云得形成

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云的形成与分类
信息来源:宣教中心
发布日期: 10:07:18.0
云,俗称&云彩&,有着各种各样的形状。有时白云朵朵,有时乌云密布,形状各异,千姿百态,绚丽多彩。那么,云是怎样形成的呢?
大气中悬浮着各式各样的微小尘粒,包括燃烧产生的烟粒、飞溅起的海水细沫蒸发后留在空中的盐粒,以及各种尘埃。尘埃的来源很多:有被风吹起的沙土;有火山喷发、流星燃烧所产生的细小颗粒及其他宇宙灰尘;还有花粉、细菌、病毒等组成的有机灰尘。可别小看这些尘粒,它们可是产生云和雾不可缺少的条件之一。这些尘粒中,有的易溶于水,有的不溶于水但能被水所润湿。它们都有一个共同的特点&&极易吸附水汽,成为水汽凝结的核心,具有促进水汽的凝结作用。因此,在气象学上把这些尘粒称为凝结核。
地球上江、河、湖、海以及陆地表面土壤、植物所含的水分,在光照、温度和风的作用下不断蒸发,变成水汽后进入大气层。水汽随着上升气流升入空中后,温度逐渐降低,到了一定高度,就会达到饱和或过饱和状态,在凝结核的作用下凝结成小水滴或凝华成小冰晶。无数的小水滴、小冰晶聚集在一起便形成了云。
一般情况下,云底距地面有一定的高度。如果云底接触到地面,这时的云便称为雾。因此,云和雾就像一对孪生兄弟一样,从本质上讲是没有区别的。
形成云的基本条件有三个:一是充足的水汽,二是有足够多的凝结核,三是使空气中的水汽凝结成小水滴或凝华成小冰晶时所需的足够的冷却。
云的生成、发展和消亡在一定程度上反映了大气中的水汽含量和大气状态的变化,与降水紧密关联,有预示未来天气变化的作用。 &云是天气的招牌&就是这个意思。
二、云的分类
云的分类有许多方法。
第一种,根据云的微结构,分为:水云(由小水滴组成)、冰云(由小冰晶组成)、冰水混合云(由小冰晶和小水滴组成)3类。
第二种,根据云体温度,分为:暖云、冷云2类。
第三种,根据云形成的物理过程以及具有的形态特征,分为:积状云、层状云、波状云3类。
第四种,根据云的外形特征、结构特点和云底高度,分为:低云、中云、高云3族。每个族又分若干个属,每个属又分若干个类。这是目前我国气象观测上使用的分类方法。
根据中国气象局2003年7月颁布的《地面气象观测规范》,将云分为3族、10属、29类。具体分类和特征如下:
1.低云族:分为积云、积雨云、层积云、层云、雨层云5属。
⑴ 积云(Cu)--垂直向上发展的、顶部呈圆弧形或圆拱形重叠凸起,而底部几乎是水平的云块。云体边界分明。
如果积云和太阳处在相反的位置上,云的中部比隆起的边缘要明亮;反之,如果处在同一侧,云的中部显得黝黑但边缘带着鲜明的金黄色;如果光从旁边照映着积云,云体明暗就特别明显。
积云是由气块上升、水汽凝结而成。
① 淡积云(Cu hum)--扁平的积云,垂直发展不盛,水平宽度大于垂直厚度。在阳光下呈白色,厚的云块中部有淡影,晴天常见。
② 碎积云(Fc)--破碎的不规则的积云块(片),个体不大,形状多变。
③ 浓积云(Cu cong)--浓厚的积云,顶部呈重叠的圆弧形凸起,很象花椰菜;垂直发展旺盛时,个体臃肿、高耸,在阳光下边缘白而明亮。有时可产生阵性降水。
⑵ (Cb)--云体浓厚庞大,垂直发展极盛,远看很象耸立的高山。云顶由冰晶组成,有白色毛丝般光泽的丝缕结构,常呈铁砧状或马鬃状。云底阴暗混乱,起伏明显,有时呈悬球状结构。
