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第九章 世界演化学 323

的结构就会发生显著变化。此时一颗恒星就度过了漫长的主序，来到了它的老年。
恒星不仅是能量的来源，而且是制造物质的“工厂”。通常恒星最初只含氢元

素，恒星内部的氢原子核时刻相互碰撞，发生聚变。由于恒星质量很大，聚变产生
的能量与恒星万有引力抗衡，以维持恒星结构的稳定。由于氢原子核的聚变产生新

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的元素——氦元素。接着，在恒星温度达到 8×10 开以上时，氦原子也参与聚变，
改变结构，生成锂元素。温度再高碳和氧进行燃烧，最终形成镁、硅、磷、硫四种
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元素。温度到 3.5×10 开时，镁原子核和硅原子核进行光裂变反应，生成铝、氖、
氧元素，同时发射质子、中子和氦原子核（α 粒子）。而氦原子核和硅还有其他

元素反应，生成硫、氩、钙、钛、铬、铁、镍元素（α 过程）。铁和硅是硅燃烧
的炉渣，而且是所有恒星中进行的聚变反应的炉渣。总的来看，热核反应产生的能
量是越来越少的。铁的比结合能最大，这意味着无论向更重元素还是向更轻元素变

化，都要吸收能量而不是放出能量。因此，铁的形成标志着恒星（一般是大质量恒
星）已经濒死，最终将会以极为壮烈的爆炸中结束一生。

恒星内部热核反应的具体数据（引自互联网）
反应 近似点燃 运转 所需最小恒星质量：太 核心密度 / 克每立方 持续时间 /
过程 温度 / 开 温度 / 开 阳质量 厘米 年
氢燃烧 4×10 6 2×10 7 0.08 4 7×10 9
氦燃烧 1×10 8 2×10 8 0.5 6×10 2 5×10 5
碳燃烧 6×10 8 8×10 8 4 6×10 5 5×10 2
氧燃烧 1×10 9 15×10 8 6 1×10 6 5×10 -2
硅燃烧 2×10 9 35×10 8 9 1×10 10 3×10 -3
4. 恒星晚期的演化促成星际“物变”
（1）小恒星变成红巨星

当一颗质量小的恒星演化到主序晚期，核心收缩把引力势能转换为内能从而提
高温度引发氦聚变，甚至会发生氦闪。同时核心对外辐射多余的热能使得外层物质

被推开，造成核心收缩，外层膨胀的现象。这时恒星发出红色的光，体积巨大无比，
被称之为红巨星。当红巨星中的氦耗尽时，剩下碳和氧，这时恒星进一步变化，核
心形成了一颗白矮星。与此同时，恒星壳层形成了行星状星云。

（2）中等恒星变为白矮星

如果一颗恒星质量在 2.3~8.5 倍太阳质量，核心的氢燃烧完毕后，质量偏小的
形成红巨星；如果质量偏大，引起碳燃烧，甚至呈现碳闪，也许会导致爆炸，毁灭