4.恒星与星系.ppt

恒星与星系刘运明2008.10恒星n恒星由炽热气体组成的,能自己发光的球状球状或类球状天体类球状天体 具有巨大的质量n离地球最近的恒星：太阳；其次是位于半人马座的南门二，距我们4.22ly（光年：是一种距离单位，是光在一年的时间内在真空中传播的距离，1ly=9.5×1012 km ）n其 “恒”是指在天球上的相对位置不变（对应于哪个坐标系？）恒星的空间速度n两个分量：视向速度和两个分量：视向速度和切向速度切向速度;视向速度是视向速度是沿观测者视线方向的分沿观测者视线方向的分量（正负方向）；切向量（正负方向）；切向速度是同视向速度垂直速度是同视向速度垂直的分量（自行）的分量（自行）n巴纳德星视行最快：巴纳德星视行最快：10.31”n只需只需175年，年，可移动一个可移动一个月亮直径距离月亮直径距离蛇夫座——巴纳德距离近，它距离我们太阳系只距离近，它距离我们太阳系只有有5.96光年，是除南门二系统光年，是除南门二系统（半人马座（半人马座α三合星，三合星，比邻星比邻星））外，距我们第四近的恒星有外，距我们第四近的恒星有趣的是，巴纳德星现在正向着趣的是，巴纳德星现在正向着太阳系的方向运行，预估公元太阳系的方向运行，预估公元11800年时，会距地球仅年时，会距地球仅3.85光年，当时它就会成了除太阳光年，当时它就会成了除太阳以外离地球最近的恒星。

以外离地球最近的恒星也是巴纳德星最吸引人的地方，也是巴纳德星最吸引人的地方，是这颗恒星周围很可能有两颗是这颗恒星周围很可能有两颗大小约等于大小约等于木星木星和和土星土星的行星的行星在围绕着它旋转，是离我们很在围绕着它旋转，是离我们很近的另一个太阳系近的另一个太阳系恒星的发光n巨大的质量，很高的中心温度，引起热核反应巨大的质量，很高的中心温度，引起热核反应恒星质量一般不小于太阳质量（恒星质量一般不小于太阳质量（M⊙ ⊙）的）的10%，，也不大于也不大于M⊙ ⊙的的10倍倍n二是发展阶段问题二是发展阶段问题恒星光谱n通过分光镜通过分光镜 不同颜色的光按波长顺序排列形不同颜色的光按波长顺序排列形成一条光带，称为成一条光带，称为光谱光谱发射光谱和吸收光谱n发射光谱：每种颜色的元素发出一定波长的发射光谱：每种颜色的元素发出一定波长的光光n吸收光谱：是连续光谱中出现的暗色吸收线吸收光谱：是连续光谱中出现的暗色吸收线n元素吸收的光谱正式他们能够发射的光线元素吸收的光谱正式他们能够发射的光线恒星光谱的分类nO型，蓝星，型，蓝星，3w-4wk，无金属线，无金属线nB型，蓝白，型，蓝白，1w-3wk，，nA型，白星，型，白星，0.75-1wk，，HⅠⅠ最强最强nF型，黄白，型，黄白，0.6-0.75wk，金属线显著，金属线显著nG型，黄星，型，黄星，0.5-0.6wknK型，红橙星，型，红橙星，0.35-0.5wknM型，红星，型，红星，0.25-0.35wk记忆：记忆：Oh，，Be A Fine Girl,Kiss Me光谱型简单光谱仪的制作简单光谱仪的制作简单光谱仪的制作简单光谱仪的制作简单光谱仪的制作研究恒星光谱的作用n根据谱线中根据谱线中最明亮部分最明亮部分对应的波长，推算恒星对应的波长，推算恒星的表面温度的表面温度n研究天体的化学元素组成研究天体的化学元素组成n90%是氢，其次是氦，约占是氢，其次是氦，约占10%,其他元素较其他元素较少少n确定恒星的光度，推算恒星的距离。

