1、太陽的形成（恒星的演化過程）【摘要】恒星的演化史可為四大階段：引力收縮階段，主星序階段，紅巨星階段和晚期階段，在恒星演化過程中還伴隨著元素的形成和生命物質(zhì)的產(chǎn)生。本文簡(jiǎn)單敘述了恒星的誕生、演化及衰亡過程,展示了恒星的存在歷程，同時(shí)表明了恒星這類重要天體的起源及演化規(guī)律。描繪了恒星在星際氣體塵埃中誕生，在主星序階段穩(wěn)定演化并伴隨著各種重元素的形成,最后以白矮星，中子星或黑洞結(jié)束一生畫面。本文討論了恒星的演化和元素的形成以及生命物質(zhì)的產(chǎn)生的關(guān)系，認(rèn)為元素演化、天體演化、生命的起源與演化三者密切相關(guān)。在恒星的演化過程中，引力塌縮和熱核反應(yīng)交替進(jìn)行為演化提供能源，在這個(gè)過程伴隨有微觀粒子的反應(yīng)過程，亦

2、即元素形成過程。另外超新星爆發(fā)等恒星演化事件為比鐵更重的重元素的形成提供了基本條件。而恒星隨著自身的誕生、死亡，就在恒星和星云之間相互轉(zhuǎn)換?！娟P(guān)鍵詞】赫羅圖（HR圖）；紅巨星；白矮星；中子星;黑洞；元素TheprocessofthefixedstarAbstractThefixedstarevolutionlustoiymaybefourstagesmark:Thegravitationcontractsastage、betokenstheorderstarstage,ledgiantstarstageandlaterpenodstageIntheprocessofthefixedstarev

3、olution,elementfonnedandlivingmatterscameintobeing.TheFixedstarcomingintobemgthemambodyofabookliasbeennarratedsmiply,evolvesandbecomesfeebleanddie,creationofelementandlivingmatterscameintobeing.haveshownthelawthereexistmgcourse,onginandevolutionhavmgindicatedfixedstarthiskuidofthemiportantcelestialb

4、odyatthesametimeinfixedstairs.Havedescribedoutafixedstarcomingintobemgininterstellaigasdust,beforepnmaiycomponentoideistagestabilizeevolution,alifetimecomingtoanendfinallywiththewhitedwarf.neutronstarorblackholeexperiencesanoutlme.Thisaiticlediscussestheevolutionofstarsandthefonnationofelements,aswe

5、llasthelivesoftherelationshipbetweentheemergenceofmateiialthattheelementsofevolution,theevolutionofcelestialbodies,theongmandevolutionoflifearecloselyrelated.Illthecourseofstellarevolution,gravitationalcollapseandtliennonuclearreactiontotheevolutionofalternateenergy,intheprocessaccompaniedbythereact

6、ionoftheprocessofmicro-paiticles.thatis,theprocessofelementfonnation.Inaddition,suchassupernovastellarevolutionoftheoutbreakoftheincidentevenheavierthannontheformationofheavyelementsprovidethebasicconditions.Andthebirthofstarswiththenown,deathstarsandnebulaeintheconversionbetweenKeyWords:lienzspmngm

7、sseldiagram;redgiantstar;wlutedwaif;neutionstar;collapsai;element.III目錄TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark6 1引言1 HYPERLINK l bookmark8 2恒星的亮度、表面溫度及恒星的元素構(gòu)成1 HYPERLINK l bookmark10 2.1恒星的表面亮度12恒星的溫度1 HYPERLINK l bookmark12 3赫羅圖1 HYPERLINK l bookmark14 4恒星的元素構(gòu)成2 HYPERLINK l bookmark16 恒星的生命歷程2 HYPERLINK

