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1、恒星与行星,钦天空间天文社 14级物理学宋得朝,河南师范大学,（1）恒星的一般性质,恒星的概念，恒星,与行星不同,它们的位置看来固定不变，因而古人称之为“恒”星，即固定不动的星。一般来说，恒星都是气体球，没有固态表面，通过自身引力聚集而成。它区别于行星的一个重要性质是它自己能够强烈发光。太阳是一颗恒星。,恒星,（2）恒星的距离和光度,天文学上的距离单位， 天文单位，即日地平均距离，为1AU=149597870千米 光年，光在一年中走过的距离，1l.y.=0.9460531016米 秒差距，周年视差为1对应的距离，1pc=3.085681016米 除太阳外，距离我们最近的恒星叫比邻星，（半人马座
2、）距离为4.27l.y.,恒星的光度、照度和星等 光度：恒星内部产生的能量，不断向表层转移，最终从恒星表面逸出，射向太空。光度为恒星的能量发射率，即整个星面每秒释放的能量。 照度：对于接受天体辐射的人眼或仪器来说，单位时间入射到其单位面积的能量。表示某处感应器感应到的恒星的能量。 亮度：我们看起来恒星的明亮程度。实际上就是照度。 星等：1850年普森（pogson）把星等跟光度计测出的亮度作比较，发现星等相差5等，亮度之比约为100，因此有公式 m1m2=Klg(E2E1) 星等系统：目视星等、照相星等、绝对星等。,（3）恒星的大小和质量,求恒星质量最基本的方法是利用物理双星的轨道运动。用这种
3、方法所求得的质量称为动力学质量。 观测结果；恒星的直径相差很大，大的有太阳直径的几百倍甚至一两千倍，小的只有不到太阳直径的十分之一。 恒星的质量比较难以测定。恒星的质量大体介于至50个太阳质量。,求恒星质量的其他方法主要还有： 1.根据真半径和表面重力加速度推算恒星的质量（即分光质量或称大气质量）；2.根据恒星的质量和光度的统计关系（质光关系），从光度估计质量；3.利用恒星在赫罗图上的理论演化轨迹估计恒星质量（称为“演化质量”）；4.对已知真半径的脉动变星，可以由脉动周期估算平均密度，从而得出质量（称为“脉动质量”）。 但这些方法都不如动力学质量方法可靠。,（4）恒星的光谱,恒星光谱的分类：
4、O型：蓝星，有效温度4000030000K。 B型：蓝白星，有效温度3000010000K A型：白星，有效温度100007500K F型：黄白星，有效温度75006000K G型：黄星，有效温度60005000K K型：红橙星，有效温度50003500K M型：红星，有效温度35002500K,红色代表炙热，而蓝色代表冰冷,（5）恒星的化学成分, 恒星的化学成分是通过恒星的光谱分析方法得到的。 太阳的化学成分：已证认出存在的元素69种，这些元素的含量相差悬殊。按质量而言，氢78.4%、氦19.8% 、氧0.8% 、碳0.3% 、氮0.2% 、氖0.2% 、镍0.2% 、硅0.06% 、硫0.
5、04% 、铁0.04% 、镁0.015% 、钙0.009% 大多数恒星的化学成分同太阳差不多。少数恒星的化学成分是特殊的。例如：在碳型星中，碳元素特别多。在S型星中，锆和锝元素特别多。,（6）赫罗图和恒星的结构, 什么是赫罗图？丹麦科学家赫茨普龙(E.Hertzsprung)于1911年，美国天文学家罗素（H.N.Russell）于1913年，分别独立的绘制了恒星的光谱光度图。 恒星的结构。,恒星的自转,自转是星球的一种普遍现象，地球、月球、太阳和太阳系的各大行星都在自转，恒星也是如此。,（8）不同的恒星系统, 双星，为包含两颗恒星的系统，在相互引力的影响下，两颗恒星绕着它们共同的引力中心描绘
