恆星一直在燃燒,燃料總有一天會消耗完,那麼燒完需花多長時間呢?

會修電腦的小美

這個宇宙中有無數的恆星,它們大小不一,燃燒的速度也不同,但有一個規律,就是越大質量的恆星,燃燒的越快,壽命就越短;而質量越小的恆星燃燒的越慢,壽命就越長。

我們太陽是個黃矮星,壽命一般在100億年左右。在宇宙中,黃矮星不多,只佔恆星總數的3%左右。而佔比較大的是紅矮星,約佔全部恆星的75%以上,這種恆星而比太陽小,一般只有太陽質量的50%左右,最大不超過80%。

紅矮星的壽命在幾百億年到上千億年之久,比如距離我們最近的一顆恆星比鄰星就是紅矮星,可學家預測這顆恆星的壽命可達600億年。這是由於紅矮星內部氫元素的核聚變速度緩慢,且內部對流層活躍,可以將外圍的氫帶入到內核補充不斷消耗的物質,內部產生的壓力和溫度也不足以把氦聚合成更重的元素,因此不會膨脹成紅巨星,而是一直把氫耗盡,這樣壽命就非常長,甚至有的紅矮星能夠達到幾萬億年的壽命。

這種恆星實際上就可以與宇宙同在。我們的宇宙目前壽命已經138億年左右,到底還有多少年的壽命科學界尚無定論,但沒有那個人認為還有萬億年的。

壽命比較短的是那些大質量恆星,由於其質量越大,中心引力越大,恆星物質收縮力越大,中間的熱核聚變就必須越激烈,才能產生更大的能量來維持巨大的引力坍縮壓力,保持恆星引力與張力的平衡。

它們的中心熱核反應異常激烈,所以消耗的能源就越快。但恆星的核聚變物質畢竟有限,一旦恆星發生核聚變所需要的氫消耗達到30以上時,恆星就會發生老態,核聚變所需要的物資就開始供不應求,恆星本身就不穩定了,生命進入倒計時。

大質量恆星最具有代表性的是大麥哲倫星雲中蜘蛛星雲中的R136a1特超巨星。

這顆恆星是目前人類發現宇宙中存在已知的最大恆星,其質量約太陽質量的265倍,亮度是太陽的800萬倍左右,現在的壽命有130萬年,科學家估計,它的最終壽命大概只有300萬年。

還有在銀河系另一端的“手槍星”,質量約太陽質量的150倍,直徑是太陽的2000倍,表面溫度約65000度,輻射能量達到太陽的3000萬倍。

現在這顆恆星的年齡已經有400萬歲,科學家估計其壽命約500萬年,還有100萬年就要爆發成一個超新星,然後變成一個黑洞。


時空通訊

恆星從形成到熄滅,並沒有固定的時間,它的壽命和它的質量有直接的關係,表現為質量越大的恆星的壽命就越短,越小的恆星的壽命就越長。

可能有很多朋友不理解為什麼會這樣,想不透為什麼不是質量更大的壽命更長,反而是質量越小的恆星壽命越長呢?因為相對而言,質量更大的恆星群內部的核聚變燃料更多呀,質量小的恆星內部的核聚變燃料會很少,為什麼反而是質量越小的恆星的壽命越長呢?



其實我們不妨就生活中的一些現象去聯想一下,比如我們要在火上燒開一壺水,我們把火開到最大級別,那麼這壺水很快就能被燒開,而如果我們把火焰調到最小,那麼水被燒開的時間相對就會很長。同樣的道理,質量越大的恆星其內部的核聚變反應將越劇烈,把質量越小的恆星群內部的核聚變將相對平緩,這就像開大火和小火去燒水一樣,質量大的恆星內部參與核聚變的原料非常多,燃燒的也更旺一些,質量小的恆星的內部,參與核聚變的人料就很少,燃燒的也就沒那麼旺,溫度沒那麼高,能進行的時間也就長了。



下面再從恆星的比例上進一步說明一下,我們以太陽作比較,太陽的直徑是140萬公里,假設核聚變只在最中間直徑40萬公里的地方進行,溫度能達到恆星的核聚變程度,那麼就是說核聚變發生在恆星表面的50萬公里一下,而如果是一個直徑1000萬公里的恆星,那麼同樣的比例的話,這顆恆星內部將會有直徑900萬公里的直徑都在進行核聚變,所以如果太陽可以燃燒100億年,那麼這顆更大的恆星的燃燒時間當然就會少得多了,雖然這裡用體積來比較有點兒不恰當,但是道理基本如此,質量大的恆星的內部溫度會更高,也可以理解為內部壓力達到一定程度的範圍內都在進行核聚變,因此也當然是核聚變進行得越多的地方,燃料消耗的也就越快了,同樣能證明質量越大的恆星的主序星階段就會越短。