8、 l bookmark18 3.1恒星的誕生2 HYPERLINK l bookmark20 3.2恒星的青年：主序星3 HYPERLINK l bookmark22 3恒星的中年：33.1大質(zhì)量恒星-超巨星-超新星爆發(fā)33.2較小質(zhì)量（類太陽）恒星-紅巨星4 HYPERLINK l bookmark24 3.4歸宿43.4.1大質(zhì)量恒星-黑洞和中子星44.2較小質(zhì)量（類太陽）恒星-白矮星4 HYPERLINK l bookmark26 4元素的演化4 HYPERLINK l bookmark28 1比鐵輕的元素一一熱核反應(yīng)5 HYPERLINK l bookmark30 2比鐵重的元素中子俘

9、獲72.1快中子俘獲，場(chǎng)所：超新星爆發(fā)72.2慢中子俘獲，恒星7 HYPERLINK l bookmark32 5生命起源與演化7 HYPERLINK l bookmark34 5.1生命的組成元素：7 HYPERLINK l bookmark36 2天體演化形成組成生命的基本元素8 HYPERLINK l bookmark38 3生命起源推測(cè)8 HYPERLINK l bookmark40 結(jié)論8 HYPERLINK l bookmark42 參考文獻(xiàn)8致謝9太陽的形成1引言恒星的形成是天體演化的重大問題之一，研究恒星形成不僅對(duì)于了解恒星演化很有意義，而且對(duì)于太陽系起源和生命起源問題也是至關(guān)

10、重要的.近年來，恒星形成的研究英為活躍.自十八世紀(jì)康徳和拉普拉斯提出星云說以來，太陽系起源問題的研究長達(dá)二百年左右，但至今仍眾說紛紜，未獲完滿解決，與此對(duì)照，盡管恒星物理和演化的研究主要是近兒十年的事，但卻取得了重大的突破.其原因在于，目前只直接觀測(cè)到太陽系這樣唯一的行星系樣品，并且是己演化至今的現(xiàn)狀，因此，研究太陽系的起源是極為困難的，相反，恒星卻有千千萬萬，而且各處于不同演化階段，有處于形成之中的，有年青的，也有在衰亡的，雖然我們不能觀測(cè)某顆恒星的演化全過程，但是綜合不同年齡恒星的大量資料，就可能總結(jié)出星際云收縮，形成下一代恒星.恒星形成至今仍在進(jìn)行著，已觀測(cè)到許多處于從分子云向恒星演化的

11、過渡天體.恒星作為宇宙中重要的天體，它從何而來，去往何處，以及它形成過程中元素是如何產(chǎn)生的？還有這些元素對(duì)于我們現(xiàn)在生命是什么樣的關(guān)系呢？下面我們就通過恒星的一生來解答這些問題。2恒星的亮度溫度等，恒星的元素構(gòu)成2.1恒星的亮度恒星的亮度用視星等和絕對(duì)星等來表示。星等：恒星越亮，星等越小。視星等:在地球上測(cè)出的星等。這個(gè)星等數(shù)并不反映恒星本身真正發(fā)出的光度大小，因?yàn)檫@里沒有考慮恒星的距離（同樣發(fā)光度的恒星，距離越遠(yuǎn)，我們看到的視亮度越?。?，所以我們把這個(gè)星等數(shù)叫做視星等。絕對(duì)星等：歸算到離地球10秒差距處的星等。U（紫外）、B（藍(lán)）、V（黃）三色系統(tǒng)。B和V分別接近照相星等和目視星等。二者之差

12、就是常用的色指數(shù)。由色指數(shù)可以確定色溫度。太陽的V二-26.74等，絕對(duì)目視星等M=+4.83等,色指數(shù)B-V=0.63,U-B=0.12。2.2恒星的表面溫恒星表面的溫度一般用有效溫度來表示，它等于有相同直徑、相同總輻射的絕對(duì)黑體的溫度。恒星的光度級(jí)可以分為I、II、【II、IV、V、VI、VII,依次稱為超巨星、亮巨星、巨星、亞巨星、主序星（或矮星）、亞矮星、白矮星。太陽的光譜型為G2V,顏色偏黃，有效溫度約5,770KoA0V型星的色指數(shù)平均為零，溫度10,000K。恒星的表面有效溫度由早0型的兒萬度到晚M型的兒千度，差別很大。2.3赫羅恒星表面溫度是描述恒星性質(zhì)的重要參量。由于不同的溫

