第四章恒星的一般特性

第四章恒星的一般特性第一页，共四十七页，2022年，8月28日

1，恒星视亮度和光度视星等公元前2世纪古希腊希帕恰斯用肉眼估计了星的亮度按明暗程度分成6个等级(1－6)，星的亮度越大，星等越小。

肉眼能见到的约有6000颗恒星。

第二页，共四十七页，2022年，8月28日眼睛看起来最为明亮：1等星看起来比1等星稍暗一些：2等星再暗一些的：3等星，依此类推眼睛刚能看到的：6等星第三页，共四十七页，2022年，8月28日

视星等的科学性

1850年，普森发现星等和亮度有一定的关系：星等按等差级数增加亮度按等比级数减小1等星比6等星大约亮100倍相粼2个星等的亮度差2.512倍取零星等的亮度（E）为单位

普森公式：m=-2.5×lgE第四页，共四十七页，2022年，8月28日普森公式：m=-2.5×lgEm为星等（分为1至6等）E恒星的亮度（观测者接收到的能量）第五页，共四十七页，2022年，8月28日视星等越大恆星越暗如果两顆恆星的视星等相差5等mB-mA=5

求出：恒星B的亮度比恒星A暗100倍第六页，共四十七页，2022年，8月28日恒星视星等肉眼：可见6等大型望远镜：25等空间望远镜：29等第七页，共四十七页，2022年，8月28日

照相星等用照相底片代替肉眼观测星光亮度越大照相底片感光黑度越浓按照相底片上感光强度定出的星等叫照相星等

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绝对星等视星等不是恒星真实发光能力把恒星移到10秒差距(32.6光年)处再比较它们的亮度（目视星等）其目视星等叫做绝对星等绝对星等表征恒星辐射强度视星等表征观测者接收到的能量

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视星等和绝对星等的关系

M＝m＋5－5lgrM绝对星等m视星等r距离由r和m算出恒星的绝对星等M由M和m算出距离r第十页，共四十七页，2022年，8月28日天狼星的视星等是-1.45等距离为2.7秒差距，绝对星等＋1.5等太阳离我们最近，光辉夺目它的目视星等达到-26.7等绝对星等才只有＋4.83等第十一页，共四十七页，2022年，8月28日恒星辐射到观测者的强度与距离的平方成反比恒星离我们越远越暗第十二页，共四十七页，2022年，8月28日光度光度和绝对星等都是指恒星的辐射适用于光学，红外、紫外、射电、Χ及γ射线波段光度单位：尔格/秒恒星之间的光度差别非常大超巨星的光度比太阳约强五万倍白矮星光度不到太阳的万分之一第十三页，共四十七页，2022年，8月28日光度和体积、温度的关系恒星的光度由其温度和表面积决定温度愈高光度愈大表面积愈大光度也愈大光度大的恒星叫做巨星光度比巨星更强的叫超巨星光度小的称为矮星光度大的巨星，体积也大光度小的矮星，体积也小

第十四页，共四十七页，2022年，8月28日2，恒星的颜色、光谱和温度第十五页，共四十七页，2022年，8月28日基尔霍夫光谱的三条定律（1870年，德国物理学家基尔霍夫发现）①炽热的物体发出连续光谱；②低压稀薄炽热气体发出某些单独的明亮谱线；③较冷的气体在连续光源前面产生吸收谱线。第十六页，共四十七页，2022年，8月28日

给铁条加温1.温度低：红色2.温度中等：黄色3.温度很高：白色第十七页，共四十七页，2022年，8月28日黑体辐射：峰值波长由温度决定第十八页，共四十七页，2022年，8月28日太阳观测曲线和5800K的黑体辐射谱的比较很一致，因此太阳表面的温度约为6000度K。太阳光经过棱镜后被分为七色光，波长从400nm---700nm(毫微米）第十九页，共四十七页，2022年，8月28日吸收线和发射线吸收线：在太阳连续光谱的上面有许许多多的粗细不等、分布不均的暗黑线，共有2万多条。发射线：在连续光谱上还有成千上万条明亮的谱线。第二十页，共四十七页，2022年，8月28日电离吸收线发射线能级和谱线发射线、吸收线和电离第二十一页，共四十七页，2022年，8月28日连续光谱和发射线第二十二页，共四十七页，2022年，8月28日连续光谱和吸收线第二十三页，共四十七页，2022年，8月28日太阳光谱研究太阳光谱（连续谱、发射线和吸收线）可给出太阳大气的结构、物理状态、化学成分以及太阳活动的性质等。第二十四页，共四十七页，2022年，8月28日测量天体磁场的方法塞曼效应：19世纪末物理学家发现在均匀磁场中，原子辐射产生的某一条发射谱线要分裂为两条或三条，分裂程度与磁场强弱有关。天文学家利用塞曼效应设计出观测太阳和恒星磁场的设备。太阳是唯一的一颗能给出表面磁场分布的恒星。第二十五页，共四十七页，2022年，8月28日观测到的谱线塞曼效应电子从高能级跃到低能级，发射一定频率的谱线有磁场时，能级分裂导致谱线分裂分裂程度与磁场强度成正比，因此可以测磁场第二十六页，共四十七页，2022年，8月28日3，恒星的距离测定测量距离的重要性：我们肉眼只能知道恒星在天球上的投影的位置不知道恒星的距离就不能确定恒星空间的真实分布、运动速度和发射电磁波的真实强度第二十七页，共四十七页，2022年，8月28日距离单位恒星之遥远，远到无法用公里来做单位

