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文檔簡(jiǎn)介
1、恒星的一生教學(xué)設(shè)計(jì)科學(xué)(浙教版)九年級(jí)下冊(cè) 第1章 第3節(jié) 一、教材分析本節(jié)設(shè)一課時(shí)。本課時(shí)是浙教版教材科學(xué)九年級(jí)上冊(cè)第一章第三節(jié)的內(nèi)容,前2節(jié)學(xué)習(xí)了宇宙的起源大爆炸理論、太陽系的形成星云學(xué)說,這一節(jié)要對(duì)宇宙觀有一個(gè)整體的認(rèn)識(shí),了解恒星一生的演化過程。人類對(duì)宇宙來說太短暫了,對(duì)宇宙某個(gè)恒星的觀察會(huì)認(rèn)為沒有什么變化的,自從有了哈勃望遠(yuǎn)鏡,天文學(xué)家們獲得了大量沒有受大氣層干擾的重要數(shù)據(jù),通過大量信息和合理的假設(shè),天文學(xué)家們建立宇宙大爆炸理論,恒星的一生一節(jié)所描述的是該理論體系中關(guān)于恒星運(yùn)動(dòng)的理論,有一定觀測(cè)依據(jù)作支撐。本節(jié)。對(duì)前2節(jié)作小結(jié)二、學(xué)情分析關(guān)于宇宙的知識(shí),學(xué)生知道的很少,但非常感興趣。在
2、小學(xué)和七年級(jí)時(shí)有過關(guān)于宇宙的點(diǎn)滴了解,關(guān)于銀河系、太陽系了解稍多一些。本章1-3節(jié)介紹的內(nèi)容與學(xué)生的生活常識(shí)相差甚遠(yuǎn)。而宇宙中的各種“特別的恒星”如紅巨星、白矮星、暗矮星、超新星、中子星與黑洞等“恒星”的不同發(fā)展階段學(xué)生非常的陌生,但又聽說過這些名稱。因此要讓學(xué)生對(duì)恒星的一生建立整體概念要通過視屏、圖片來建立感性認(rèn)識(shí),再通過教師的講述建立理性概念。恒星在不同的階段演化的過程要涉及復(fù)雜的物理學(xué)專業(yè)知識(shí),對(duì)于九年級(jí)的學(xué)生知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,因此教師要深入淺出的講述,不要涉及深?yuàn)W的物理知識(shí),但學(xué)生很有熱情了解,要鼓勵(lì),并告訴學(xué)生這里大有學(xué)問,有志者可以將來去從事天文研究。三、教情分析恒星的一生內(nèi)容屬于
3、天文知識(shí),現(xiàn)在在初中任教的科學(xué)教師幾乎都沒有系統(tǒng)接受過這方面的學(xué)習(xí),甚至培訓(xùn)都沒有。所以這些知識(shí)對(duì)教師本身就是極大的挑戰(zhàn)。教師們大都從網(wǎng)上查閱了一些知識(shí),再結(jié)合教材、教參一整合,就將這些教師自認(rèn)為正確的知識(shí)教下去了。這個(gè)現(xiàn)狀目前暫時(shí)難以改變,教師們對(duì)這些內(nèi)容的教學(xué)目標(biāo)應(yīng)更多注重學(xué)生學(xué)科情感的培養(yǎng),知識(shí)點(diǎn)的講述也得告訴學(xué)生這是目前被大多數(shù)人接受的,有待于發(fā)展。不要將知識(shí)說死。四、設(shè)計(jì)理念1.盡可能啟發(fā)學(xué)生的想像力和對(duì)科學(xué)的興趣。由于學(xué)生從前兩節(jié)中,對(duì)宇宙的知識(shí) 、對(duì)星云學(xué)說有所了解,對(duì)恒星的變化渴望了解,因此教授本課時(shí)內(nèi)容著眼點(diǎn)不在于學(xué)生記住多少知識(shí)而在于對(duì)宇宙的了解有更濃厚的興趣。2.本節(jié)內(nèi)容
