1、第三章 恒 星,恒星是指由內(nèi)部能源產(chǎn)生輻射而發(fā)光的大質(zhì)量球狀天體,恒星的主要參數(shù)范圍,3.1 恒星參數(shù)的測定,一、恒星的距離 恒星離我們非常遙遠，除太陽外，離我們最近的恒星是半人馬座比鄰星，距離約為41013 千米。,利用地球公轉(zhuǎn)測定恒星的視差角,恒星的距離是借助于測定周年視差而獲得的 r=a/ 太陽到恒星的距離為r,單位為光年或秒差距 日地平均距離為a，單位為天文單位 恒星的周年視差為 ，單位為弧秒,三個著名恒星距離,以上講的三角視差法誤差較大,故可改用其他方法測量,如分光測量法、造父變星法等。,分光測量法是利用恒星中某些譜線的強度比和絕對星等的線性經(jīng)驗關(guān)系，即由測定一些譜線對的強度比求絕對

2、星等，進而求出距離。,二、恒星的亮度和視星等 恒星看起來的明暗程度稱為視亮度，簡稱亮度，用E表示 在天文學上，星的亮度用星等表示。古人按照星的明暗程度把星星分為6個 亮度等級，天球上約20顆最亮的星稱為一等星，肉眼剛剛能看到的星稱為六等星。通常以拉丁字母m表示星等。這個星等系統(tǒng)原則上保留到現(xiàn)在，并給予標準化后推廣到特別亮的天體以及肉眼看不見但用望遠鏡能看見的暗星上去。 m=-2.5lgE,三、恒星的光度和絕對星等 恒星真正的發(fā)光本領(lǐng)稱為光度，用L表示。它是恒星每秒鐘向四面八方發(fā)射的總能量 為了比較不同恒星的光度，假想把恒星都移到同樣的距離比較亮度。天文學中把這個標準距離取為10秒差距，相應于1

3、0秒差距距離上的星等值稱為絕對星等，用M表示。,四、恒星的大小、質(zhì)量和密度,恒星的大小用其角直徑在大小來表示，其測量的主要方法有三種： 月掩星法 干涉法 光度法,恒星的質(zhì)量是很重要的一個參量，但是除太陽外，目前只能對某些雙星進行直接測定，其他恒星的質(zhì)量都是間接得到的，如通過質(zhì)光關(guān)系來測定的。,1、測定雙星質(zhì)量的基本原理是依據(jù)開普勒第三定律雙星系統(tǒng)的總質(zhì)量與軌道半長徑的立方成正比，與軌道周期的平方成反比,結(jié)合天體測量法測出兩子星相對質(zhì)心的距離 和 ,則可知兩子星的質(zhì)量比,從而可求出每個子星的質(zhì)量,、質(zhì)光關(guān)系： 對于質(zhì)量大于0.2 M 的主序星（見.6節(jié)），恒星的質(zhì)量和光度之間有很好的統(tǒng)計關(guān)系，稱

4、之為“質(zhì)光關(guān)系”。恒星的質(zhì)量越大，其對應的光度越強。一般符合如下關(guān)系 lg(L/L)=3.8lg(M/M )+0.08,3.2 恒星光譜及其相關(guān)性質(zhì),太陽的光譜是紅、橙、黃、綠、 青、靛、紫七色，原因是什么呢？,一、光譜概念的物理基礎(chǔ),天文學包括天體力學、天體物理學等數(shù)十個分支，量子力學的建立，使人們能正確地認識微觀世界，愛因斯坦狹義相對論和廣義相對論的建立改變了人們對時間和空間本質(zhì)的認識，同時也給了天文學家更深入認識恒星和天體的一個理論工具。,量子力學創(chuàng)立于20世紀初，是研究電子、質(zhì)子、中子以及原子和分子內(nèi)其他亞原子粒子運動的一門科學。相對于量子力學，牛頓力學稱為經(jīng)典力學。利用牛頓力學，人們

5、認識了太陽系。同樣，人們想象一個原子就是一個小太陽系：核在中心，電子在固定的軌道繞核“公轉(zhuǎn)”。但按照量子力學的說法，原子中沒有電子運動的軌道，只能說電子可能出現(xiàn)在什么地方。,按照量子力學的說法，光既是波也是粒子，稱為波粒二象性。不僅光是如此，任何看似粒子的物質(zhì)都具有波動性。 關(guān)于量子力學中的不確定性，有兩種對立的見解，以玻爾為首的哥本哈根學派認為這是最后的、基本的規(guī)律，以后只能靠獲得不確定性更詳細的知識來豐富量子力學。而以愛因斯坦為代表的一些科學家則反對這種觀點，他們認為這是目前知識不完備的結(jié)果，將來會有新的理論來恢復嚴格的決定論。,二 恒星光譜與氫原子譜線,光譜有連續(xù)光譜，線光譜和帶光譜。,

