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恒星结构

恒星以不同的方法将不同的层次的热量向上层并向外转移,主要是以对流和辐射转移,但是在白矮星热传导却非常重要。

质量和年龄不同的恒星,有着不同的内部结构恒星结构模型叙述恒星的详细结构,要能预测详细的光度、分类和演化。 [1]

在温度梯度足够时,对流是能量转移的主导方式,气体在一个特定的小包内,如果经由绝热过程轻微的上升,它便会在恒星内持续的上升。在这种情况下,如果它比周围的环境稍为温暖一些,上升中的小包是有浮力的,并且会继续上升;如果上升中的小包比周围的气体冷,它将会落回它原来的高度。在温度梯度较低和透明度低的区域,能量将通过辐射来转移,而辐射成为能量转移的主导。

主序星内部的结构取决于恒星的质量。

质量与太阳相近的恒星(0.31.5太阳质量),包括太阳,不需要太大的温度梯度,氢转换成氦的融合主要通过质子-质子链进行。因此,内部的能量转移辐射为主导。质量与太阳相近的恒星,在外围的部份温度够低,因此氢呈现中性,对紫外光是不透明的,所以对流成为主导。因此,质量与太阳相近的恒星有着辐射的核心,在外围则是对流的壳层。

质量稍大的恒星(质量大于1.5太阳质量),核心的温度大约超过(1.8×10^7)K,所以氢融合成氦的过程主要是碳氮氧循环。在碳氮氧循环,能量孳生率是温度的15次方,而质子-质子链的孳生率只是温度的4次方。由于碳氮氧循环对温度的高度敏感,在恒星内部的温度梯度已经足以在核心造成对流。在恒星的外围部份,温度梯度更低,但温度足够高到使得氢几乎完全都被电离,所以恒星仍然以紫外线的形式辐射出能量。所以大质量的恒星外面是辐射的壳层。

载主序带上值量最低的恒星没有辐射层,主导能量传输的机制是对流。巨星也几乎全都是对流。 [2]

恒星内部结构主要由它的质量化学成分和演化阶段(即年龄)来决定。在主星序阶段(见赫罗图)的星族I恒星的内部结构主要由质量来决定。质量大于 1.70M )(太阳质量)的星外部对流层(见太阳对流层)的影响可以忽略不计可看作完全是辐射层而中心部分有对流核心。质量在0.8~1.7M )范围内的恒星外部有相当大的对流层而中心部分的对流核心随质量的减小而减小。太阳内部从对流层底层到中心完全是辐射层。这和产能方式有关。大质量恒星的中心温度高产能机制主要是碳氮循环产能率和温度的高次方成正比。温度梯度高导致对流质量大于 2M )的恒星属于这种类型。质量小于0.8M )的恒星计算结果较侃o一般认为外部的对流层向内深入。对于0.64M )的恒星外部对流层厚度可达半径的1/3对于0.08~0.27M )的星对流层可以一直延伸到中心。恒星内部结构和它的中心温度密度和化学成分决定恒星中以哪种热核反应起主导作用而一旦新的热核反应发生又转而影响甚至决定恒星的结构和演化。此外还可以就不同元素氢氦碳氧等燃烧阶段来讨论恒星的内部结构。 恒星内部结构理论能说明赫罗图上恒星的分布和演化以及元素的合成和演化还可以阐明各种星团赫罗图的意义确定它们的年龄和距离对于了解恒星的本质和演化有很大作用。不过恒星内部结构理论也有某些不足之处。由于问题的复杂性在理论和计算上都不得不采取一些近似和简化方法因而结果往往不够精确。


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