4、的學(xué)習(xí)時(shí)間是在學(xué)生中考前的最后一個(gè)學(xué)期,大環(huán)境迫使師生已經(jīng)帶上了強(qiáng)烈的升學(xué)意識(shí),甚至?xí)车暨@節(jié)課而去做一些中考有關(guān)的題。鑒于此,這節(jié)課更可能是學(xué)生難以忘懷的課,用豐富的畫面,生動(dòng)的視頻和充滿對(duì)科學(xué)的憧憬的講解,充分調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)欲望,也調(diào)節(jié)緊張的學(xué)習(xí)氣氛。五、教學(xué)目標(biāo) 1知識(shí)目標(biāo):(1)認(rèn)識(shí)恒星的不同發(fā)展階段:紅巨星、超新星、白矮星、暗矮星和黑洞(2)了解太陽一生的演化過程(3)知道大質(zhì)量恒星的演化過程和小質(zhì)量恒星的演化過程。2能力目標(biāo):(1)培養(yǎng)學(xué)生收集信息的能力和處理信息能力(2)培養(yǎng)學(xué)生探索宇宙的興趣和獲取新知識(shí)的欲望3情感、態(tài)度、價(jià)值觀目標(biāo)(1)感悟人類(科學(xué)家)對(duì)科學(xué)知識(shí)的探索和追求,學(xué)習(xí)
5、辨證分析的方法和態(tài)度(2)感悟科學(xué)家利用有限證據(jù)和一定理論大膽建立科學(xué)假設(shè)的精神,不斷尋找新證據(jù)來證實(shí)或修正假設(shè),使理論趨向完善。教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn) 重點(diǎn):通過對(duì)大質(zhì)量恒星和小質(zhì)量恒星的演變過程的學(xué)習(xí)建立科學(xué)探究的興趣難點(diǎn):從認(rèn)識(shí)許多特別的“恒星”到認(rèn)識(shí)科學(xué)家所描繪的小質(zhì)量恒星演化過程或大質(zhì)量演化過程的思維臺(tái)階是學(xué)生的困難。六、教法與學(xué)法(1)問題式預(yù)習(xí):教師給出問題,讓學(xué)生查閱資料和交流資料(2)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué) 學(xué)生利用利用多媒體展示資料,圖片。 教師利用多媒體展示圖片,視頻。(3)情境教學(xué) 讓學(xué)生設(shè)想太陽將如何演化下去,太陽將如何走向死亡。(4)激勵(lì)性教學(xué)教師把自己定位為“主持人”,把機(jī)會(huì)讓給
6、學(xué)生,教師要設(shè)疑、啟發(fā)、引導(dǎo)、激勵(lì)、撫慰,讓學(xué)生展示各種能力。七、課前準(zhǔn)備(1)教師閱讀教材、閱讀教參、查閱有關(guān)資料。(2)教師設(shè)計(jì)教學(xué)模式,制作課件(3)教師根據(jù)教學(xué)設(shè)計(jì)分工定出學(xué)生要查閱的資料,之后了解學(xué)生查閱了哪些資料,如何進(jìn)行課堂展示,學(xué)生展示需要什么工具等。(4)做好課堂多媒體展示的各項(xiàng)準(zhǔn)備(注意視頻能否放)教師有必要看的課外資料:(1)浙江省臺(tái)州初級(jí)中學(xué) 金京生老師的一篇講稿演化的自然,了解本章綜述。(2)閱讀師天一的博客 譯文恒星的一生(3)從網(wǎng)上閱讀視頻恒星的一生。(4)從網(wǎng)上閱讀各種特別的恒星:紅巨星、超紅巨星、白矮星、黑洞、超新星、行星狀星云。布置學(xué)生查閱的資料:(1)將學(xué)