6、出闭合的轨道。较亮的子星为主星，较暗的子星为伴星。 聚星，三颗到六、七颗恒星在相互引力作用下聚集在一起而组成的系统称为聚星。三颗星组成的系统较三合星，四颗星在一起的叫四合星，以此类推。 在银河系中，双星和聚星是很多的。, 星团，是恒星的集团，其成员星的密度显著的高于周围空间星的密度，并且通过彼此之间的引力作用而聚集在一起。 疏散星团，它的形态不规则，包含十几至二三千颗恒星，成员星分布得较松散。 球状星团，呈球形或扁球形，与疏散星团相比，它们是紧密的恒星集团。,半人马座，NGC5139,（9）恒星的形成和演化,恒星的形成，超过一定质量的星云，在受到外部的某种扰动，会产生不稳定性，从而引起收缩。收
7、缩过程的星云可能会分裂成一些碎块。,BIG BANG,第一代结构,NOW,大爆炸理论 宇宙的极早期，宇宙的温度和密度都极高 温度不断下降，宇宙辐射为主物质为主 气体逐渐凝聚成气云，然后有恒星、星系 恒星形成理论 星际气体怎么会形 成光辉夺目的恒星 呢？,大爆炸开始时：约150亿年前，极小体积，极高密度，极高温度，称为奇点。 大爆炸后 秒：约10度，宇宙从量子涨落背景出现。 大爆炸后10-35秒：约1027度，引力分离，夸克、玻色子、轻子形成。 大爆炸后10-10秒：约1015度，质子和中子形成。 大爆炸后0.01秒：约1000亿度，光子、电子、中微子为主，质子中子仅占10亿分之一，热平衡态，体
8、系急剧膨胀，温度和密度不断下降。 大爆炸后0.1秒后：约300亿度，中子质子比从1.0下降到0.61。 大爆炸后1秒后：约100亿度，中微子向外逃逸，正负电子湮没反应出现，核力尚不足束缚中子和质子。 大爆炸后13.8秒后：约30亿度，氢、氦类稳定原子核（化学元素）形成。 大爆炸后35分钟后：约3亿度，原初核反应过程停止，尚不能形成中性原子。 大爆炸后30万年后：约3000度，化学结合作用使中性原子形成，宇宙主要成分为气态物质，并逐步在自引力作用下凝聚成密度较高的气体云块，直至恒星和恒星系统。,弥漫学说,散布于空间弥漫物质在引力作用下凝聚为恒星 宇宙空间存在着大量的星际物质（星际气体、星际尘埃、
9、宇宙线与星际磁场） 由于星际物质密度的不均匀性，形成了一些密度较大区域 星际物质受到引力的作用，便聚集到这些区域，形成星云 星云不断收缩，势能转换为恒星内部热能和向外的辐射能 星云温度不断提高，并向外辐射能量，从而形成原始恒星 不同类型的恒星 规模较小的星云形成一个孤立的恒星, 大的星云由于密度不均匀,其中有几个质量中心,因而形成双星、聚星或星团。 质量非常小的星云,不能收缩成为恒星,猎户座马头星云,麒麟座玫瑰星云,长蛇座老鹰星云,天鹰座“创造之柱”,猎户座猴头星云,人马座三叶（裂）星云,亮星云：发射星云，反射星云 星云 暗星云,恒星演化的基本原理 恒星在一生的演化中总是试图处于稳定状态（流体
10、静力学平衡和热平衡）。当恒星无法产生足够多的能量时，它们就无法维持热平衡和流体静力学平衡，于是开始演化。 恒星的一生就是一部和引力斗争的历史！,恒星的形成与演化图,超新星,超新星为大质量恒星的死亡方式。恒星因铁核质量周过大，膨胀收缩激烈，铁核因重力使质子与电子结合，形成中子核和放出微中子。气体层收缩，冲击核心造成向外的冲击波，气体层爆发，造成超新星。,超新星虽是一个恒星的死亡，但同时造就很多恒星的诞生。超新星造成的向外冲击波，使气体云压缩，形成原始星。,Crab Nebula - Optical and X-ray,典型的超新星遗迹,关于恒星的有趣的现象,从地球角度进行观测，许多恒星存在着亮度
11、变化，它们被称为“变星”。天体物理学教授科尔-赫利尔称，最易变化的恒星是激变变星，在不到一天的时间里，亮度可增加至100倍，然后逐渐减弱。,变星,2005年，哈佛史密森天体物理学中心的沃伦-布朗宣称，发现一颗超速运行的恒星，它正在离开银河系，将不再返回银河系。它被命名为SDSS J090745.0+024507，布朗称它为“流浪恒星”。,速度最快的恒星,最古老的恒星形成于138亿年前宇宙大爆炸之后，天文学家通过观测星光评估恒星年龄。迄今观测发现最古老的恒星是SMSS J031300.36-670839.3，预计它已有136亿年历史。科学家分析称，或许还存在更多古老恒星，毕竟红矮星寿命可达到10