积雨云常产生雷暴、阵雨(雪),或有雨(雪)旛下垂。有时产生飑或降冰雹。云底偶有龙卷产生。
① 秃积雨云(Cb calv)--浓积云发展到鬃积雨云的过渡阶段,花椰菜形的轮廓渐渐变得模糊,顶部开始冻结,形成白色毛丝般的冰晶结构。
秃积雨云存在的时间一般比较短。
② 鬃积雨云(Cb cap)--积雨云发展的成熟阶段,云顶有明显的白色毛丝般的冰晶结构,多呈马鬃状或砧状。
⑶ (Sc)--团块、薄片或条形云组成的云群或云层,常成行、成群或波状排列。云块个体都相当大,其视宽度角多数大于5&(相当于一臂距离处三指的视宽度)。云层有时满布全天,有时分布稀疏,常呈灰色、灰白色,常有若干部分比较阴暗。
层积云有时可降雨、雪,通常量较小。
层积云除直接生成外,也可由高积云、层云、雨层云演变而来,或由积云、积雨云扩展或平衍而成。
① 透光层积云(Sc tra)--云层厚度变化很大,云块之间有明显的缝隙;即使无缝隙,大部分云块边缘也比较明亮。
② 蔽光层积云(Sc op)--阴暗的大条形云轴或团块组成的连续云层,无缝隙,云层底部有明显的起伏。有时不一定满布全天。
③ 积云性层积云(Sc cug)--由积云、积雨云因上面有稳定气层而扩展或云顶下塌平衍而成的层积云。多呈灰色条状,顶部常有积云特征。在傍晚,积云性层积云有时也可以不经过积云阶段直接形成。
④ 堡状层积云(Sc cast)--垂直发展的积云形的云块,并列在一线上,有一个共同的底边,顶部凸起明显,远处看去好象城堡。
⑤ 荚状层积云(Sc lent)--中间厚、边缘薄,形似豆荚、梭子状的云条。个体分明,分离散处。
⑷ (St)--低而均匀的云层,象雾,但不接地,呈灰色或灰白色。
层云除直接生成外,也可由雾层缓慢抬升或由层积云演变而来。可降毛毛雨或米雪。
碎层云(Fs)--不规则的松散碎片,形状多变,呈灰色或灰白色。由层云分裂或由雾抬升而成。山地的碎层云早晚也可直接生成。
⑸ (Ns)--厚而均匀的降水云层,完全遮蔽日月,呈暗灰色,布满全天,常有连续性降水。如因降水不及地在云底形成雨(雪)旛时,云底显得混乱,没有明确的界限。
雨层云多数由高层云变成,有时也可由蔽光高积云、蔽光层积云演变而成。
碎雨云(Fn)--低而破碎的云,灰色或暗灰色。不断滋生,形状多变,移动快。最初是各自孤离的,后来可渐并合。常出现在降水时或降水前后的降水云层之下。
2.中云族:分为高层云、高积云2属。
⑴ (As)--带有条纹或纤缕结构的云幕,有时较均匀,颜色灰白或灰色,有时微带蓝色。云层较薄部分,可以看到昏暗不清的日月轮廓,看去好象隔了一层毛玻璃。厚的高层云,则底部比较阴暗,看不到日月。由于云层厚度不一,各部分明暗程度也就不同,但是云底没有显著的起伏。
高层云可降连续或间歇性的雨、雪。若有少数雨(雪)旛下垂时,云底的条纹结构仍可分辨。
高层云常由卷层云变厚或雨层云变薄而成。有时也可由蔽光高积云演变而成。在我国南方有时积雨云上部或中部延展,也能形成高层云,但持续时间不长。
① 透光高层云(As tra)--较薄而均匀的云层,呈灰白色。透过云层,日月轮廓模糊,好象隔了一层毛玻璃,地面物体没有影子。
② 蔽光高层云(As op)--云层较厚,且厚度变化较大。厚的部分隔着云层看不见日月;薄的部分比较明亮一些,还可以看出纤缕结构。呈灰色,有时微带蓝色。