7、生分成紅、藍(lán)兩隊(duì)讓學(xué)生自己討論設(shè)想是否會(huì)走向死亡并說說走向死亡的方法。明天上課派對(duì)表表述。(2)從下列各種特別的恒星中選擇一項(xiàng),查閱有關(guān)資料。可以從網(wǎng)絡(luò)、雜志、圖書館有關(guān)書籍里查。各種特別的恒星:紅巨星、超紅巨星、白矮星、黑洞、超新星、行星狀星云。每一位學(xué)生都要做。八、教學(xué)過程教學(xué)流程教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖引入直接引入:科學(xué)家曾預(yù)言:太陽會(huì)走向死亡,你們認(rèn)為呢?學(xué)生演說時(shí)作合適的點(diǎn)評(píng)安排兩位學(xué)生分別代表兩個(gè)小組上臺(tái)演說。讓學(xué)生以主體身份進(jìn)入課堂感受科學(xué)觀測(cè)科學(xué)家們?yōu)榱俗C明預(yù)言是否成立并逐步完善演化理論,做了大量觀測(cè)。請(qǐng)同學(xué)們來展示你們查閱到的資料。學(xué)生用圖片和文字展示所查到的各種特別的恒星。
8、展示并交流學(xué)生查閱的成果,肯定學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力并給予指導(dǎo)。感受科學(xué)觀測(cè)同學(xué)們查閱了大量資料,老師也查找了一些,有一些是同學(xué)們中沒出現(xiàn)過的,我與大家分享。展示并介紹。圖片和資料在后面附錄里。學(xué)生集體觀看照片被照片震撼學(xué)生觀看后交流與猜測(cè)交流后提出問題。充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的思維,培養(yǎng)學(xué)生的觀察、思考、猜測(cè)、驗(yàn)證、交流、討論的能力。提問思考看了科學(xué)家們得觀測(cè)記錄,同學(xué)們對(duì)恒星演化有怎樣的猜想學(xué)生提出猜想學(xué)生猜想很不成熟但還是培養(yǎng)猜想能力,觀看視頻領(lǐng)悟科學(xué)家的猜想下面請(qǐng)同學(xué)們觀看科學(xué)家們得猜想學(xué)生集體觀看視頻從視頻中領(lǐng)悟科學(xué)家的猜想及已有的實(shí)證學(xué)生向科學(xué)家學(xué)習(xí)觀察、思考、猜測(cè)、驗(yàn)證等科學(xué)探究能力教師講述通過
9、觀看視頻,我們可以描繪出三類恒星的演化過程學(xué)生聽講培養(yǎng)學(xué)生歸納提升能力。小結(jié)通過今天的學(xué)習(xí)你知道了哪些新的知識(shí)?有了怎樣的新感悟?能力有何提升?回顧新知鞏固。作業(yè)1、作業(yè)本2、上網(wǎng)收集資料,編寫“超大質(zhì)量恒星的一生”。課后完成鞏固新知培養(yǎng)科學(xué)精神培養(yǎng)利用網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的能力。九、板書設(shè)計(jì) 十、附錄資料1.紅巨星哈勃于1997年拍攝的紅巨星苧藁增二紅巨星是一種演化晚期的恒星,廣義上包括氫燃燒以后離開主星序的所有的大光度的恒星,它們位于赫羅圖的右方或右上方,屬于巨星支或超巨星支,通常這些巨星支或超巨星支的恒星大部分是體積和光度均很大的K型星和M型星,因而是光色發(fā)紅的低溫恒星,故稱為紅巨星。2. 行星狀星
