当前位置: 华文世界 > 科学

核聚变的间歇性,导致了它们和太阳之间的距离在不断的拉长?

2024-08-08科学

银河系中有好多跟太阳类似的恒星,它们时不时进行核聚变,时不时损失质量,还时不时在径向上加速;这些恒星彼此的距离一会儿变短一会儿变长,观测的时候,还有些恒星的谱线会晃悠。

在银河系里,不光双星的自转运动会让谱线出现振荡,还有一些星体的谱线也会振荡。起初,有人觉得它们是一对光谱双星,可实际上呢,它们并非真正的双星。

双星绕转运动会让谱线振荡;同样,银河系里有好几颗恒星,由于核聚变是间歇性的,使得它们跟太阳的距离一直在拉长,这究竟是咋回事呢?

【银河系许多恒星的核聚变正在间歇地进行】

银河系中有好多跟太阳差不多的恒星,搞明白太阳的核聚变,也就搞明白这些恒星的核聚变。这篇文章探讨了太阳核聚变的机理,主要有下面这几点:

(一)太阳的核聚变机制咋回事

太阳的能量源于氢气的核聚变反应,可太阳咋控制核聚变的呢,为啥只有少数氢气参与核聚变,而不是所有氢气都参与,这样才能让太阳持续燃烧几十亿年甚至上百亿年?

那,这种慢慢增长的机制到底是啥呢?太阳咋把核燃料从核反应区给分出来?核融合的区域和没核融合的区域,分界线是啥?在这边界外头,又是啥机制不让它们融合?这俩问题的根本,就是太阳核聚变的道理。

【1、太阳形成的初期核聚变由连续到不连续】

太阳刚形成那会,体积老大了,中心温度特高,气压也特大,核聚变可激烈了。后来太阳质量越来越小,核聚变的强度也就跟着越来越小,等太阳中心的温度跟压力降到临界值以下的时候,核聚变就不进行了。

太阳核聚变停止以后,它的膨胀就停了,接着开始收缩,中心的温度和压力升高,达到核聚变的临界值,核聚变又重新启动。此后,太阳核聚变以氢当燃料,产生氦。可因为有氦,核聚变没法一直进行,氢很快会用光,最后太阳就熄灭了。

【2.太阳H的核聚变是由太阳He控制的】

在太阳处于稳定的状态(既不膨胀,也不收缩)时,H处在日心,也就是核反应区,从里往外依次是氦区、氦和混合区,还有大氦区。

在太阳收缩的时候,氦区的密度不停增大,等大到一定程度,日心区的氦区跟外层的氦区就会被氦区给隔开,中心温度接着就升高,当氦区达到能聚变的温度了,氦区就开始聚变。

在日心区,核聚变生成氢时,太阳会开始膨胀,等膨胀完了,由于氢的稳定密度比氨大好多,太阳就会跟上次一样,又收缩起来。

这表明太阳核聚变存在间歇性和周期性的特征,而且太阳肯定会有周期性的振动。太阳核聚变是间歇性的,正因如此,它能存续很久。

(二)太阳的核聚变机制

这么一看就能知道,在太阳形成跟演化的时候,有从一直进行到偶尔进行的熔合过程。一直进行的阶段是太阳形成的开头和不稳定的时候,偶尔进行的阶段是稳定的时候。另外,实际情况也显示,太阳核聚变是偶尔进行的,为啥呢?因为现在太阳处在稳定期,它辐射的能量很稳,这就意味着太阳核聚变很稳。

要是太阳一直不停地进行熔合,那就没法稳稳当当地控制熔合了,想让熔合稳稳当当,就得有间歇。所以,太阳核聚变的原理是:太阳的核聚变是断断续续的,处于不停收缩-聚变-膨胀的循环;核聚变一开始,就是太阳里的氦把核燃料和核反应区给隔开了。

【1、 恒星质量损失产生的效果】

恒星会靠着热核聚变、星风扩散、气体壳体膨胀还有爆发这些方式,不停地损失质量。

设银河系里第 i 颗星的经矢量是 r ,这颗星是被银河质心给指着的。在 dt 这段时间里,恒星质量从 M 变成了 M + dM ,速度从 V 变成了 V + dV ,恒星受到的引力是 F? ,按照动量定理,能得出:

M 乘以(V 的变化率)等于 Fc 减去 V 乘以(M 的变化率)

其中啊,-V(dM/dt)这一块儿能当成恒星受到的另外一个「力」,咱用「Fm」这个符号来表示它。

这一等式显示,星体不光受引力影响;而且,还有一种力是因为恒星质量损失才有的。

【2、恒星质量损失导致恒星加速运动】

在银河系里有一颗恒星,它沿着径向朝外运动,还绕着银河系的质心自己转圈。

在旋转坐标系当中,恒星会受到三种力,分别是引力 Fc 、离心力 F 、质量损失力 F 。因为 Fw 在横向有分力,这就让恒星绕着银河系质心旋转的速度变快,致使离心力变大,所以引力跟离心力没法相互抵消,而且 F 大于 Fc 。基于此,按照牛顿第二定律,恒星在径向的运动方程是:

