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红巨星是巨星的一种，是恒星的一种衰变状态，根据恒星质量的不同，存在期只有数百万年不等。质量通常约为0.5至7个太阳质量，质量更大的称为红超巨星。 基本信息 · 中文名称 红巨星 · 质量 约为0.5至7个太阳质量 · 原因 恒星的一种衰变状态 · 元素 核心是碳等更重的元素 目录 1 基本简介 2 基本分类 3 天文发现 4 形成原因 5 巨星真相 6 恒星 7 太阳 展开 一颗恒星度过漫长的青壮年期——主序星阶段，步入老年期时，将首先变为一颗红巨星。称为“巨星”，是突出体积巨大。在巨星阶段，恒星的体积将膨胀到十亿倍之多。 称为“红”巨星，是因为在该恒星迅速膨胀的同时，外表面离中心越来越远，所以温度将随之降低，发出的光也就越来越偏红。不过，虽然温度降低了一些，可体积如此之大，光度也变得很大，极为明亮。肉眼看到的最亮的星中，许多都是红巨星。在赫罗图中，红巨星分布在主星序区的右上方的一个相当密集的区域内，差不多呈水平走向。 在赫罗图上，红巨星是巨大的非主序星，光谱属于K或M型。所以被称为红巨星是因为看起来的颜色是红的，体积又很巨大的缘故。鲸鱼座的苧藁增二、金牛座的毕宿五、牧夫座的大角星等都是红巨星；而天蝎座的心宿二、猎户座的参宿四、大犬座VY等则是红超巨星。 大部分的红巨星，其核心是未聚变的氦，能量由氦核外的氢燃烧包层提供，它们在图上构成了红巨星分支。 另外一些，其核心是碳等更重的元素，外部是在燃烧的氦包层和氢包层，它们构成了图上水平的渐近巨星分支。在恒星大气中碳含量比氧含量还高的碳星中，AGB星的光谱类型一般属于C-N到C-R型。 有研究发现，位于猎户星座的红巨星参宿四15年间体积竟缩小了15%，但天文学家无法解释缩小之谜。参宿四是迄今（2012年）天文学家在宇宙中观测到的十颗最明亮的恒星之一，它是天文学家熟悉的天文观测目标，也是天文学家首次观测到的超大质量恒星，这颗红巨星是哈勃望远镜可以观测到的清晰圆盘状恒星，这是哈勃望远镜能够拍摄到表面状态的第一颗恒星。 2012年8月22日，奥地利维也纳大学发表公报说，该大学天文研究所的研究人员发现，一颗红巨星被类似煤烟物质构成的云层所包裹。研究人员借助欧洲南方天文台的甚大天文望远镜观测这颗名为“RFornacis”的红巨星时发现，它被类似煤烟灰尘构成的云层所包裹。由于红巨星表面温度低，碳元素丰富，因此可能出现复杂的碳氢化合物和固体物质尘埃。这些物质有可能形成适合生命的行星。 2012年8月，国际天文学家小组发现红巨星将内侧轨道天体吞没的证据，暗示50亿年后的太阳也会将地球摧毁。大约在50到75亿年后，太阳将成为红巨星，经过科学家们的计算，届时太阳将变得异常巨大，足以吞噬掉目前（2012年）太阳系里，包括地球、火星以内的内侧行星，太阳的引力也会因为质量的减少而减弱，因此火星和所有的外行星，都会往外移。最终水星，甚至连金星都会被太阳吞噬掉。 恒星开始核反应后在反抗引力的持久斗争中，其主要武器就是核能。它的核心就是一 红巨星颗大核弹，在那里不断地爆炸。正是因为这种核动力能自我调节得几乎精确地与引力平衡，恒星才能在长达数十亿年的时间里保持稳定。热核反应发生在极高温度的原子核之间，因而涉及物质的基本结构。在太阳这样的恒星中心，温度达到一千五百万开氏度，压强则为地球大气压的三千亿倍。在这样的条件下，不仅原子失去了所有电子而只剩下核，而且原子核的运动速度也是如此之高，以至于能够克服电排斥力而结合起来，这就是核聚变。 恒星是在氢分子云的中心产生的，因而主要由氢组成。氢是最简单的化学元素，它的原子核就是一个带正电荷的质子，还有一个带负电荷的电子绕核旋转。恒星内部的温度高到使所有电子都与质子分离，而质子就像气体中的分子在所有方向上运动。