恒星质量为什么不好

A. 为什么恒星质量越大，寿命越短

我们都知道恒星是宇宙中发光发热的主力军，夜空中的点点繁星除了少数几颗太阳系行星外其余都是恒星，我们的太阳是一颗中等质量的黄矮星，距离最近的比邻星是一颗红矮星，天狼星则是由一颗白矮星和一颗蓝矮星组成的双星系统。

我们的太阳就是一颗不大不小的恒星，至今已经有50亿年的寿命了，而据科学家观测宇宙中一些恒星只有几百万年几千万年的寿命，是由于质量太大内部核聚变太剧烈。

太阳的质量在宇宙恒星中已经算是小的了，但是太阳比银河系90%的恒星都大，也所幸如此，太阳系也比较稳定，地球生命可以演化到现在，人类才得以出现。

B. 为什么恒星的质量越大, 寿命反而越短

恒星，在宇宙中占2000多亿颗的数量，可以说是一个宇宙中最庞大的集团。研究恒星在银河系中的存在，可以让我们更清晰地认识宇宙的奥秘，揭开宇宙运行之谜。

虽然恒星比率众多，但是他们各自的演变过程却是不一致的，每个恒星的生成及演变过程都是他独有的体积质量值所影响的。

那么这是为何呢？体积和质量又是怎么影响一颗恒星的演化过程呢？

要回答这个问题其实不难。真相其实很简单，主要原因还是在质量身上。质量越大的星体，其内部运作压力也就更大。这种压力下，恒星内部的氢气快速地燃烧，并且质量越大，压力越强，燃烧越快，星体的演化也就更快，有的死亡，有的进行超星体演变后成为白矮星，中子星，或者黑洞。体积和质量在演化过程中和死亡速度成正比。

让我们拿银河系中最重要的太阳来做个类比。打个比方，如果太阳的寿命在100亿年左右，那么比太阳大上一倍的恒星的寿命就在太阳的亿份之一，也就是一百亿年就步入死亡。这种大质量的恒星寿命可以说是很短的。

另外，有一个叫“恒星风”的概念也在影响着恒星的寿命。什么是“恒星风”？当一个恒星体积巨大之时，会向太空中抛出粒子，以每秒众多的数量向外散射，形成了恒星风。恒星风其实就是恒星的一部分物质，星体越大，这部分的流失也就越多，也是成正比的关系。从这点看出，恒星大质量造成的粒子式的质量流失也是非常大的。

所以大质量的恒星灭亡的速度更快，它或许成为白矮星，或许成为中子星，亦或成为黑洞。

C. 为什么普通恒星的质量会受到限制

用肉眼看上去像一颗星那样的光点，往往是双星，就是两颗在空中靠得很近的星。大多数双星的子星都靠得很近，所以它们之间存在很强的万有引力，这就意味着每颗子星绕着双星共同的质心按椭圆轨道运动。

天文学家对双星感兴趣的原因之一是：只有对显着受到万有引力作用的恒星，才能直接确定其质量。当然，每颗恒星都在一定范围内受到宇宙中其他恒星的影响，然而大多数恒星之间的距离非常遥远，因此，只有双星之间的万有引力作用才能被察觉出来；也只有对它们才能进行精确的质量测量。虽然存在如此多的双星，但不能说我们所知道的就是双星的全部。

测量表明，恒星的质量范围为太阳质量的1／10到60倍，比起行星具有的质量大不了许多。要弄懂为什么普通恒星的质量要受到限制这一点并不难。小于1／10太阳质量的物体的万有引力不会产生足够大的收缩量，以达到原子核反应所需要的温度。另一方面，质量过大的恒星将会由于加快了原子核反应而变得很热，以致它的引力无法抵消随之出现的膨胀压力，并使它保持为一个整体。