13、度，恒星表現(xiàn)出不同的顏色。我們可以通過恒星顏色大致判斷其溫度，通過光譜分析準(zhǔn)確測(cè)定其溫度數(shù)值。110圖1赫羅圖00001Vi00002由于距離的原因我們看到的恒星亮度并不代表其實(shí)際溫度，這樣，我們利用表示恒星總輻射功率的光度來描述恒星。當(dāng)然高度可以由目視亮度和距離借助一定關(guān)系式求出。這樣我們天文學(xué)家用恒星的表面溫度和光度作為坐標(biāo)軸組成關(guān)系圖，這就是赫羅圖(HR圖)。恒星可用HR圖中的一點(diǎn)表示出來。這樣就把所觀測(cè)到的恒星依據(jù)表面溫度和光度這兩個(gè)可以測(cè)量的量作為判據(jù)加以排序。圖1是鄰近太陽的恒星在赫羅圖中的分布。不難發(fā)現(xiàn)除個(gè)別恒星的點(diǎn)落在左下方或右上方的位置，多數(shù)恒星的表面溫度和光度在圖中的點(diǎn)落在

14、一條由左上方向右下方延伸的狹長帶內(nèi)，稱這個(gè)狹長帶為主星序。多數(shù)恒星處于主星序內(nèi)，這說明恒星的表面溫度和光度都不是隨機(jī)分布的，而是具有一定的星序，恒星在主星序停留的時(shí)間最長。表面溫度為T的恒星的輻射近似于同溫下的黑體輻射，滿足關(guān)系式L二4JiR2-KT1,其中L為光度,K為斯一玻常數(shù),R為恒星半徑。所以當(dāng)T相同時(shí)，光度L小則半徑R也小,L大R也大。而且因此說沿著主星序向下，恒星質(zhì)量逐漸減小。光度與顏色都相同的恒星有相同的質(zhì)量。由質(zhì)一光關(guān)系式L/Lo103(p7h)(m/Mo)其中L為光度,L、分別是太陽的光度和質(zhì)量，u、H分別是恒星物質(zhì)的平均分子量和不透明度?？梢钥闯龊阈堑墓舛萀與半徑R無關(guān)，但

15、與它的質(zhì)量三次方成正比。這也表明恒星質(zhì)量沿主星序向下而迅速減小。如圖2恒星的表面溫度、光度、半徑、質(zhì)量這些參數(shù)之間結(jié)成一定關(guān)系,這種關(guān)系決定了恒星在演化過程中在赫羅圖中位置的移動(dòng)。赫羅圖為研究恒星演化問題提供了重要實(shí)測(cè)基礎(chǔ)。2.4恒星的元素構(gòu)成光譜分析，正常恒星大氣的化學(xué)組成與太陽大氣差不多。按質(zhì)量計(jì)算，氫最多,氨次之，其余按含量依次大致是氧、碳、氮、氛、硅、鎂、鐵、硫等。但也有一部分恒星大氣的化學(xué)組成與太陽大氣不同，例如沃爾夫一拉葉星，就有含碳豐富和含氮豐富之分。理論分析表明，在演化過程中，恒星內(nèi)部的化學(xué)組成會(huì)隨著熱核反應(yīng)過程的改變而逐漸改變，重元素的含量會(huì)越來越多，然而恒星大氣中的化學(xué)組成

