环境学 – 星球及宇宙空间自然环境 – 第一章 宇宙和Endoria – 2.宇宙中的恒星和Endoria的恒星:Endsun

Endsun是Endsol的恒星,是一颗G8V主序星,表面温度5,500 K(光度0.93倍蓝星/地球所在星系的太阳)

① K 为热力学温度单位,热力学温度与摄氏温度的换算公式为:T=T0 +t,其中 T 为热力学温度,T 0=273.15 K,t 为摄氏温度,单位为°C。
② 核聚变是指质量小的原子,在一定条件下原子核相聚合,生成新的、质量更重的原子核,并释放出巨大的能量。


一般地,恒星都会源源不断地以电磁波的形式向宇宙空间放射能量,这种现象称为恒星辐射。恒星的能量
来自恒星内部的核聚变。恒星聚变速率通常有一条公式进行计算:。

恒星辐射所带来的能量是巨大的,它是一个恒星系中星球的主要源泉,我们必须要多想办法合理、环保地利用恒星能源为我们的物质生产服务!

地质研究表明,恒星辐射为我们生活、生产提供能量。恒星辐射除了直接被吸收、转化成热能外,还可以被捕获并存储,转换成其他能量。煤、石油等矿物燃料是一颗生命星球的地质历史时期生物固定并积累的恒星能(下文会进行详细讲述)。此外,早期核聚变/裂变的高温高压使基本粒子成团、重组,形成了多种类的行星核心,如铁,等等——基本恒星知识可以通过其他相关书籍和网络资料查找,此处不再详细讲述。

恒星的大气层

一般地,恒星的大气层可以分为三层:从里到外分为光球、色球和日
冕三个圈层。

在宇宙中,针对恒星“有多大”的问题。有一套公用的分类、定义标准:

其一是常见的是按照光谱区分,常见的恒星光谱有:M、K、G、F、A、B、O。

我们还发现了一些规律:由M到O类恒星:质量逐渐增加,金属含量逐渐减少,温度逐渐上升。恒星光谱中还有一个数字亚型。从0-9,金属含量依次增加。

最后,V代表主序星(矮星),I代表超巨星,II代表亮巨星,III代表巨星,IV代表亚巨星,VI代表亚矮星,VII代表白矮星(一种恒星遗骸),e代表发射星。

所以,排列起来,就如GV8,那就是G型8系数金属类主序星,也是Endsun的恒星类型。

好了,此处知识应当属于一般性基础知识(指搜索引擎可以找到的资料),其余内容不再详细描述。

一般恒星自然地从主序星到坍缩成白矮星/黑洞/中子星需要上百亿年的时间去处理它内部的恒星物质,对于一个文明来说,那完全是一个漫长的时间,可谓沧海桑田。就算一些高级文明可以使用超高科技进行对恒星能量的高效提取,在1000年内快速榨干一颗G型以上的恒星也并非易事。

恒星内部

恒星的内部结构由​​质量​​决定,如同“洋葱”般层层嵌套,每一层的物理状态(温度、压力、密度)与能量传递方式(辐射/对流)截然不同。
以下是典型恒星的内部结构拆解:

​1. 核心(Energy Factory)——恒星的“心脏”​

核心是恒星​​能量产生的源头​​,也是温度与压力最高的区域(如太阳核心温度约1500万℃,压力约2500亿大气压)。其物理状态由​​热核反应​​驱动,不同质量的恒星核心反应类型不同:

  • ​大质量恒星(>8倍太阳质量,如O型、B型星)​​:核心温度极高(>1亿℃),可依次启动​​氢→氦→碳→氧→硅→铁​​的链式聚变(“洋葱式”分层)。例如,核心先通过​​碳氮氧循环​​(CNO循环)将氢聚变为氦(产能效率高,依赖高温度),待氢耗尽后,核心收缩升温,点燃氦聚变(生成碳、氧);随后碳聚变(生成氖、镁)、氧聚变(生成硅、硫)、硅聚变(生成铁),最终形成​​铁核​​(铁的聚变需吸收能量,无法维持恒星稳定)。
  • ​中等质量恒星(如太阳,1倍太阳质量)​​:核心通过​​质子-质子链反应​​(PP链)将氢聚变为氦(产能效率较低,依赖高密度),核心温度约1500万℃,压力约2500亿大气压。氢耗尽后,核心收缩升温至1亿℃,启动​​氦闪​​(瞬间点燃氦聚变,生成碳、氧),形成​​碳氧核心​​。
  • ​小质量恒星(<0.8倍太阳质量,如M型红矮星)​​:核心温度较低(<1500万℃),仅能通过​​PP链​​进行氢聚变,且因质量小、引力弱,核心无法收缩升温至氦聚变阈值(1亿℃),因此​​一生仅能进行氢聚变​​,核心最终成为​​氦核​​。

​2. 辐射区(Radiation Zone)——能量的运输长廊​

辐射区位于核心与对流区之间,是​​光子传递能量​​的主要区域。此处温度(约100万-1500万℃)与压力(约100亿-2500亿大气压)仍极高,光子需经过​​反复吸收、再发射​​(如电子散射、原子吸收),才能穿透至外层,这个过程可能持续​​数十万年甚至数百万年​​(例如,太阳核心的光子到达表面需约10万年)。

