天文知识普及 第二讲 恒星世界 恒星世界 o星星究竟是什么 大部分是恒星，能够自身发光发亮； 少数是行星，反射太阳光 o如何度量星星之间的距离？ 光年：1光年＝9.46万亿千米 秒差距： 1秒差距＝3.26 光年 亮度——星等 o视星等 公元前2世纪古希腊天文学家喜帕恰斯首先提 出星等概念，他把看到的恒星按亮度分成6等 ，最亮的1等，最暗的6等 o1等星的亮度＝距离1公里远的1烛光的亮度 o更精确的星等 1850年英国天文学家普（N.R.Pogson)经过 研究并用仪器精密测定，把星等概念科学定量 化：星等相差5等，亮度差为100，即星等差1 等，亮度之比为2.512倍 为了精确，又引入 了小数星等和负数星等如天狼星是-1.4等， 织女星是0.0等，轩辕十四是1.4等 o肉眼可见的6等以上恒星全天约为6000颗 星体 目视星等 绝对星等 太阳 -26.7 4.8 月球 -13 不适用 （满月） 金星 -4.6 不适用 （最亮时） 天狼星 -1.45 1.43 （全天最亮恒星） 织女星 0.03 0.5 牛郎星 0.77 2.19 随着距离增加，相同面积上接收到 的能量在减少 绝对星等-光度 • 恒星的照度与距离 平方成反比: E1 /E2=(r2 /r1)2 • 把天体都放到10秒差距(32.6光年)处，其目视星 等叫做绝对星等; • 把一颗恒星放在不同距离上，其视星等不同 m1(r1)-m2(r2)=2.5lg(E2/E1) • r1=10秒差距； m1=M； r2 和 m2 为恒星实际值 M＝ m＋ 5－ 5lg r M＝ m＋ 5－ 5lg r M 绝对星等，m 视星等，r 距离 • 天狼星的视星等是-1.45等,距离为2.7秒 差距，绝对星等＋1.5等 • 太阳离我们最近，光辉夺目,它的目视星 等达到-26.7等,绝对星等才只有＋4.83等. 视星等和绝对星等的关系 o变星、新星、超新星 大多数恒星的光度是稳定的，有些恒星 的光度在短时期内会发生明显的、特别是周期性 的变化。
这样的恒星称变星 变星可分为：食变星、脉动变星、爆发 变星 脉动变星和爆发变星又叫物理变星它 们的亮度变化是由于恒星内部或其大气物理状况 所致 食变星： 其亮度变化是由于双星相互绕转时发生交 食现象而引起的，即前面说的食双星 （英仙座β（大陵五）魔星） 脉动变星： 恒星体积发生周期性膨胀和收缩而引起光 度的变化，膨胀时光度变大；收缩时光度变小 爆发变星： 星体爆发现象而引起光度变化 新星： 爆发变星中，亮度在很短时间内（几小 时或几天）突然剧增，然后减弱的恒星光度 可增加9个等级） 超新星： 爆发规模特别大的变星光度变幅超过17 个等级即亮度可增强到原来的几千万倍甚至近 万万倍蟹状星云） 恒星的运动 恒星的自行： 恒星的空间速度可分两个分量： 视向速度和切向速度。
前者是沿观测者的视线的分量 （离观测者远去为正，接近为负）； 后者是同视向速度相垂直的分量， 它表现为恒星在天球上的位移， 叫做自行北斗星的形状变化） 恒星的颜色 温度高偏蓝，温度低偏红 韦恩定律 o黑体辐射谱中，产生最大辐 射量的波长和黑体温度的乘积 为一常数 λmax= 0.29/T（cm ） 同一天体的不同波段的辐射来自不同（ 温度）的区域和物理过程 例 1: 不同波段的太阳影像 光学紫外 X射线 射电 例2: M81 光学 中红外 远红外 X射线 紫外 射电 史提芬—波尔兹曼定律 o物体发射电磁波强度大小，与物体的表面温 度高低有关 o恒星温度越高，能量释放越快，寿命越短 赫罗图（HR-diagram ） 恒星的多样性 o光谱型 ：O、B、A、F、G、K、M o光度级：超巨星、亮巨星、巨星、亚巨星、 主序星（或矮星）、亚矮星、白矮星 o恒星的质量：0.05～150 Msun o恒星的直径：10-3～103 Rsun 光谱类 型 颜色 平均温度（开氏温度 ） 熟悉的示例 O蓝- 紫 30,000 参宿三（delta Orionis ） B蓝- 白 20,000参宿七、角宿一 A白色10,000织女星、天狼星 F黄-白 8,000老人星、南河三 G黄色6,000太阳、五车二 K橙色4,000大角星、毕宿五 M红- 橙 3,000心宿二、参宿四 恒星的光谱类型 根据发光度对恒星进行分类 等级说明熟悉的示例 Ia明亮的超巨星参宿七、参宿四 Ib超巨星北极星、心宿二 II明亮的巨星参宿三（delta Orionis） III巨星大角星、五车二 IV亚巨星 牵牛星、Achenrar（南半天 球的一颗恒星） V主序太阳、天狼星 未分级白矮星天狼伴星、南河三伴星 o主序星的质量与光度关系 Lstar/Lsun = (Mstar/Msun)3.5 o主序星的生命期 tstar/tsun = 1/(Mstar/Msun)2.5 恒星的演化 恆星的演化(Stellar Evolution) ● 太空中的氣體與塵埃受萬有引力作用聚集，因重力收縮使其溫度 和密度逐漸上昇，當中心溫度高到足以點燃核融合反應時，恆星乃 告誕生 ● 它生命中大部分的歲月是將氫融合成氦，釋出大量熱能，使向 外膨脹的熱壓力抵消重力，成為一顆穩定的恆星 ● 到了靠中心的氫耗盡後，氫融合逐漸移至外層發生，使恆星突 然膨脹，表溫下降成為紅巨星 ● 後來星體再次因收縮溫度升高使核心進行氦融合成碳的核反應 ，質量與太陽相近或較小的恆星，在中心的氦耗盡後就不能再產生 能量，僅輻射儲存之熱能，溫度逐漸冷卻而成白矮星 ● 比太陽重得多的恆星，繼續進行核反應至中心融合成鐵才停止 ，由於重力太大又無法再產生核能，恆星乃急速收縮，此時部分能 量會反彈將外層炸掉，爆炸時光度劇增，成為極亮的超新星，爆炸 後之中心殘骸繼續崩潰收縮形成中子星 ● 而質量更重的恆星在形成中子星後仍繼續收縮，因大量物質集 中，重力強至連光都無法逸出，形成黑洞 →而被炸散的物質回到 星際空間的雲氣中，成為下一代星球形成的原料物質。
恒星的一生 热力与重力的抗争 红巨星的终结会因质量的不同而有不同的结果： •质量为太阳三倍以下，会形成白矮星 •质量为太阳三倍以上，则形成超新星 热力与重力的抗争 红巨星乃恒星的老年状态，恒星內部的 核融合将氢结合成氦、氦合成碳、碳合 成氧...…直至产生铁后，便不能再进行 核融合核融合变少，恒星温度下降， 使恒星收缩收缩后，又因收缩产生热 力，恒星再次膨胀恒星就如此落入重 力与热力的竞争中后期因铁核增大， 膨胀收缩的幅度上升，形成称为变星的 光度脉动星体 白矮星为小质量恒星 的死亡方式在红巨星 阶段，气体层散发后， 剩下的散发淡光的铁核 ，这就是白矮星白矮 温度很高，质量也大， 一立方厘米约为十个人 的质量量，大小如同地 球 白矮星最后会因能 量散失(主要是光)而变 为暗淡无光的黑矮星 超新星的残骸 超新星为大质量恒星的死亡方 式恒星因铁核质量过大，膨 脹收缩激烈，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，引 擎核心造成向外的引擎波，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 星造成的向外引擎波，使气体云 压缩，形成原始星 大质量恒星的壮烈死亡大质量恒星的壮烈死亡————超新星超新星 中子星是超新星爆炸 后遗留的恒星核心，由中 子构成，密度为水的 10~14(10的14次方)倍，仅 一立方厘米的质量就足有 全球人类那么重，大小仅 为三十公里 中子星的两个強大磁 极，带动四周带电粒子运 行，放出电波亦因自转 轴与磁极不平行，电波因 而呈圆周放射地球便接 收到一连串脉动信号，因 此中子星亦称为脉冲星 周期很短，最长为4.3s，最短只有0.0016s,且十分稳定 o脉冲星、中子星 20世纪60年代，天文学家发现一种新型变星， 它有规律的发出射电脉冲讯号，取名脉冲星其周期很 短，最长为4.3s，最短只有0.0016s,且十分稳定平 均周期0.033s 天体能发出如此快速稳定地发射脉冲讯号，唯 一的可能是恒星自转如此疯狂的自传，连白矮星那样 致密的天体也会分崩离析它只能人们早已预言的中子 星 中子星由中子组成，是由于恒星演化到晚期， 能量耗竭，若经引力坍塌，其剩余质量大于某一极值时 ，电子运动都不能抗衡原子核吸引力，继续坍塌，形成 大量自由电子，致使恒星密度很大，体积很小，形成中 子星。
人类人类————超新星残骸的组装品超新星残骸的组装品 恒星的命名 o 一般采用星座名称加上拉丁字母（希腊字 母），拉丁字母的顺序与星座内的恒星亮度相 对应当24个字母用完之后，就用数字代替字 母，通常数字是按恒星的赤经依次排列的 （如：天瓶座α、大熊座β、天鹅座61 ） 恒星集团 o恒星有集群的趋向 o最简单的恒星系统是两颗相互绕转的双星，质量大的是主星， 质量小的是伴星两子星之间除引力作用之外，还有更密切的物理 联系，比如物质交换 o有两颗以上恒星组成的恒星集团称为聚星，也成为多合星 o当在一起绕转的恒星超过十颗时称为星团星团成员对于周围 的场星通常有整体的运动星团分为球状星团和疏散星团疏散星 团成员星比较少，在十几到几百颗之间，外形不规则，大多分布在 银道附近球状星团是银河系中恒星分布最密集的地方，这里恒星 分布的平均密度比太阳附近恒星分布的密度约大50倍，中心密度则 大到1000倍左右球状星团成员星通常达几万到上千万颗，形状 规则在业已发现的约121个球状星团中，约有30个在人马座中（ 银心），其余的分布在银河系边缘，围绕银心形成形成一个近乎球 状的晕轮。
球状星团的年龄一般要疏散星团的年龄大得多 NGC5139 is also known as Omega Centauri, the largest and brightest globular in our skies. 银河系和星系 o星系是包含了几亿至几十亿颗恒星以及无数 双星、聚星、星团的庞大恒星系统太阳所在 的星系成为银河系 o河外星系按形态大致分为旋涡星系、棒旋星 系、椭圆星系和不规则星系银河系是一个漩 涡星系 星系 数量众多，形态各异 星系集团 o星系也有结团的现象，其结团的倾向比恒星 更为强烈，在已发现的数十亿个河外星系中， 很少是单独存在的 o两个互相有联系的星系成为双重星系，三五 个或十来个在一起运动的星系称为多重星。