第四章恒星的一般特性

第四章恒星的一般特性第一頁，共四十七頁，2022年，8月28日

1，恒星視亮度和光度視星等公元前2世紀(jì)古希臘希帕恰斯用肉眼估計了星的亮度按明暗程度分成6個等級(1－6)，星的亮度越大，星等越小。

肉眼能見到的約有6000顆恒星。

第二頁，共四十七頁，2022年，8月28日眼睛看起來最為明亮：1等星看起來比1等星稍暗一些：2等星再暗一些的：3等星，依此類推眼睛剛能看到的：6等星第三頁，共四十七頁，2022年，8月28日

視星等的科學(xué)性

1850年，普森發(fā)現(xiàn)星等和亮度有一定的關(guān)系：星等按等差級數(shù)增加亮度按等比級數(shù)減小1等星比6等星大約亮100倍相粼2個星等的亮度差2.512倍取零星等的亮度（E）為單位

普森公式：m=-2.5×lgE第四頁，共四十七頁，2022年，8月28日普森公式：m=-2.5×lgEm為星等（分為1至6等）E恒星的亮度（觀測者接收到的能量）第五頁，共四十七頁，2022年，8月28日視星等越大恆星越暗如果兩顆恆星的視星等相差5等mB-mA=5

求出：恒星B的亮度比恒星A暗100倍第六頁，共四十七頁，2022年，8月28日恒星視星等肉眼：可見6等大型望遠(yuǎn)鏡：25等空間望遠(yuǎn)鏡：29等第七頁，共四十七頁，2022年，8月28日

照相星等用照相底片代替肉眼觀測星光亮度越大照相底片感光黑度越濃按照相底片上感光強度定出的星等叫照相星等

第八頁，共四十七頁，2022年，8月28日

絕對星等視星等不是恒星真實發(fā)光能力把恒星移到10秒差距(32.6光年)處再比較它們的亮度（目視星等）其目視星等叫做絕對星等絕對星等表征恒星輻射強度視星等表征觀測者接收到的能量

第九頁，共四十七頁，2022年，8月28日

視星等和絕對星等的關(guān)系

M＝m＋5－5lgrM絕對星等m視星等r距離由r和m算出恒星的絕對星等M由M和m算出距離r第十頁，共四十七頁，2022年，8月28日天狼星的視星等是-1.45等距離為2.7秒差距，絕對星等＋1.5等太陽離我們最近，光輝奪目它的目視星等達(dá)到-26.7等絕對星等才只有＋4.83等第十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日恒星輻射到觀測者的強度與距離的平方成反比恒星離我們越遠(yuǎn)越暗第十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日光度光度和絕對星等都是指恒星的輻射適用于光學(xué)，紅外、紫外、射電、Χ及γ射線波段光度單位：爾格/秒恒星之間的光度差別非常大超巨星的光度比太陽約強五萬倍白矮星光度不到太陽的萬分之一第十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日光度和體積、溫度的關(guān)系恒星的光度由其溫度和表面積決定溫度愈高光度愈大表面積愈大光度也愈大光度大的恒星叫做巨星光度比巨星更強的叫超巨星光度小的稱為矮星光度大的巨星，體積也大光度小的矮星，體積也小

第十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日2，恒星的顏色、光譜和溫度第十五頁，共四十七頁，2022年，8月28日基爾霍夫光譜的三條定律（1870年，德國物理學(xué)家基爾霍夫發(fā)現(xiàn)）①熾熱的物體發(fā)出連續(xù)光譜；②低壓稀薄熾熱氣體發(fā)出某些單獨的明亮譜線；③較冷的氣體在連續(xù)光源前面產(chǎn)生吸收譜線。第十六頁，共四十七頁，2022年，8月28日

給鐵條加溫1.溫度低：紅色2.溫度中等：黃色3.溫度很高：白色第十七頁，共四十七頁，2022年，8月28日黑體輻射：峰值波長由溫度決定第十八頁，共四十七頁，2022年，8月28日太陽觀測曲線和5800K的黑體輻射譜的比較很一致，因此太陽表面的溫度約為6000度K。太陽光經(jīng)過棱鏡后被分為七色光，波長從400nm---700nm(毫微米）第十九頁，共四十七頁，2022年，8月28日吸收線和發(fā)射線吸收線：在太陽連續(xù)光譜的上面有許許多多的粗細(xì)不等、分布不均的暗黑線，共有2萬多條。發(fā)射線：在連續(xù)光譜上還有成千上萬條明亮的譜線。第二十頁，共四十七頁，2022年，8月28日電離吸收線發(fā)射線能級和譜線發(fā)射線、吸收線和電離第二十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日連續(xù)光譜和發(fā)射線第二十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日連續(xù)光譜和吸收線第二十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日太陽光譜研究太陽光譜（連續(xù)譜、發(fā)射線和吸收線）可給出太陽大氣的結(jié)構(gòu)、物理狀態(tài)、化學(xué)成分以及太陽活動的性質(zhì)等。第二十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日測量天體磁場的方法塞曼效應(yīng)：19世紀(jì)末物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)在均勻磁場中，原子輻射產(chǎn)生的某一條發(fā)射譜線要分裂為兩條或三條，分裂程度與磁場強弱有關(guān)。天文學(xué)家利用塞曼效應(yīng)設(shè)計出觀測太陽和恒星磁場的設(shè)備。太陽是唯一的一顆能給出表面磁場分布的恒星。第二十五頁，共四十七頁，2022年，8月28日觀測到的譜線塞曼效應(yīng)電子從高能級躍到低能級，發(fā)射一定頻率的譜線有磁場時，能級分裂導(dǎo)致譜線分裂分裂程度與磁場強度成正比，因此可以測磁場第二十六頁，共四十七頁，2022年，8月28日3，恒星的距離測定測量距離的重要性：我們?nèi)庋壑荒苤篮阈窃谔烨蛏系耐队暗奈恢貌恢篮阈堑木嚯x就不能確定恒星空間的真實分布、運動速度和發(fā)射電磁波的真實強度第二十七頁，共四十七頁，2022年，8月28日距離單位恒星之遙遠(yuǎn)，遠(yuǎn)到無法用公里來做單位

