《地球概论》第六讲恒星

亮度EM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）可得， EM/Em＝2.512m－M
恒星的亮度与其距离的平方成反比，如该恒星的距离d以秒差距为单位，那么，
EM/Em＝d2/102 把这个关系式代入前面那个方程式的左边，便得，
d2/102＝2.512m－M
两边取对数，并记住lg2.512＝0.4，那么可得，
——在红巨星阶段，恒星的演化速度大大加快。中心区域的温度和密度因收缩而继 续升高，到 1 亿摄氏度时开始进行由氦核聚为碳核的新一轮热核反应；氦烧完后，温度 继续因收缩而升高，原子核再聚变产生更重的元素→能量有限，到了“垂暮之年”，一 旦核反应终止，对引力的抗衡全线崩溃→自行坍塌。
——红巨星收缩时，核心部分收缩最猛烈，外部处在较弱的引力下。核心温度因猛 烈收缩而急剧上升，由此掀起的热浪会把外层气壳抛掉，剩下一颗致密和炽热的白矮星 →以后逐渐变冷，变成又小又暗的黑矮星→终其一生。
M=m＋5－5lgd
（2-4）
该式是现代恒星天文学最重要得公式之一。只要测定恒星得绝对星等，便可按平方反比
定律，求知该恒星的距离。
4．恒星的多样性： ——单星、双星和星团。一般的恒星是单个存在的。但是，有一些恒星是成双成对 的，被称为双星。还有许多恒星集中分布在一个较小的空间，彼此有物理联系，形成一 个稠密的恒星集团，叫做星团。 ——变星、新星和超新星。有些恒星的光度在短时期内会发生明显的、特别是周期 性的变化。变化的周期，长的可达几年到十几年，短的只有几日甚至几小时。这样的恒 星称为变星。按其成因，变星可分食变星、脉动变星和爆发变星三类。爆发变星中，亮 度在很短时间（几小时至几天）内突然剧增、然后缓慢减弱的恒星叫新星。爆发规模特 别大的变星叫超新星，其光度变幅超过 17 各星等，即亮度可突然增强到原来的几千万倍 甚至近万万倍。 ——巨星、超巨星和白矮星。上世纪初，丹麦天文学家赫茨普龙（1873-1967） 和美国天文学家罗素（1877-1957），不约而同地创制了恒星地光谱型和光度地坐标关 系图，简称光谱－光度图，通常也叫赫罗图。它以恒星地光谱型（或温度）为横坐标， 以它的光度（或绝对星等）为纵坐标，每颗恒星按照各自地光谱型赫光度，在图上占有 一定地位置。
二、星系
1、银河和银河系： 银河与银河系是同一事物的两个不同图象：银河系是以银河命名的星系（形似圆盘）； 银河则是银河系主体在天球上的投影（环天光带）。 银河系是大量恒星、星云和星际物质的聚集体。它拥有一、二千亿颗恒星，总质量 约为太阳质量的 1400 亿倍。 银河系的主体部分是一个又圆又扁的圆盘体，直径约 8 万光年；中部较厚，边缘很
图 2-1(左) 恒星的空间速度及其两个分量：视向速度和切向速度（自行） 图 2-2(右) 北斗七星的自行及形状变化
2．恒星的发光和光谱： 恒星能自行发光（指可见光），这是它的本质特征。恒星要产生可见光，其温度必 然是很高的。为什么恒星能有很高的温度？这里有两方面的问题：一是质量大小问题， 恒星有巨大的质量，因此，它有很高的中心温度，才能引起热核反应而释放大量能量； 二是发展阶段问题，恒星并不是从来就发光的，也不会永远是发光，只是在它生命史上 的某个阶段才有发光现象，而且，在不同的演化阶段，会发出不同的光。 恒星的光谱有不同的类型。不同光谱之间的主要差别在于星光颜色，而颜色实际上 是恒星温度的反映。天文学家们凭借光谱中的吸收线和发射线，研究天体的物理性质和 化学成分。根据恒星光谱的研究，不同温度的恒星，其化学组成大同小异。对于大多数 恒星来说，主要成分是氢。
第二章 地球的宇宙环境 第一节、恒星和星系
一、恒星
作业布置 1、恒星的基本特点？
主要 参考资料
《天文学教程》，高等教育出版社，朱慈盛 《天文学新概论》华中科技大学出版社，苏宜 《地球概论》刘南 高教出版社
备注
一、恒星
讲授内容
青岛大学讲稿
备 注
1．恒星及其自行： 恒星都是由帜热气体组成的、能够自身发光的球形或类似球形的天体，它们在天球
同主序星相比较，赫罗图上有三部分恒星情况殊异。一部分集中在图的右上方，它 们的温度不高，但光度却很大，这部分恒星叫红巨星。在红巨星的上方，一直延伸到图 的左侧，是一些超巨星。另一部分恒星分布在赫罗图的左下方。它们的温度相当高，但 光度却很小，这些小而热的恒星叫白矮星。
——脉冲星和中子星。上世纪 60 年代，天文学家发现了一种新型的变星，它有规 律地发射出电脉冲讯号，所以取名为脉冲星。中子星是由中子组成的恒星。这是由于恒 星演化到晚期，能量耗竭。
的(2.512)27.74=1300 亿倍。
假定有两颗恒星，其星等为m和m0（m>m0），它们的亮度E和E0的比率为：
E0/E＝2.512m-m0
（2-1）
两边取对数，并记住lg2.512＝0.4，得：
lgE0-lgE＝0.4（m－m0），m－m0＝2.5（lgE0-lgE）