天文学家特别定义了3把不同的尺子1，天文单位太阳和地球之间的距离1亿5千万公里称为1个“天文单位”2，光年光1年要走大约10万亿公里3，秒差距1秒差距等于3.26光年第二十八页，共四十七页，2022年，8月28日恒星距离比邻星距离是4光年多牛郎星为16光年织女星是25光年北极星的距离680光年银河系中最远的恒星约8万多光年河外星系中的恒星几亿甚至几百亿光年第二十九页，共四十七页，2022年，8月28日

北斗七星的距离（光年）

大熊α75大熊β62大熊γ75大熊δ65大熊ε62大熊ζ59大熊η108

第三十页，共四十七页，2022年，8月28日怎样测量恒星的距离？

近处的恒星可以用三角测量法第三十一页，共四十七页，2022年，8月28日三角测量法的困难地球上的基线太短

地球直径1.3万公里（1.3×10-9光年）最近恒星4.3光年角度太小无法测量地球轨道提供3亿公里基线，情况好转第三十二页，共四十七页，2022年，8月28日第三十三页，共四十七页，2022年，8月28日周年视差隔半年的两次观测观测同一颗星，其视位置会发生变化AB：3亿公里第三十四页，共四十七页，2022年，8月28日1角秒1秒差距地球轨道太阳天文单位秒差距以一个天文单位为底边底角为1角秒其直角边为一个秒差距（1弧度为206265角秒）第三十五页，共四十七页，2022年，8月28日l秒差距约等于3.26光年或30万亿公里恒星距离和恒星视差成反比恒星距离越远，它的视差越小恒星越近，视差越大距离（秒差距）＝l／视差（角）织女星的视差为(角秒)

距离＝8.1秒差距第三十六页，共四十七页，2022年，8月28日早期视差测量恒星距离非常遥远视差极为微小哥白尼在创立日心学说时曾尝试测量恒星视差（未成功）以证明地球围绕太阳运转哥白尼之后经过了三百来年的努力，1838年才测量出恒星的视差天鹅座61的视差为它相当于从12公里处看一个1分硬币所成的张角第三十七页，共四十七页，2022年，8月28日恒星距离越远，它的视差越小恒星越近，视差越大把恒星视差为1角秒时恒星所对应的距离作为一种单位它名叫“秒差距”l秒差距约等于3.26光年或30万亿公里恒星距离和恒星视差成反比距离（秒差距）＝l／视差（角）织女星的视差为角秒距离＝8.1秒差距。第三十八页，共四十七页，2022年，8月28日周年视差的局限性利用三角视差法测定了大约7千颗较近的恒星的距离绝大多数恒星距离太遥远它们的视差位移小于根本测量不出它们的视差

要寻找新的方法！第三十九页，共四十七页，2022年，8月28日造父变星测距法第四十页，共四十七页，2022年，8月28日恒星不恒恒星的相对位置几乎保持不变明亮程度也似乎不发生变化因而称它们为恒星事实上，恒星有很高的运动速度有的可超过每秒一千公里亮度也在发生变化各类变星，造父变星是特殊的一类第四十一页，共四十七页，2022年，8月28日造父变星造父变星1784年，发现仙王座δ星是变星我国叫做“造父一”造父一最亮时是3.6等最暗时是4.3等，周期性变化（5.37天）后来发现的造父变星越来越多，成为一种类型－－造父型变星第四十二页，共四十七页，2022年，8月28日造父变星的周光关系勒维特是美国一位两耳失聪女天文学家研究小麦哲伦星云中1777颗变星其中25颗造父变星,测到视星等（从12.5等到15.5等）光变周期（从2天到120天）发现了造父变星的周光关系:

造父变星越亮变光周期越长第四十三页，共四十七页，2022年，8月28日造父变星的周光关系测出一批知道距离的造父变星得到变光周期和绝对星等第四十四页，共四十七页，2022年，8月28日

造父变星测距法测出造父变星的光变周期利用周光关系曲线造父变星的绝对星等由关系式M＝m＋5－5lgr，算出造父变星的距离可测定遥远的造父变星及其中含有造父变星的天体系统如星团、星系