确定恒星的光度，推算恒星的距离多普勒效应n奥地利物理学家多普勒发现声波的频率因声源奥地利物理学家多普勒发现声波的频率因声源和观测者的和观测者的相对运动相对运动而变化，即，声调高，声而变化，即，声调高，声波的频率较高；声调低，声波频率较低，称为波的频率较高；声调低，声波频率较低，称为多普勒效应汽车、火车）多普勒效应汽车、火车）恒星的多普勒效应红移n恒星光谱中紫外光部分被钙气吸收而成的两条恒星光谱中紫外光部分被钙气吸收而成的两条暗线，在遥远星系的光谱内稍稍向低频端移动，暗线，在遥远星系的光谱内稍稍向低频端移动，称为多普勒效应星系越远，红移越大，两条称为多普勒效应星系越远，红移越大，两条暗线可以达到红光一端暗线可以达到红光一端n哈勃定律哈勃定律v=Ho×d v是星系退行速度，是星系退行速度，Ho是哈勃常数是哈勃常数d是星系距离是星系距离n退行速度不能超过光速退行速度不能超过光速n蓝移蓝移恒星的亮度和光度n恒星的恒星的亮度亮度：指恒星的明暗程度；恒星的：指恒星的明暗程度；恒星的光度光度表示恒星本身的发光强度暗星发光本领不一表示恒星本身的发光强度暗星发光本领不一定弱；定弱；n亮度和光度都用亮度和光度都用星等星等来表示：表示天体亮度等来表示：表示天体亮度等级的叫视星等，记做级的叫视星等，记做m；表示天体光度等级的；表示天体光度等级的为绝对星等，记做为绝对星等，记做M。

n星等越大，恒星越暗：一等星与六等星，星等星等越大，恒星越暗：一等星与六等星，星等相差相差5等，亮度相差等，亮度相差100倍，连续各个星等的亮倍，连续各个星等的亮度成几何级数度成几何级数恒星的亮度与光度R5=100取以取以10为底的对数为底的对数5lgR=2lgR=0.4R=2.512于是，星等相差于是，星等相差1等，亮度相差等，亮度相差2.512倍倍星等随等差级数增大，亮度按等比级数减小星等随等差级数增大，亮度按等比级数减小n可观测到可观测到25等暗星；星等向等暗星；星等向0等等和和负值负值扩展扩展普森公式假设两颗恒星的视星等分别为假设两颗恒星的视星等分别为m和和m0，亮度，亮度E和和E0的比的比率为率为E0/E=2.512m-m0两边取对数得两边取对数得lgE0-lgE=0.4(m-m0 )m-m0=2.5(lgE0- lgE)如果取零等星如果取零等星(m0=0)的亮度的亮度E0=1，则，则 m=-2.5 lgE 普森公式，根据恒星的亮度普森公式，根据恒星的亮度E推算星等推算星等m光源的视亮度与其距离的平方成反比绝对亮度和绝对星等n天文学上把标准距离为天文学上把标准距离为10秒差距秒差距（（PC）下恒）下恒星的亮度称为绝对亮度，其星等为绝对星等。

星的亮度称为绝对亮度，其星等为绝对星等n实际距离实际距离d、视星等、视星等m，推算，推算10秒差距时的亮秒差距时的亮度度EM和绝对星等和绝对星等M设EM表示绝对亮度，Em表示视亮度，由公式(2-1)得： EM/Em=2.512(m-M) 恒星亮度与距离平方成反比，如以秒差距为单位，则：EM/Em= d2/102 d2/102 =2.512(m-M)求绝对星等求绝对星等两边取对数，且有两边取对数，且有lg2.512=0.4，，则：则：2lgd-2=0.4(m-M ) m-M =5lgd-5M=m+5-5lgd （（2-4））只要测定恒星的绝对星等，便可求知该星的距只要测定恒星的绝对星等，便可求知该星的距离若若d=10，则，则M=m若把太阳移到若把太阳移到10PC，其星等将为，其星等将为4.75等等视星等与绝对星等恒星的多样性n按恒星的存在形式分：按恒星的存在形式分：单星单星、、双星双星和和星团星团n双星分为双星分为光学双星光学双星和和物理双星物理双星，前者是它们在，前者是它们在天球上的位置很接近，实际在视线方向相差很天球上的位置很接近，实际在视线方向相差很远；又称为视双星或假双星远；又称为视双星或假双星n物理双星物理双星是指两个子星空间是指两个子星空间距离接近，由于相互吸引而相距离接近，由于相互吸引而相互绕转互绕转物理双星示意比较著名的双星系统天狼星及其伴星英仙座双星右边的那颗较暗恒星(Gliese623b)的发光强度比太阳暗60000倍 变星n恒星的光度在短时间内发生明显的、特别是恒星的光度在短时间内发生明显的、特别是周周期性期性的变化，变化周期长的可达几年到几十年，的变化，变化周期长的可达几年到几十年，短的只有几日甚至几小时，这样的恒星称为变短的只有几日甚至几小时，这样的恒星称为变星星n变星可以分为：变星可以分为：食变星食变星、、脉动变星脉动变星和和爆发变星爆发变星三类三类n食变星又称几何变星，其亮度变化是由于双星食变星又称几何变星，其亮度变化是由于双星相互绕转时发生交食现象引起的。