16、一般卻是變化較小的。3恒星的生命歷程3.1恒星的誕生介質(zhì)云在其本身的引力作用下開始收縮的時(shí)候，恒星的形成過程就開始了，當(dāng)它收縮時(shí)，引力勢(shì)能轉(zhuǎn)換為熱能，氣云發(fā)熱，當(dāng)發(fā)熱時(shí)，介質(zhì)云壓強(qiáng)升高并企圖阻止坍縮，由于介質(zhì)云溫度高，所以光和電磁輻射就從它的外表面發(fā)射出去此時(shí)，介質(zhì)云不能保持所需要的壓強(qiáng)，繼續(xù)慢慢地坍縮，隨著坍縮的進(jìn)行就會(huì)更熱，在這種緩慢的坍縮會(huì)進(jìn)行兒百萬年以，而我們把這個(gè)過程中介質(zhì)云的收縮體稱為原恒星，之后氣云中心變得足夠的熱和密，以致核反應(yīng)開始發(fā)生，氫轉(zhuǎn)變?yōu)榘?，釋放可觀的能量（這就是發(fā)生在早期宇宙中的基本核聚變過程），介質(zhì)云被穩(wěn)定于這一點(diǎn)，這時(shí),表面輻射掉的能量與核反應(yīng)所產(chǎn)生的能量相平衡，

17、所以介質(zhì)云不必進(jìn)一步坍縮去得到熱能，而達(dá)到一種力的平衡，這就形成了一個(gè)恒星.而要達(dá)到這種力的平衡在物理上必須要滿足三個(gè)條件：一是引力坍縮。二是動(dòng)量守恒，角動(dòng)量守恒會(huì)造成星云開始產(chǎn)生自轉(zhuǎn)之后形成原恒星。三是熱核反應(yīng)。3.2恒星的青年恒星在登上零齡主序之后，內(nèi)部己經(jīng)達(dá)到了流體靜力學(xué)平衡和熱學(xué)平衡，這種狀態(tài)能使恒星表面溫度長時(shí)期的保持穩(wěn)定。主序上的恒星是各序列中最多的，說明恒星在主序上的生命過程最長。但是質(zhì)量越大的恒星在主序上停留的時(shí)間越短，1924年，愛丁頓發(fā)現(xiàn)：一個(gè)處在輻射平衡狀態(tài)的理想氣態(tài)球，其光度與質(zhì)量的3.5次方成正比。恒星的壽命=燃料儲(chǔ)備/燃料消耗率，燃料儲(chǔ)備8質(zhì)量，燃料消耗率g光度。一

18、般，質(zhì)量為M的主序星，壽命為10年XM_25o質(zhì)量大于60M。的恒星，在主序的生存期短于10”年X6025,即3.6X10年。3.3恒星的中年恒星上氫的總量畢竟是有限的，當(dāng)氫接近殆盡時(shí)，熱核反應(yīng)就開始減弱了,相應(yīng)的向外輻射也減弱了,輻射和引力間的平衡被打破，作為失去平衡的直接結(jié)果，星核由于引力作用開始收縮，收縮的星核溫度乂迅速升高。高溫的星核乂加熱了恒星外層的大氣，使得恒星外層向外膨脹,恒星的體積變大了。這時(shí)恒星進(jìn)入了新的演化活躍期。由熱力學(xué)定律可知，恒星膨脹后它的大氣的溫度迅速降低到4000K左右，由于處在這樣低溫的恒星發(fā)出的光是偏紅的，所以這時(shí)的恒星演化成了一顆紅巨星。紅巨星的外層大氣雖然

19、在膨脹和冷卻，而它的星核卻由于引力而在收縮形成鏡像反應(yīng)，核的密度和溫度在不斷升高。當(dāng)星核溫度超過1億K時(shí)，星核中的氫元素被點(diǎn)燃，發(fā)生以氨為原料的核聚變。在一些質(zhì)量較小的恒星上，氨的核聚變是突然發(fā)生的，即氨閃。恒星的質(zhì)量大-3-太陽的形成-4于4倍太陽質(zhì)量時(shí)，當(dāng)氨燃燒殆盡后，還會(huì)相繼發(fā)生碳核聚變，氧核聚變,最終星核中產(chǎn)生大量的Fe元素。當(dāng)恒星進(jìn)入紅巨星階段后，它將離開主星序,在較短的時(shí)間內(nèi)沿右上分支方向快速移動(dòng)。在圖1的赫羅圖中,可看到有兒顆恒星在右上方的低表面溫度一一高光度區(qū)域，它們就是處于紅巨星階段的恒星。恒星在這一階段與主星序階段相比停留的時(shí)間較短，演化速度快，其光度也要高得多。3.3.1