  • ​分布规律​​:大质量恒星(如O型星)的辐射区​​较薄​​(仅占半径的10%-20%),因核心温度极高,辐射传递效率高;中等质量恒星(如太阳)的辐射区​​较厚​​(占半径的50%以上);小质量恒星(如红矮星)​​无明显辐射区​​,能量直接通过对流传递。

​3. 对流区(Convection Zone)——能量的搅拌器

对流区是恒星​​能量传递的最后一站​​,位于辐射区之外(或整个恒星内部,如红矮星),此处温度(约1000-100万℃)与压力(约100-100亿大气压)较低,能量通过​​物质的上下对流​​传递(类似烧开水时的热循环):高温等离子体上升(携带能量),冷却后下降(带回燃料),形成​​对流胞​​(如太阳表面的“米粒组织”)。

  • ​分布规律​​:
    • 大质量恒星(如O型星):对流区​​极薄​​(仅占半径的1%-5%),因核心辐射传递效率高,无需对流辅助。
    • 中等质量恒星(如太阳):对流区​​较厚​​(占半径的30%左右),位于辐射区之外,负责将核心能量传递至表面。
    • 小质量恒星(如红矮星,<0.8倍太阳质量):​​整个恒星都是对流区​​(全对流),因质量小、引力弱,内部温度梯度大,对流成为唯一有效的能量传递方式(这也是红矮星寿命极长的原因——全对流使燃料混合均匀,氢燃烧更充分)。

恒星的能量来自​​热核聚变​​(轻原子核融合为重原子核,释放能量),不同质量的恒星会有不同阶段的聚变启动情况:

​1. 氢聚变(主序星阶段):恒星之青年​

所有恒星的“青壮年”(主序星阶段)均以​​氢聚变​​为核心产能方式,持续时间占恒星寿命的​​90%以上​​:

  • ​大质量恒星(O型、B型)​​:氢聚变通过​​CNO循环​​进行(需碳、氮、氧作为催化剂),产能效率高(温度系数为15次方,即温度升高1倍,产能增加32768倍),因此主序星阶段​​极短​​(如30倍太阳质量的O型星,主序期仅约300万年)。
  • ​中等质量恒星(太阳)​​:氢聚变通过​​PP链​​进行(直接融合质子),产能效率低(温度系数为4次方),主序期​​较长​​(约100亿年)。
  • ​小质量恒星(红矮星)​​:氢聚变通过​​PP链​​进行,但因全对流使燃料混合均匀,氢燃烧​​更充分​​,主序期​​极长​​(如0.1倍太阳质量的红矮星,主序期可达​​1万亿年​​,远超宇宙当前年龄138亿年)。

​2. 氦聚变(红巨星/超巨星阶段):恒星之中年

当核心氢耗尽后,恒星进入​​暮年​​,核心收缩升温(因引力大于辐射压力),点燃​​氦聚变​​(生成碳、氧),此时外层氢壳层因温度升高而膨胀,恒星体积骤增(如太阳将膨胀至地球轨道附近,成为​​红巨星​​):

  • ​大质量恒星(>8倍太阳质量)​​:氦聚变后,核心继续收缩升温,依次启动碳、氧、硅聚变,直至形成​​铁核​​(铁的聚变需吸收能量,无法维持平衡)。
  • ​中等质量恒星(如太阳)​​:氦聚变生成碳、氧核心,因质量不足(<1.44倍太阳质量,钱德拉塞卡极限),无法点燃碳聚变,最终外层气体被抛射,形成​​行星状星云​​,核心坍缩为​​白矮星​​(由碳、氧组成,密度约1吨/立方厘公尺)。

​3. 铁聚变(超新星爆发):恒星已行将就木​

大质量恒星(>8倍太阳质量)的核心最终形成​​铁核​​(铁是聚变的“终点”,因铁的比结合能最高,聚变需吸收能量),此时引力彻底超过辐射压力,核心​​急剧坍缩​​(速度可达0.1倍光速),将电子挤入原子核(电子与质子结合为中子),释放​​海量中微子​​(带走99%的能量),随后外层物质被反弹激波抛射,形成​​超新星爆发​​(亮度可达整个星系的100倍)

但是,诸如超新星爆发此类的恒星凋亡即坍缩不仅是恒星的“死亡”,更是宇宙某处的物质开始进入了新的轮回,原因是明了的:

  • ​行星上重元素的来源​​:铁以上的重元素(如金、银、铀、钚等)均由超新星爆发或中子星合并产生,即那些原本的质子被重组,成各类元素原子,抛射到广大的宇宙空间中。例如,一颗固态行星上的金、银等重金属,均来自远古超新星爆发的“残骸”。
  • ​星际介质 ​​:爆发抛射的物质(约占总质量的90%)进入星际空间,与原有气体混合,形成新的分子云。这些分子云是下一代恒星、行星(包括地球)的“原料库”;
  • ​合适的固态行星若要有生命,仍需要物质,生命起源的基础正来源于此​​:碳、氧、氮等生命必需元素,均由恒星核聚变(包括超新星爆发)产生。可以说,没有远古时期某颗恒星的超新星爆发,就没有Endoria α上的生命,进而没有Enderman及其产生的文明。

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