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第三章 恒 星恒星是指由内部能源产生辐 射而发光的大质量球状天体恒星的主要参数范围参数变化范围质量M10-1M⊙≤M≤102 M⊙ 半径R10-3R⊙≤R≤103R⊙ 表面温度T103K≤T≤105K 光度L10-4L⊙≤L≤106L⊙ 3.1 恒星参数的测定一、恒星的距离恒星离我们非常遥远，除太 阳外，离我们最近的恒星是半人马 座比邻星，距离约为4×1013 千米利用地球公转测定恒星的视差角恒星的距离是借助于测定周年 视差而获得的r=a/π 太阳到恒星的距离为r,单位为光年 或秒差距日地平均距离为a，单位为天文单位恒星的周年视差为π ，单位为弧秒 三个著名恒星距离名称视差距离比邻星 0.76 ″ 4.3光年织女星0.12″ 27光年天狼星 0.37″ 8.8光年以上讲的三角视差法误差较大, 故可改用其他方法测量,如分光测 量法、造父变星法等分光测量法是利用恒星中某些 谱线的强度比和绝对星等的线性 经验关系，即由测定一些谱线对 的强度比求绝对星等，进而求出 距离二、恒星的亮度和视星等恒星看起来的明暗程度称为视亮度， 简称亮度，用E表示在天文学上，星的亮度用星等表示。

古人按照星的明暗程度把星星分为6个 亮 度等级，天球上约20颗最亮的星称为一 等星，肉眼刚刚能看到的星称为六等星 通常以拉丁字母m表示星等这个星 等系统原则上保留到现在，并给予标准 化后推广到特别亮的天体以及肉眼看不 见但用望远镜能看见的暗星上去m=-2.5lgE三、恒星的光度和绝对星等恒星真正的发光本领称为光度， 用L表示它是恒星每秒钟向四面八 方发射的总能量为了比较不同恒星的光度，假想 把恒星都移到同样的距离比较亮度 天文学中把这个标准距离取为10 秒差距，相应于10秒差距距离上的 星等值称为绝对星等，用M表示四、恒星的大小、质量和密度恒星的大小用其角直径在大小 来表示，其测量的主要方法有三 种：•月掩星法•干涉法•光度法星名视差 (弧秒)角直径（ 弧秒）线直径 （太阳直径为1） 猎户座α 0.005″ 0.047″ 1000 鲸鱼座α 0.023″ 0.056″ 480 金牛座α 0.048″ 0.021″ 94 御夫座α 0.073″ 0.004″ 13 天狼A0.375″ 0.006″ 1.85 太阳1.00 天狼B0.375″ 0.000077 ″ 0.044范玛伦星0.235″ 0.000019 ″ 0.009恒星的质量是很重要的一个参量 ，但是除太阳外，目前只能对某些 双星进行直接测定，其他恒星的质 量都是间接得到的，如通过质光关 系来测定的。

1、测定双星质量的基本原理是依据开普 勒第三定律——双星系统的总质量与轨道 半长径的立方成正比，与轨道周期的平方 成反比结合天体测量法测出两子星相对质心的 距离 和 ,则可知两子星的质量比从而可求出每个子星的质量２、质光关系： 对于质量大于0.2 M ⊙的主序星（见３.6节）， 恒星的质量和光度之间有很好的统计关系，称 之为“质光关系”恒星的质量越大，其对应的 光度越强一般符合如下关系lg(L/L⊙)=3.8lg(M/M ⊙)+0.083.2 恒星光谱及其相关性质太阳的光谱是红、橙、黄、绿、青、靛、紫七色，原因是什么呢？ 一、光谱概念的物理基础天文学包括天体力学、天体物理学 等数十个分支，量子力学的建立，使人 们能正确地认识微观世界，爱因斯坦狭 义相对论和广义相对论的建立改变了人 们对时间和空间本质的认识，同时也给 了天文学家更深入认识恒星和天体的一 个理论工具量子力学创立于20世纪初，是研究 电子、质子、中子以及原子和分子内其 他亚原子粒子运动的一门科学相对于 量子力学，牛顿力学称为经典力学利 用牛顿力学，人们认识了太阳系同样 ，人们想象一个原子就是一个小太阳系 ：核在中心，电子在固定的轨道绕核“公 转”。

