恒星形成理論，應(yīng)針對不同的恒星形成
IMF
條件而發(fā)生變化。

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