为什么红巨星会膨胀

2025-02-07 10:09:37

推荐回答（5个）

回答1：

当一颗恒星度过它漫长的青壮年期——主序星(main sequence)阶段，步入老年期时，它将首先变为一颗红巨星。

称它为“巨星”，是突出它的体积巨大。在巨星阶段，恒星的体积将膨胀到十亿倍之多。

称它为“红”巨星，是因为在这恒星迅速膨胀的同时，它的外表面离中心越来越远，所以温度将随之而降低，发出的光也就越来越偏红。不过，虽然温度降低了一些，可红巨星的体积是如此之大，它的光度也变得很大，极为明亮。肉眼看到的最亮的星中，许多都是红巨星。

在赫-罗图( Hertzsprung-Russell diagram)中，红巨星分布在主星序区的右上方的一个相当密集的区域内，差不多呈水平走向。

我们来较详细地看看红巨星的形成。我们已经知道，恒星依靠其内部的热核聚变而熊熊燃烧着。核聚变的结果，是把每四个氢原子核结合成一个氦原子核，并释放出大量的原子能，形成辐射压。

处于主星序阶段的恒星，核聚变主要在它的中心（核心）部分发生。辐射压与它自身收缩的引力相平衡。

氢的燃烧消耗极快，中心形成氦核并且不断增大。随着时间的延长，氦核周围的氢越来越少，中心核产生的能量已经不足以维持其辐射，于是平衡被打破，引力占了上风。有着氦核和氢外壳的恒星在引力作用下收缩，使其密度、压强和温度都升高。氢的燃烧向氦核周围的一个壳层里推进。

这以后恒星演化的过程是：内核收缩、外壳膨胀——燃烧壳层内部的氦核向内收缩并变热，而其恒星外壳则向外膨胀并不断变冷，表面温度大大降低。这个过程仅仅持续了数十万年，这颗恒星在迅速膨胀中变为红巨星。

红巨星一旦形成，就朝恒星的下一阶段——白矮星进发。当外部区域迅速膨胀时，氦核受反作用力却强烈向内收缩，被压缩的物质不断变热，最终内核温度将超过一亿度，点燃氦聚变。最后的结局将在中心形成一颗白矮星。

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、四千开尔文，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℃。

回答2：

在一颗恒星形成红巨星之前，它的核聚变反应只有一个，就是恒星中心的氢聚变成氦元素的“氢火”。

但中心的氢元素聚全部聚变成氦以后，“氢火”会呈一个球面向恒星外部扩张，由内向外扩展，继续“燃烧”外部的氢元素，这时“燃烧”面积扩大，产生的能量更大，恒星体积扩张；同时合成的更重氦元素不断向恒星中心坠落。

直到有一天，中心的氦核质量足够大，会“点燃”氦聚变生产碳元素的“氦火”。“氦火”产生的能量小于“氢火”（如果以后还有碳聚变生产氧元素的“碳火”则能量更低），这样就形成了外围一圈“氢火”反应面积不断扩大把恒星外层物质不断向外推，里面一层“氦火”能量小，只能维持在恒星中心。但总的看来，恒星体积扩张，而平均产生的能量降低，恒星偏红。

到最后，“氢火”燃烧的向外扩张后把恒星外层物质扩张到离恒星内部足够远，外层“氢火”熄灭后，外层物质会摆脱了恒星内核质量的吸引而丧失；只剩下恒星内部的“氦火”甚至“碳火”还在继续，由于产生的能量低，在引力作用下体积缩小，密度增大，也就成了红巨星最后的归宿——白矮星。

回答3：

在一颗恒星形成红巨星之前，它的能量来源是氢剧变。
但是在形成红巨星之后，它就变成了氦或者比氦更加重的聚变了。
在这段时间，它内部的辐射的压力也比原来大，就把原来的表面给推出去了。

回答4：

红巨星阶段要聚变氦，此时释放的能量比聚变氢要大。因此恒星的核心区的温度更高，释放的能量把恒星的外层物质推开，体积自然就膨胀了。

回答5：

由于球体中心氢不断进行聚变反应，红巨星表面体积逐渐增大。表面积增大，辐射能赶不上表面积的增大，红巨星表面的温度降低。由于表面积增大，红巨星光度就增加！

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