天文學(xué)家特別定義了3把不同的尺子1，天文單位太陽和地球之間的距離1億5千萬公里稱為1個“天文單位”2，光年光1年要走大約10萬億公里3，秒差距1秒差距等于3.26光年第二十八頁，共四十七頁，2022年，8月28日恒星距離比鄰星距離是4光年多牛郎星為16光年織女星是25光年北極星的距離680光年銀河系中最遠(yuǎn)的恒星約8萬多光年河外星系中的恒星幾億甚至幾百億光年第二十九頁，共四十七頁，2022年，8月28日

北斗七星的距離（光年）

大熊α75大熊β62大熊γ75大熊δ65大熊ε62大熊ζ59大熊η108

第三十頁，共四十七頁，2022年，8月28日怎樣測量恒星的距離？

近處的恒星可以用三角測量法第三十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日三角測量法的困難地球上的基線太短

地球直徑1.3萬公里（1.3×10-9光年）最近恒星4.3光年角度太小無法測量地球軌道提供3億公里基線，情況好轉(zhuǎn)第三十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日第三十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日周年視差隔半年的兩次觀測觀測同一顆星，其視位置會發(fā)生變化AB：3億公里第三十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日1角秒1秒差距地球軌道太陽天文單位秒差距以一個天文單位為底邊底角為1角秒其直角邊為一個秒差距（1弧度為206265角秒）第三十五頁，共四十七頁，2022年，8月28日l秒差距約等于3.26光年或30萬億公里恒星距離和恒星視差成反比恒星距離越遠(yuǎn)，它的視差越小恒星越近，視差越大距離（秒差距）＝l／視差（角）織女星的視差為(角秒)

距離＝8.1秒差距第三十六頁，共四十七頁，2022年，8月28日早期視差測量恒星距離非常遙遠(yuǎn)視差極為微小哥白尼在創(chuàng)立日心學(xué)說時曾嘗試測量恒星視差（未成功）以證明地球圍繞太陽運轉(zhuǎn)哥白尼之后經(jīng)過了三百來年的努力，1838年才測量出恒星的視差天鵝座61的視差為它相當(dāng)于從12公里處看一個1分硬幣所成的張角第三十七頁，共四十七頁，2022年，8月28日恒星距離越遠(yuǎn)，它的視差越小恒星越近，視差越大把恒星視差為1角秒時恒星所對應(yīng)的距離作為一種單位它名叫“秒差距”l秒差距約等于3.26光年或30萬億公里恒星距離和恒星視差成反比距離（秒差距）＝l／視差（角）織女星的視差為角秒距離＝8.1秒差距。第三十八頁，共四十七頁，2022年，8月28日周年視差的局限性利用三角視差法測定了大約7千顆較近的恒星的距離絕大多數(shù)恒星距離太遙遠(yuǎn)它們的視差位移小于根本測量不出它們的視差

要尋找新的方法！第三十九頁，共四十七頁，2022年，8月28日造父變星測距法第四十頁，共四十七頁，2022年，8月28日恒星不恒恒星的相對位置幾乎保持不變明亮程度也似乎不發(fā)生變化因而稱它們?yōu)楹阈鞘聦嵣?，恒星有很高的運動速度有的可超過每秒一千公里亮度也在發(fā)生變化各類變星，造父變星是特殊的一類第四十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日造父變星造父變星1784年，發(fā)現(xiàn)仙王座δ星是變星我國叫做“造父一”造父一最亮?xí)r是3.6等最暗時是4.3等，周期性變化（5.37天）后來發(fā)現(xiàn)的造父變星越來越多，成為一種類型－－造父型變星第四十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日造父變星的周光關(guān)系勒維特是美國一位兩耳失聰女天文學(xué)家研究小麥哲倫星云中1777顆變星其中25顆造父變星,測到視星等（從12.5等到15.5等）光變周期（從2天到120天）發(fā)現(xiàn)了造父變星的周光關(guān)系:

造父變星越亮變光周期越長第四十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日造父變星的周光關(guān)系測出一批知道距離的造父變星得到變光周期和絕對星等第四十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日

造父變星測距法測出造父變星的光變周期利用周光關(guān)系曲線造父變星的絕對星等由關(guān)系式M＝m＋5－5lgr，算出造父變星的距離可測定遙遠(yuǎn)的造父變星及其中含有造父變星的天體系統(tǒng)如星團、星系