地球每天都在丢东西。大气最外层被紫外线剥离,氢和氦持续逃向太空,速率大约是每秒三公斤。太阳丢得更多:每秒上百万吨的等离子体从日冕往外吹,速度几百公里每秒。这种持续、看不见的质量流失叫恒星风。它看起来微不足道,却悄悄决定了一颗星最后能留下什么。
太阳每秒损失约 10⁹ kg 的等离子体,换算成质量损失率约 2×10⁻¹⁴ 倍太阳质量每年,整个主序期只丢掉约万分之一倍太阳质量。一颗 O 型星每年可损失约 10⁻⁶ 倍太阳质量,几百万年就能削掉相当一部分包层。这条差别决定了两者完全不同的结局。
太阳风有两个速度档,来源不同
慢速风约 300 到 400 km/s,来自赤道附近的闭合磁结构边缘。快速风约 700 到 800 km/s,来自冕洞——那里磁力线向行星际空间敞开。
两个档位的成分也不同。快速风的氦含量和电荷态略高,说明它来自更热、更深的区域。
帕克在 1958 年就预言了太阳风的存在:日冕温度太高,气体无法静止,必然持续外流。四年后,探测器直接测到了它。
热星的风靠谱线推动,不是靠声波
O 型星表面温度三万多 K,辐射主要集中在紫外。那里密布着碳、氮、氧的共振谱线。
光子被这些谱线吸收后再发射,动量转给气体。因为谱线极多,一次次推动叠加起来,足以把外层加速到两千公里每秒以上。
这套机制叫线驱动风,1975 年由卡斯托、阿博特与克莱因系统化。它预言质量损失率随光度上升,与实际观测的趋势一致。
冷星靠尘埃,把物质吹出去
红巨星和渐近巨星支的星温度只有三千 K 左右,辐射压对气体几乎不起作用。
它们的办法是先凝结尘埃。尘埃颗粒吸收星光,被推向外侧,再通过碰撞把气体一起带走。这是尘埃驱动风。
效率高低取决于尘埃能不能形成。含碳丰富的星容易长出碳质尘埃,含氧丰富的星则受限于硅酸盐的凝结条件,两者的质量损失率因此不同。
质量损失决定一颗星最后留下什么
一颗星的质量决定了它的演化速度,而它实际能留下的质量,取决于吹掉了多少。
太阳损失得少,最终还能留下约 0.5 倍太阳质量的白矮星。大质量星损失得多,包层被剥离后可能变成沃尔夫—拉叶星,直接暴露氦核。
包层剩多少,又决定了超新星的类型与残骸。剥到只剩氦层,光谱里就没有氢线;这场看不见的风,提前写好了结局。
| 参数 | 数值 | 口径与来源 |
|---|---|---|
| 太阳质量损失率 | 约 2×10⁻¹⁴ M☉/yr | 探测器就地测量 |
| 太阳风速度(慢/快) | 约 300–400 / 700–800 km/s | 就地测量 |
| O 型星质量损失率 | 约 10⁻⁶ M☉/yr | 紫外与射电观测 |
| O 型星终端速度 | 约 2000–3000 km/s | 观测 |
| 渐近巨星支质量损失率 | 约 10⁻⁵–10⁻⁴ M☉/yr | 尘埃与脉泽观测 |
| 沃尔夫—拉叶星质量损失率 | 约 10⁻⁵ M☉/yr | 观测 |
哪些是观测,哪些还是推断
常见问题
不会整体吹走。地磁场把大部分粒子偏转,只有极区少量气体沿磁力线逃逸。火星没有全球磁场,损失就严重得多。
主序期持续不断,晚年显著增强,白矮星阶段几乎停止。太阳变成白矮星后,风会弱到可以忽略。
会。恒星质量减小时,行星的束缚变松,轨道缓慢外移。太阳在主序期减重很少,这个效应要等到红巨星阶段才明显。
延伸阅读
- Parker, E. N. 1958, Dynamics of the Interplanetary Gas and Magnetic Fields, ApJ 128, 664
- Castor, J. I., Abbott, D. C. & Klein, R. I. 1975, Radiation-driven Winds in Of Stars, ApJ 195, 157
- NASA/ESA SOHO 任务页:太阳风测量(nasa.gov)