10、云哈勃太空望遠(yuǎn)鏡拍攝到銀河系內(nèi)罕見的行星狀星云NGC 2818 行星狀星云實(shí)質(zhì)上是一些垂死的恒星拋出的塵埃和氣體殼,直徑一般在一光年左右。由質(zhì)量小于太陽十倍的恒星在其演化的末期,其核心的氫燃料耗盡后,不斷向外拋射的物質(zhì)構(gòu)成。行星狀星云是指外形呈圓盤狀或環(huán)狀的并且?guī)в邪等跹由煲暶娴男窃疲瑢儆诎l(fā)射星云的一種。在望遠(yuǎn)鏡中看去,它具有像天王星和海王星那樣略帶綠色而有明晰邊緣的面。 行星狀星云呈圓形、扁圓形或環(huán)形,有些與大行星很相像,因而得名。3. 超新星 哈勃太空望遠(yuǎn)鏡拍攝到這張蜘蛛星云的精美近照,這是蜘蛛星云的廣角圖片,它顯示了超新星殘余物NGC 2060、超新星SN 1987a的殘余物,以及恒星簇
11、RMC 136。超新星爆發(fā)事件就是一顆大質(zhì)量恒星的“暴死”。對(duì)于大質(zhì)量的恒星,如質(zhì)量相當(dāng)于太陽質(zhì)量的820倍的恒星,由于質(zhì)量的巨大,在它們演化的后期,星核和星殼徹底分離的時(shí)候,往往要伴隨著一次超級(jí)規(guī)模的大爆炸。這種爆炸就是超新星爆發(fā)?,F(xiàn)已證明,1572年和1604年的新星都屬于超新星。在銀河系和許多河外星系中都已經(jīng)觀測(cè)到了超新星,總數(shù)達(dá)到數(shù)百顆??墒窃跉v史上,人們用肉眼直接觀測(cè)到并記錄下來的超新星,卻只有6顆。4.白矮星“哈勃”太空望遠(yuǎn)鏡2004年拍攝的照片形成“貓眼”星云的恒星正在加速走向滅亡,一顆白矮星清晰可見。白矮星(White Dwarf)是一種低光度、高密度、高溫度的恒星。因?yàn)樗念?/p>
12、色呈白色、體積比較矮小,因此被命名為白矮星。白矮星是一種晚期的恒星。根據(jù)現(xiàn)代恒星演化理論,白矮星是在紅巨星的中心形成的。白矮星是一種很特殊的天體,它的體積小、亮度低,但質(zhì)量大、密度極高。5.中子星 1968年在SN1054遺跡即蟹狀星云中發(fā)現(xiàn)一顆脈沖星(即中子星) 質(zhì)量比太陽大8倍的恒星,它在爆發(fā)坍縮過程中產(chǎn)生的巨大壓力,使它的物質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生巨大的變化。在這種情況下,不僅原子的外殼被壓破了,而且連原子核也被壓破了。原子核中的質(zhì)子和中子便被擠出來,質(zhì)子和電子擠到一起又結(jié)合成中子。最后,所有的中子擠在一起,形成了中子星。顯然,中子星的密度,即使是由原子核所組成的白矮星也無法和它相比。在中子星上,每立
13、方厘米物質(zhì)足足有一億噸重甚至達(dá)到十億噸。 6. 黑洞2011年8月24日?qǐng)?bào)道,天文學(xué)家近日首次抓拍到黑洞吞噬恒星的過程。黑洞是一種引力極強(qiáng)的天體,就連光也不能逃脫。當(dāng)恒星的半徑小到一定程度時(shí),就連垂直表面發(fā)射的光都無法逃逸了。這時(shí)恒星就變成了黑洞。說它“黑”,是指它就像宇宙中的無底洞,任何物質(zhì)一旦掉進(jìn)去,“似乎”就再不能逃出。由于黑洞中的光無法逃逸,所以我們無法直接觀測(cè)到黑洞。然而,可以通過測(cè)量它對(duì)周圍天體的作用和影響來間接觀測(cè)或推測(cè)到它的存在。恒星的一生當(dāng)我們觀看天穹上的恒星時(shí),我們會(huì)得到恒星很少變化的印象。確實(shí),我們今天所看到的星空與我們的古人在5000年前所看到的并無顯著區(qū)別。那時(shí)的人們
