天文知识普及讲座2

1、天文知识普及 第二讲 恒星世界恒星世界恒星世界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 光年亮度亮度星等星等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

2、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。星体星体 目视星等目视星等 绝对星等绝对星等太阳太阳 -26.7 4.8月球月球 -13 不适用不适用（满月）（满月）金星金星 -4.6 不适用不适用（最亮时）（最亮时）天狼星天狼星 -1.45 1.43（全天最亮恒星）（全天最亮恒星）织女星织女星 0.03 0.5牛郎星牛郎星 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绝对星等- -光度光度 恒星的照度与距离平方成反比: E E1 1 /E/E2 2=(r=(r2 2 /r/r1 1) )2 2 把天体都放到1

3、010秒差距秒差距(32.632.6光年光年)处，其目视星等叫做绝对星等绝对星等; 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 m m 5 5 5lg r5lg r M M m m 5 5 5lg r5lg 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视星等和绝对星等的关系o变星、新星、超新星变星、新星、超新星

4、 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（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

5、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max= 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

6、 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，与物体的表面温物体发射电磁波强度大小，与物体的表面温度高低有关。度高低有关。o恒星温度越高，能量释放越快，寿命越短。恒星温度越高，能量释放越快，寿命越短。4TE赫罗图（赫罗图（HR-diagram ）恒星的多样性恒星的多样性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：0.05150 Msuno恒星的直径：10-3103 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 20,0

7、00参宿七、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/(M

8、star/Msun)2.5 恒星的演化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和密度逐漸上昇，當中心溫度高到足以點燃核融合核融合反應時，恆反應時，恆星乃告誕生星乃告誕生 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，成為一顆穩定的外膨脹的熱壓力抵消重力，成為一顆穩定的恆星恆星 到了靠中心的氫耗盡後，氫融合逐漸移至外層發生，使恆星突到了靠中心的

9、氫耗盡後，氫融合逐漸移至外層發生，使恆星突然膨脹，表溫下降成為然膨脹，表溫下降成為紅巨星紅巨星 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，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，溫度逐漸冷卻而成生能量，僅輻射儲存之熱能，溫度逐漸冷卻而成白矮星白矮星 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，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，此時部分由於重力太大又無法再

10、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，超新星，爆炸後之中心殘骸繼續崩潰收縮形成爆炸後之中心殘骸繼續崩潰收縮形成中子星中子星 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，形成中，重力強至連光都無法逸出，形成黑洞黑洞 而被炸散的物質回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。到星際空間的雲氣中，成為下一代星球形成的原料物質。 恒星的一生恒星的一生 热力与重力的抗争热力与重力的抗争红巨星

11、的终结会因质量的不同而有不同的结果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，会形成质量为太阳三倍以下，会形成白矮星。白矮星。 质量为太阳三倍以上，则形成质量为太阳三倍以上，则形成超新星。超新星。 热力与重力的抗争热力与重力的抗争红红巨星乃巨星乃恒恒星的老星的老年状态年状态，恒恒星內部的星內部的核融合核融合将氢结将氢结合成氦、氦合成碳、碳合合成氦、氦合成碳、碳合成氧成氧.直直至至产产生生铁后铁后，便不能再，便不能再进进行行核融合。核融合核融合。核融合变变少，少，恒恒星星温温度下降，度下降，使使恒星收缩恒星收缩。收缩后收缩后，又因，又因收缩产收缩产生生热热力，力，恒星恒星再次再

12、次膨胀膨胀。恒星恒星就如此落入重就如此落入重力力与热与热力的力的竞争竞争中。中。后后期因期因铁铁核核增增大，大，膨胀收缩膨胀收缩的幅度上升，形成的幅度上升，形成称为变称为变星的星的光度光度脉动星体脉动星体。 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

13、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。 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1014(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

14、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。 恒星的命名恒星的命名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

15、、大熊座、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

16、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

17、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系，而10100个星系组成的星系集团称为星系群。簡易觀星指法簡易觀星指法星系和暗物質o物體轉動有多快，取決於它軌道內有多少物質。如果所有物質都看得見，那麼近銀河系邊沿的恆星軌道速度，便按照以上的紅線分佈。o不過，我們發現恆星移動得比預期的快，根據開普勒定律，當中的物質必須比我們所看到的更多。o額外的物質稱為暗物質，因為他們不會放出電磁波，揭示它們是以重力的形式存在。o1970年代，維拉魯賓和她的同工發現了這件事。她測量傾角(inclination a

18、ngle)大約為0的旋渦星系的多普勒頻移，測定了星系的旋轉曲線。紅移和宇宙/wiki/Hubble_lawo維斯特斯里弗測量紅移，因此也測量了星系的徑向速度。 o哈勃測量距離、星系。結合徑向數據，他發現哈勃定律：v = H do哈勃常數 H 最為接受的數值大約是 70 km/s/Mpc.o哈勃定律指出，離我們愈遠的星系，遠離我們的速度愈快。宇宙的膨脹可解釋這事。o注意這個宇宙紅移不是由於多普勒效應。星系遠離我們，是因為宇宙（空間-時間）本身在擴大，而不是因為星系在太空移動。 答：答：暗物質也是物質，但不放出或反射電磁輻射，以致不能讓人檢測。不過，重力掲示它的存在。暗能量是一個假設的真空能量，具有很強的負面壓力。它加速了空時的膨漲。o暗物質和暗能量的成分，我們知到的並不多。可直接看到的總能量密度只有4 ；有 22 是暗物質、74 是暗能量。o暗物質成分