在天文學中有這么一幅圖,赫羅圖。
雖然這是一幅簡單的二維圖,但它卻詳細地描述了恒星的一生,從出生到死亡。
赫羅圖的創建
在肉眼的觀看下,我們看到的恒星只是一個點光源,唯一的區別就是,明暗之分。
公元前2世紀,希臘的天文學家,喜帕恰斯根據恒星的亮度,將其分成了6種類型,也就是6個星等,數字越大,表明越暗,雖然這是對恒星的一個簡單研究,但它卻打開了我們探索恒星的第一步。
分類統計!
喜帕恰斯
文明的發展,讓我們有了望遠鏡,借助望遠鏡的觀測,我們看到恒星除了亮度,還存在不同的顏色,以及大小。
不同顏色和大小的恒星
基于這些不同,天文學家再一次對恒星進行了分類。
19世紀,哈弗大學的研究人員基于恒星的光譜特征,對恒星進行了一個分類。
光譜是對恒星光的一種色散處理,色散之后的光,我們可以看到各種明暗相間的條紋。
恒星光譜上的條紋
這些條紋我們稱之為夫郎禾費線,夫郎禾費線形成的原因是因元素對光的吸收,每種元素都會吸收特定波長的光。
元素吸收和發射線
這是1860年基爾霍夫和本生對元素光譜的研究而得到的偉大發現。
基于這個發現,光譜便成為了我們人類探索宇宙最為重要的一個武器,它可以讓無法走出太陽系的我們,了解到遙遠恒星的元素組成。
所以,在19世紀時,哈弗大學的研究人員就利用了光譜,對恒星進行了一個分類,在經過多次的嘗試之后,他們最后依據氫譜線的特征,將恒星分為了七個種類,也就是現在我們所說的OBAFGKM這七種恒星,這種分類方法我們則稱其為哈弗分類法。
依據氫譜線的光譜分類
按這個分類,太陽是屬于G型恒星。
那么到了這里,天文學家則想到了一個問題,結合恒星的亮度與顏色來進行分類,我們會不會發現什么。
前面我們提到的星等,是為視星等,也就是我們看到的亮度,這個亮度取決于恒星本身的光度和距離的長短,所以要將亮度與顏色結合,我們則需要恒星真實的亮度和顏色來進行分類。
對于恒星的真實亮度,天文學家用絕對星等來表示。
1911年至1913年,赫茲普龍和羅素分別獨立地完成了絕對星等與光譜的關系圖。
赫茲普龍
羅素
所以為了紀念他們兩位,我們將這樣的關系圖,則稱為赫羅圖。
雖然這樣的圖是他們各自研究,但其結果都指向了一個驚人的事實,依據絕對星等和光譜對恒星的分類,恒星不再是雜亂無章的分布,它們基本分布在三個區域之內,而其中,大部分恒星都是集中在從左上到右下這么一條直線當中。
赫羅圖
這樣奇怪的分布,似乎暗含了恒星的某種規則,所以解開這幅圖,我們或許就可了解恒星的秘密。
而事實上,也正是這樣。
赫羅圖的秘密
赫茲普龍和羅素是隨機抽取太空中的恒星來繪制赫羅圖,里面包含著不同年齡的恒星,所以這些恒星聚集在一起,有著關于恒星演化的信息。
赫羅圖的橫坐標是恒星的光譜,我們可以看到OBAFGKM的哈弗分類法,縱坐標則是恒星的絕對星等。
恒星的光譜最直觀的就是恒星的顏色,而恒星,天文學家視為一種理想的黑體,所以它的顏色取決于溫度。
那么這個橫坐標也可看做是溫度的坐標。
恒星的絕對星等,可顯示它輻射能量的強弱,也就是光度。
所以這幅圖也可以看作是,溫度與光度的關系圖。
那么了解這些信息,我們再來觀察這幅圖。
從左上到右下這條帶狀區域,我們現在稱之為主序帶,而位于其上的恒星,則為主序星,依據太陽的光譜和光度,太陽目前也位于這條帶狀之內,所以我們也稱太陽為一顆主序星。
恒星大部分都集中在這個區域,說明主序星是恒星演化過程中,持續時間最長的一個階段,
并且這個階段,恒星的溫度越小,它們自身的大小也就越小。
所以位于主序帶的恒星,我們觀察其顏色,就可以推測其大小,比如恒星若是紅色和橙色,它們就要比太陽小。
主序星的顏色
但位于主序帶上下的那兩個區域,則有很大的區別。
比如,主序帶的右上,它們的溫度依然是光譜K和M型,但它們的光度,卻要比位于主序的K和M型恒星大的多,這意味著,它們的表面積要比主序帶上的同溫度恒星大的多,所以視為巨星。
同溫度 不同的光度
也因此呢,我們將這樣同光譜等級,但光度大的恒星則稱為巨星,光度小的便稱為矮星。
那么太陽的光譜為黃色,但光度小,所以稱為黃矮星。
現在我們知道,分支上的恒星,是恒星離開主序階段之后的一個演化。
恒星離開主序演化之后,它變得很不穩定,其最大的特點就是,體積膨脹。所以這個時期也稱為巨星時期。
恒星到達這個時期也就意味著,它已經進入末年。
參宿四已經進入末年 是顆紅超巨星
主序帶的左下,這些恒星的光譜在O和A,但它們的光度卻要比主序帶的O和A小的多。
所以這表明,它們的表面積要比主序帶同溫度的恒星小。
左下光度小與主序帶
根據研究,這是一些白矮星,它們是紅巨星散去氣體外殼之后所留的內核,表面溫度很高,但體積小。
所以完整的赫羅圖不光展示的是恒星的分類,它還顯示了恒星的演化,從主序帶,到脫離主序星進入右上的分支,再到左下恒星的殘骸。
恒星的一生在這一幅圖里被我們看盡。
讓我們知道永恒的恒星,其實也有終點。
只不過我們人類的生命太過短暫,只能看到它們的一瞬。
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