⑵ (Ac)--高积云的云块较小,轮廓分明,常呈扁圆形、瓦块状、鱼鳞片,或是水波状的密集云条。成群、成行、成波状排列。大多数云块的视宽度角在1-5&。有时可出现在两个或几个高度上。薄的云块呈白色,厚的云块呈暗灰色。在薄的高积云上,常有环绕日月的虹彩,或颜色为外红内蓝的华环。
高积云都可与高层云、层积云、卷积云相互演变。
① 透光高积云(Ac tra)--云块的颜色从洁白到深灰都有,厚度变化也大,就是同一云层,各部分也可能有些差别。云层中个体明显,一般排列相当规则,但是各部分透明度是不同的。云缝中可见青天,即使没有云缝,云层薄的部分,也比较明亮。
② 蔽光高积云(Ac op)--连续的高积云层,至少大部分云层都没有什么间隙,云块深暗而不规则。因为云层的厚度厚,个体密集,几乎完全不透光,但是云底云块个体依然可以分辨得出。
③ 荚状高积云(Ac lent)--高积云分散在天空,成椭圆形或豆荚状,轮廓分明,云块不断地变化着。
④ 积云性高积云(Ac cug)--这种高积云由积雨云、浓积云延展而成。在初生成的阶段,类似蔽光高积云。
⑤ 絮状高积云(Ac flo)--类似小块积云的团簇,没有底边,个体破碎如棉絮团,多呈白色。
⑥ 堡状高积云(Ac cast)--垂直发展的积云形的云块,远看并列在一线上,有一共同的水平底边,顶部凸起明显,好象城堡。云块比堡状层积云小。
3.高云族:分为卷云、卷层、卷积云3属。
⑴ (Ci)--具有丝缕状结构,柔丝般光泽,分离散乱的云。云体通常白色无暗影,呈丝条状、羽毛状、马尾状、钩状、团簇状、片状、砧状等。
卷云见晕的机会比较少,即使出现,晕也不完整。我国北方和西部高原地区,冬季卷云有时会下零星的雪。
日出之前,日落以后,在阳光反射下,卷云常呈鲜明的黄色或橙色。
我国北方和西部高原地区严寒季节,有时会遇见一种高度不高的云,外形似层积云,但却具有丝缕结构、柔丝般光泽的特征,有时还有晕,此应记为卷云。如无卷云特征,则应记为层积云。
① 毛卷云(Ci fil)--纤细分散的云,呈丝条、羽毛、马尾状。有时即使聚合成较长并具一定宽度的丝条,但整个丝缕结构和柔丝般的光泽仍十分明显。
② 密卷云(Ci dens)--较厚的、成片的卷云,中部有时有暗影,但边缘部分卷云的特征仍很明显。
③ 伪卷云(Ci not)--由鬃积雨云顶部脱离母体而成。云体较大而厚密,有时似砧状。
④ 钩卷云(Ci unc)--形状好象逗点符号,云丝向上的一头有小簇或小钩。
⑵ (Cs)--白色透明的云幕,日、月透过云幕时轮廓分明,地物有影,常有晕环。时云的组织薄得几乎看不出来,只使天空呈乳白色;有时丝缕结构隐约可辨,好象乱丝一般。我国北方和西部高原地区,冬季卷层云可以有少量降雪。
厚的卷层云易与薄的高层云相混。如日月轮廓分明,地物有影或有晕,或有丝缕结构为卷层云;如只辨日、月位置,地物无影,也无晕,为高层云。
① 毛卷层云(Cs fil)--白色丝缕结构明显,云体厚薄不很均匀的卷层云。
② 薄幕卷层云(Cs nebu)--均匀的云幕,有时薄得几乎看不见,只因有晕,才证明其存在;云幕较厚时,也看不出什么显明的结构,只是日月轮廓仍清楚可见,有晕,地物有影。
⑶ (Cc)--似鳞片或球状细小云块组成的云片或云层,常排列成行或成群,很象轻风吹过水面所引起的小波纹。白色无暗影,有柔丝般光泽。
卷积云可由卷云、卷层云演变而成。有时高积云也可演变为卷积云。
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云是怎样形成的
提问者采纳
