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构建您自己的星星

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星星控件
通过设置初始特点来决定您的星星的命运。…

使用星星模拟器来构建自己的星星!通过设置初始特点来决定您星星的命运。然后观看星星的生命历程展现在您的眼前。此处是有关“构建您自己的星星”的控件和显示器的指南。但是,首先让我们学习一点背景知识…

星星知识入门

所有的星星都有开始和消亡的过程。但是其生命周期各不相同。有的转瞬即逝,而有的却可以长期发光。有的最终成为白矮星,而有的则变成中子星或黑洞。

星星在核聚变过程中会产生能量。较轻元素的原子结合形成较重元素的原子。宇宙中最常见的核聚变过程中,氢结合而形成氦。这就是太阳内部现在正在进行的过程。在某些星星中,氦聚变成碳和氧。然后,这些元素可以聚变为更重的元素。

星星生命阶段
星星生命周期的开始和结束:原恒星(左)和中子星(右)。

有两个主要因素决定星星的生命周期如何呈现:

  • 星星的质量 — 星星所含物质的量。
  • 星星中金属成分所占比例。

对于天文学家来说,“金属”并不仅仅指铁、铜和其他我们通常认为是金属的元素。氢和氦以外的任何元素都是金属。(这听起来可能有些奇怪,但是这就是天文学家对“金属”的定义。)

星星是由气体组成的巨大球体,其重力和热力相互平衡。重力向内吸引气体使其趋于溃缩,而因内部热能产生的压力使星星趋于膨胀。认为星星处于平衡状态很有帮助:濒临重力溃缩时,只能由核聚变产生的热力来阻止。为了保持平衡状态,大质量星星必须比小质量星星燃烧速度快。尽管它们的“燃料”更多,但是他们消亡的速度还是更快——数百万年而不是几十亿年。

星星的金属性是指星星中除氢和氦以外的元素比。这个比例会对重力和热力的平衡产生影响,因为它影响了产生的热量将气体外推的难易程度。较高的金属性意味着对于光子来说星星更加不透光(不透明)。因此,光和热必须损耗更多的能量才能穿透星星。

改变质量和金属成分来决定星星的命运

质量和金属成分的调整
改变质量和金属成分比以查看星星的生命周期如何变化。

“构建您自己的星星”使您能够利用显示器左下方的滑块来更改这两个因素。质量数是太阳质量。质量为 1.0 的星星与太阳的质量是相同的。如果您将滑块设置为 100,则星星的质量将为 100 个太阳的质量。

金属数指星星中的金属(除氢和氦以外的元素)比例。例如,如果您将其设置为 0.01,则星星中的金属比例为 1/100 或 1%。太阳的金属性约为 0.02。

星星的生命阶段


赫茨普龙 – 罗素图沿着两个方向绘制了可见的星星。

确定质量和金属性后,您星星的命运就已经设置好了。您会在显示器右上方的窗口中看到星星生命阶段的一个列表。随着动画的播放,当前阶段会高亮显示。但是这些阶段是什么呢?这些术语又有什么含义?这些名称源自天文学家们使用的一种工具:赫茨普龙 – 罗素图。由于该图是由两位天文学家分别提出的,因此即以他们的名字来命名。

赫茨普龙 – 罗素图沿着两个方向绘制了可见的星星。纵轴为发光度或与太阳相比星星的绝对亮度。发光度为 1 的星星与太阳的亮度相同。发光度不同于我们看到的天空中星星的亮度。非常明亮的星星如果距离很远,看起来也会显得很暗淡,而低发光度的星星即使距离很近也会显得非常明亮。比例是根据距离来调整的。图上位置较高的星星比位置较低的星星更亮。 


星星生命周期的阶段。

横轴表示以开尔文为单位的表面温度。左边的星星比右边的星星温度高。

多数星星位于称为主序的区域。一些巨大的星星非常明亮但是温度很低。尽管它们温度低,但是由于表面积很大,它们仍可以辐射出大量能量,因此与温度更高但体积更小的星星一样明亮。白矮星不发光,但是温度较高。中子星和黑洞位于该图左下方区域。

太阳是非常普通的星体。也位于主序区域。

赫茨普龙 – 罗素图是我们此时所见的星星的快照,但它也可以用来描述既定星星的生命周期。多数星星生命的最佳阶段都位于主序区域中。最终它们会偏离该区域。其质量和金属性将决定其在赫罗图中的最终位置以及所遵循的路径。

此处是星星所经历阶段的概要。并不是所有星星都经历所有阶段。请注意图形的比例各不相同,比例显示在各图的左下方。同时,既定阶段中星星的大小将取决于其初始质量和金属性。

原恒星

是由因重力而聚集到一起的粉尘形成的。温度足够高时,这些粉尘就会开始聚变,然后就产生了星星。聚变开始后,内部产生的热力将于重力溃缩平衡,这样星星就处于稳定状态。

主序

星星的大部分生命都在此区域度过。渐渐地星星越来越明亮,温度也越来越高,既而从 HR 图的右下方移动到左上方。其能量主要是通过氢聚变为氦而获得的。

 

赫氏空隙

在星星的核部分,大部分的氢已经聚变为氦。密度较高的氦形成一个核,其外则是一层继续燃烧的氢。某些时刻,氦核崩裂而外层氢聚变还在继续。星星开始膨胀,并且表面冷却。仅表面温度较低;氦聚变时的实际核温度比氢聚变时的实际核温度高。

 

裸露的氦星

在赫氏空隙后,当巨星的外层因星风现象消失时,这些星星就会经历该阶段。它并不会演变成一颗巨星,相反,仅会剩下紧缩的氦核。

 

正在燃烧的核心氦

处于溃缩状态的核的温度不断上升。氦聚变为碳和氧。

 

渐进巨星分支

随着氦能量的耗尽,核再次溃缩,且外层膨胀并冷却。该星变为超巨星。

 

碳/氧白矮星

外层膨胀远离恒星,而核保持白矮星不变。这就是质量较轻的星星的命运。

 

中子星

经过几次聚变形成了较重的元素,核进一步溃缩,密度变得非常大。核的辐射压力引发外层爆炸性流失。然后出现了超新星。剩下的是密度较大的中子星。观测到某些中子星是快速旋转的脉冲星。

 

黑洞

如果恒星质量很大,则核的溃缩也会很大,从而形成黑洞而不会变成中子星。

 

 

现在来构建您自己的星星

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