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2013 年 3 月 20 日

太陽系的前世今生 (79):星球演化的奧秘 (赫羅圖)

提供者 : 陳輝樺 (NMNS )  

說明 : 滿天的星斗,你對這些閃爍甯P的來朧去脈身世知道的有多少?何不讓我們現在就來做個身家調查吧!瞭解一下它們是怎麼來的, 又會是怎樣的演化,並預計一下它們的歲月和結局將如何? 我們依據新近的太空望遠鏡在 可見光 紅外光 的觀測影像, 也就是觀察它們留下來的遺跡星雲證物來推敲它們的生命故事,以 赫羅圖 (Hertzsprung–Russell diagram,H-R Diagram) 所繪製的星球表層 溫度 和光度的關連性圖示來揭開星球演化的奧秘,並推測 恆星一生的演化

            依據赫羅圖的顯示,描述甯P的特徵參數有 質量 (M)、光度 (L, 圖上的縱軸標示)、溫度 (T, 圖上的橫軸標示)、顏色 (C, 圖上的橫軸標示) 和演化 時間 (T)。 通常我們都以 太陽 的條件當作單位標準, 用以瞭解各個甯P的質量、光度、溫度、演化狀況等特徵參數大小。 絕大多數的恆星都落在圖中的主序帶 (main sequence)上,顯示它們都是穩定進行核融合反應已提供其動態穩定平衡的恆星。赫羅圖左上角是質量大、 體積 大、溫度高、 光度大呈藍色的星,稱為「藍巨星 (Blue giant)」; 而右下角正相反,呈紅色的星。 赫羅圖的右上角的恆星光度高、半徑大, 表面溫度 卻低而偏紅的星體, 稱之為「紅巨星 (red giant)」。 赫羅圖左下角是質量小、體積小、光度低,但溫度卻很高而發偏青白色光, 因而稱為「白矮星 (white dwarfs)」。

            一顆類似太陽大小 質量的恆星, 它會在赫羅圖主序帶上停留約百億年,其間它會穩定地進行「氫融合成氦」的核能反應而產生大量的光和熱, 造就出向外擴散的力量足以抵擋住向內的重力,而維持外觀的平衡狀態 (現在的太陽正處於此狀態)。 直到氫的數量過少而使得氫融合成氦的能量不足以維持住穩定平衡的狀態, 接著在星球內部的塌縮、體積變小促使較高原子序元素的融合反應產生, 也就是它離開了主序帶的停留,進入「碳氮氧循環」核能反應的變星階段。 此時星球的外觀充滿著快速擴散的氣體,氣體因著擴散逐漸降低了它們的溫度而呈現 「紅色」的低溫特徵, 如此外觀巨大呈現泛紅的星體被稱之為「紅巨星」 (預計太陽成為紅巨星的晚期可能地球會被此種氣體所籠罩)。 當低溫泛紅的氣體散去後,裸露出原來星球內部的核心密緻組成,這類的星體是靠著自體殘留體溫散熱發光, 我們稱它為「白矮星」。所謂的「白矮星」是當恆星歷經氫融合後,無法再進行所有可能的核融合反應時、它也就無法再大量地供給四周穩定的光和熱時, 它的下場可能就是一顆靠著核融合後殘留的能量餘溫持續散熱、 體積如地球大小且表面熱輻射為白光的的星體。


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明日主題 : 太陽系的前世今生 (80):星球演化的奧秘 ─ 演化路徑
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    主編 : 陳輝樺                 
         諮詢服務 : 陳輝樺 (NMNS 國立自然科學博物館)
                        蘇明俊 (樹德科技大學  休閒事業管理系)

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