20、大質(zhì)量恒星-紅超巨星-超新星爆發(fā)通常，當(dāng)恒星質(zhì)量大于4M。時(shí)，恒星可能會(huì)向紅超巨星轉(zhuǎn)化。在主星序末期，氫聚變的熱核反應(yīng)無法在中心區(qū)進(jìn)行，星體塌縮，溫度急劇上升。中心氨核溫度可高達(dá)1億度。此時(shí)恒星可發(fā)生兩種核反應(yīng)。其一是緊鄰中心氨核的氫氨混合氣體受熱后重新引發(fā)氫聚變，氫燃燒層會(huì)逐漸向外擴(kuò)展。其二是氨核處發(fā)生的三個(gè)氨原子聚變成一個(gè)碳原子的聚變反應(yīng)。由于兩種核聚變產(chǎn)生的巨大能量以及氫聚變向外擴(kuò)展的趨勢(shì)，恒星的半徑將比紅巨星乂增大許多倍，表面溫度也由兒萬度降至三四千度,成為紅超巨星。較普通紅巨星而言，紅超巨星半徑要大的多，其用于外層膨脹所消耗的能量要多得多，因此紅超巨星的表面溫度會(huì)更低些。此階段過后，

21、紅巨星會(huì)發(fā)生爆炸，將其外殼物質(zhì)拋散到宇宙空間中。大質(zhì)量恒星會(huì)發(fā)生猛烈的大規(guī)模爆炸，當(dāng)恒星爆炸時(shí)的絕對(duì)光度超過太陽的100倍（中心溫度可達(dá)100億度），即新星爆發(fā)時(shí)光度的10萬倍時(shí)，這種爆發(fā)就被稱為超新星爆發(fā)。3.3.2較小質(zhì)量（類太陽）恒星-紅巨星質(zhì)量小的恒星，中心溫度將不足以點(diǎn)燃氨聚變，它會(huì)在紅巨星階段停留很長時(shí)間，但是總有一天它也會(huì)爆發(fā)。3.4歸宿3.4.1大質(zhì)量恒星-黑洞和中子星1934年美籍天體物理學(xué)家巴得（W.Baade）和茨維基（F.Zwicky）出，對(duì)于大質(zhì)量的恒星在坍塌的過程中，由于質(zhì)量過大，引力過強(qiáng)，電子簡(jiǎn)并力不足以抵抗引力的作用，使星核受到極大壓縮（密度可達(dá)1014g/cm

22、3）,核中物質(zhì)變成中子氣（含有中微子），星核的壓縮產(chǎn)生巨大的能量，以爆炸的形式將外層以碎片推散到太空。在這期間，由于星體的高溫而發(fā)光，成為超新星。爆炸完畢,剩余的星核密度很高，引力很大，與星核中的中子簡(jiǎn)并力相平衡，從而形成中子星。著名前蘇聯(lián)理論物理家朗道，在對(duì)天體物理和量子場(chǎng)論的研究中得出：其形成的中子星質(zhì)量不會(huì)超過2M0o銀河系中著名的蟹狀星云的中心星就是一顆中子星。它通過x射線發(fā)射的能量比它在光學(xué)波段的能量高出百倍之多。中子星表面積小，光度比普通恒星低兒十億倍，很難用光學(xué)儀器及熱輻射接收器加以觀測(cè)，通常科學(xué)家通過射電和x射線的記錄來觀測(cè)中子星。太陽的形成如果恒星的晚期經(jīng)過超新星爆炸后，質(zhì)量