14、首先把恒星同諸如與巨熊相似的大熊座、與公牛相似的公牛座、與螃蟹相似的巨蟹座等星座相聯(lián)系。 但是,恒星在變化,就象我們?nèi)祟愐粯?,有它的誕生、成長(zhǎng)和死亡。與我們?nèi)祟惖膸装偃f年歷史相比,恒星的壽命是太漫長(zhǎng)了,所以我們只是偶爾看到恒星在我們眼前變化。 然而,天文學(xué)家卻能通過辨認(rèn)處于不同時(shí)期的恒星來推斷恒星的一生經(jīng)歷。類推法能提供一種思路。設(shè)想有一個(gè)火星人來到地球上,只在一群買東西的人中間停留片刻,所以看不出有人在他面前變老,但他看到了許多處于不同時(shí)期的人:嬰兒、老人、中年人、婦女。根據(jù)這些情況,火星人就可推
15、斷出人們是如何由小到大并最終進(jìn)入生命的終點(diǎn)的。 類似的,天文學(xué)家能夠辨認(rèn)出正在誕生的恒星、處于中年的恒星和垂死的恒星。那么,天文學(xué)家是如何知道一顆恒星正處于它一生中的那個(gè)時(shí)期的呢?這個(gè)答案來自基于物理定律詳述恒星一生的理論。這個(gè)“恒星演化”理論是20世紀(jì)自然科學(xué)的偉大成就之一。 恒星是從無限的宇宙中誕生的 恒星是從彌漫在整個(gè)宇宙中稀薄氣體中誕生的。這種氣體主要是是氫原子所組成,還含少量的氦。在有些地方,這種氣體一塊聚集在十分濃厚的氣體云之中。 根據(jù)引力
16、理論,這種氣體云的自身引力把它自身吸引住。這會(huì)把氣體云往自身內(nèi)部拉,把它壓縮得具有更高的密度。氣體云的中心應(yīng)是最濃密的區(qū)域。天學(xué)家料想到,在那里有些氣體凝聚為一個(gè)個(gè)單獨(dú)“氣團(tuán)”。每個(gè)氣團(tuán)都依靠它自身引力保持在一起。當(dāng)氣體被壓縮時(shí),它就變得更熱,以致在每個(gè)氣團(tuán)的中心處溫度上升到1000萬度(絕對(duì)溫度),熱得足以進(jìn)行熱核反應(yīng)。這種核反應(yīng)把氫聚變?yōu)楹げa(chǎn)生出巨大的能量。其結(jié)果使氣團(tuán)開始發(fā)光:一顆恒星就誕生了。 遺憾的是普通望遠(yuǎn)鏡不能真切地向我們展示恒星在星際氣體云中誕。問題出在那些與氣體一起分布在宇宙空間中象煙灰微粒那樣大小的塵埃。在塵埃比較集中的濃厚
17、的氣體云中,塵埃微粒吸收通過氣體云的光。其結(jié)果是,我們能在遙遠(yuǎn)的恒星背景上看到如一個(gè)暗斑似的星云。最著名的暗星云就是煙袋星云,它在南半球用肉眼就看得見。塵埃也妨礙我們看出正在誕生恒星的暗星云中在發(fā)生什么事情。 最近幾年,天文學(xué)家解決了這個(gè)問題。他們制成了能辨認(rèn)紅外輻射的望遠(yuǎn)鏡,用以代替光學(xué)望遠(yuǎn)鏡。在宇宙空間中,塵埃微粒并不吸收紅外輻射,所以紅外望遠(yuǎn)鏡能辨認(rèn)出來自濃厚氣體云中的紅外輻射,可以"看到"恒星在那里誕生。在紅外望遠(yuǎn)鏡中,最有成效的是安裝在1983年射入軌道的一顆人造衛(wèi)星的窗舷上的那架望遠(yuǎn)鏡。紅外天文衛(wèi)星(IRAS)發(fā)現(xiàn)