但按照量子力学的说法，原子中没 有电子运动的轨道，只能说电子可能出 现在什么地方按照量子力学的说法，光既是波也 是粒子，称为波粒二象性不仅光是如 此，任何看似粒子的物质都具有波动性 关于量子力学中的不确定性，有两 种对立的见解，以玻尔为首的哥本哈根 学派认为这是最后的、基本的规律，以 后只能靠获得不确定性更详细的知识来 丰富量子力学而以爱因斯坦为代表的 一些科学家则反对这种观点，他们认为 这是目前知识不完备的结果，将来会有 新的理论来恢复严格的决定论二 恒星光谱与氢原子谱线• 光谱有连续光谱，线光谱和带光谱太阳光谱其实并不是一条连续的光带，而是带有许多暗线条 氢原子光谱（巴尔默系，背景彩色是为了表示三条光谱 线的位置而加进去的） 三 光谱在恒星研究中的应用1、确定恒星的化学组成2、确定恒星的温度3、确定恒星的视向速度和自转四、恒星的光谱、颜色和表面温度 之间的关系 恒星的光谱型与颜色、表面温度的关系 光谱型颜色表面温度（开 ）典型星O蓝40 000~25 000参宿一 B蓝白25 000~12 000参宿五 A白11 500~ 7 700织女星 F黄白 7 600~ 6 100小犬座α G黄 6 000~ 5 000太阳 K橙 4 900~ 3 700牧夫座α M红 3 600~ 2 600心宿二五、恒星的赫罗图3.3 变星和新星亮度在较短时期内有显著变化的星为 变星。

有少数星的亮度可在几天内猛增几万 倍，较原有星等减少10-14等，把这些突 然爆发的星称为新星一造父变星• 造父变星又称长周期造父变星或经典造 父变星，是脉动变星的一种，这类变星 的亮度变化是周期性的，一般周期在1.5 ～80天之间• 周光关系：周期和绝对星等之间的关系 造父变星的平均绝对星等M与其周期 的对数lgP近似成直线关系周光关系新星二、新星和超新星• 亮度会在很短的时间内迅速增加， 达到极大后慢慢减弱，几年或几十年后 恢复到原来的亮度，这种星叫新星超新星• 有些恒星爆发时规模比新星更巨大，光度增加1亿倍，这种星称为超新星超新星3.4 恒星集团由两颗星组成的系统称为双星两个以上到十多个星组成的系统，相 互间有力学关系，称为聚星更大的恒星系统称为星团一、双星双星的两个成员都称为双星的子星， 较亮的子星称为主星，较暗的称为伴星（一）目视双星在望远镜里能直接用眼睛看出是两颗 星的双星双星（二）分光双星用光谱分析的方法发现的双星双星（三）交食双星二 聚星二、聚星三颗到十几颗恒星聚集到一起，彼此之间有一定的物 理联系，这样的恒星团称为聚星。

北斗七星中的开阳 星就是著名的聚星开阳星开阳主星辅 星双 星密近双星子星子星三合星密近双星三、星团由几十颗到几百万颗恒星聚在一起 ，有着某些共同的物理性质，这样的恒 星集团叫做星团（一）银河星团形状不规则，由几十到几百颗恒星组 成，结构比较松散金牛座中的昴星团和毕星团是最著名 的银河集团（二）球状星团由几万颗到几十万颗老年恒星组成的 具有紧凑球对称外形的恒星集团银河系中已发现的球状星团最著名的 是武仙座球状星团四 星协某些类型的恒星，如O型星和B型星， 在天空中的分布有聚集成团的倾向，并 且彼此之间具有物理联系，形成集团， 这种特殊的恒星集团称为星协可分为两类：一类主要有O型和B型星 组成，称为OB星协；另一类叫T星协， 主要由金牛座T型变星组成3.5 星云和星际物质在恒星之间的空间中存在的各种各样 的物质统称为星际物质，其中包括星云 一 星 云（一）行星状星云行星状星云中央都有一颗很热的 恒星，称为星云的核环状外壳是 一个透明发光物质构成的球或椭球 二）弥漫星云弥漫星云是星际气体或尘埃的不 规则形状的云，没有明确的界限它可分为亮星云和暗星云二、星际物质在没有恒星也没有星云的地方，充 满着比弥漫星云还要稀薄许多的物质， 这就是星际物质。