23、仍大于2MO,其中子簡(jiǎn)并力不足以抵抗巨大的引力作用，星核還要繼續(xù)坍塌，直到相對(duì)論效應(yīng)的臨界半徑以下，星核中產(chǎn)生了一種量子引力，塌縮停止，形成黑洞一一全黑的星體，即便在該星體表面發(fā)出光束,光粒子也會(huì)由它的引力拉回。3.4.2較小質(zhì)量(類太陽)恒星-白矮星對(duì)于質(zhì)量小于1.4M的中央星核，當(dāng)坍縮到它的密度達(dá)到106-109g/cm3,星核原子完全電離，進(jìn)入了電子簡(jiǎn)并態(tài)，電子簡(jiǎn)并的壓力能阻止繼續(xù)坍縮，星核大小不再變化，使得星核的密度不再增加，這時(shí)星核成為一顆白矮星。但它們?nèi)匀煌ㄟ^輻射失去能量，白矮星一直冷卻下去，這種冷卻并不影響間并壓強(qiáng)，但當(dāng)它們失掉熱能時(shí)會(huì)變得越來越紅、越來越暗，最終會(huì)成為一堆恒星余

24、燼，變成一顆黑矮星。質(zhì)量相當(dāng)于太陽大小的恒星星核,永遠(yuǎn)達(dá)不到發(fā)生碳核聚變的高溫。約10萬年之后,它將演化成為一顆主要成分是碳的白矮星。4元素的演化4.1比鐵輕的元素?zé)岷朔磻?yīng)恒星的主要組成是氫，其次是氨，還有0、C、N及少量的金屬元素。熱核反應(yīng)只在星核中發(fā)生，那里有足夠高的溫度維持熱核反應(yīng)的進(jìn)行。在溫度達(dá)到1000萬K以上時(shí),4個(gè)氫核聚變?yōu)?個(gè)氨核，同時(shí)損失一小部分能量。這時(shí)的熱核反應(yīng)形式稱為質(zhì)子一質(zhì)子反應(yīng)。它由三個(gè)反應(yīng)組成：TOC o 1-5 h zf，D+J+y(1)913D+H-He+Y(2)He+Hef矗+2七(3)反應(yīng)(1)是兩個(gè)稱為質(zhì)子的氫核(乜)相碰撞而聚變?yōu)橐粋€(gè)稱為氟(2D)的重

25、核，并放出一個(gè)正電子(e)和一個(gè)中微子(丫)。新形成的宛核再與鄰近的氫核相聚合，如反應(yīng)所示,產(chǎn)生一個(gè)氨的同位素He,并放出一個(gè)Y射線光子。而兩個(gè)He核所進(jìn)行的第個(gè)反應(yīng)，則可聚合成為一個(gè)氨核CHe)并同時(shí)放出2個(gè)氫核。這三個(gè)反應(yīng)可以綜合為一個(gè)質(zhì)子一質(zhì)子反應(yīng)的表達(dá)式:PHHe+2Y+2J+2丫即整個(gè)反應(yīng)相當(dāng)于4個(gè)氫核聚變?yōu)?個(gè)氨核，并同時(shí)產(chǎn)生2個(gè)中微子,2個(gè)正電子和2個(gè)Y射線光子。其中的正電子e極易同附近的電子e發(fā)生湮沒作用而變?yōu)檠竟庾?。?dāng)恒星中心溫度達(dá)到15000萬開，另一種熱核反應(yīng)碳一氮一氧反應(yīng)占據(jù)主導(dǎo)地位。此反應(yīng)由以下6個(gè)反應(yīng)組成：1?113C+H-N+Y-5-TOC o 1-5 h z13

