恒星是什么样的行星?
明星也有自己的生活史,从出生、成长到衰老,最后到死亡。它们大小不同,颜色不同,进化也不同。恒星与生命的联系不仅仅在于它提供光和热。事实上,构成行星和生命物质的重原子是在一些恒星生命末期发生的爆炸过程中产生的。
距离
测量恒星间距离最基本的方法是三角视差法。首先测量地球轨道在恒星处的张角(称为年视差),然后通过简单的运算就可以得到恒星之间的距离。这是测量距离最直接的方法。但对于大多数恒星来说,这个张角太小,无法精确测量。因此,常用一些间接的方法来确定恒星间的距离,如光谱视差法、星团视差法、统计视差法、由造父变星周期-光度关系确定的视差等。(见天体距离)。这些间接方法基于三角视差法。
星等
恒星的亮度通常用星等来表示。恒星越亮,星等越小。在地球上测得的星等称为视星等;从地球还原到10秒差距的星等称为绝对星等。对不同波段敏感的探测元件测得的同一颗星的星等一般是不相等的。目前,最常用的星等系统之一是U(紫外线)、B(蓝色)和V(黄色)三色系统(见测光系统)。光度系统);b和v分别接近摄影星等和视觉星等。两者的区别在于常用的颜色指数。太阳的V=-26.74,绝对视星等M=+4.83,色指数B-V=0.63,U-B=0.12。色温可以通过颜色指数来确定。
温度
恒星表面的温度一般用有效温度来表示,它等于直径相同、总辐射相同的绝对黑体的温度。恒星的光谱能量分布与有效温度有关,由此可以确定O、B、A、F、G、K、M等相同光谱类型(也称温度类型)的恒星,体积越大,总辐射通量(即光度)越大,绝对星等越小。恒星的光度等级可分为ⅰ、ⅱ、ⅲ、ⅳ、ⅴ、ⅵ、ⅶ,依次称为超巨星、亮巨星、巨星、次巨星、主序星(或矮星)、次矮星、白矮星。太阳的光谱是G2V,颜色为黄色,有效温度约为5,770K K..A0V星的平均色指数为零,温度约为10000k k,恒星的有效表面温度变化很大,从早期O型的几万度到晚期M型的几千度。
大小
根据恒星的视直径(角直径)和距离可以计算出恒星的真实直径。常用的干涉仪或月掩星法,可以测量小至0001的恒星角直径。较小的恒星不容易精确测量,测量距离误差使得恒星的真实直径不太可靠。根据食双星和裂双星的轨道数据,也可以得到一些恒星的直径。对于某些恒星,还可以根据绝对星等和有效温度计算出真直径。各种方法计算出的不同恒星的直径,小到几千米,大到10千米。
质量
只有特殊的双星系统才能测量质量,一般恒星的质量只能通过质量-光度关系等方法估算。恒星的测量质量在太阳质量的百分之几到120倍之间,但大多数恒星的质量在0.1到10之间。根据直径和质量可以计算出恒星的密度,密度约为10g/cm(红巨星)到10 ~ 65438。
恒星表面的大气压力和电子压力可以通过光谱分析来确定。元素的中性与电谱线强度之比不仅与温度和元素丰度有关,还与电子压力密切相关。电子压力和气体压力有固定的关系,两者都依赖于恒星表面的重力加速度,因此也与恒星的光度密切相关(见恒星大气理论)。
根据恒星光谱中谱线的塞曼分裂(见塞曼效应)或某一波段连续光谱的圆偏振,可以测量恒星的磁场。太阳表面一般的磁场很弱,只有1 ~ 2高斯左右,而一些恒星的磁场很强,达到数万高斯。白矮星和中子星的磁场更强。
化学成分