D. 为什么有的恒星体积比太阳大，而质量却比太阳小呢

太阳，相信大家都很熟悉，曾经一段时间我们以为它是宇宙的中心，实际上它只是一颗恒星。太阳只是银河系中一颗普普通通的恒星，如果说不普通，因为它是银河系内已知唯一孕育了生命的恒星系统。

银河系真的很大，直径大约为10～20万光年。根据科学家的估计，银河系中大约有1000亿~4000亿颗恒星。说到这个数据，可能有的人不信。其实这个数据并不是科学家一颗一颗数出来的，而是根据统计学原理估算出来的。你想知道足球场大约有多少根草，难道非要去动手数一遍吗？

在宇宙中，人类已知质量最大的恒星是R136a1，它的质量至少是太阳质量的265倍。R136a1是一颗超大质量的蓝巨星，由于内部的聚变反应非常猛烈，它的寿命只有区区的数百万年。

E. 恒星质量为什么存在差异

按照我的理解来说，恒星可以由不同密度的气体形成，但常常假定当它们达到了一定临界质量就会发生聚变。一旦达到临界质量发生聚变，直到向外的压力抵消引力为止，那么所有恒星的大小应当大致相同，然而事实并非如此。

F. 为什么恒星质量越大寿命越短呢

1.一般恒星的质量越大寿命越短。比如太阳的寿命为100亿年。作为比较，半人马座比邻星，视星等只有11等，直径只有太阳的七分之一，亮度只有太阳的千分之一，表面温度只有太阳的三分之一，仅2000度，但是它的寿命却达到太阳的7倍，寿命长达700多亿年。据估计，寿命最长的恒星寿命可以达到1500亿年，而在银河系的另一端,有一颗名叫“手枪星”的恒星,直径达到太阳的2000倍，表面温度约65000度，辐射的能量达到太阳的3000万倍，估计该恒星的寿命不过1000万年。
恒星质量和寿命的对照

恒星质量（以太阳为单位） 寿命

0.1 1000亿年

0.5 500亿

1 100亿

2 60亿

5 30亿

10 10亿

20 5亿

60 7000万年

100 400万年

120 270万年 2.我们首先来看恒星的一生：
恒星的诞生
在星际空间普遍存在着极其稀薄的物质，主要由气体和尘埃构成。它们的温度约10～100K，密度约10-24～10-23g/cm3，相当于1cm3中有1～10个氢原子。星际物质在空间的分布并不是均匀的，通常是成块地出现，形成弥漫的星云。星云里3/4质量的物质是氢，处于电中性或电离态，其余约?是氦以及极少数比氦更重的元素。在星云的某些区域还存在气态化合物分子，如氢分子、一氧化碳分子等。如果星云里包含的物质足够多，那么它在动力学上就是不稳定的。在外界扰动的影响下，星云会向内收缩并分裂成较小的团块，经过多次的分裂和收缩，逐渐在团块中心形成了致密的核。当核区的温度升高到氢核聚变反应可以进行时，一颗新恒星就诞生了。'
主序星
恒星以内部氢核聚变为主要能源的发展阶段就是恒星的主序阶段。处于主序阶段的恒星称为主序星。主序阶段是恒星的青壮年期，恒星在这一阶段停留的时间占整个寿命的90%以上。这是一个相对稳定的阶段，向外膨胀和向内收缩的两种力大致平衡，恒星基本上不收缩也不膨胀。恒星停留在主序阶段的时间随着质量的不同而相差很多。质量越大，光度越大，能量消耗也越快，停留在主序阶段的时间就越短。例如：质量等于太阳质量的15倍、5倍、1倍、0.2倍的恒星，处于主序阶段的时间分别为一千万年、七千万年、一百亿年和一万亿年。
目前的太阳也是一颗主序星。太阳现在的年龄为46亿多年，它的主序阶段已过去了约一半的时间，还要50亿年才会转到另一个演化阶段。与其他恒星相比，太阳的质量、温度和光度都大概居中，是一颗相当典型的主序星。主序星的很多性质可以从研究太阳得出，恒星研究的某些结果也可以用来了解太阳的某些性质。
红巨星与红超巨星
当恒星中心区的氢消耗殆尽形成由氦构成的核球之后，氢聚变的热核反应就无法在中心区继续。这时引力重压没有辐射压来平衡，星体中心区就要被压缩，温度会急剧上升。中心氦核球温度升高后使紧贴它的那一层氢氦混合气体受热达到引发氢聚变的温度，热核反应重新开始。如此氦球逐渐增大，氢燃烧层也跟着向外扩展，使星体外层物质受热膨胀起来向红巨星或红超巨星转化。转化期间，氢燃烧层产生的能量可能比主序星时期还要多，但星体表面温度不仅不升高反而会下降。其原因在于：外层膨胀后受到的内聚引力减小，即使温度降低，其膨胀压力仍然可抗衡或超过引力，此时星体半径和表面积增大的程度超过产能率的增长，因此总光度虽可能增长，表面温度却会下降。质量高于4倍太阳质量的大恒星在氦核外重新引发氢聚变时，核外放出来的能量未明显增加，但半径却增大了好多倍，因此表面温度由几万开降到三、四千开，成为红超巨星。质量低于4倍太阳质量的中小恒星进入红巨星阶段时表面温度下降，光度却急剧增加，这是因为它们外层膨胀所耗费的能量较少而产能较多。