26、xt13廠+(L、NfC+e+Y(5)13C+1H-11N+Y(6)14N+1H-15O+y1O0*15N+e+Y(8)15N+”Hf%+He(9)這組反應(yīng)中的碳核（）和氮核（f）可循環(huán)使用，是熱核反應(yīng)的催化劑?？?、15和0則分別是反應(yīng)中出現(xiàn)后即消失的氮、碳和氧的同位素?？偟慕Y(jié)果還是4個(gè)氫核合成一個(gè)氨核，并另外給出3個(gè)光子,2個(gè)正電子和2個(gè)中微子。其中的正電子同樣會(huì)和電子淹沒而變?yōu)楣庾印Ｙ|(zhì)子一質(zhì)子反應(yīng),碳一氮一氧反應(yīng)都是4個(gè)氫核合成一個(gè)氨核，并以光子和中微子的形式產(chǎn)生大量能量AE。這部分能量會(huì)遵從質(zhì)能相關(guān)原理AE=AmC2的規(guī)律輻射出來,其中：Am是氫核發(fā)生聚變成為氨核時(shí)的質(zhì)量虧損。AE=4X

27、1.00728-4.0015=0.02762（原子質(zhì)量單位）。即0.02762X1.6606X10-24g可算出lg氫轉(zhuǎn)化為氨時(shí)釋放出能量大到IO】*爾格,相當(dāng)于15t煤燃燒時(shí)放出的熱量。氫是恒星上最豐富的物質(zhì)。太陽形成時(shí)，氫約占總質(zhì)量的78%,燃燒氫所釋放的能量足夠太陽溫度輻射上百億年。所有恒星都是由氫的核聚變反應(yīng)來提供能量的。不同的是，質(zhì)量小于或等于太陽質(zhì)量的恒星進(jìn)行的是質(zhì)子一質(zhì)子反應(yīng)，更大質(zhì)量的恒星內(nèi)部則進(jìn)行的是碳一氮一氧反應(yīng)。由于在恒星內(nèi)部發(fā)生的氫核聚變反應(yīng)提供了強(qiáng)大的能源，才得以長期維持它在主星序階段的輻射大體穩(wěn)定。通過赫羅圖得到:隨著恒星質(zhì)量的增大,它的光度也急劇增大。這種理論計(jì)算

28、結(jié)果，與觀測(cè)得到的恒星的質(zhì)光關(guān)系相符。質(zhì)量越大的恒星在主星序階段停留的時(shí)間愈短，因?yàn)樗墓舛却?，?chǔ)存核燃料消耗過快。太陽在主星序階段停留上百億年，而具有兒十個(gè)太陽質(zhì)量的恒星只能在主星序階段停留約百萬年。質(zhì)量的大小決定了恒星演化進(jìn)程的時(shí)間長短。在一個(gè)質(zhì)量大于25Mtt.的恒星中，C、0、N都可以繼續(xù)“燃燒”形成更大更復(fù)雜的原子核：cHe+%C-16SO+YHe+1680-YoNe+y*2He+2010Ne-*2412Mg+Y這類反應(yīng)可一直持續(xù)，直至鐵的形成：2He+22Mg-2S14Si+丫：He+爲(wèi)Si-*3216S+丫：He+5224Cr-*5626Fe+y除此之外，由于能量不足，不可能以聚

29、合方式形成更重的元素。由大原子核參與反應(yīng)的其他聚合反應(yīng)仍可以進(jìn)行。如碳或氧的燃燒生成重核的反應(yīng)：3C+126C2010Ne+He16s0+16s0-駕Si+lHe這些反應(yīng)所需要的溫度，反應(yīng)的速率及其他條件均有很在差別。碳氮各氧的燃燒也以可從別的途徑進(jìn)行，從而形成了其他同位素。例如:3c+126Cf23nNa+H+Y1680+1680f3115p+H+Y16s0+16s0f3116S+xon+Y至此，所討論的聚合反應(yīng)可以解釋原子序數(shù)小于26（鐵）的大多數(shù)元素的形成。但是，由于聚合反應(yīng)的產(chǎn)物熱力學(xué)并不穩(wěn)定，即它們比起作為穩(wěn)定粒子狀態(tài)的趨勢(shì),分解成為更小的組成部分更加容易，更重元素并不以通過這一過程