总的来说,要是一颗恒星丢了质量,就会有一种「力」出现,这就让恒星加速往外移动了。所以,他们下了个结论,银河膨胀是因为银河系里恒星质量损失导致的。

【银河系中恒星谱线的摆动】

咱们这会儿就说说质量损失最大的那些恒星,像那种主要靠热核聚变,可热核聚变又处于停滞状态的恒星,太阳就在里面。

设银河系里第 i 个恒星在 t 这个时刻的质量为 M ,视向速度是 Vr ,核聚变间歇周期是 T ,一个间歇时间里核聚变的时长是 To 。恒星要是有核聚变就会出现质量损失,要是没有核聚变那基本就不用考虑。从这能知道,恒星沿着半径方向的运动方程能够写成

从上述公式能瞧出来,要是星体丢了质量,还做径向加速运动,那就有α>0;所以呢,α=0 的情况是,要是恒星没丢质量,那它既不会沿径向加速,也不会沿径向减速。

由于恒星的核聚变是间歇进行的,其质量损失也就间歇发生,进而恒星的径向加速也是间歇的。在某次间歇期,恒星的视向速度能通过公式(3)推导出:

公式显示,恒星视向速度是间歇性变化的。由于不同恒星核聚变的间歇周期不同,在一个间歇期内进行核聚变的时间也不同,所以银河系里各个恒星间的距离会交替着缩短和增大,尤其是同一径向的两颗恒星之间;同样,太阳跟其他恒星的距离也会有缩短和增大的时候。

要是咱不考虑地球的运动,在地球上看恒星的谱线跟在太阳上看是相同的。可要是看银河系里的其他恒星,因为多普勒效应,它们的谱线会一直有红移(就是恒星离咱们远的时候,光的波长变长,谱线往红色那边偏,这叫红移)和蓝移(恒星靠近咱们的时候,光的波长变短,谱线往蓝色那边偏,这叫蓝移),就跟来回晃似的。

银河系里有好多跟太阳差不多的恒星,它们核聚变、质量损失还有径向加速度都是一阵一阵的,彼此间的距离一会儿缩短,一会儿增大;同样,从太阳到这些恒星那么远的距离去观察它们,会发现它们的谱线也是晃来晃去的。

在天文学这个范畴,光谱线属于研究天体性质跟成分的关键手段。通常来讲,单个的天体都会形成特定的光谱线,依靠这些光谱线能够让咱们了解它的构成和物理特点。不过,当观测某些光谱线的时候,天文学家会发现一些不对劲的情况,这些光谱线好像有规律地来回摆动。

一开始,天文学家觉得这些振荡是由双星系统导致的,啥是双星系统呢?就是两颗天体围着彼此转,所以就有了周期性的光谱变化。这种说法挺合理的,毕竟双星系统在天文学里常见得很,而且它们的运动确实能让光谱产生变化。

不过呢,由于观测技术变好了,研究也更深入了,天文学家慢慢发现这些振荡光谱线不是全都能轻易归到双星系统里。有些光谱线呈现出跟传统双星系统不一样的特点,这让天文学家来了兴致。

经过更多的观察和分析,他们了解到这些特别的光谱线其实是被其他复杂的物理状况造成的。比如说,也许是某颗恒星周边有行星或者恒星际介质云气,它们的相对活动也会让光谱线出现振荡。要不,这些光谱线或许是因为恒星自身的脉动以及非球对称自转这类内在的过程导致的。

这种发现对天文学研究相当重要。它告诫咱们解释天体现象得小心点,得把各种可能的因素都考虑进去。更深入地搞清楚这些光谱线振荡的来头和本质,咱们就能更好地明白银河系里不同天体的特点,给更广泛的宇宙现象带来新的认识。所以,天文学家会接着使劲研究这些光谱线振荡现象,去揭开宇宙里更多神秘的东西。

【参考文献】:

[1]延三成.【太阳核聚变机制】[C].山东:第十七次全国原子、原子核物理研讨会暨全国近代物理研究会第十届年会,2008 :87—94

[2]延三成. 银河系居然也在加速膨胀[J]. 职大学报,2010,(2):61—62

[3] Shakura, N. I. 关于双星中的拱点运动 Soviet Astron. L 224 - 226 (1985)

[4]Staart J. Robbins, 【Binary and Variable Stars】. Journey Through the Galaxy (2001), PP - 31 - 32.

[5] Riceardo.M 等人.【Binary Stars】,康奈尔天文学 2,36 - 37(2004).