由于同种电荷互相排斥，质子就被一种电“盔甲”保护着，从而与其他质子保持距离。但是，在年轻恒星核心的一千五百万开氏度的高温下，质子运动得如此之快，以至于当它们相互碰撞时就能够冲破“盔甲”而粘合在一起，而不是像橡皮球那样再弹开。四个质子聚合，就成为一个氦核。氦是宇宙中第二位最丰富的元素。氦核的质量小于它赖以形成的四个质子质量之和。这个质量差只是总质量的千分之七，但是这一点质量损失转化成了巨大的能量。像太阳那样的恒星有一个巨大的核，在那里每秒钟有六亿吨氢变成氦。巨大的核能量朝向恒星外部猛烈冲击就能阻止引力收缩。 然而，“恒定”的演化历程终将结束，当所有的氢都变成了氦时，核心的火就没有足够的燃料来维持，恒星在主序阶段的平静日子就到了尽头，大动荡的时期来到了。一旦燃料用光，热核反应的速率立即剧减，引力与辐射压之间的平衡被打破了，引力占据了上风。有着氦核和氢外壳的恒星，在自身的重力下开始收缩，压强、密度和温度都随之升高，于是恒星外层尚未动用过的氢开始燃烧，产生的结果是外壳开始膨胀，而核心在收缩[3]。 在大约一亿度的高温下，恒星核心的氦原子核聚变成为碳原子核。每三个氦核聚变成一个碳核，碳核再捕获另外的氦核而形成氧核。这些新反应的速度与缓慢的氢聚变完全不同。它们像闪电一样快地突然起爆（氦闪耀），而使恒星不得不尽可能地相应调整自己的结构。经历约一百万年后，核能量的外流渐趋稳定。此后的几亿年里，恒星处于暂时的平稳，核区的氦在渐渐消耗，氢的燃烧越来越向更外层推进。但是，调整是要付出代价的，这时的恒星将膨胀得极大，以使自己的结构适应于光度的增大。它的体积将增大十亿倍。这个过程中恒星的颜色会改变，因为其外层与高温的核心区相距很远，温度就低了下来。这种状态的恒星称为红巨星。 按一般理论，红巨星应有很厚的对流包层。一般认为，不少恒星在红巨星阶段大概要失去外层物质(这种物质可能形成行星状星云)，然后成为白矮星。看来红巨星是大多数恒星要经过的重要演化阶段，但要搞清楚红巨星前后的演化过程，还需要解决许多实测问题和理论问题。 红巨星一旦形成，就朝恒星的下一阶段——白矮星进发。当外部区域迅速膨胀时，氦核受反作用力却强烈向内收缩，被压缩的物质不断变热，最终内核温度将超过一亿度，点燃氦聚变。最后的结局将在中心形成一颗白矮星。 红巨星衰亡时期外围炽热物质膨胀范围模型。以太阳系为参照， 三个行星轨道从内向外依次是地球、火星和木星。 今天的全球变暖日益明显，但是与天文学家从望远镜设备中观测的宇宙中恒星的高温膨胀过程相比，简直就是小巫见大巫了。 通过国际天文学家合作研究发现，通过对宇宙深处数颗衰老膨胀的恒星及其周边环境的仔细观测，进一步揭开宇宙中衰亡恒星——红巨星的真实面目；研究结果使我们可以清晰的预见数十亿年后地球末日来临时的情景：我们赖以生存的地球最终将面临高温炽热的无情吞噬。因为经过天文学家测算，恒星在衰亡时将向外不断膨胀，到那时候曾给予地球温暖阳光的太阳最终也会把地球彻底烤干。 此次天文学家对所观测的猎户座一等星参宿四(Betelgeuse)和大火(Antares)均属于米拉级恒星，是红巨星中体积最大的一类衰亡恒星，由于其体积异常庞大有时也会被成为红超巨星。科学解释认为在这类米拉级恒星星体中，供给其热核反应堆能量的氢元素已经基本耗尽，此时这种衰亡恒星便会不断向外围膨胀，其扩张范围的直径将大大超出地球绕日轨道。而且中心的老恒星会象心脏一样有规律地膨胀和收缩，这种规律性搏动周期大约仅需一年左右时间便可完成一次。 据法国巴黎天文台的研究人员盖伊－佩兰介绍，当的太阳在数十亿年后也进入到这一阶段，届时其周边温度将急剧升高。预计随着恒星的规律性搏动，地球表面温度最高将可能达到3000摄氏度。“这一直接的后果就是，地球上的生命将消失殆尽。”佩兰博士说：“只不过好在这是数十亿年以后的事了。” 