6、太陽光譜其實并不是一條連續(xù)的光帶，而是帶有許多暗線條,氫原子光譜（巴爾默系，背景彩色是為了表示三條光譜線的位置而加進去的）。,三 光譜在恒星研究中的應用,1、確定恒星的化學組成 2、確定恒星的溫度 3、確定恒星的視向速度和自轉(zhuǎn),四、恒星的光譜、顏色和表面溫度之間的關(guān)系 恒星的光譜型與顏色、表面溫度的關(guān)系,五、恒星的赫羅圖,3.3 變星和新星,亮度在較短時期內(nèi)有顯著變化的星為變星。 有少數(shù)星的亮度可在幾天內(nèi)猛增幾萬倍，較原有星等減少10-14等，把這些突然爆發(fā)的星稱為新星。,一造父變星,造父變星又稱長周期造父變星或經(jīng)典造父變星，是脈動變星的一種，這類變星的亮度變化是周期性的，一般周期在1.580

7、天之間。 周光關(guān)系：周期和絕對星等之間的關(guān)系。造父變星的平均絕對星等M與其周期的對數(shù)lgP近似成直線關(guān)系,周光關(guān)系,新星,二、新星和超新星,亮度會在很短的時間內(nèi)迅速增加，達到極大后慢慢減弱，幾年或幾十年后恢復到原來的亮度，這種星叫新星。,超新星,有些恒星爆發(fā)時規(guī)模比新星更巨大， 光度增加1億倍，這種星稱為超新星。,超新星,3.4 恒星集團,由兩顆星組成的系統(tǒng)稱為雙星 兩個以上到十多個星組成的系統(tǒng)，相互間有力學關(guān)系，稱為聚星 更大的恒星系統(tǒng)稱為星團,一、雙星,雙星的兩個成員都稱為雙星的子星，較亮的子星稱為主星，較暗的稱為伴星,（一）目視雙星 在望遠鏡里能直接用眼睛看出是兩顆星的雙星,雙星,（二）

8、分光雙星 用光譜分析的方法發(fā)現(xiàn)的雙星,雙星,（三） 交 食 雙 星,二 聚星,二、聚星,三顆到十幾顆恒星聚集到一起，彼此之間有一定的物理聯(lián)系，這樣的恒星團稱為聚星。北斗七星中的開陽星就是著名的聚星。,開陽星,開陽主星,輔 星,雙 星,密近雙星,子星,子星,三合星,密近雙星,三、星團,由幾十顆到幾百萬顆恒星聚在一起，有著某些共同的物理性質(zhì)，這樣的恒星集團叫做星團,（一）銀河星團 形狀不規(guī)則，由幾十到幾百顆恒星組成，結(jié)構(gòu)比較松散 金牛座中的昴星團和畢星團是最著名的銀河集團,（二）球狀星團 由幾萬顆到幾十萬顆老年恒星組成的具有緊湊球?qū)ΨQ外形的恒星集團 銀河系中已發(fā)現(xiàn)的球狀星團最著名的是武仙座球狀星團

9、,四 星協(xié),某些類型的恒星，如O型星和B型星，在天空中的分布有聚集成團的傾向，并且彼此之間具有物理聯(lián)系，形成集團，這種特殊的恒星集團稱為星協(xié) 可分為兩類：一類主要有O型和B型星組成，稱為OB星協(xié)；另一類叫T星協(xié)，主要由金牛座T型變星組成,3.5 星云和星際物質(zhì),在恒星之間的空間中存在的各種各樣的物質(zhì)統(tǒng)稱為星際物質(zhì)，其中包括星云。,一 星 云,（一）行星狀星云 行星狀星云中央都有一顆很熱的恒星，稱為星云的核。環(huán)狀外殼是一個透明發(fā)光物質(zhì)構(gòu)成的球或橢球。,（二）彌漫星云 彌漫星云是星際氣體或塵埃的不規(guī)則形狀的云，沒有明確的界限。 它可分為亮星云和暗星云,二、星際物質(zhì),在沒有恒星也沒有星云的地方，充滿