预计太阳在红巨星阶段将大约停留10亿年时间，光度将升高到今天的好几十倍。到那时候，地面的温度将升高到今天的两三倍，北温带夏季最高温度将接近100℃。
大质量恒星的死亡
大质量恒星经过一系列核反应后，形成重元素在内、轻元素在外的洋葱状结构，其核心主要由铁核构成。此后的核反应无法提供恒星的能源，铁核开始向内坍塌，而外层星体则被炸裂向外抛射。爆发时光度可能突增到太阳光度的上百亿倍，甚至达到整个银河系的总光度，这种爆发叫做超新星爆发。超新星爆发后，恒星的外层解体为向外膨胀的星云，中心遗留一颗高密天体。
金牛座里着名的蟹状星云就是公元1054年超新星爆发的遗迹。超新星爆发的时间虽短不及1秒，瞬时温度却高达万亿K，其影响更是巨大。超新星爆发对于星际物质的化学成分有关键影响，这些物质又是建造下一代恒星的原材料。

超新星爆发时，爆发与坍塌同时进行，坍塌作用使核心处的物质压缩得更为密实。理论分析证明，电子简并态不足以抗住大坍塌和大爆炸的异常高压，处在这么巨大压力下的物质，电子都被挤压到与质子结合成为中子简并态，密度达到10亿吨/立方厘米。由这种物质构成的天体叫做中子星。一颗与太阳质量相同的中子星半径只有大约10千米。

从理论上推算，中子星也有质量上限，最大不能超过大约3倍太阳质量。如果在超新星爆发后核心剩余物质还超过大约3倍太阳质量，中子简并态也抗不住所受的压力，只能继续坍缩下去。最后这团物质收缩到很小的时候，在它附近的引力就大到足以使运动最快的光子也无法摆脱它的束缚。因为光速是现知任何物质运动速度的极限，连光子都无法摆脱的天体必然能束缚住任何物质，所以这个天体不可能向外界发出任何信息，而且外界对它探测所用的任何媒介包括光子在内，一贴近它就不可避免地被它吸进去。它本身不发光并吞下包括辐射在内的一切物质，就象一个漆黑的无底洞，所以这种特殊的天体就被称为黑洞。黑洞有很多奇特的性质，对黑洞的研究在当代天文学及物理学中有重大的意义。

