恒星的一生和宇宙的演化選修1(新人教版)

1、ks5u精品課件本節(jié)知識補充l恒星形成的條件l 恒星通常是在星際氣體中誕生的。在宇宙中，當星際氣體的密度增加到一定程度時，由于其內(nèi)部引力的增長大于氣體壓力的增長，這團氣體云就開始收縮。這樣的傾向一開始，其自身引力使巨量物質(zhì)的密度普遍增大。巨大質(zhì)量的星際物質(zhì)開始變得不穩(wěn)定。這些巨量的星際氣體與塵埃坍縮進行得越來越迅猛，開始分裂形成較小的云團，密度也增大了許多。這些較小的云團最終將各自成為一顆恒星。ks5u精品課件恒星形成的條件l如果有一團星際氣體超過通常的星際物質(zhì)（每立方厘米一個氫原子）的密度，達到每立方厘米六萬個氫原子。經(jīng)歷幾十萬年后，其中心區(qū)的密度逐漸變大，核心開始升溫，隨著溫度的上升，壓力

2、開始變大，坍縮逐漸停止。外部物質(zhì)不斷落到內(nèi)部的小核上，它帶來的能量在物質(zhì)撞擊到核心上時又成為輻射而放出。與此同時，核心在不斷縮小，并變得越來越熱。ks5u精品課件原始恒星的誕生l溫度達到二千度左右時，氫分子開始分解成為原子。核心開始再度收縮，收縮時釋放出的能量將把所有氫分子都分解為原子。這個新生的核心比今天的太陽稍大一些，不斷向中心落下的外圍物質(zhì)最終都要落到這個核心上，一顆質(zhì)量和太陽一樣的恒星就要誕生了。 人們將這時的天體稱為“原恒星”，它的輻射消耗主要由下落到它上面的物質(zhì)的能量來補充。其余的云團物質(zhì)還在不斷向它落下，密度還在不斷增大，內(nèi)部溫度也在上升。直至中心溫度達到一千萬度發(fā)生聚變。一顆原

3、始的恒星誕生了。 ks5u精品課件主序星l 恒星是在氫分子云的中心產(chǎn)生的，因而主要由氫組成。高溫使氫里面的質(zhì)子和電子分離，四個質(zhì)子聚合，就成為一個氦核。氦核的質(zhì)量小于它賴以形成的四個質(zhì)子質(zhì)量之和。這個質(zhì)量差只是總質(zhì)量的千分之七，但是這一點質(zhì)量損失轉(zhuǎn)化成了巨大的能量。像太陽那樣的恒星有一個巨大的核，在那里每秒鐘有六億噸氫變成氦。巨大的核能量朝向恒星外部猛烈沖擊就能阻止引力收縮。ks5u精品課件紅巨星的形成l一旦燃料用光，熱核反應(yīng)的速率立即劇減，引力與輻射壓之間的平衡被打破了，引力占據(jù)了上風。有著氦核和氫外殼的恒星，在自身的重力下開始收縮，壓強、密度和溫度都隨之升高，于是恒星外層尚未動用過的氫開始

4、燃燒，外殼開始膨脹，而核心在收縮。 ks5u精品課件紅巨星紅巨星紅巨星在迅速膨脹時，紅巨星在迅速膨脹時，發(fā)出的光越來越偏紅。發(fā)出的光越來越偏紅。它極為明亮，肉眼看到它極為明亮，肉眼看到的最亮的星中，許多都的最亮的星中，許多都是紅巨星。紅是紅巨星。紅巨星的巨星的體體積積很大，它的半徑一般很大，它的半徑一般比太比太陽大陽大100100倍倍。ks5u精品課件紅巨星l 在大約一億度的高溫下，恒星核心的氦原子核聚變成為碳原子核。每三個氦核聚變成一個碳核，碳核再捕獲另外的氦核而形成氧核。這些新反應(yīng)的速度與緩慢的氫聚變完全不同。它們像閃電一樣快地突然起爆（氦閃耀）。經(jīng)歷約一百萬年后，核能量的外流漸趨穩(wěn)定。此

5、后的幾億年里，恒星處于暫時的平穩(wěn)，核區(qū)的氦在漸漸消耗，氫的燃燒越來越向更外層推進。這時的恒星將膨脹得極大，以使自己的結(jié)構(gòu)適應(yīng)于光度的增大。它的體積將增大十億倍。這個過程中恒星的顏色會改變，因為其外層與高溫的核心區(qū)相距很遠，溫度就低了下來。這種狀態(tài)的恒星稱為紅巨星。 ks5u精品課件紅巨星l 紅巨星時期的恒星表面溫度相對很低，但極為明亮，因為它們的體積非常巨大。肉眼能看到的最亮的星中有許多就是紅巨星，如參宿四、畢宿五、大角、心宿二等。我們的太陽在五十億或六十億年后也將變成一個紅色“巨人”。當核心的氫耗完時，太陽就開始膨脹，那時水星將化為蒸汽，金星的大氣將被吹光，地球上的海洋將沸騰。然后太陽還會繼

