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模型。当今的计算机其计算速度相当快，不到一分钟就可以完成上述任务。我们利用以上规定的太阳数据所得到的恒星模型要比真实太阳稍小一些，这个模型的直径只有太阳直径的92％。它辐射的能量也比我们观测到的少——它的光度只有真实太阳的75％。它的表面温度为5620度，比太阳的温度约低180度。现在我们先不去考虑它们二者之间的差别，而来详细观察一下这个恒星模型。它正好落在赫罗图中的主序位置上，在真实太阳的下方。①图4…2（a）再次显示这个太阳模型的内部结构。图中采用的表示方法本书内还要经常用到。在每个图的下面有详细的文字说明。在这个模型的中心，物质密度为每立方厘米100克，大约相当于13倍铁的密度，压强为1300亿大气压，中心区域的温度为1000万度。在这①虽然曾有很多天体物理学家计算过许多太阳模型，但这里我们仅采用库尔特·冯·森布施《KurtvonSengbusch）1967年哥廷根所写的博士论文中的太阳模型数据，在以后叙述太阳的演化史时也依据他的结果。
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样温度下会发生核反应，并以质子…质子链反应产生能量！就是说，我们得到了一个由氢的聚合反应提供其光度的恒星！在它的内部能量以辐射方式向外传递，然而在它的外部仅仅以辐射方式还不够，必须有对流将能量传输到表面，于是出现了在太阳表面的气体物质的上升和下降运动。我们总结如下：根据太阳的化学组成，我们用和太阳相同的质量的物质，塑造了一颗恒星。它在赫罗图中位于主序上。在它的内部氢燃烧转变为氦，它的外层也和太阳一样存在着对流，其他的特性和太阳很相似。但为什么我们所得到的模型和真实的太阳并不完全相同？产生区别的原因何在？是不是我们的程序有错误？我们将会看到，产生和真实太阳不同的原因很简单，这是由于我们给出的物质的化学组成完全均匀而造成。真实太阳向外辐射已远超过30亿年了，因而在它的中心区域新产生了更多的氦。然而这一点是我们没有考虑到的。我们设计的太阳其中心和外部都有相同的化学组成，即构造了一个刚开始发生核反应还处于生命起始点的太阳。这是一个原始太阳。在讨论原始太阳如何变为今天的太阳之前，让我们用计算机来计算化学组成相同、但质量不同的恒星模型。■原始主序的发现我们让计算机计算一个化学组成和太阳相同，但质量是太阳质量两倍的恒星模型。不到一分钟计算机就打印出显示这个新模型的表格。结果是这颗恒星同样是靠氢的聚合反应来提供能量的。用同样的方法我们还可以让计算机计算一系列质量不同的恒星模型，得到的结果又能是什么样呢？我们发现，所有恒星都是靠氢的聚合反应来提供能量的。所不同的是，一个相当于太阳质量的恒星和所有小质量恒星是通过质子…质子…链反应得到核能，然而在大质量恒星内部氢是通过碳循环反应而变为氦的。计算机可以给出每一个恒星模型的光度和表面温度。于是我们可以在赫罗图中标出这些氢燃烧恒星模型的位置（见图4…3）。并可发现，它们在图中都落在由左上往右下走向的一条线上。质量最大的恒星落在它的上面部分，质量最小的恒星落在它的最下面。我们新发现了主序。但不是通过对恒星的观测而发现的，我们是根据不同质量的氢燃烧模型的计算表格发现的。以前我们根据太阳和其他主序星的寿命曾经推测它们的光度是由氢的聚变所补偿。现在这个推测已经被证实。恒星的能量完全取决于氢的聚合反应，恒星在赫罗图中分布的这条线就是主序！主序星的另一个特性也被恒星理论模型所证实。这就是前面已指出的由观测得到的质光关系。如果我们构造一个质量为10个太阳质量的恒星模型，那么它的光度将比一个太阳质量的恒星模型的光度大得多。这些恒星模型的光度和质量间的关系和观测得到的质光关系正好一致，如图2－4