而且当雪熔化后,再结成一层冰壳.冰雹大的有1kg左右、石块,小水滴和小冰晶越来越大,地表面的水蒸气遇到了冷物体,对农作物非常有害,既有凝华也有熔化还有凝固等云雨雾露雹霜雪空气里总是含有水蒸气的,小冰块就逐渐变大,这就是雾,可能发生霜冻现象.雪是农作物非常需要的,这种是冰雹,水蒸气就凝华成小冰晶,便会凝固成小冰块云的形成简单说是水蒸气到高空遇冷液化的小水珠或有些是凝华形成的小冰粒而形成云,地球表面的水大量蒸发,下降时,有利于来年的春耕播种,在结霜前后,在下落过程中,而成为白茫茫的霜,防止冰雹的形成,如遇上升气流,大量的小水滴和小冰晶就形成了天空中的云,人们常用炮轰等办法,这就形成了雨.如果雨在下落时,土壤内的水不易时冻时化,可使农作物的根部免受损害,尤为重要,当含有很多水蒸气的空气升入高空时,如此上下翻腾.随着气温的变化.露水与雾对农作物是有利的,骤然遇到0℃以下的冷空气,土壤表面有了积雪,表面部分可能熔化,但降雨时间.白天气温较高,能增加土壤中的水份,便液化成小水珠附着在这些物体上成为露珠,空中的水蒸气便会凝华成六角形的小冰晶,土壤的温度比较稳定,空气中的水蒸气很多,雪可以转化为雨,雨也可以转化为雪、雨量和降雨强度等必须适当.有时降落下来的是白色不透明的小冰粒,越来越重,又会被带到上层,降落下来就是雪.雨水是农作物的必要饮料,在缺乏雨水的炎热时期,当空气的浮力不再能支持它们时就会下落,当它们足够大时,从高空落下会砸坏庄稼,叫做霰,黎明前在地面附近的水蒸气,空气的温度低于0℃时,常呈球形或圆锥形.冬天,遇到温度较低的草木,最后,冰晶熔化成水滴与原来的水滴一起落到地面,这些物体的温度若是在0℃以下.在高空中,空气中的水蒸气就液化成小水珠凝结在浮尘物上,水蒸气温度降低就要液化成小水滴或凝华成小冰晶,上升气流托不住时才降落到地面.如空气中有较多的浮尘.在一定条件下,否则将影响农作物的收成.而冰雹形成过程较复杂
提问者评价
云的成因和成分
  漂浮在天空中的云彩是由许多细小的水滴或冰晶组成的,有的是由小水滴或小冰晶混合在一起组成的。有时也包含一些较大的雨滴及冰、雪粒,云的底部不接触地面,并有一定厚度。
  云的形成主要是由水汽凝结造成的。
  从地面向上十几公里这层大气中,越靠近地面,温度越高,空气也越稠密;越往高空,温度越低,空气也越稀薄。
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气体云是在宇宙发展到一定时期,宇宙中充满均匀的中性原子或分子气体云,大体积气体云由于自身引力而不稳定造成塌缩。目前认为恒星形成于致密的分子气体云中。这样恒星便进入形成阶段。在塌缩开始阶段,气体云内部压力很微小,物质在自引力作用下加速向中心坠落。当物质的线度收缩了几个数量级后,情况就不同了,一方面,气体的密度有了剧烈的增加,另一方面,由于失去的引力位能部分的转化成热能,气体温度也有了很大的增加,气体的压力正比于它的密度与温度的乘积,因而在塌缩过程中,压力增长更快,这样,在气体内部很快形成一个足以与自引力相抗衡的压力场,这压力场最后制止引力塌缩,从而建立起一个新的力学平衡位形,称之为星柸。性&&&&质中性原子或分子气体云塌缩阶段平衡的系统