此次天文学家在研究工作中将数台大型望远镜组合起来，形成了一个高效的超大型天文观测体系，利用干涉测量技术，首次清晰地观测到了恒星表面以外的光球层区域。此次研究中的近红外观测数据均来自美国亚利桑那州史密森天体物理天文台。天文学家介绍称：“每经历一次规律性搏动过程，这些红巨星便会失去部分质量，形成大量的星级介质。”根据佩兰博士的解释认为，实际测算显示出每当这些衰老恒星膨胀收缩一次，就会有相当于三分之一个地球那么多的物质被抛射到宇宙星际空间中，届时我们将看到异常美丽的星云扩散场面。不过到目前为止，科学家们还不清楚具体是什么原因产生这一奇异过程。佩兰博士说：“现在的观点认为，这种扩张收缩过程使得恒星物质漂浮出星体表面，并形成了宇宙尘埃，同时在恒星发出象风一样的光热辐射作用下远离星体，被吹向广袤宇宙空间中。” 在此次最新研究中发现，就在这种恒星辐射风的后面，还存在着一层由水汽和一氧化碳物质层，这一气体层远离恒星表面并将星体团团围住。这使得研究人员感到异常困惑，因为光靠大气压力的作用还不足以能支撑这一又高又厚的物质层。佩兰和他的研究小组认为，很可能恒星离子在其中起到了一定作用。同时此次天文学家还通过研究进一步核实了米拉级恒星的直径大小，他们认为此类红巨星其表层直径比早先认为的要小，大于只有原先预计的70%左右。以太阳系作为参照，其恒星表层直径大约在火星绕日轨道(大于地球绕日轨道)范围左右；而最新发现的水汽和一氧化碳混合层则远离恒星表层，其与恒星中心点距离大约相当于太阳系中火星木星之间的小行星带轨道半径距离。 此次研究小组美国成员，来自亚利桑那州图桑市的美国国家光学天文台的斯蒂芬－瑞基韦表示：“此次的发现解决了以往对米拉级恒星体积大小的争论，同时也进一步描述出恒星衰老搏动的过程及其组成物质，这些发现对于其它恒星也将非常适用。” 到此为止我们可以最终得出这样的结论：当我们的太阳衰老膨胀时，地球将被彻底吞噬并最终蒸发干净，同时紧挨地球的火星最终也将面临被烧焦的厄运。如今所剩下的问题之一就是，象有些科学家推测的那样，地球上的生命迹象到底是终结于极度[4]干旱呢，还是被最终被炽热的太阳膨胀物吞噬后来个彻底的“油炸”呢！ 质量很低的红矮星（<0.5个太阳质量）只有对流层，恒星处于完全对流状态，恒星的元素丰度基本各处相同。由于核心的温度本来就不是很高，而且质量太小，整个恒星无需过于收缩以顶住引力。所以这些恒星即使到了晚期氢丰度不是很高的情况下，也不能通过收缩让累积在核心的氦达到核聚变的温度，既使用尽了氢也不能成为红巨星。由于它们的主序星阶段生命远远长于我们宇宙的年龄，这类恒星的演化仅是理论上的，并无观测实例。 质量极高的O、B型星（25个太阳质量以上），其主序星阶段就位于赫罗图的左上角顶端，属于蓝巨星甚至蓝超巨星。它们将一直在赫罗图的最上方水平移动，氦融合开始后可能成为高光度蓝变星，也可能成为沃尔夫-拉叶星。接着它们就以Ⅱ型或Ⅰb、Ⅰc型超新星爆发结束其短暂的生命。 大约在50亿年后，太阳将成为红巨星，经过科学家们的计算，届时太阳将变得异常巨大，内侧行星。然而，太阳的引力也会因为质量的减少而减弱，因此火星和所有的外行星，都会往外移。在这时候水星，甚至连金星都会被太阳吞噬掉。地球的命运不是很清楚。要是没有潮汐力的话，那地球的轨道就会往外逃到差不多1.3到1.7天文单位。但研究发现因为地球和太阳有潮汐力，地球还是会被太阳的外气层吞噬掉。可是在此之前，当太阳的氢耗尽时，地球的生物圈将会被破坏，额外增加的太阳能也将造成地球海洋的蒸发。过30亿年以后，地球的表面将变得如同金星一般高热。再40亿年以后，地球的空气已经往外太空逸散掉了，最后地球变成焦黑的行星。
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