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所示。所有用这种方法得到的恒星模型，它们的情况都和太阳相类似，都再现了刚开始发生氢聚变反应时刻的恒星，即显示出原始恒星的模样。于是由此得到的主序和通过观测恒星而得到的主序是不同的，因为它们是原始恒星的主序，也就是原始主序。但是当恒星还没有明显地耗尽它们的能源时，恒星的变化不是很大，所以原始主序和观测得到的主序的区别也不是很大的。■由于从恒星模型所提供的能够从外部观测的现象和实际恒星的现象相一致，因此可以认为，用计算机得到的恒星模型也能很好地反映恒星的内部情况。有了这种模型，计算就能使我们看见恒星的内部。这是天文学家通过观察所无法做到的。对于太阳我们已经这样做了。现在我们还要考察另外的两颗恒星，一颗质量大的和一颗质量小的恒星。角宿一的内部取一个质量为10个太阳质量的恒星模型作为大质量恒星的例子。因为角宿一的质量大约也是10个太阳质量，所以这个计算模型应该能反映出角宿一的特性。实际上由模型给出的表面温度和光度和角宿一的表面温度和光度正好相等。这个恒星模型的内部情况是什么样呢？它的中心温度为2800万度。在它的中心一个直径为恒星直径五分之一的小球内有碳循环的核反应发生，那里产生的核能补偿了恒星的光度。可产生大量的能量，单纯通过辐射已不能全部被传递出去，因而必须出现对流，使占恒星总质量22％的最内部的物质处于对流状态（见图4…2（b））。在对流区以外，能量是通过辐射转移的。光量子最终要向外流动到恒星表面，从而决定了恒星的光度。光量子在向外流动的途中不断地被原子或电子阻止或偏转。恒星中心处的物质仍然是气体，密度略低于8克／立方厘米，达到了固体铁的密度，由于恒星物质的重力作用在中心处产生了高达350亿的大气压强。以上看到的这些就是室女座最亮的恒星——角宿一的内部情况。所有质量远大于太阳质量的恒星，其中心区内能量的传输和角宿一相同，都是通过对流传输的。这种情况也可在图4－2（c）所示的72个太阳质量的恒星模型中看到，同时还可以看到，质量较大的主序星它们的直径也很大。我们已讨论过原始太阳模型，现在开始研究一颗远比太阳质量小的恒星。天鹅座中的红矮星
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在天鹅座中有一颗星，天鹅座61，它是所有天文学家都很熟悉的。之所以有名，是因为历史上在天狼星的伴星被发现以后，著名的弗里德里希·威廉·贝塞尔于1837年至1838年间第一次在这颗星上检验了一个新的测量距离的方法（见附录B）。天鹅座61实际上是一个双星系统，两颗星的质量分别为0。5和0。6个太阳质量，它们绕着共同的重心以720年为周期运动。我们最感兴趣的是其中质量较大的一颗星，即天鹅座61A。它是一颗主序星，它的表面温度为4000度。它比太阳小，并且温度也远比太阳低，所以是一颗红矮星。如果利用计算机构造一个0。6个太阳质量的恒星模型，那么它便会具有和天鹅座61A大致相同的外部性质，并且在赫罗图中也将位于相同的位置。这颗红矮星的内部是怎样的？我们已在图4－2（d）中将这个模型表示出来。它的中心温度只有800万度，在那里进行的核反应是质子…质子…链反应。中心的密度为65克／立方厘米，小于太阳中心的密度。中心压强为750亿大气压和角宿一的情况近似。内部的能量是通过辐射传输的，但外部和太阳一样存在对流，可是对流区明显变厚。具有厚的外部对流区是红矮星的典型特征。越是靠近主序的下部，星的温度越低，因而也是更红的矮星，它们的外部对流层就越厚。如果一颗星的质量仅仅只有太阳质量的十分之几，那么它的物质由表面到中心将完全处于对流运动状态。原始主序的性质我们已粗略地知道了主序星的性质，这已是很大的进展，因为超过90％以上的恒星是主序星。现在我们知道，主序星是靠氢聚变为氦而提供能量的，因此氢原子的性质就决定了主序星的能量状况，从而也就决定了主序星的外部性质。我们用肉眼观看夜空中的恒星时，所感觉到的恒星的颜色和亮度都属于恒星的外部性质。因而可以肯定，我们所看到的恒星也就是氢原子在天空中呈现的特性。假如氢原子具有其他的性质，我们所看到的恒星也将会是另一种样子。主序可以延伸多长？大自然能不能