一、恒星的起源与演化

起源

graph LR
A["星云（气体和尘埃）"]--自引力-->B[气体球]-->C[主序星]-->D[红巨星]
E["（势能）"]-->F["（热能）"]-->G["（原子能）"]

演化

  1. 原恒星阶段（胚胎）
  2. 前主序阶段（少年）
  3. 主序星阶段（青年）
  4. 红巨星阶段（中年）

  5. 恒星的归宿（老年）

    • 白矮星
    • 自由中子星
    • 黑洞

1. 原恒星阶段

当星云质量足够高时，向内的引力超过由热运动和湍动产生的向外的压力，并受到星风等激发，星云收缩，形成原恒星。

2. 前主序阶段

原恒星诞生后，继续收缩至太阳半径，反应加剧，中心温度迅速增加 3000-5000 K，星体开始发光。

3. 主序星阶段

恒星内部温度升高至 1500 万 K，热核（H-He）反应全面开始，恒星停止收缩进入青壮年。

90% 的恒星为主序星。

4. 红巨星阶段

  • 核心区氢全部聚变成氦时
  • 核反应向外推移，中心区辐射压力减小，引力收缩点燃外壳，体积急剧膨胀，表面温度下降

5. 恒星的归宿

（1）类太阳质量恒星

氦核增大，核心收缩，外层膨胀（热核冷星），核壳分离（氦闪），形成行星状星云，中心体形成白矮星。

（2）大质量恒星

氦核继续聚变，超新星爆发，星体发生灾难性大坍塌，外壳物质抛射，核心成致密星，若终核质量：

  • $<1.44M_⊙$：白矮星，钱德拉塞卡极限（电子简并压）
  • $1.44M_⊙\sim 3.2M_⊙$：中子星（中子简并压）
  • $>3.2M_⊙$：黑洞，奥本海默-佛柯夫极限
白矮星
  • 一种低光度、高密度、高温度的恒星。因颜色呈白色、体积较小而得名。
  • 最早被发现的白矮星是天狼星伴星，它的体积比地球大不了多少，但质量却和太阳差不多
  • 目前人们已经观测发现的白矮星有 1000 多颗
  • 白矮星的质量上限是 $1.44M_⊙$
发现
  • 天狼星移动轨迹的波浪形
  • 1844 年，F · Bessel 推测存在一个看不见的伴星
  • 1862 年，Clark 观测证实 ，天狼星是一个双星系统
  • 1915 年，W · Adams 拍摄 Sirius-B 的光谱
形成
  • 白矮星是中低质量的恒星的演化路线的终点
  • 红巨星阶段的末期，外包层形成行星状星云
  • 重力会压缩恒星中心产生一个高密度的天体
中子星（脉冲星）
提出（理论走在实践的前面）
  • 1932 年：卡文迪许实验室 Chadwick 发现中子
  • 1932 年：前苏联 Landau 预言简并中子星存在
  • 1934 年：德国 Baade 和瑞士 Zwicky 提出“超新星爆发后的核心形成中子星”
  • 1939 年：美国 Oppenheimer 和 Volkoff 计算出第一个中子星理论模型
发现
  • 1967 年，英国剑桥新建造了射电望远镜，观测射电辐射受行星际物质的影响：A · Hewish（休伊什）
  • 1967.11 研究生乔斯琳 · 贝尔（J · Bell）在观测的过程中，发现了一系列的奇怪的脉冲，这些脉冲的时间间距精确
  • 随后，贝尔又发现了天空中的另外几个这样的天区，提出可能一种新型的还不被人们认识的天体——脉冲星 PSR
  • 1974 年，脉冲星发现获得了诺贝尔物理奖（赖尔 + 休伊什）
    Nobel Prize = No Bell Prize
形成

大质量恒星演化晚期，能量枯竭，电子坍塌，形成中子星，高速自转过程中可能形成灯塔式脉冲。

特点
  • 超高密度：$8\times 10^{13}\sim 2\times 10^{15}g/cm^3$，$1cm^3$ 的质量亿吨之巨！
  • 特小：质量：1.35 M⊙~2.1 M⊙，半径：10~20 km
  • 超高温：表面温度 109 度
  • 超高压：中心压力 104 亿亿亿大气压
  • 超强磁场：磁场 1012 高斯
  • 自转特快：周期 0.0014~11.765735 s
黑洞
性质
  • 黑：吸收所有外来辐射
  • 洞：吸收所有外来物质
观测

X 射线源，时空扭曲。

尺度

史瓦西半径 $R=2Gm/c^2$。

寻找

星系中心 / 双星系统。

二、太阳系演化

（一）理论核心

  1. 形成太阳系的物质基础是弥散星云
  2. 形成太阳系的动力来源是自引力

（二）理论内容

  1. 太阳星云
  2. 星云变成扁球形
  3. 原始太阳和圆环体
  4. 太阳和行星的形成
  5. 太阳系

三、银河系的演化

  1. 银河系可能是几个较小的系统并和而成
  2. 银河系早期形状不规则，其间充满了气体。并没有特定的运动方向和位置
  3. 后期转动导致气体和尘埃落向银道面，形成自转盘，业已形成的恒星留在原处，构成银晕
  4. 银盘中新形成的恒星承继了它的整体运动，所以绕着银心进行有序的轨道运动

四、月球演化

  • 捕获说
  • 同源说
  • 分裂说
  • 撞击说（因为岩石年龄和物质成份不同而不可能）