和地面实验室的光谱分析一样,我们也可以分析恒星的光谱,从而确定恒星大气中形成各种谱线的元素含量。当然,情况比地面上一般的光谱分析要复杂得多。多年的测量结果表明,正常恒星大气的化学成分与太阳大气相似。按质量计,氢最多,氦次之,其余为氧、碳、氮、氖、硅、镁、铁、硫等。然而,一些恒星大气的化学成分与太阳大气不同。例如,在沃夫-瑞叶星,富碳和富氮大气是有区别的(也就是说,碳序列和氮序列是有区别的)。在金属线星和A型特殊星中,某些金属元素和超铀元素的谱线特别强。不过,这是否能归因于某些元素的高含量,还是个问题。
理论分析表明,在演化过程中,恒星内部的化学成分会随着热核反应过程的变化而逐渐变化,重元素的含量会增加,但恒星大气中的化学成分一般变化不大。
身体特征的变化
观测到一些恒星的光度、光谱、磁场等物理性质随时间的推移呈周期性、半规律性或不规则性变化。这种星叫变星。变星可分为两类:一类是由几个天体之间的几何位置变化或恒星本身特殊的几何形状引起的;一种是恒星本身内部物理过程导致的物理变星。
在几何变量中,最熟悉的是食星(瞬时双星),其中两颗恒星围绕彼此旋转(有时有气体环或气盘的参与),从而改变光线。根据光强随时间变化的“光变曲线”,可将它们分为大凌v、天琴座β和大熊座w三个几何变星,其中,还有椭球变星(由于它们是椭球体,亮度的变化是由于旋转时观测者看到的发光面积的变化)和星云变星(一些位于星云内部或后方的恒星由于星云的运动而改变亮度)。可以用倾斜转子模型解释的磁变量也应归类为几何变量。
根据调光的物理机制,物理变量主要分为脉动变量和爆发变量两种。脉动星变暗的原因是恒星的大气在主序(见Herro图)长周期后周期性或非周期性地膨胀和收缩,从而引起脉动光度变化。理论计算表明,脉动的周期与恒星密度的平方根成反比。因此,那些晚型不规则变星、半规则变星和重复周期为数百天甚至数千天的长周期变星,都是超大巨星周期约为1 ~ 50天的巨大低密度晚型巨星或经典造父变星,天琴座RR型变星(也称星团变星)周期约为0.05 ~ 1.5天,是两个最重要的脉动变星。观测表明,前者的绝对星等随着周期的增大而减小(这与密度和周期的关系是相容的),因此可以通过精确测量它们的变暗周期来推断它们与所在恒星群的距离,因此造父变星在宇宙中也被称为“灯塔”或“天球尺度”。天琴座RR变星也有测天尺的功能。
还有一些周期短于0.3天的脉动变量(包括“′class = link >;盾变星,船帆座AI变星和V变星' " class = link & gt仙王座型变星等。),它们的大气层分为几层,每一层都有不同周期和形式的脉动。所以它的光度变化规律是几个周期变化的叠加,光变曲线的形状变化很大,光变与视速度曲线的关系也不同。Shields中的Delta型变星和Vela中的AI型变星可能是低质量高密度的恒星,而Cepheus中的beta型变星则属于高温巨星或亚巨星。
根据爆炸规模,爆炸变星可分为超新星、新星、矮星、准新星和闪耀星。超新星的亮度会在极短的时间内增加上亿倍,然后在几个月到一两年内变得非常暗淡。目前大多数人认为这是恒星演化后期的一种现象。超新星的外壳以每秒几千甚至上万公里的速度向外膨胀,形成逐渐膨胀变薄的星云;内部被极度压缩,形成密度极高的中子星等天体。最著名的银河超新星是中国宋代(公元1054年)在金牛座发现的“天官客星”。现在这里可以看到著名的蟹状星云,在其中心有一颗周期约为33毫秒的脉冲星。一般认为脉冲星是快速旋转的中子星。