10、著比彌漫星云還要稀薄許多的物質(zhì)，這就是星際物質(zhì)。 星際物質(zhì)不是均勻的分布在空間里，而是聚集為一塊塊的“小云朵”。它們由氣體和塵埃組成。,3.6 恒星的起源和演化,天體的起源：宇宙物質(zhì)從另一種形態(tài)轉(zhuǎn)化為這種天體形態(tài)的過程 天體的演化：天體在其存在時期內(nèi)在不斷變化著，不斷進行機械運動、物理運動和化學運動，天體的質(zhì)量、大小、光度、溫度、磁場、結(jié)構(gòu)、自轉(zhuǎn)等都在變化，某些時期甚至與外界還有物質(zhì)交換，這些統(tǒng)稱為天體的演化,有關(guān)恒星起源和演化學說的發(fā)展，大體上可分為三個階段： 第一階段，18501920年 第二階段，19251960年 第三階段，1960年至今,一 恒星的內(nèi)部結(jié)構(gòu),主星序上的恒星，其內(nèi)部能量

11、來自核心區(qū)的熱核反應，通過對流、輻射、熱傳導3種方式傳輸?shù)胶阈潜砻?二 恒星的年齡,球狀星團法：根據(jù)球狀星團的演化特征來 確定恒星的年齡。 發(fā)射性同位素法：根據(jù)衰減周期,星團,現(xiàn)代恒星起源演化理論把恒星的一生分為如下幾個階段： 引力收縮階段、主星序階段、紅巨星階段、爆發(fā)階段、臨終階段,三 引力收縮階段,快收縮階段：從星云過渡到恒星的階段。 慢收縮階段：當內(nèi)部壓力與引力幾乎相等時，原恒星處于準流體力學平衡狀態(tài)，便開始慢收縮過程。,超新星,四主星序階段,質(zhì)量越大，光度越大，能量消耗越快，恒星停留于主星序的時間越短,五紅巨星階段,恒星離開主星序階段，開始向紅巨星演化，質(zhì)量特別大的恒星則向紅超巨星演化

12、。大部分脈動變星都是處于紅巨星演化后期的恒星。,六 爆發(fā)階段,有行星狀星云的核心爆發(fā)，新星爆發(fā)和超新星爆發(fā)。,七臨終階段,0.88MM1.44M白矮星 1.44MM3M中子星 MM70M黑洞,白矮星,八小結(jié) 0.4M至3M的恒星的演化 3M以上的恒星的演化,各階段的恒星,3.7 恒星起源與演化中的哲學思想,一、新陳代謝是恒星演化的基本規(guī)律 二、吸引與排斥的對立統(tǒng)一是恒星演 化的動力 三、質(zhì)量互變是恒星演化的主要規(guī)律,一 新陳代謝是恒星演化的基本規(guī)律,首先，恒星的演化是有生有滅的。生是指宇宙中的物質(zhì)從一種形態(tài)轉(zhuǎn)化為另一種物質(zhì)形態(tài)。滅是指恒星從這種物質(zhì)形態(tài)再轉(zhuǎn)化成其他物質(zhì)形態(tài)的過程。 其次，恒星的

13、演化又是有滅有生的。就是指物質(zhì)從新的彌漫物質(zhì)或恒星的殘骸這種物質(zhì)形態(tài)，再轉(zhuǎn)化成為另一種物質(zhì)形態(tài)，既新一代恒星的過程。,再次，恒星的演化又是無限循環(huán)的。需要指出的是，這種循環(huán)不是簡單的重復，因為新一代恒星與上一代恒星在化學組成上是有區(qū)別的。在重復上一代恒星的某些因素時又加進了許多新內(nèi)容，是一個否定之否定的過程。,二 吸引與排斥的對立統(tǒng)一是恒星演化的動力,吸引是指恒星各部分之間萬有引力的作用，使恒星收縮。 排斥是指微觀離子的熱運動所產(chǎn)生的氣體壓力和恒星內(nèi)部的電磁輻射所產(chǎn)生的輻射壓力，使恒星膨脹。,恒星的幼年期：引力收縮階段，分快收縮和慢收縮兩個階段。 恒星的主星序階段：引力和斥力勢均力敵。 恒星的主星序以后階段：引力占據(jù)主導地位，經(jīng)過一系列反復的膨脹，收縮過程，