18、數(shù)以千計(jì)的年輕的恒星隱藏在星云深處。 天文學(xué)家發(fā)現(xiàn),氣團(tuán)以差別很大的方式瓦解。氣團(tuán)的中心部分很快地往里收縮,而其外部則以較慢的速度隨之收縮。氣團(tuán)也在緩慢地自轉(zhuǎn),但隨著氣團(tuán)外部往里收縮,它如同慢速旋轉(zhuǎn)的滑冰者將手臂收攏時(shí)開始加快旋轉(zhuǎn)。其結(jié)果是,這個(gè)內(nèi)部轉(zhuǎn)得迅速的氣團(tuán)形成一個(gè)園盤,在其中心處氣體被壓縮得足以通過核反應(yīng)而形成恒星。在這個(gè)園盤里,分布其中的氣體和塵埃最終形成一系列環(huán)繞新生恒星的行星。 一旦恒星發(fā)光,它就產(chǎn)生一股強(qiáng)烈的熱氣體"風(fēng)",沿著不同的方向從園盤的上下左右向外涌流,遠(yuǎn)
19、離從觀察者看來是隱藏著恒星的大部分原始?xì)怏w云。于是,我們就能用一架普通望遠(yuǎn)鏡看到這些年輕的恒星。它們照亮了來自原始星云的最后的小塊氣體,使它象一個(gè)亮星云那樣發(fā)光。 每個(gè)圍繞著一顆年輕恒星的星云在天穹上形成一些最美妙的圖形。最著名的是獵戶座星云,在冬季你在歐洲可以用肉眼看到它,就象一個(gè)模糊的斑痕處于巨大的獵戶星座的星帶之下。 恒星一生的主要時(shí)期:主序星階段 當(dāng)一顆恒星誕生時(shí),它是一個(gè)主要由氫組成的熾熱的氣體球。它之所以發(fā)光是因?yàn)樵谄渲行奶庍M(jìn)行著把氫聚變?yōu)楹さ暮朔磻?yīng)。從這個(gè)意義上說,所有的新生恒星是相同
20、的。 從恒星內(nèi)核中的氫點(diǎn)燃到全部變成氦的整個(gè)過程,恒星都處在赫羅圖的主星序上。主序星的能源主要是恒星核中的氫聚變。由于恒星中氫的含量很大,并且氫聚變?yōu)楹さ姆磻?yīng)比較平緩,所以恒星在主星序上可以停留很長(zhǎng)時(shí)間。事實(shí)上,主序星階段是恒星一生中最長(zhǎng)的階段。這就是在各類恒星中,主序星占了大多數(shù)的原因。從另一方面說,標(biāo)志一顆恒星的最重要的東西是它的質(zhì)量,即它所包含的物質(zhì)數(shù)量。一顆恒星的質(zhì)量在它誕生時(shí)就被確定,它決定著恒星的壽命和最終結(jié)局。 我們的太陽是一顆十分典型的恒星,現(xiàn)在正處于中年,它已成為測(cè)量別的恒星的一把方便的尺子。例如,一顆恒
21、星重20000億億億噸,我們可以換句話把它說成有10個(gè)太陽那樣重。按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn),新生的恒星包括一個(gè)很寬的范圍:從0.07個(gè)太陽那樣重到100個(gè)太陽那樣重。 在最重的恒星中,核反應(yīng)進(jìn)行得最快,因?yàn)樗暮诵淖钪?、壓縮得最緊密。較重的恒星就是較亮的恒星,具有較熱的表面。我們可以把這些恒星依照一個(gè)明確的次序進(jìn)行排列。大多數(shù)恒星屬于主序星這種類型。其末端是比太陽為輕的恒星,表面溫度只有3000度。處于主星序頂端的是重恒星,發(fā)光有10個(gè)太陽那樣亮,表面溫度為30000度或30000度以上。 恒星在把氫聚變?yōu)楹さ倪^程中度過它一