6、續(xù)膨脹，并將地球納入它的勢力范圍。地球被燒焦的殘骸會繼續(xù)在巨型太陽灼熱而極稀薄的大氣里轉(zhuǎn)圈。紅巨星外層物質(zhì)的密度比地球?qū)嶒炇依锬艿玫降淖詈谜婵者€要低得多。ks5u精品課件超新星是恒星在死亡前的一次大爆發(fā)，超新星是恒星在死亡前的一次大爆發(fā)，所釋放的能量，發(fā)出的亮光相所釋放的能量，發(fā)出的亮光相當于當于十十億顆億顆太太陽。爆炸將陽。爆炸將星球物質(zhì)以接近光速的速度，向星球物質(zhì)以接近光速的速度，向四面八方發(fā)射。每一四面八方發(fā)射。每一顆恒顆恒星一生之中最多只星一生之中最多只可能發(fā)生一次。可能發(fā)生一次。超新星超新星ks5u精品課件白矮星l在恒星大膨脹成為紅巨星，熱核反應(yīng)速率也不可逆轉(zhuǎn)地衰減之后，恒星吹出氣體

7、并收縮到地球那樣大小，即幾千公里直徑。物質(zhì)的濃縮使得星體表面溫度大為升高，以至真正成為白熱。小尺度和高表面溫度這兩個特征，使這種星得名為白矮星。 ks5u精品課件 白矮星的體積小、亮度低，但白矮星的體積小、亮度低，但質(zhì)量大、密度極高。它的密度在質(zhì)量大、密度極高。它的密度在10001000萬噸萬噸/ /米米3 3左右。左右。白矮星是一白矮星是一顆顆已死亡的已死亡的恒恒星星，中中心的心的熱熱核反核反應(yīng)應(yīng)已停止已停止 。 白矮星白矮星ks5u精品課件黑矮星l白矮星是中等質(zhì)量恒星演化的終點，在銀河系中隨處可見。它的質(zhì)量越大，半徑就越小。由于沒有熱核反應(yīng)來提供能量，白矮星在發(fā)出輻射的同時，也以同樣的速率

8、冷卻。但是，白矮星本性節(jié)儉，它在形成后要經(jīng)過數(shù)十億年的冷卻時間。白矮星的變暗過程是如此之慢，自一百五十億年前宇宙創(chuàng)生和第一批恒星出現(xiàn)以來，恐怕還沒有一個黑矮星形成，這里需要極大的耐心。太陽正處在其主序階段的中點，還要經(jīng)過五十億年才到行星狀星云那樣的“高齡”，它將再短暫地活躍十萬年，然后成為一顆白矮星并在一百億年中緩慢地死去，最后作為一顆黑矮星而永存。ks5u精品課件紅超巨星l 鐵是大質(zhì)量恒星核心的最后灰燼。與此同時恒星還不斷地膨脹其外殼以調(diào)節(jié)平衡，它會膨脹到一個異常巨大的尺度，成為紅超巨星。紅超巨星是宇宙中最大的恒星。如果把這樣一個星放在太陽系中心，它將吞沒包括遠在五十億公里外的冥王星在內(nèi)的所

9、有行星。 ks5u精品課件中子星l恒星核心的平衡發(fā)生了前所未有的急劇變化，越來越不能抵擋無情的重壓，溫度持續(xù)上升，直到氦核本身也蛻變?yōu)槠浠境煞郑嘿|(zhì)子、中子和電子。在高溫下電子變得更不能阻擋壓縮力，在零點一秒內(nèi)，它們被擠壓到與質(zhì)子結(jié)合在一起。二者的電荷相中和，變成為中子，同時迸發(fā)出巨大的中微子流。 ks5u精品課件中子星l當恒星的密度達到每立方厘米十的十四次方克，相當于在一只縫紉頂針里有一億噸的質(zhì)量。恒星核里再沒有任何“真空”留下，恒星核就成了一種主要由中子組成的巨大原子核，這種遠比白矮星緊密的新的物質(zhì)簡并態(tài)，就叫做中子星。 ks5u精品課件質(zhì)量約是質(zhì)量約是太太陽陽4 41010倍的恒星在超新