英仙座相互绕转时发生交食现象引起的英仙座β））英仙座——大陵五脉动变星与爆发变星n其亮度变化是由于恒星内部或其大气物理状况其亮度变化是由于恒星内部或其大气物理状况变化所致变化所致n脉动变星：恒星体积发生周期性膨胀和收缩而脉动变星：恒星体积发生周期性膨胀和收缩而引起的光度的变化：膨胀，光度变大；收缩，引起的光度的变化：膨胀，光度变大；收缩，光度变小光度变小n爆发变星是星体爆发变星是星体爆发爆发现象而引起的光度变化，现象而引起的光度变化，n新星新星是亮度在很短时间内突然剧增、然后缓慢是亮度在很短时间内突然剧增、然后缓慢减弱的恒星，虽然释放大量能量和损耗一部分减弱的恒星，虽然释放大量能量和损耗一部分质量，仍然作为一个恒星存在质量，仍然作为一个恒星存在超新星n爆发规模特别大的变星为爆发规模特别大的变星为超新星超新星亮度变化超亮度变化超过过17个星等个星等2.51217，超新星只留下致密残核，超新星只留下致密残核n北宋至和元年的天关客星，其遗迹为蟹状星云北宋至和元年的天关客星，其遗迹为蟹状星云蟹状星云超新星1987A南天著名的大南天著名的大麦哲伦星云中麦哲伦星云中 超新星1987A天琴座——行星状星云距地球约6500光年的行星状星云 NGC 6751酷似一只炽热的大眼睛 M27——狐狸座的哑铃星云NGC7293 宝瓶座行星状星云爱斯基摩星云（NGC 2392 ）赫罗图n又称又称光谱光谱——光度图光度图，，是丹麦天文学家赫茨是丹麦天文学家赫茨普龙与美国天文学家普龙与美国天文学家罗素创制，以恒星的罗素创制，以恒星的光谱型（温度）为横光谱型（温度）为横坐标，以光度（或绝坐标，以光度（或绝对星等）为纵坐标，对星等）为纵坐标，每颗恒星按照各自的每颗恒星按照各自的光谱型和光度在图上光谱型和光度在图上占有一定位置占有一定位置赫罗图、主星序恒星并不在图中到处分布，多恒星并不在图中到处分布，多数恒星分布在从左上方至右下数恒星分布在从左上方至右下方的一条窄带上，温度由高到方的一条窄带上，温度由高到低，这条窄带，叫做低，这条窄带，叫做主星序主星序，，位于主星序上的恒星为主序星，位于主星序上的恒星为主序星，这个关系图表明，多数恒星的这个关系图表明，多数恒星的光度决定于它们的温度，温度光度决定于它们的温度，温度越高，光度越大。