星坯的力学平衡是靠内部压力梯度与自引力相抗衡造成的,而压力梯度的存在却依赖于内部温度的不均匀性(即星坯中心的温度要高于外围的温度),因此在热学上,这是一个不平衡的系统,热量将从中心逐渐地向外流出。这一热学上趋向平衡的自然倾向对力学起着削弱的作用。于是星坯必须缓慢的收缩,以其引力位能的降低来升高温度,从而来恢复力学平衡;同时也是以引力位能的降低,来提供星坯辐射所需的能量。这就是星坯演化的主要物理机制。
下面我们利用经典引力理论大致的讨论这一过程。考虑密度为 ρ、温度为T、半径为r的球状气云系统,气体热运动能量:
(1) 将气体看成单原子理想气体,μ为,R为气体普适常数
为了得到气云球的的引力能Eg,想象经球的质量一点点移到无穷远,将球全部移走场力作的功就等于-Eg。当球质量为m,半径为r时,从表面移走dm过程中场力做功:
dW=- =-G( )1/3m2/3dm
(2) 所以:-Eg=- ( )1/3m2/3dm= G( M5/3
于是: Eg=- (2),
气体云的总能量: E=ET+EG (3)
热运动使气体分布均匀,引力使气体集中。现在两者共同作用。当E&0时热运动为主,气云是稳定的,小的扰动不会影响气云平衡;当E&0时,引力为主,小的密度扰动产生对均匀的偏离,密度大处引力增大,使偏离加强而破坏平衡,气体开始塌缩。由E≤0得到产生收缩的临界半径 :
(4) 相应的气体云的临界质量为:
(5) 原始气云密度小,临界质量很大。所以很少有恒星单独产生,大部分是一群恒星一起产生成为星团。球形星团可以包含105→107个恒星,可以认为是同时产生的。
我们已知:太阳质量:MΘ=2×1033,半径R=7×1010,我们带入(2)可得出太阳收缩到今天这个状态以释放的引力能太阳的总光度L=4×1033erg.s-1如果这个辐射光度靠引力为能源来维持,那么持续的时间是:
很多证明表明,太阳稳定的保持着今天的状态已有5×109年了,因此,星坯阶段只能是太阳形成像今天这样的稳定状态之前的一个短暂过渡阶段。这样提出新问题,星坯引力收缩是如何停止的?此后太阳辐射又是以什么为能源?
主序星阶段在收缩过程中密度增加,我们知道ρ∝r-3,由式(4),rc∝r3/2,所以rc比 r减小的更快,收缩气云的一部分又达到新条件下的临界,小扰动可以造成新的局部塌缩。如此下去在一定的条件下,大块气云收缩为一个凝聚体成为原恒星,原恒星吸附周围气云后继续收缩,表面温度不变,中心温度不断升高,引起温度、密度和气体成分的各种核反应。产生热能使气温升的极高,气体压力抵抗引力使原恒星稳定下来成为恒星,恒星的演化是从主序星开始的。
恒星的成份大部分是H和He,当温度达到104K以上,即粒子的平均热动能达1eV以上,氢原子通过热碰撞就充分的电离了(氢的电离能是13.6eV),在温度进一步升高后,等离子气体中氢核与氢核的碰撞就可能引起核反应。对纯氢的高温气体,最有效的核反应系列是所谓的P-P链:
其中主要是2D(p,γ)3He反应。D含量只有氢的10-4左右,很快就燃完了。如果开始时D比3He含量多,则反应生成的3H可能就是恒星早期3He的主要来源,由于对流到达恒星表面的这种3He,有可能还保留到现在。
Li,Be,B等轻核和D一样结合能很低,含量只是H 的2×10-9K左右,当中心温度超过3×106K就开始燃烧,引起(p,α)和(p,α)反应,很快成为3He和4He。 中心温度达到107K,密度达到 105kg/m3左右时,产生的氢转化为He的41H→4He过程。这主要是p-p和CNO循环。同时含有1H和4He是发生p-p链反应,有以下三个分支组成:
p-p1(只有1H) p-p2(同时有1H、4He) p-p3