12、万亿年。,最古老的恒星,一些类型恒星非常独特，却不一定拥有极值属性，例如：Thorne-Zytkow天体。科学家认为，这是中子星旋转进入红巨星或者超大星内核区域形成的。近期发现的一颗Thorne-Zytkow天体是两个大型黄色恒星彼此近轨道运行，表面物质逐渐融合在一起，形成一个类似巨大花生的结构。,特别的恒星,最暗淡的恒星是什么?在回答这个问题之前，我们需要清楚地知道“最暗淡恒星”的定义，距离地球越远，则看上去就更加暗淡，因此我们需要排除距离因素，只是简单地测量其光度，或者说观察恒星释放光子的强度。迄今观测最寒冷、亮度最低的恒星是红矮星2MASS J0523-1403。,最暗淡的恒星,最明亮的
13、恒星倾向于较大质量，目前沃尔夫-拉叶星最明亮，意味着它们炽热，强烈的恒星风席卷了大量表面物质，但是，它们生命非常短暂。当前最明亮恒星的头衔是R136a1，发现于2010年。其亮点是太阳的870万倍，质量是太阳的265倍。,最明亮的恒星,红超巨星多数时间内体积较小，直至它们耗尽氢气发生聚变，会变得更加炽热，体积膨胀。太阳将最终耗尽氢气逐渐膨胀，但仅成为红巨星。对于演变为红超巨星的恒星而言，它们质量至少是太阳10倍。红超巨星状态非常短暂，通常是几千年至10亿年。迄今发现最大恒星是心大星A和参宿四。,体积最大的恒星,最近的恒星-太阳,十张最美的太阳照片,太阳简介,太阳是由炽热的气体构成，是一个从里到
14、外都在熊熊燃烧着的庞大的气体球。它是里我们最近的恒星，也是太阳系中唯一的一颗恒星。,质量是地球的33万倍,体积为地球的130万倍,如果太阳是一只5千克重的铅球，那么地球只是一粒芝麻。,如果太阳是一只足球，那么地球只是一粒芝麻。,太阳的结构,光 球,我们平常看见的太阳只是它的表面，叫做光球，光球的温度约为6000。,但是太阳表面的温度并不是处处相同的。,太阳黑子：温度比周围低2000 左右，从地球上看上去这些地方显得比较暗，好像太阳表面上出现了一些小黑点。,太阳黑子周期：11年,色 球,耀斑：日面上突然出现迅速发展的亮斑闪耀，寿命在几分钟到几十分钟。（95的耀斑出现在与光球的太阳黑子区域对应的位
15、置）,日珥：太阳的表面经常出现喷发现象，有时会升起几十万米高的火焰，有的像光芒万丈的喷泉，有的像艳丽的焰火，这叫做日珥。,日 冕,太阳风：太阳向外发出的高 带电粒子流,太阳活动较强时，这些现象（太阳黑子、日珥、耀斑、太阳风）会频繁的出现，而太阳活动较弱时，这些现象则很少，基本不出现。,1970年3月7日日全食 太阳光球被遮住后，明亮的日冕展现出来,八大行星,我们现已知道太阳系里有八大行星。离太阳最近的是水星，由里向外依次是金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。 对太阳系八大行星的认识，有悠久的历程。古时人们在天空中仅能看到火星、金星、火星、木星、土星这五颗行星。我国古代称金星为太白，木
16、星为岁星，水星为辰星，火星为荧星，土星为填星或镇星。,水星,水星（英语：Mercury，拉丁语：Mercurius），符号：， 中国称为辰星，是太阳系八大行星最内侧的一颗，也是最小的，并且有着八大行星中最大的轨道偏心率。在古罗马神话中水星是商业、旅行和偷窃之神，即古希腊神话中的赫耳墨斯，为众神传信的神，或许由于水星在空中移动得快，才使它得到这个名字。,金星,金星（Venus）是太阳系中八大行星之一，按离太阳由近及远的次序，是第二颗。它是离地球最近的行星。（火星有时候会更近）中国古代称之为长庚、启明、太白或太白金星。公转周期是224.71地球日。夜空中亮度仅次于月球，排第二，金星要在日出稍前或者日落稍后才能达到亮度最大。因此它有时清晨出现在东方天空，被称为“启明”；傍晚处于天空的西侧。金星是一颗类地行星，因为其质量与地球类似，有时被人们叫做地球的“姐妹星”，也是太阳
