恒星结构与核能
对流能量输运
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看一锅在炉子上的浓汤,你会见到它翻腾:底部的热汤团向上升,到顶端散去热量,变凉后又沉回去,循环往复。这种滚动的翻转就是对流,也是恒星向外搬运能量的第二种方式。不再是光缓慢地从气体中泄漏,而是整团整团的热气体实实在在地上升,在近表面处倾倒热量,再沉下去重新受热。对流能量输运,指的就是由恒星气体这种整体翻腾所携带的热量。
当辐射再也跟不上时——当气体太不透明,或穿过的能流太集中,以至于温度必须随高度下降得太陡、单凭辐射已无法搬运——恒星的某个区域便开始对流。越过这个临界点,一小团被向上轻推的气体会发现自己比新环境更热、更轻,于是像热气球一样继续上升;较冷的团块则下沉。结果是一层沸腾的、不断翻转的气体,它搬运能量的效率远高于辐射那种缓慢踉跄的光子游走。
对流出现在何处,取决于恒星的质量。太阳外侧三分之一是一个对流区——它沸腾的顶部造就了我们能拍到的太阳表面那种斑驳的“米粒组织”。低质量的红矮星可能从里到外都在对流,而大质量恒星则在其核心处对流。恒星在何处对流关系重大:它搅动并混合气体,把聚变产物上翻到近表面,还帮着决定恒星能持续燃烧多久。准确地为对流建模,是恒星物理中最棘手的未解难题之一。
太阳表面看起来像铺满了直径约一千公里的明亮小格,每一格都是一柱从下方涌上、在顶端冷却的热气体——这就是米粒组织,太阳对流区可见的屋顶,与你在加热的锅里看到的翻腾是同一回事,只是放大到了行星尺度。
太阳米粒组织是太阳对流的顶部,一锅大如大陆的沸汤。
一层气体是对流还是辐射,取决于质量与不透明度,而不是哪种“更好”——两者都只是搬运热量的方式。对流出了名地难以建模;大多数恒星模型所用的简单配方是公认的薄弱环节。
又称
另见