新星在可见光波段的光度会在几天内突然增加约9量级以上,然后在几年内逐渐恢复原状。1975年8月在天鹅座发现的新星是迄今为止光变最大的一颗。光谱观测表明,新星的气体壳层以每秒500 ~ 2000公里的速度向外膨胀。一般认为新星爆炸只是壳层的爆炸,质量损失只占总质量的千分之一左右,不足以使恒星发生质变。一些爆炸性的变星会再次爆发出相当大的规模,这就是所谓的轮回新星。
矮新星和类新星变星的光度变化与新星相似,但幅度只有2 ~ 6星等,发光周期要短得多。它们大多是双星中的子星,所以很多人倾向于认为这类变星的爆炸是双星中某个东西的吸积过程造成的。
耀星是一些不规则的快速变化的恒星,其光度在几秒到几分钟内突然变亮,然后迅速恢复原状。它们被认为是一些低温主序前兆。
北冕还有一颗R型变星,光度与新星相反,会突然变暗几个量级,然后慢慢上升到原来的亮度。观测表明,它们是一些富含碳的恒星。大气中碳尘埃粒子的突然增多,使其光度突然变暗,所以有人称之为碳爆变星。
随着观测技术的发展和观测波段的扩大,还发现了射电波段变化的射电变星和X射线辐射通量变化的X射线变星。
结构和演变
根据实际观测和光谱分析,我们可以了解恒星大气的基本结构。一般认为,在某些恒星中,最外层有类似日冕的高温低密度日冕。它通常与星风有关。一些恒星发现了在日冕中产生一些发射线的色球层,内层大气吸收较高温度气体的连续辐射形成吸收线。人们有时把这层大气称为逆温层,发出连续光谱的高温层称为光球层。其实恒星光辐射形成的过程说明这层光球相当厚,每一层都有发射和吸收。光球层和逆温层不能完全分开。在太阳恒星的光球层中,有一个平均半径约为十分之一或更大的对流层。在上部主序星和下部主序星内部,对流层的位置是非常不同的。能量传输主要是光球层的辐射和对流层的对流。
对于光球层和对流层,我们经常使用根据实际测量的物理特性和化学成分建立的模型进行更细致的研究。基于流体静力学平衡和热力学平衡的基本假设,我们可以建立一些关系来求解恒星不同区域的压力、温度、密度、不透明度、生产力和化学成分。在恒星的中心,温度可以高达几百万甚至上亿度,这取决于恒星的基本参数和演化阶段。在那里,有不同的能力反应。一般认为恒星是由星云凝聚而成,主序之前的恒星由于温度低,无法发生热核反应,只能靠引力收缩产生能量。进入主序后,中心温度高达700万度,氢聚合成氦的热核反应开始。这个过程很长,是明星一生中最长的阶段。氢气燃烧完成后,恒星会向内收缩,向外膨胀,演化成一颗巨大的红巨星,表面温度较低,可能会引起脉动。内部温度上升到近1亿度的恒星开始出现氦碳循环。在这些演化过程中,恒星的温度和光度按照一定的规律变化,从而在赫罗图上形成一定的轨迹。最后,一些恒星在超新星中爆炸,气体壳飞走,核心被压缩成中子星等致密恒星并趋于“死亡”(见恒星的形成和演化)。
恒星的内部结构和演化后期的高密阶段主要来源于理论物理,需要通过观测来确认和完善。关于热核反应形成的中微子之谜,理论预测与观测事实仍相差甚远。这说明原来的理论还有很多不完善的地方(见中微子天文学)。因此,揭开中微子的神秘面纱,对于研究恒星尤其是恒星的内部结构和演化非常有帮助。
恒星的演化
当星际物质凝结成恒星时,恒星的演化取决于其内部的核反应过程。在稳定状态下,恒星向内的引力与向外的运动压力和辐射压力相平衡。但在某些情况下,这种平衡条件会被破坏,处于不同演化阶段的恒星有不同的观测表现。