如果取零等星（m0＝0）的亮度E0＝1，那么
3．河外星系： ——象银河系这样包含大量恒星的天体系统，被叫做星系。在现代观测工具所能察 觉的范围内，这样的星系约有 10 亿个。所有这些星系（除银河系外），统称河外星系。 ——一些相互邻近的星系结合成星系群。银河系所属的星系群，叫本星系群。 ——比星系群更加庞大的天体系统叫星系团。一个星系团包含几百甚至几千个星系。 ——比星系团更高一级的天空世界为总星系。
青岛大学教案（理论教学用）
章节
讲授主要 内容
第二章 地球的宇宙环境 第一节 恒星和星系
一、恒星
第 6 次课 2 学时
重点 难点
恒星及其恒星的光度、亮度和星等的关系；恒星的多样性。星座的基本知识。
要求掌握 知识点和 分析方法
教授思路， 采用的教 学方法和 辅助手段， 板书设计， 重点如何 突出，难点 如何解决， 师生互动 等
图 2-4 光谱－光度图（赫罗图）
赫罗图地一个明显特点是，恒星并不是在图上到处分布的。大多数（90％以上）恒 星分布在从图的左上方至右下方的一条窄带上，温度由高到低，光度由大到小，形成一 个明显的序列。这条窄带叫做主星序；位于主星序上的恒星，则被称为主序星。这个关 系图表明，大多数恒星的光度，决定于它们的温度，即恒星的温度越高，其光度就越大。
m＝-2.5lgE
（2-3）
（2-2）
该公式称普森公式。该公式表明，只要有明确的零等星和它的标准亮度即平均亮度，就
可根据恒星的亮度E推算其星等m。
恒星的亮度与其距离远近有关。如图，光源的视亮度与其距离的平方成反比。单从
亮度是看不出恒星的真实光度的。为了比较不同恒星的光度，必须把它们“移”到同一
位置（距离）上，才能对比出它们的真正亮度即光度来。天文学上把这个标准距离定为
——热核反应是在恒星的中心区域进行的，那里的氢核燃料最先燃尽，逐渐形成一 个由氦组成的核，停止释放能量。氢燃料的逐渐枯竭，是恒星在结构上逐渐发生变化的 前奏。
——随着氦核的不断增大，其引力收缩急剧增强，并释放大量能量。结果，恒星的 核心收缩（变得愈来愈致密和炽热），外层膨胀（温度降低而光度增大），成为一个非 常巨大的具有“热”核的“冷”星。从而恒星离开主星序，进入红巨星区域——生命的 “晚年”。
上的相对位置保持不变。 恒星的空间速度，可以分成两个分量，即视向速度和切向速度。前者是沿观测者视
线的分量（离观测者远去为正，向观测者接近为负）；后者是同视向速度向垂直的分量， 它表现为恒星在天球上的位移，并且被叫做自行。恒星的自行速度，一般都小于每年 0.1 ″，迄今只发现有 400 余颗恒星的自行超过每年 1″。
图中十字符号代表银心，三条短黄线是太阳附近的旋臂
图 2-7 银河系结构侧视图 图中红点代表太阳
2．太阳在银河系中的位置和运动： 太阳位于银道面附近。银河为周天的环带。太阳在银河系内偏距银盘的一侧，向银 心所在方向，太阳距银盘边缘约 6.4 万光年；向银心相反方向，太阳距银盘边缘约 1.6 万光年。 作为银河系的成员，太阳有相对于银心的绕转，其速度为 250km/s，绕转周期为 2.5 亿年。恒星在绕转银心的同时，还有相对于邻近恒星的运动。太阳系以 20km/s 的 速度向武仙座方向（近织女星）前进，此方向所指的点被称为奔赴点。
3．恒星的亮度和光度：
恒星的亮度是指地球上受光强度，即恒星的明暗程度；恒星的光度表示恒星本身的
发光强度。在天文学山，天体的亮度和光度都用星等表示：表示天体亮度等级的叫视星
等，记作m；表示天体光度等级的叫绝对星等，记作M。通常所说的星等是指视星等。
星等是天文学上传统形成的表示天体亮度的一套特殊方法。星等越大，恒星亮度越
薄。圆盘体分核球和银盘两部分。核球是圆盘 体的中心部分，是圆盘体中恒星最密集的部 分。核球的中心部分叫银核；银核的中心叫银 心。银盘位于核球的四周，内侧较厚，外侧较 薄。在圆盘体外围，还有银晕。它大体成球状， 范围很大，但其物质密度比银盘低得多。
很大，但其物质密度比银盘低得多。
图 2-6 银河系结构俯视图
暗。通常分成六等。人们发现，一等星与六等星，星等相差 5 等，它们的亮度相差 100
倍。连续各个星等的亮度成几何级数，若相邻两星等的亮度比率（级数的公比）为R，则
有：R5 =100，可求得R=2.512。因此，星等相差 1 等，恒星的亮度相差 2.512 倍。
星等以等差级数增大，亮度以等比级数递减。通过计算可知，太阳的亮度是一等星亮度
10 秒差距，合 32.6 光年，1 秒差距则等于 206265 天文单位。距离因素被消除后，星
等仅与恒星的光度有关。
图 2-3 光源的视亮度与其距离的平方成反比 距离增加 1 倍，亮度减为 1/4
标准距离（10 秒差距）下的恒星的亮度称绝对亮度，其星等叫绝对星等。有了这个
标准距离，就可以根据恒星的实际距离（d）和视星等（m），论，提高学生学习的兴趣，引导学 生课外自学。重点突出恒星的特点、恒星的光度、亮度和星等的关系方面的知识。