恒星演化理论的建立历程

恒星演化理论的建立历程

人类对恒星，特别是太阳的形成和演化的认识和理解，是天体物理学的重大成就之一，也是物理学家将物理学理论应用于天文学的典范。这一认识过程跨越了几个世纪，涉及众多科学家的辛勤工作和重要发现。

早在18-19世纪，随着物理学家对气体研究的深入，德国天文学家埃穆顿（J.R.Emden）运用已有的气体理论，提出了第一个关于太阳结构的近似理论模型。他认为太阳是由一系列同心气体球壳组成的。然而，由于无法确定太阳内部气体的温度，这一模型未能对太阳的组成、质量和能量来源作出具体判断。

19世纪中叶，赫姆霍兹提出了引力收缩假说，认为太阳的能量来源于其自身的收缩。但这一假说在地质学和古生物学发现地球存在时间远超过3千万年后，便不再成立。直到20世纪初，爱因斯坦提出质能相当原理，为恒星能源的探索提供了理论基础。

20世纪30年代，核物理学的建立为天文学研究开辟了新天地。德国物理学家魏茨泽克和德裔美籍物理学家贝特独立提出了太阳辐射能源机制的解释，认为太阳的能量主要来自氢核聚变为氦核的过程，即p-p反应。此外，他们还提出了碳循环反应机制。

美籍苏联物理学家伽莫夫对天体演化理论作出了重要贡献。1948年，他与阿尔弗、贝特等人共同发表了《化学元素的起源》一文，进一步发展了勒梅特的思想，并对早期宇宙中元素的合成进行了探讨。伽莫夫还预言了大爆炸残留下来的背景辐射，这一预言在1965年被物理学家在微波波段探测到的3K背景辐射所证实，从而大大增强了大爆炸宇宙模型的可信度。

图12-7 贝特

图12-8 1929年伽莫夫（右）和考克饶夫在一起

尽管大爆炸宇宙模型得到了广泛认可，但仍面临一些挑战，如奇点问题和星系起源的解释。1965年后，科学家们开始重点探讨宇宙极早期的发展史，特别是大爆炸发生后的10^-43秒到3分钟内的宇宙演化，这一研究领域与粒子物理学的前沿研究密切相关，还有许多问题有待进一步解决。