或假设1H 和4He的重量比相等。随温度升高,反应从p-p1逐渐过渡到p-p3,
而当T&1.5×107K时,恒星中燃烧H的过程就可过渡到以CNO循环为主了。
当恒星内混杂有重元素C和N时,他们能作为触媒使1H变为4He,这就是CNO循环,CNO循环有两个分支:
或总反应率取决于最慢的14N(p,γ)15O、15N的(p,α)和(p,γ)反应分支比约为2500:1。
这个比值几乎与温度无关,所以在2500次CNO循环中有一次是CNO-2。
在p-p链和CNO循环过程中,净效果是H燃烧生成He:
在释放出的26.7MeV能量中,大部分消耗给恒星加热和发光,成为恒星的主要来源。
主序星阶段前面我们提到恒星的演化是从主星序开始的,那么什么是主星序呢?等H稳定地燃烧为He时,恒星就成了主序星。人们发现有百分之八十至九十的恒星都是主序星,他们共同特征是核心区都有氢正在燃烧,他们的光度、半径和表面温度都有所不同,后来证明:主序星的定量上差别主要是质量不同,其次是他们的年龄和化学成份,太阳这段历程约千万年。
观察到的主序星的最小质量大约为0.1M⊙ 。模型计算表明,当质量小于0.08M⊙时,的收缩将达不到氢的点火温度,从而形不成主序星,这说明对于主序星它有一个质量下限。观察到的主序星的最大质量大约是几十个太阳质量。理论上讲,质量太大的恒星辐射很强,内部的能量过程很剧烈,因此结构也越不稳定。但是理论上没有一个质量的绝对上限。
当对某一星团作统计分析时,人们却发现主序星有一个上限,这说明什么?我们知道,主序星的光度是质量的函数,这函数可分段的用幂式表示 :
其中υ不是一个常数,它的值大概在3.5到4.5之间。M大反映主序星中可供燃烧的质量多,而L大反映燃烧的快,因此主序星的寿命可近似用M与L的商标来标志:
T∝M-(ν-1)
即主序星寿命随质量增大而按幂律减小,如果整个星团已存在的年龄为T,那就可以由T与M的关系式求出一个截止质量MT。质量大于MT的主序星已结束核心的H燃烧阶段而不是主序星了,这就是观察到由大量同年龄星组成的星团有上限的原因。
现在我们就讨论观测到的恒星中大部分是主序星的原因,表1根据一25M⊙的恒燃烧阶段 点火温度(K) 中心温度(g.cm-3) 持续时间(yr)
H 4×107 4 7×106
He 2×108 6×102 5×105
C 7×108 6×105 5×102
Ne 1.5×109 4×106 1
O 2×109 1×107 5×10-2
Si 3.5×109 1×108 3×10-3
燃烧阶段的总寿命 7.5×106
星演化模型,列出了各种元素的点火温度及燃烧所持续的时间。从表上看出,原子序数大的和有更高的点火温度,Z大的核不仅难于点火,点火后燃烧也更剧烈,因此燃烧持续的的时间也就更短。这颗25M⊙的 表1 25M⊙模型,模型星的燃烧阶段的总寿命为7.5×106年,而其中百分之九十以上的时间是氢燃烧阶段,即主星序阶段。从统计角度讲,这表明找到一颗处于主星序阶段的恒星几率要大。这正是观察到的恒星大多数为主序星的基本原因。主序后的演化由于恒星形成是它的主要成份是氢,而氢的点火温度又比其他元素都低,所以恒星演化的第一阶段总是氢的燃烧阶段,即主序阶段。在主序阶段,恒星内部维持着稳衡的压力分布和表面温度分布,所以在整个漫长的阶段,它的光度和表面温度都只有很小的变化 。下面我们讨论,当星核区的氢燃烧完毕后,恒星有将怎么进一步演化?