G. 恒星的质量怎么样

用肉眼看上去像一颗星那样的光点，往往是双星，就是两颗在空中靠得很近的星。大多数双星的子星都靠得很近，所以它们之间存在很强的万有引力，这就意味着每颗子星绕着双星共同的质心按椭圆轨道运动。

天文学家对双星感兴趣的原因之一是：只有对显着受到万有引力作用的恒星，才能直接确定其质量。当然，每颗恒星都在一定范围内受到宇宙中其他恒星的影响，然而大多数恒星之间的距离非常遥远，因此，只有双星之间的万有引力作用才能被察觉出来；也只有对它们才能进行精确的质量测量。虽然存在如此多的双星，但不能说我们所知道的就是双星的全部。

测量表明，恒星的质量范围为太阳质量的1/10到60倍，比起行星具有的质量大不了许多。要弄懂为什么普通恒星的质量要受到限制这一点并不难。小于1/10太阳质量的物体的万有引力不会产生足够大的收缩量，以达到原子核反应所需要的温度。另一方面，质量过大的恒星将会由于加快了原子核反应而变得很热，以致它的引力无法抵消随之出现的膨胀压力，并使它保持为一个整体。

H. 为什么恒星质量越大，寿命越短

上图是恒星质量与它的寿命之间关系的示意图。

恒星的质量越大，引力就越强。恒星是依靠内部核聚变反应产生的向外的辐射压与引力相平衡保持稳定的，恒星的质量越大，引力越强，物质向内的收缩就越“厉害”，就需要有更大的辐射压来平衡引力。而辐射压越大，就需要有更剧烈的核聚变反应。核聚变反应越剧烈，单位时间内消耗的物质就越多。质量再大的恒星，它用来进行核聚变反应的物质也是有限的。一旦用于核聚变反应的物质用完了（其实不用用完。一旦恒星中的氢在消耗超过30%时，恒星就会显出老态），恒星的生命也就进入了倒计时。

所以，恒星质量越大，寿命就越短。一颗只有太阳质量一半的恒星，寿命可长达180亿年。而质量为太阳质量的10倍的恒星，寿命就只有几百万年了。

I. 为什么说恒星的质量越小，寿命越长，而大质量的却刚刚相反

恒星发光发热的背后其实是核聚变在发挥作用，大量的氢元素在恒星的核心区域受到了高温和高压的“蹂虐”后发生了核聚变反应，而这种核聚变反应的剧烈程度和恒星的质量是成正比的，也就是说质量越大的恒星核聚变反应就越强大，如此一来有限的氢元素就会被飞速消耗下去，结果就是大质量恒星的寿命只有几千万年甚至几百万年。

相比大质量恒星那样的“短命鬼”，我们太阳这样的中等质量恒星由于内部核聚变反应“温和”而得以拥有100亿年左右的寿命，如今的太阳可谓是正当壮年。

我们的宇宙诞生至今已经138.2亿年了，最早的第一代恒星大部分都已经熄灭或者超新星爆发了，而第一代恒星中的红矮星却一直活到了现在，不可谓不长寿，这也告诉我们有时候太剧烈并不是什么好事，温和的聚变反应往往能更长久

J. 行星的质量永远超不过恒星的质量，原因是什么

太阳系中的太阳是一颗能够发光发热的恒星，围绕它转的是一些行星、矮行星、小行星等。太阳的质量约占整个太阳系质量的99.8%，行星中巨大的木星也不到太阳质量的千分之一。

如果你给成长中的类木行星投入重元素，其增加的质量会使得星球吸引更多的轻元素。投入1份质量的重元素可能会有50份质量的轻元素随之被吸引过去。最终还是朝着点燃中心处的核聚变方向发展。

当一颗恒星结束核聚变后可能会变成白矮星、中子星、黑洞，之前围绕它转动的行星可能还在继续绕着恒星的残骸转动。此时行星的体积很可能会大于白矮星、中子星等恒星残骸的体积，不过恒星的残骸一般不被看作是恒星。