22、生的絕大部分時(shí)間。因此,主序星階段確實(shí)是恒星的主要時(shí)期。恒星的一生在很大的程度上取決于它有多重。重的恒星消耗核材料快,不多久就耗盡它的氫燃料。輕的恒星盡管它提供的核材料較少,但它消耗得很緩慢,反而能用更長(zhǎng)得多的時(shí)間。 恒星的壽命對(duì)我們來說是太長(zhǎng)了,所以為了便于比較,我們可以再次把太陽作為參照物。根據(jù)理論推測(cè),太陽作為一顆主序星總共要經(jīng)歷100億年時(shí)間。最重的恒星的壽命為這個(gè)時(shí)間的千分之一。那些很輕的恒星的壽命大概至少要比太陽長(zhǎng)100倍。 當(dāng)一顆太陽那樣的恒星死亡時(shí),說它經(jīng)歷主序星階段后就死亡是不對(duì)的。它不是在主序星階段后再
23、經(jīng)歷一個(gè)延伸階段,而是膨脹為一顆比原來大100倍的巨星。其原因在于十分靠近恒星中心的地方,那里的核反應(yīng)把氫聚變成了氦。就象一團(tuán)火的灰那樣,這個(gè)恒星的中心區(qū)域就不產(chǎn)生能量了。但核反應(yīng)仍在環(huán)繞這氦核的一層“薄殼”內(nèi)進(jìn)行。計(jì)算表明,這種核反應(yīng)產(chǎn)生比以更多的能量。這種格外多的能量透過恒星向外釋放時(shí),導(dǎo)致恒星的外部發(fā)生膨脹。當(dāng)恒星的外殼冷下來時(shí),它就發(fā)紅光,因而被稱為"紅巨星"。如果我們可以把整個(gè)紅巨星切開,那么我們就會(huì)發(fā)現(xiàn),它有一個(gè)很小很密的核和一個(gè)很大的稀薄氣體外殼。 與主序星相比,紅巨星是不尋常的,因?yàn)樗鼈兎浅>薮?所以它們看起來
24、很明亮,并在我們的視野里顯得很引人注目。最著名的紅巨星是獵戶座中的參宿四;另一個(gè)是天蝎座中的大火,其希臘名稱的意思是"火星的競(jìng)爭(zhēng)者",因?yàn)樗哂袪N爛的紅色。 恒星變成紅巨星后不久難以維持它的巨大的外殼,會(huì)變得不穩(wěn)定起來,外層氣體最終進(jìn)入宇宙空間。這些氣體在完全消失之前形成一個(gè)環(huán)繞垂死恒星的氣泡,其情景猶如一個(gè)在宇宙中發(fā)光的煙環(huán)。天文學(xué)家把這種氣泡叫做"行星狀星云",因?yàn)楫?dāng)你用一架小望遠(yuǎn)鏡觀察時(shí),它們看起來很象一顆行星。 在這種恒星的外殼消失之后,我們能看到這個(gè)很
25、小很熱的核。其直徑只有太陽的千分之一,不如行星地球大,它熱得發(fā)白光。天文學(xué)家把它叫做"白矮星"。因?yàn)榘装欠浅P?呈現(xiàn)為天穹上一種相當(dāng)暗淡的天體,因而很難發(fā)現(xiàn)。 當(dāng)白矮星成為另一顆恒星的伴星時(shí),天文學(xué)家在追蹤白矮星方面是相當(dāng)成功的。首先發(fā)現(xiàn)的是大犬座的伴星,大犬座是全天最亮的星,因?yàn)樗褪潜娝苤?quot;天狼星",所以它的小伴星通常被稱為"酒店"。 一顆白矮星產(chǎn)生任何一種能量的時(shí)間都比較短。它發(fā)光僅僅是因?yàn)樗_始形成時(shí)是如此之熱。隨著時(shí)間的推移,它逐漸冷下
26、來,褪為黃色、桔黃色和紅色,直至象一團(tuán)火中將熄滅的煙灰那樣,從視野中逐漸全部消失。 超新星!在宇宙中的一種爆發(fā)! 正如1987年天文學(xué)家在南半球所看到的那樣,大質(zhì)量恒星具有一種非常戲劇性的結(jié)局。一顆以前只有用強(qiáng)威力望遠(yuǎn)鏡才看得見的恒星突然爆