恒星在燃烧尽星核区的氢之后,就熄火,这时核心区主要是氢,他是燃烧的产物外围区的物质主要是未经燃烧的氢,核心熄火后恒星失去了辐射的能源,它便要引力收缩是一个起关键作用的因素。一个核燃烧阶段的结束,表明恒星内各处温度都已低于在该处引起点火所需要的温度,引力收缩将使恒星内各处的温度升高,这实际上是寻找下一次核点火所需要的温度,引力收缩将使恒星内各处的温度全面的升高,主序后的引力收缩首先点着的不是核心区的氦(它的点火温度高的太多),而是核心与外围之间的氢壳,氢壳点火后,核心区处于高温状态,而仍没核能源,他将继续收缩。这时,由于核心区释放的引力位能和燃烧中的氢所释放的核能,都需要通过外围不燃烧的氢层必须剧烈地膨胀,即让介质辐射变得更透明。而氢层膨胀又使恒星的表面温度降低了,所以这是一个光度增加、半径增加、而表面变冷的过程,这个过程是恒星从主星序向红巨星过渡,过程进行到一定程度,氢区中心的温度将达到氢点火的温度,于是又过渡到一个新阶段--氦燃烧阶段。
在恒星中心发生氦点火前,引力收缩以使它的密度达到了103g.cm-3的量级,这时气体的压力对温度的依赖很弱,那么核反应释放的能量将使温度升高,而温度升高反过来又加剧核反应速率,于是一旦点火,很快就会燃烧的十分剧烈,以至于爆炸,这种方式的点火称为&闪?,因此在现象上会看到恒星光度突然上升到很大,后来又降的很低。
另一方面,当引力收缩时它的密度达不到103g.cm-3量级,此时气体的压力正比与温度,点火温度升高导致压力升高,核燃烧区就会有所膨胀,而膨胀导致温度降低,因此燃烧就能稳定的进行,所以这两种点火情况对演化进程的影响是不同的。
恒星在发生&氦闪光&之后又怎么演变呢?闪光使大量能量的释放很可能把恒星外层的氢气都吹走,剩下的是氦的核心区。氦核心区因膨胀而减小了密度,以后氦就有可能在其中正常的燃烧了。氦燃烧的产物是碳,在氦熄火后恒星将有一个碳核心区氦外壳,由于剩下的质量太小引力收缩已不能达到碳的点火温度,于是他就结束了以氦燃烧的演化,而走向热死亡。
由于引力塌缩与质量有关,所以质量不同的恒星在演化上是有差别的。
M&0.08M⊙的恒星:氢不能点火,它将没有氦燃烧阶段而直接走向死亡。
0.08&M&0.35M⊙的恒星:氢能点火,氢熄火后,氢核心区将达不到点火温度,从而结束核燃烧阶段。
0.35&M&2.25M⊙的恒星:它的主要特征是氦会点火而出现&氦闪光&。
2.25&M&4M⊙ 的恒星:氢熄火后氢能正常地燃烧,但熄火后,碳将达不到点火温度。这里的反应有:
在He反应初期,温度达到108K量级时,CNO循环产生的13C,17O能和4He发生新的(α,n)反应,形成16O和20Ne,在He反应进行了很长时间后,20Ne(p,γ) 21Na(β+,ν) 21Na中的21Na以及14N吸收两个4He形成的22Ne能发生(α,n)反应形成24Mg和25Mg等,这些反应作为能源并不重要,但发出的中子可进一步发生中子核反应。
4&M&8→10M⊙的恒星,这是一个情况不清楚的范围,或许碳不能点火,或许出现&碳闪光&,或许能正常地燃烧,因为这是最后的中心温度已较高,一些较敏感的因素,如:中微子的能量损失把情况弄得模糊了。
He反应结束后,当中心温度达到109K时,开始发生C,O,Ne 燃烧反应,这主要是C-C反应,O-O反应,以及20Ne的γ,α反应:
8→10M⊙&M的恒星:氢、氦、碳、氧、氖、硅都能逐级正常燃烧。最后在中心形成一个不能在释放能量的核心区,核心区外面是各种能燃烧而未烧尽的氢元素壳层。核燃烧阶段结束时,整个恒星呈现由内至外分层(Fe,Si,Mg,Ne,O,C,He,H)结构。现在我们已经知道,对质量小于8→10M⊙的恒星,它会因不能到达下一级和点火温度而结束它的核燃烧阶段;对于质量更大的恒星,它将在核心区耗尽燃料之后结束它的核燃烧阶段,在这以后,恒星的最终归宿是什么?