30、形成。4.2比鐵重的元素中子俘獲原子序數(shù)大于26的重元素形成的最常見的機(jī)制被稱為中子俘獲。在中子俘獲反應(yīng)中，一個(gè)中子撞擊目標(biāo)原子核。由于中子的相對(duì)原子質(zhì)量為1,而原子序數(shù)為0,反應(yīng)中形成的元素是原目標(biāo)元素的同們素，且質(zhì)量比原目標(biāo)元素大1：前+-二Mo由于大質(zhì)量的恒星中，中子數(shù)量較為充裕，中子俘獲反應(yīng)比較普遍。回想一下碳、氮和氧燃燒的等式，不難發(fā)現(xiàn)這類反應(yīng)一般有阿爾法粒子這一產(chǎn)物。天文學(xué)家己經(jīng)發(fā)現(xiàn)在這類反應(yīng)中最普遍的3種中子來源可用以下方程式表達(dá)：136C+52Hef16s0+xonioNe+2Hefi2Mg+:on25i2Mg+2He-2SiiSi+xon-7-大多數(shù)情況下，一個(gè)穩(wěn)定的原子核可

31、以再吸收一到三個(gè)中子仍舊介質(zhì)保持穩(wěn)定。例如，當(dāng)鐵一56吸收一個(gè)中子變成鐵一57時(shí)，仍然穩(wěn)定：56-157-26re+onfFe+Y反應(yīng)中形成鐵一57可以吸收第二個(gè)中子從而形成鐵一58：5726Fe+）n-5S26Fe+y最后鐵一58可以再吸收一個(gè)中子，形成鐵59：篤屁+*5926Fe+y但這步反應(yīng)的產(chǎn)物鐵一59并不穩(wěn)定。它以釋放貝塔射線的形式衰變，半衰期為44.5天。一個(gè)不穩(wěn)定的同位素衰變后會(huì)形成新的同位素及新的元素。如：TOC o 1-5 h z_59_o26re-*27C0+-ie通過中子俘獲形成鉆后，它也將變成中子俘獲的目標(biāo)。通過這一過程將鉆轉(zhuǎn)化為輻射性的鉆一60：59廠160廠27Co

32、+on27C0+Y鉆反過來通過貝塔射線衰變形成相鄰的元素一線：廠GO,027VOf2sCo+-ie依照這個(gè)過程繼續(xù)下去，每一個(gè)給定的原子核最終會(huì)增加一個(gè)中子而變重。5生命起源與演化5.1生命的組成元素：生物體中大約只有25種元素是構(gòu)成生命不可缺少的元素。包括：常量元素：C,H,0,N,S,P,Cl,Ca,K,Na,Mg等11種元素。微量元素：Fe,Cu.Zn,Mn,Co,MoSe,Cr,Ni,V,Sn,Si,I,F等14種元素。5.2天體演化形成組成生命的基本元素超新星爆發(fā)會(huì)向巨洞拋射出重元素，例如碳、氧和鐵。天體物理學(xué)家VolkerBromm（哈佛史密松天體物理中心）NaokiYoshida（口本國家天文臺(tái)）和LarsHernquist（CfA）對(duì)此進(jìn)行了新的模擬，結(jié)果顯示第一代恒星的超新星爆發(fā)會(huì)把大量的重元素拋射到數(shù)千光年的范圍之內(nèi)，向全宇宙播散生命的種子。在天體演化時(shí)，熱核反應(yīng)和中子俘獲過程中C,H,N,0,S,Mg,Fe等元素都己經(jīng)形成，這些都是構(gòu)成生命體不可或缺的基本元素。5.3生命起源推測(cè)碳、氫、氧、氮、硫和磷這六種生命元素構(gòu)成了地球上生物體物質(zhì)總量的98%,而這些元素是伴隨著宇宙起源和演化過程而產(chǎn)生的。宇宙的狀態(tài)和宇宙物質(zhì)運(yùn)動(dòng)