星际物质不是均匀的分布在空间里 ，而是聚集为一块块的“小云朵”它们 由气体和尘埃组成3.6 恒星的起源和演化天体的起源：宇宙物质从另一种形态转 化为这种天体形态的过程天体的演化：天体在其存在时期内在不 断变化着，不断进行机械运动、物理运 动和化学运动，天体的质量、大小、光 度、温度、磁场、结构、自转等都在变 化，某些时期甚至与外界还有物质交换 ，这些统称为天体的演化有关恒星起源和演化学说的发 展，大体上可分为三个阶段：第一阶段，1850~1920年第二阶段，1925~1960年第三阶段，1960年至今一 恒星的内部结构主星序上的恒星，其内部能量来自核心区 的热核反应，通过对流、辐射、热传导3 种方式传输到恒星表面二 恒星的年龄球状星团法：根据球状星团的演化特征来 确定恒星的年龄 发射性同位素法：根据衰减周期星团现代恒星起源演化理论把恒星的一生分 为如下几个阶段：引力收缩阶段、主星序阶段、红巨星阶 段、爆发阶段、临终阶段三 引力收缩阶段快收缩阶段：从星云过渡到恒星的 阶段慢收缩阶段：当内部压力与引力几乎 相等时，原恒星处于准流体力学平衡状 态，便开始慢收缩过程。

超新星四主星序阶段质量越大，光度越大，能量消耗越 快，恒星停留于主星序的时间越短五 红巨星阶段恒星离开主星序阶段，开始向红巨 星演化，质量特别大的恒星则向红超巨 星演化大部分脉动变星都是处于红巨 星演化后期的恒星六 爆发阶段有行星状星云的核心爆发，新星爆发 和超新星爆发七 临终阶段0.88M⊙≤M<1.44M⊙→白矮星1.44M⊙≤M<3M⊙→中子星M⊙≤M<70M⊙→黑洞白矮星八 小结0.4M至3M的恒星的演化 3M以上的恒星的演化各阶段的恒星3.7 恒星起源与演化中的哲学思想一、新陈代谢是恒星演化的基本规律二、吸引与排斥的对立统一是恒星演 化的动力三、质量互变是恒星演化的主要规律一 新陈代谢是恒星演化的基本规律首先，恒星的演化是有生有灭的生是 指宇宙中的物质从一种形态转化为另一种 物质形态灭是指恒星从这种物质形态再 转化成其他物质形态的过程其次，恒星的演化又是有灭有生的 就是指物质从新的弥漫物质或恒星的残骸 这种物质形态，再转化成为另一种物质形 态，既新一代恒星的过程再次，恒星的演化又是无限循环的 需要指出的是，这种循环不是简单的 重复，因为新一代恒星与上一代恒星在 化学组成上是有区别的。

在重复上一代 恒星的某些因素时又加进了许多新内容 ，是一个否定之否定的过程二 吸引与排斥的对立统一是恒星 演化的动力吸引是指恒星各部分之间万有引力 的作用，使恒星收缩排斥是指微观离子的热运动所产生 的气体压力和恒星内部的电磁辐射所产 生的辐射压力，使恒星膨胀恒星的幼年期：引力收缩阶段，分 快收缩和慢收缩两个阶段恒星的主星序阶段：引力和斥力势 均力敌恒星的主星序以后阶段：引力占据 主导地位，经过一系列反复的膨胀，收 缩过程，恒星最终走向死亡三 质量互变是恒星演化的主要 规律1. 星云的质量小于金斯质量，星云不 能转化为原恒星，不能引起质变2.星体的质量小于0.88M⊙，其内部的 温度和密度将不足以开动氢氦聚变反应， 星体只能靠引力收缩而发光这种星体不 经过主星序阶段，直接从红矮星转化为黑 矮星并引起质变3 恒星爆发后剩下的质量M决定着它 的最终去向：0.88M⊙≤M<1.44M⊙→白矮星1.44M⊙≤M<3M⊙→中子星3M⊙≤M<70M⊙→黑洞END。