一旦停止了核燃烧,恒星必定要发生引力收缩,这是因为恒星内部维持力学平衡的压力是与它的温度相联系的。因此,如果恒星在一?最终&的平衡位形,它必须是一个&冷的&平衡位形,即它的压力与它的温度无关。
主序星核心H耗尽后,离开主序是阶段开始了它最后的历程。结局主要取决于质量。对于质量很小的星体由于质量小,物体内部的自引力并不重要,固体内部的平衡是正负离子间的净库仑引力于电子间的压力来达到平衡的。
当星体质量在大些,直到自引力不可忽略时,这时自引力加大了内部的密度和压力,压力的加大是物质发生压力电离,从而逐渐是固体的电约束瓦解,而过渡为等离子气体。加大质量,即加大密度,此时压力于温度无关,从而达到一种&冷的&平衡位形,等离子体内电子的动能一大足以在物质内部引起β衰变:
这里p是原子核中的质子,这样的反应大致在密度达到108 g.cm-3的时候,它将逐渐地是负离子体中的原子核变为富中子核,原子核中出现过多的中子,导致核结构松散,当密度超过4×1011g.cm-3是中子开始从原子核中分力出来,成为自由中子,自引力于中子间压力达到平衡。如果当质量变大使中子气体间压力已不能抵御物质自引力,而形成,但由于大多数恒星演化后阶段使得质量小于它的初始质量,例如恒星风,&氦闪光&,超新星爆发等,它们会是恒星丢失一个很大的百分比质量,因此,恒星的终局并不是可以凭它的初始质量来判断的,它实际上取决于演化的进程。那么我们可以得出这样的结论。8→10M⊙以下的恒星最终间抛掉它的一部分或大部分质量而变成一个白矮星。8→10M⊙以上的恒星最终将通过星核的引力塌缩而变成中子星或黑洞。现在观测到的恒星质量范围为0.1→60M⊙质量小于0.08M⊙的天体不能达到点火温度。因此,不发光,不能成为恒星。质量大于60M⊙的天体中心温度过高而不稳定,至今尚未发现。
通过讨论我们大体可以了解到恒星的演化进程,主要经历:气体云→塌缩阶段→主序星阶段→主序后阶段→终局阶段。这对我们进一步了解恒星的演化有很重要的意义。
在地球上遥望夜空,宇宙是恒星的世界。
恒星在宇宙中的分布是不均匀的。从诞生的那天起,它们就聚集成群,交映成辉,组成双星、星团、……
恒星是在熊熊燃烧着的星球。一般来说,恒星的体积和质量都比较大。只是由于距离地球太遥远的缘故,星光才显得那么微弱。
古代的天文学家认为恒星在星空的位置是固定的,所以给它起名“恒星”,意思是“永恒不变的星”。可是我们今天知道它们在不停地高速运动着,太阳就带着整个太阳系在绕银河系的中心运动。但别的恒星离我们实在太远了,以至我们难以觉察到它们位置的变动。
恒星发光的能力有强有弱。天文学上用“光度”来表示它。所谓“光度”,就是指从恒星表面以光的形式辐射出的功率。恒星表面的温度也有高有低。一般说来,恒星表面的温度越低,它的光越偏红;温度越高,光则越偏蓝。而表面温度越高,表面积越大,光度就越大。从恒星的颜色和光度,科学家能提取出许多有用信息来。
历史上,天文学家赫茨普龙和首先提出恒星分类与颜色和光度间的关系,建立了被称为“赫-罗图的”恒星演化关系,揭示了恒星演化的秘密。“赫-罗图”中,从左上方的高温和强光度区到右下的低温和弱光区是一个狭窄的恒星密集区,我们的太阳也在其中;这一序列被称为主星序,90%以上的恒星都集中于主星序内。在主星序区之上是巨星和超巨星区;左下为白矮星区。
恒星诞生于太空中的星际尘埃(科学家形象地称之为“”或者“星际云”)。
恒星的“青年时代”是一生中最长的黄金阶段——主星序阶段,这一阶段占据了它整个寿命的90%。在这段时间,恒星以几乎不变的恒定光度发光发热,照亮周围的宇宙空间。
在此以后,恒星将变得动荡不安,变成一颗红巨星;然后,红巨星将在爆发中完成它的全部使命,把自己的大部分物质抛射回太空中,留下的残骸,也许是白矮星,也许是中子星,甚至黑洞……
就这样,恒星来之于星云,又归之于星云,走完它辉煌的一生。
绚丽的繁星,将永远是夜空中最美丽的一道景致。
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