三、黑洞-课.ppt

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1、恒星世界与黑洞一、恒星世界恒星是熊熊燃烧着的火球，依靠热核反应产生能量，能够在相当长的时间内稳定地发光发热。恒星的距离远（仙女座星云距离约为200万光年）。恒星的体积相差较大（由太阳直径的几百甚至一、二千倍直到不及太阳的十分之一）。恒星的质量差异很大（太阳质量的120倍到0.1倍）。恒星的密度差异惊人（大多数恒星的密度均在水密度的1/100~10倍之间。）恒星的寿命差别很大（一般来说，质量越大，寿命越短。一百多亿年到几百万、几千万年。）恒星的星等和光度星等：公元前2世纪，希腊天文学家依巴谷就把肉眼能见的星星分成6个等级，最亮的星

2、为1等，最暗的星为6等。在19世纪，确定1等星比6等星亮100倍。把比1等星更亮的天体定为0等、-1等、……，而把比6等星更暗的天体定为7等、8等、……。例如，太阳的星等为-27等，满月时的月球为-13等。现在，天文学家用集光能力最大的天文望远镜观测到的最暗的天体，已经暗于25等，它们比一支离开观测者63千米的蜡烛光还暗。光度：恒星的发光强度称为光度，就是指从恒星表面以光的形式辐射出的功率。恒星表面的温度越低，它的光越偏红；温度越高，光则越偏蓝。表面温度越高，表面积越大，光度就越大。光度最大的恒星，可达太阳光度的100万倍；而光

3、度最小的恒星，约只有太阳光度的100万分之一。在天文学中，把光度大的恒星，称为巨星；光度小的恒星，称为矮星。光度比通常的巨星还要大的恒星，则称为超巨星。恒星的“温度—光度”图——赫罗图从图中可以看出，炽热明亮的蓝巨星位于左上方，而比较冷且暗的红矮星分布在图的右下角。90%的恒星都位于从左上方到右下方的一条很窄的带上，这条窄带就叫“主星序”。处于“主星序”上的恒星被称为主序星，它们都处于一生中的氢核反应阶段。当恒星核的氢烧完后，它们就离开主序，开始了氦核反应继而成为红巨星。最终红巨星坍缩，温度上升，成为白矮星。根据恒星的温度或颜色

4、可把恒星分成以字母O、B、A、F、G、K、M表示的七种类型。O型是热的蓝星，M型则是较冷的红星。恒星起源和演化分为四个阶段：恒星产生于原始的分子星云（如图）。天体是大量物质的凝聚，引力使天体物质凝聚收缩时就要释放出能量。引力收缩阶段—恒星的幼年期（“星胚”）最年轻的行星状星云ngc3132行星状星云主序星阶段—恒星的中年期恒星“点燃”后，核反应的外爆辐射压力与恒星的自身引力平衡，使恒星处于不收缩也不膨胀的相对平衡状态，同时还向外辐射巨大的能量。这是恒星一生中最为壮丽辉煌的中青年期，——“主序星阶段”。红巨星阶段—恒星的老年期当核

5、心的氢逐渐耗尽而形成“氦核”时，引力重压没有辐射压平衡，星体中心区被压缩，使温度急剧上升。中心氦核的温度升高后，使紧贴“氦核”周围尚未燃烧的氢氦混合气体受热，又使氦核外的氢进一步点燃。这使得氦球逐渐增大，氢燃烧层也向外扩展，从而使星体外层物质受热膨胀起来变为红巨星。白矮星和中子星阶段——恒星的临终期红巨星或超巨星内部能产生热核反应的物质都耗尽时，它的末日也就来临。此时，根据质量的不同，恒星分别演化为“白矮星”、“中子星”、“黑洞”。质量小于3.5个太阳，演变成为白矮星氦用完后，恒星的核将开始收缩，剩余的氦又开始燃烧，致使它的外壳

6、再度膨胀，并且向外层空间抛射物质，形成一个“行星状星云”，而其星核再次坍缩。当星核的密度达到100g/cm3时，其中的电子被挤压到了不能再紧密的地步，坍缩也就停止了。等到这个垂死的恒星将它的外壳全部抛出后，它的核就裸露出来了。这个核是炽热的，温度约为摄氏两万五千度，但体积却特别小，只有地球那么大，被称之为“白矮星”。现在已经观测到的白矮星有1000颗以上。白矮星由于宇宙中一半以上的恒量拥有伴星，如果其中的一颗成了白矮星，另一颗是主序星，那么白矮星就会从它的伴星中拽出物质。物质在白矮星周围聚集，达到很高的温度，发生核聚变并且发生强

7、烈的辐射，称这种现象为“新星”，这样的双星系统叫做“密近双星”。大质量恒星在经历了超巨星阶段后就可能发生超新星爆发。超新星爆发后大约要经过一年的时间渐渐暗淡下来，遗留下爆发后的星云状遗迹，被称为“超新星遗迹”。剩余的那个已经死亡的恒星核便由其质量决定而生成为中子星或者黑洞。中子星中国南宋的天象官最早观测到的一次超新星爆发的记载及其产物“蟹状星云”的照片。1．科学家的预言(1).拉普拉斯预言的黑洞1798年，法国天文学家皮埃尔·西蒙·马奎·德·拉普拉斯（1749～l827年）提出：一个密度如地球而直径为太阳550倍的天体，通过引力

8、的吸引作用，可以将全部光线捕获，成为不可见的天体，成为人们看不见的“黑洞”。拉普拉斯的预言，初看好像很“离奇”，其实它是建立在牛顿经典力学基础上的。二、黑洞卫星能绕地球运行的发射速度——“第一宇宙速度”其中G为引力常数，M为地球质量，R为地球半径。飞船脱离地球的