【极大篇 | 第二章：宇宙的内容】 02 恒星为什么会发光

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严老师讲义 

天空中会发光的天体大多是恒星。只不过它们离地球太远，没有办法像太阳那样照亮我们的天空。

所以可以粗略的认为，夜晚天空中挂着的全是外太空的太阳。恒星可以说是宇宙中最重要的天体。

2.2.1 核聚变

首先要回答一个很重要的问题：恒星为什么会发光？答案是：核聚变。

根据爱因斯坦的质能方程，能量等于质量再乘以光速的平方。做一个简单的计算就可以知道，这种能量的释放是极其巨大的。

核聚变就是这样的反应：比较轻的原子相互碰撞，结合成比较重的原子。在结合的过程中会亏损一部分质量，以能量的形式释放出来。

虽然亏损的质量很小，但是由于能量等于质量乘以光速的平方，所以转换后的能量仍然十分巨大。

那要在什么情况下，才能发生核聚变呢？答案是：温度要足够高。

两个比较轻的原子要聚合在一起，前提是这两个原子要以非常高的速度相互撞击。

但是原子的结构是非常稳固的，要让它们结合在一起，一个原子要打破另外一个原子的结构，就好像要穿透一层厚厚的装甲一样，需要用速度极快的炮弹去轰击。

氘氚聚变反应

要想发生核聚变，就需要使聚变的原子运动速度非常快，也就是动能要非常大。

2.2.2 恒星发光的原因

那为什么恒星能够发生核聚变呢？关键原因还是质量要足够大。因为只有质量足够大，才能给原子带来足够大的动能。

一个质量越大的天体，它表面的万有引力就越大。那么在天体内部越深的位置，物质要承受它上方所有其它物质的重力就越大，那么该点的压强就越大。

而压强和温度有一个关系，那就是在一定的体积内，压强越大，温度就越高。

这样的生活经验大家都有，比方说给自行车轮胎打气，气打的越足打气筒就会越热。所以越大的压强对应于越高的温度。

那温度又是什么呢？中学课本里有一个定义：温度是物体的冷热程度。但是这种说法并没有触及温度的本质。

冷或者热，都是人体的主观感受，并不是物理学的表达。温度的物理定义，就是物体内部微观粒子运动速度的快慢，或者说微观粒子动能的高低。

所以根据上面的推理，当天体的质量越大，内部微观粒子的运动速度就越快。

当恒星中微观粒子的运动速度快到一定程度的时候，达到了可以让核聚变发生的极限，恒星就被“点燃”了，就开始了发光发热的过程。

发生核聚变反应以后，释放的热量会进一步提升恒星的温度，可以让核聚变持续进行下去。

新产生的能量会被释放到宇宙空间中，最终达到一种动态平衡，恒星也会保持一个相对稳定的温度。

所以要让天体成为恒星，必然是有一个最小的临界质量。高于这个质量的天体，才会成为一颗恒星。那这个质量是多少呢？

大约是太阳质量的70%，低于这个质量，就无法成为一颗发光发热的恒星。

当然，光有质量还不够，这颗恒星上的物质必须能够发生核聚变反应。比如太阳主要由氢元素和它的同位素构成，这些都是核聚变反应的原料。

但是恒星的能量也不是无限的，总会有消耗殆尽的一天。那么恒星燃烧完了之后会变成什么呢？恒星的“生命”有没有终点呢？