10、星倍的恒星在超新星爆炸的過程，遺留下來的核心變成一爆炸的過程，遺留下來的核心變成一顆體積顆體積很小，很小，質(zhì)量卻質(zhì)量卻很大的中子星，由中子構(gòu)成，很大的中子星，由中子構(gòu)成，密度為水的密度為水的10101414倍，倍，僅僅1cm1cm3 3的的質(zhì)量就有全球質(zhì)量就有全球人人類那類那么重，么重，直徑僅為直徑僅為30km30km。中子星中子星ks5u精品課件黑 洞l在某些質(zhì)量遠大于太陽的恒星的已簡并 的核心，繼續(xù)發(fā)生著坍縮，但最終形成 的并不是中子星，而是黑洞。 ks5u精品課件黑 洞 l沒有東西能從黑洞逃逸，包括光線在內(nèi)。黑洞可從大質(zhì)量恒星的死亡中產(chǎn)生。一顆大質(zhì)量恒星坍縮后，當其引力大得無任何其他排斥

11、力能與之相對抗時，恒星被壓成了一個稱為“奇點”的孤立點。 l奇點是黑洞的中心，在它周圍引力極強。 ks5u精品課件黑洞黑洞質(zhì)質(zhì)量比太量比太陽大陽大8 8倍以上的恒星，超新星爆炸倍以上的恒星，超新星爆炸后會后會形形成成“黑洞黑洞”。黑洞會把附近所有的物質(zhì)都吸進去，就。黑洞會把附近所有的物質(zhì)都吸進去，就連連光線光線也也會被吞沒，所以我們是看不見黑洞的。但是如果會被吞沒，所以我們是看不見黑洞的。但是如果黑洞附近有另外一黑洞附近有另外一顆恒顆恒星，我們可以星，我們可以從這顆鄰從這顆鄰近近恒星的恒星的物物質(zhì)被質(zhì)被吸入黑洞時的情形，證明黑洞的存在。吸入黑洞時的情形，證明黑洞的存在。 ks5u精品課件恒星的

12、一生恒星的一生星際氣體星際氣體收縮形成收縮形成中子星中子星黑洞黑洞主序星主序星原恒星原恒星主序星主序星太陽太陽紅巨星紅巨星白矮星白矮星暗矮星暗矮星大恒星大恒星超紅巨星超紅巨星超新星超新星ks5u精品課件ks5u精品課件銀河系 我們?nèi)庋劭匆姷乃泻阈?，以及許許多多因為太暗而肉眼看不見的恒星，還包括我們的太陽和太陽系在內(nèi)，都屬于一個巨大的恒星系統(tǒng)，即銀河系銀河系。銀河系中還包括許多星團、星際介質(zhì)和星云。 銀河是由許多遙遠的恒星組成的，表明了銀河系的恒星在這一帶非常密集。在銀河中還可以看到許多暗帶，說明在銀河的方向上有大量的星際介質(zhì)和暗星云存在ks5u精品課件 ks5u精品課件銀河系l銀河系有一個扁

13、平的盤，稱為銀盤。銀盤中恒星很密集，還有各種星際介質(zhì)和星云及星團。銀盤的直徑有10多萬光年，厚度只有幾千光年。我們看到的銀河，就是銀盤中遙遠的恒星密集在一起形成的。銀盤一個非常引人注目的結(jié)構(gòu)是有漩渦狀的旋臂，因此銀河系屬于漩渦星系。l 銀河系出了核球和銀盤以外，還有一個很大的暈，稱為銀暈。銀暈中的恒星很稀少，還有為數(shù)不多的球狀星團。銀暈的半徑可能伸展到30萬光年之遠。 ks5u精品課件河外星系l由于萬有引力的影響，巨大的星系往往會聚集在一起，成群出現(xiàn)，構(gòu)成星系群星系群或星系團。絕大部分星系(至少85%以上)都是出現(xiàn)在星系團中的。我們把星系數(shù)在100以內(nèi)的稱為星系群，而多于100的我們就稱為星系

14、團。這些星系在空間分布上也會三五成群，形成群落，這就是所謂的超星系團了。ks5u精品課件思考： 在漫無邊際的宇宙空間，無數(shù)的星系 和星系團之間會怎樣組合呢？ks5u精品課件l一般認為，我們現(xiàn)在所知的宇宙從整體上看是泡沫狀的。l宇宙是沒有中心的，其間的物質(zhì)分布也大致均勻ks5u精品課件l 發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)1、所有的星系都在、所有的星系都在遠離遠離我們而去。我們而去。發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)3、星系間的距離在不斷地、星系間的距離在不斷地擴大擴大 發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)2 2、星系離我們越遠，運動的速度越、星系離我們越遠，運動的速度越快快；ks5u精品課件霍金 17歲的霍金患病后只能永遠坐在輪椅上歲的霍金患病后只能永遠坐在輪椅上并且失去了語言能力，這位全身只有三個并且失去了語言能力，這位全身只有三個手指能動的殘疾人，卻依靠驚人的毅力完手指能動的殘疾人，卻依靠驚人的毅力完成了一系列驚人的關(guān)于大爆炸和黑洞的理成了一系列驚人的關(guān)于大爆炸和黑洞的理論。論。ks5u精品課件大爆炸理論主要觀點大爆炸理論主要觀點l 大約