第十三章C天体的演化.docx

第十三章C天体的演化

我国北宋至和元年（1054年）3月的一个清晨，在东方“天关”附近（目前金牛座的位置）突然出现了一颗“客星”，其“昼见如太白，芒角四出，色赤白”。司天监（当时的国家天文台）对这颗“天关客星”用肉眼连续观察了两年之久，直到看不见为止。

19世纪，人们用望远镜发现在这个方向上有一个蟹状星云；20世纪初发现这团星云在膨胀。由膨胀速率推算，1054年刚好是膨胀开始的时刻。天文学家们一致公认：中国记录的“天关客星”正是一次典型的超新星爆发。蟹状星云是爆发时抛射出来的气体壳层，膨胀速率为1300km/s。

图13-17哈勃空间望远镜拍摄的蟹状星云

如何给恒星分类？

当你抬头仰望夜空里的星星时，它们似乎一样大小。事实上，恒星有大有小，而太阳还只是一颗中型星。

天文学家根据恒星的物理特征来分类，用来分类的主要特征是恒星的体积、温度和亮度。

图13-18几种恒星的大小比较

超巨星体积很大，如果把它放在太阳的位置上，一直可以延伸到木星旁边，白矮星像地球一样大小，中子星直径大约只有几千米到几十千米。

1.恒星的分类

我们观察到的恒星有超巨星、巨星、主序星、白矮星和中子星。

根据下列内容，就可以归纳出恒星颜色、温度和亮度间的一些关系。

恒星的颜色和温度

恒星的颜色显示了它的温度，温度较低的恒星，在天空中呈现暗红色。表面温度达5500°C的太阳发出白光。更热的恒星（表面温度高于10000C）则会呈现比太阳稍蓝的颜色。

恒星的亮度

恒星的亮度取决于它的体积、温度以及离地球的距离。恒星的相对亮度常用“星等”来表示。直接由光度测量得到的星等称为视星等。由于视星等与天体离观测者的距离有关，不能反映天体真实的发光强度，因此为了比较天体的发光强度，天文上采用绝对星等。“绝对星等”是指该恒星在离地球一个标准距离（10pc，pc是秒差距的符号，1pc=3.09X1016m）情况下所具有的亮度。

恒星的温度和亮度（绝对星等）的关系

天文学家把已经发现的恒星的温度和亮度建立了相互关系，称为赫罗图，图13-19列出

了部分恒星的温度和亮度的关系。

蓝色或蓝白色

黄色

桔红色

(0O

O、、参宿七

超巨星群

O

北极星

主序

50,000

恶魔星

剧星踪O

天狼星B

O

红色

巨星群

毕宿五

°O

O

O

°半人耳陲*

O、

、太阳o

10,000 6,000

表面温陷

3,00?

图13-19赫罗图

在赫罗图中，大部分恒星构成一个天文学上称为主序对角线，在这个主序对角线中，恒

星的亮度越大，说明恒星表面的温度越高。

点击

主序星

在赫罗图中处于主序对角线中的恒星称为主序星。现在观测到的恒星中，90%都是主序星，太阳也是一颗主序星。主序星的能源主要来自于星体内的核反应，恒星一生中在这个阶段停留时间最长。

恒星是有寿命的，每一颗恒星都有其诞生、存在和最终死亡的过程。实际上我们观测到的超巨星、巨星、主序星、白矮星和中子星等恒星形态，就是恒星不同年龄阶段的形态。

恒星是如何诞生的？

图13-20所示是哈勃空间望远镜拍摄的鹰状星云（M16）中心部分的暗星云，那些奇形怪状的星云像柱子一样高高耸立着。星云中正在发光的地方，是正在形成中的恒星（原恒星）。暗星云在这些恒星的照射下，将向四处喷散，然后逐渐被蒸发掉。

图13-20

2.恒星演化的几个阶段

恒星演化分诞生期、存在期和死亡期。

恒星的存在期有多长？

质量大的恒星虽然可用以“燃烧”的核燃料较多，但它放射出的能量也比较多，因此它们的寿命反而比较短（图13-21）。而那些比太阳小的恒星寿命可达2000亿年以上。太阳

现在的年龄大约为47亿年，而太阳的寿命大约为100亿年，因此，太阳正值“壮年”。

恒星的质量（与太阳相比）

图13-21

一颗恒星的寿命取决于它的质量

随着恒星的氢核燃料逐渐耗尽，恒星将步入“老年时期”。恒星的核心将开始收缩，而其外层部分则开始膨胀，于是这个恒星就会成为一颗红色的巨星或超巨星。

小型或中型的恒星，在其膨胀成红巨星之后，其外层部分最终会飘进太窄中，那个被遗留下来的恒星内核就变成了一颗白矮星，白矮星的体积与地球差不多，但它的密度为太阳密度的10000倍（一颗方糖那样大小的物质就有一头大象的质量）。当白矮星不再发出光芒时，就成为一颗完全死寂的黑矮星。

如果行将就木的巨星或超巨星突然发生爆炸，在几十天内乃至上百天内都会发出比以前的亮度高几百万倍的强光，这种爆炸就是前面提到的超新星爆发。超新星形成之后，外层物质会继续扩散到太空中，成为星云的组成部分，这些星云而后会坍缩成为一个新的恒星。太阳就是这样一颗“转世”恒星。而由于爆炸的反作用力，超新星中心的物质被进一步压缩，电子也会陷入到原子核内部，与质子结合形成中子，最