恆星結構與核能
不透明度
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把手擋在手電筒前,你的皮膚會透出紅光——一部分光擠了過來,大部分被擋住。不透明度,不過是「光有多難穿過某種材料」的一種精確說法。磨砂玻璃不透明度高,清澈的空氣不透明度低。在恒星內部,不透明度衡量的是熾熱氣體對試圖向外流動的輻射有多容易吸收和散射。它就是光子在從核心向表面那場漫長踉蹌的爬行中,所要對抗的阻力。
恒星內部的不透明度來自若干同時起作用的效應:自由電子把光子撥到一旁,被部分剝離的原子抓住光子、把電子頂到更高能級或乾脆撞飛,以及離子短暫地攫住路過的光。每一項貢獻多少,強烈依賴於氣體的溫度、密度和化學成分——尤其是其重元素含量,重元素擋光的本領遠勝過單純的氫和氦。正因如此,不透明度不是一個數,而是一個複雜的函數,天文學家把它算成龐大的數表。
不透明度是恒星暗中的主控變量之一。高不透明度會把輻射攔堵起來,迫使溫度隨高度下降得更陡;一旦陡到一定程度,那一層便放棄輻射、開始對流。因此不透明度幫著決定恒星哪些部分是輻射的、哪些是對流的,決定恒星有多大多亮,以及能量逃逸得多快。它也是最難算準的成分之一,而修訂不透明度數表,已不止一次地修復了恒星模型與觀測之間頑固的不符。
只要往恒星氣體裡摻一點點重元素,就能顯著提高它的不透明度——「金屬」更多的恒星(天文學家把氦以後的所有元素都叫金屬)更善於困住輻射,這會改變它在何處對流、看上去如何。微小的化學差異,帶來巨大的結構後果。
恒星的重元素含量調節著它的不透明度,而不透明度又調節著它的整體結構。
不透明度不等於密度——成分合適的稀薄氣體也可能相當不透明。它講的是物質與光相互作用的強弱,要靠詳盡的數表算出,而不是憑氣體看上去「多稠」來猜。
又稱
另見