越高，光度越大巨星、超巨星和白矮星右上方：温度不高，光度很大，解释：右上方：温度不高，光度很大，解释：体积很大，增加发光面积，叫红巨星体积很大，增加发光面积，叫红巨星红巨星的右上方是超巨星，鱼中之鲸红巨星的右上方是超巨星，鱼中之鲸最大：仙王座最大：仙王座vv，半径为太阳，半径为太阳1600倍倍白矮星：温度很高，而光度小白矮星：温度很高，而光度小解释：发光面积不大，体积小解释：发光面积不大，体积小天狼伴星天狼伴星恒星大小的比较脉冲星和中子星n脉冲：在短时间内突变，随后又迅速返回其初始值脉冲：在短时间内突变，随后又迅速返回其初始值的物理量周期性的无线电波讯号的物理量周期性的无线电波讯号n脉冲星：在脉冲星：在1967年首次被发现，变星，有规律地发年首次被发现，变星，有规律地发出射电脉冲讯号，周期短，最长出射电脉冲讯号，周期短，最长4.3，最短的，最短的0.0016sn解释：自转解释：自转n引力塌缩，逆引力塌缩，逆β衰变，形成大量自由中子，恒星密度衰变，形成大量自由中子，恒星密度大，体积很小，形成中子星大，体积很小，形成中子星[当一个电子碰到质子当一个电子碰到质子或是高能电子打进原子核和质子相碰便形成一个中或是高能电子打进原子核和质子相碰便形成一个中子和一个中微子子和一个中微子,这个过程叫做逆这个过程叫做逆β衰变衰变反应式反应式p++e-→n+ν ]中子星与灯塔效应星云星团编号nM星表星表：法国天文学家梅西耶创，梅西耶星云：法国天文学家梅西耶创，梅西耶星云星团表出版于星团表出版于1784年年,仅收入仅收入103个天体，表个天体，表中中104～～110号七个天体为后人所加入共包含号七个天体为后人所加入共包含110个星团、星云。

表示方法个星团、星云表示方法M1-M110n星云星团总表（星云星团总表（NGC：：New General Catalogue of Nebuae and Clusters），数），数量较多，如量较多，如NGC7000nBD德国波恩天图星表，德国波恩天图星表，GC美国总星表美国总星表M星表星团n许多恒星集中分布于一个较小的空间内，彼此许多恒星集中分布于一个较小的空间内，彼此有物理联系，形成一个稠密的恒星集团，叫做有物理联系，形成一个稠密的恒星集团，叫做星团星团n疏散星团：形态不规则，包含十几至二三千颗疏散星团：形态不规则，包含十几至二三千颗恒星，成员分布较松散，用望远镜观测，容易恒星，成员分布较松散，用望远镜观测，容易将成员星分开将成员星分开n金牛座峁星团金牛座峁星团(Maia M45)和毕星团，巨蟹座的和毕星团，巨蟹座的鬼星团，英仙座双星团鬼星团，英仙座双星团毕星团和峁星团鬼星团和双星团小麦哲伦云小麦哲伦云的NGC 265 和NGC 290球状星团n呈球形或扁球形，与疏散星团相比，是紧密的呈球形或扁球形，与疏散星团相比，是紧密的恒星集团，包含恒星集团，包含104-107颗数量级的恒星颗数量级的恒星n全天最亮的球状星团为半人马全天最亮的球状星团为半人马ω（（NGC5139）（欧米茄），累积目视星等）（欧米茄），累积目视星等3.54mn北半球最亮的球状星团是武仙座北半球最亮的球状星团是武仙座M13，累积目，累积目视星等视星等5.8m，此外该星座还有，此外该星座还有M92最亮球状星团——半人马ωM13发射星云n指光谱中在很弱的连续背景上有很多发射线的亮星云，在发射星云内或其近旁总有一颗或一群高温恒星。