恆星質量從小到大可以劃分為很多等級,質量最小的紅矮星的壽命可能長達幾千億年,橙矮星的壽命次之,像太陽這樣的黃矮星壽命在100億年左右,而一些具有巨大質量的藍超巨星壽命可能不足1000萬年,比如海山二、手槍星等,主序星階段只有幾百萬年。


科普大世界

正如題主所言,恆星一直在燃燒,總有耗盡燃料的那一天,而這一天什麼時候到來則取決於恆星的質量有多大。

我們平時所說的燃燒一般是指某種燃料在氧化劑的作用下發生氧化還原反應,並放出光和熱,例如,木材在空氣中燃燒,在這種情況下,木材作為燃料,空氣中的氧氣作為氧化劑。然而,恆星的燃燒不同於氧化還原反應,它們的能量來源是核聚變反應,即較輕的元素聚變為較重的元素,反應過程中減少的質量會轉變為能量。

核聚變反應只能發生在恆星的核心部分,因為只有那裡才有適合核聚變反應的溫度和壓力。這種高溫高壓環境來自於恆星自身的引力坍縮作用,質量越大的恆星,引力坍縮作用越強,內部溫度和壓力就越高,所以核聚變反應更容易發生,核聚變反應速率也就越快。因此,雖然恆星質量越大,可用的核聚變燃料越多,但由於消耗速率越快,所以壽命其實更短。

根據恆星的質量-光度關係,恆星的光度L,即恆星的輻射功率與質量M的α次方成正比:

即L∝M^α,其中α>1,並且α值與M有關。

而根據質能方程E=Mc^2,恆星在一生所能產生的能量E與質量M成正比,即E∝M。顯然,恆星的壽命T等於總能量E除以輻射功率L,即T=E/L∝M^(1-α)。由於α>1,所以恆星的壽命與質量呈負相關,即質量越大,壽命越短。對於質量在太陽數十倍以上的恆星,它們的壽命只有短短數百萬年至數千萬年;對於太陽這樣的黃矮星,它們的壽命可達100億年;而對於質量極小的紅矮星,它們的壽命至少有上千億年。


火星一號

這個問題還真沒有想過,因為我無知地認為,只有劃過天邊的流星才會墜落,而那些閃亮的恆星會永遠掛在天幕之上,供地球上天真的孩子們,浪漫的情侶和痛苦的失眠者數星星。

看了幾位科學達人無比專業的回答,才知道原來恆星也是有生命的,終有死亡的一天。但要燃燒多久能量才會耗盡,真的不好說,大部分科學家也是推算或預測,並沒有標準答案。這就好像那些以小時計算生命,朝生暮死的蜉蝣,要預測我人類的壽命一樣而不可知。生命短暫,如白駒過隙,無論天長地久還是海枯石爛,我們只管做好自己,活在當下,快樂每一天就好。








烏龍絞柱

是的!恆星的燃料總有耗盡的一天,如太陽是一個主要由氫氣,氦氣組成的大火球。那麼燒完需花多長時間呢?

這要看這顆恆星的質量有多大,一顆恆星在燃燒氫的主序星階段,一般要佔其一生壽命中90%~95%的時間,在這漫長的“中年期”之後,演化就會使其極為迅速地走向“死亡”,成為一顆超新星、白矮星或其他的演化殘留物。

恆星發光的根本原因是它們的內核正在發生核聚變。即使是質量最低的M級恆星,也包含了相當於25000個地球質量的物質。這些物質在氣體雲階段時,會在自身引力的作用下收縮,逐漸形成原恆星,它們內核的密度和溫度會極大地升高,最終引發能夠自我維持的核聚變反應。

恆星從“中年期”到“死亡”之前的後一階段,所佔的時間大約相當於中年期的10%。類似於銀河系中心手槍星那樣的大質量O型星,只能存在500萬年左右,就會以黑洞的形成結束其一生。

像天狼星(大犬α)那樣的A型星,大約能維持5億年。

一顆類似於老人星(船底座α)的F型星,可以延續20億年左右。

像我們太陽一類的G型星可生存120億年,而像畢宿五(金牛α)那樣的K型星則可長達200億年左右。

大質量的M型星,例如參宿四(獵戶α)等,只有5000萬年的短命;而小質量的M型星,例如沃爾夫359星則可以長存1000億~2000億年之久。

至於GL229B那樣的褐矮星,其質量已小至恆星質量的下限,它只能在低溫下節儉地燃燒自身的燃料,但卻可以活到5000億歲的高壽。


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