27、發(fā),發(fā)光亮得用肉眼就很容易看到。這顆恒星變?yōu)橐活w超新星而死亡。 一顆大質(zhì)量恒星在度過了它的主序星階段之后,會(huì)變成一顆紅巨星并開始往一顆超新星發(fā)展。當(dāng)一顆大質(zhì)量恒星用完它核心中的氫之后,就膨脹成為核心完全是氦的紅巨星。但這并非是這個(gè)故事的結(jié)局。在這樣一顆大質(zhì)量恒星里面,溫度和壓力持續(xù)上升,直至氦元素聚變?yōu)樘荚?。這種核反應(yīng)產(chǎn)生額外多的能量以維持恒星發(fā)光。隨著溫度和壓力的增加,致使碳變?yōu)楦氐脑?如氖、硅,直到聚變成最穩(wěn)定的鐵為止。 在這一點(diǎn)上,恒星的核好象一個(gè)洋蔥頭, 從里到外具有鐵、硅、氖、氦和氫的同心圈層。但這個(gè)過程不能帶來能量補(bǔ)
28、償。如果你企圖繼續(xù)溶化鐵核,那么這個(gè)反應(yīng)并不產(chǎn)生能量,實(shí)際是帶走能量。所以,恒星的中心這時(shí)是不穩(wěn)定的。在不過幾秒鐘內(nèi),它完全坍塌。來自坍塌而來的核能波在超新星爆發(fā)時(shí)摧毀了這顆恒星。 中子星和黑
29、洞 那么一顆超新星的核坍塌將會(huì)發(fā)生怎樣的情況呢?在20世紀(jì)30年代,兩位在美國(guó)工作的天文學(xué)家佛里茨.茲維基和沃爾特.貝特猜想到,它會(huì)收縮成一個(gè)比白矮星還小的球體,完全由比原子還小叫做中子的粒子所組成。 數(shù)十年來,這一直是一種理論上的設(shè)想。直到1967年秋季的一天,坎布里奇的兩位天文學(xué)家托尼.休伊特和喬斯林.貝爾獲得了來自天空的有規(guī)律的信號(hào)。他們打消了可能是"小綠人"企圖與地球取得聯(lián)系的想法,現(xiàn)實(shí)地改變成認(rèn)為,他們發(fā)現(xiàn)了宇宙中某種天然的光時(shí)燈。這種光時(shí)燈射出來的光束如同一只旋轉(zhuǎn)燈所發(fā)出的閃光。
30、坎布里奇辨的天文學(xué)家認(rèn)出來的這種信號(hào)來自一個(gè)每秒自轉(zhuǎn)一圈、發(fā)射著一束束射電波的宇宙光時(shí)燈。根據(jù)我們現(xiàn)有知識(shí),只有一種恒星能小得足以如此迅速地旋轉(zhuǎn),這就是中子星。 現(xiàn)在天文學(xué)家己找到數(shù)以百計(jì)的旋轉(zhuǎn)著的中子星(也就是所謂的脈沖星,因?yàn)樗鼈冇幸?guī)律地發(fā)射射電波"脈沖"),其中之一就是位于蟹狀星云的中子星。螺旋形的蟹狀星云則是900年前爆發(fā)的一顆超新星的遺跡。 一顆中子星的直徑只有25公里,其中的物質(zhì)緊緊地?cái)D壓在一起,以致于從中子星里取一塊針頭那么大的物質(zhì)就會(huì)有100萬噸質(zhì)量。它的引力是如此之強(qiáng),以致使企圖在中子星上著陸的宇航員被壓扁,攤開成只有一個(gè)原子那么薄的一層。 白矮星和中子星可能看起來極其異乎尋常,但理論卻預(yù)言會(huì)有一種更奇異的"恒星死尸":即一個(gè)黑洞。 如果一顆超新星坍塌而成的核太重(比三個(gè)太陽還重),那么它就不能以中子星作為結(jié)局。它自身的引力是如此之強(qiáng),,以致它的核繼續(xù)坍塌,直至成為一個(gè)沒有大小、密度極大的數(shù)學(xué)上的點(diǎn)。圍繞這個(gè)點(diǎn)有一個(gè)直徑只有幾公里的區(qū)域,這里引力強(qiáng)得使任何東西、甚至于連光都不能逃逸出去,這就是黑洞。它之所以
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