玫瑰星云玫瑰星云三叶星云（The Trifid Nebula ）M20猎户座大星云M42暗星云（其内无亮星）星系与哈勃分类n大量恒星和星云构成的巨大的天体系统大量恒星和星云构成的巨大的天体系统按形状分按形状分椭圆星系椭圆星系漩涡星系漩涡星系不规则星系不规则星系椭圆星系n用用E表示表示 ，按扁度的不同分为，按扁度的不同分为E0、、E2….E7数字的确定：数字的确定：n=10（（a-b））/aE5的半长径等于半短径的的半长径等于半短径的2倍倍著名的椭圆星系：著名的椭圆星系：M59 ，，M87椭圆星系的次型E0，NGC3379 E2，NGC221E5，NGC461 M59E7 NGC3115E0未必为球形未必为球形但但E7必定很扁必定很扁M87喷流喷流漩涡星系n具有漩涡结构的星系为漩涡星系具有漩涡结构的星系为漩涡星系漩涡星系正常漩涡星系 S棒旋星系 SBSaSbSc旋臂缠卷松紧程度划分正常漩涡星系NGC4565NGC5364漩涡星系的次型NGC4594 M104；SaNGC4594 M104；SaNGC2841；SbNGC5457 M101 ；Sc棒旋星系NGC1300棒旋星系——NGC7479不规则星系n符号符号Irr，没有漩涡结构，形状不对称，不存在，没有漩涡结构，形状不对称，不存在可辨认的核，有的好像碎裂为几部分可辨认的核，有的好像碎裂为几部分n可以分为可以分为2类，类，IrrⅠⅠ和和IrrⅡⅡ，前者颜色偏蓝，，前者颜色偏蓝，后者颜色偏黄后者颜色偏黄M82 NGC3034NGC4449银河与银河系n银河系是以银河命名银河系是以银河命名的星系，而银河则是的星系，而银河则是银河系主体在天球上银河系主体在天球上的投影的投影n银河的平均宽度银河的平均宽度20°，，与天赤道交角与天赤道交角62°，，有暗的和长条形的有暗的和长条形的裂隙裂隙和局部暗区。

和局部暗区银河系n形状：又圆又扁的圆盘体，中部厚，边缘薄，形状：又圆又扁的圆盘体，中部厚，边缘薄，直径直径8w ly；在旋转过程中形成，旋转轴指向；在旋转过程中形成，旋转轴指向天球的两点叫做天球的两点叫做银极银极n银盘在旋转过程中产生旋臂，如英仙旋臂、人银盘在旋转过程中产生旋臂，如英仙旋臂、人马旋臂、猎户旋臂、马旋臂、猎户旋臂、3k秒差距臂太阳位于猎秒差距臂太阳位于猎户臂内侧户臂内侧银河旋臂与太阳位置银河系结构n圆盘体分为核球和银盘两部分，核球长圆盘体分为核球和银盘两部分，核球长1w-1.3w ly.厚度厚度1w ly核球的中心部分叫核球的中心部分叫银核银核，，银核的中心叫银心银核的中心叫银心n最近研究，银河系可能为最近研究，银河系可能为棒旋棒旋星系星系太阳系在银河系的位置n银河中线把天球分为两半，说明太阳系的位置银河中线把天球分为两半，说明太阳系的位置接近银河系接近银河系赤道平面赤道平面，否则，银河将只占据天，否则，银河将只占据天球一隅会出现的情况会出现的情况n银河两半银河两半明暗程度明暗程度不同，说明太阳并不位于不同，说明太阳并不位于银河系的中心，而是偏据银盘的一侧银河系的中心，而是偏据银盘的一侧。

n太阳距银心太阳距银心2.4wly距银心所在方向银心所在方向的银盘的银盘6.4wly距银心相反方向的银盘距银心相反方向的银盘1.6wly，该，该方向恒星稀疏暗淡直径方向恒星稀疏暗淡直径8wlyn太阳绕银心旋转，太阳绕银心旋转，速度为速度为250km/s,绕转绕转周期周期2.5亿年亿年n武仙座方向前进武仙座方向前进奔赴点奔赴点太阳系在银河系的位置河外星系与宇宙n星系成群分布，一些相互邻近的星系结合城的星系成群分布，一些相互邻近的星系结合城的星系群星系群n本星系群：本星系群：40个成员主要是大小麦哲伦云，个成员主要是大小麦哲伦云，仙女座大星云仙女座大星云n星系团星系团---------星团星团n最著名的星系团最著名的星系团——室女星系团室女星系团n宇宙大爆炸理论宇宙大爆炸理论大小麦哲伦云M31马卡良星系链宇宙深空哈勃哈勃3月月天文新发现n类星体n3K微波背景辐射n星际有机分子n中子星谢谢。