中科大天文学史课件15赫罗图与恒星演化

第十五讲赫罗图与恒星演化

一、赫罗图的建立二、早期的恒星演化理论三、爱丁顿的质光关系

四、恒星的能源问题五、恒星演化的研究

一、赫罗图的建立

1．哈佛的恒星光谱分类

1884年美国哈佛大学天文台长皮克林(E.C.Pickering,1846—1919)开展恒星光谱巡天计划。19世纪末又在秘鲁阿雷基帕建观测站，开展南天恒星光谱巡天观测。从事光谱分类的有弗来明夫人(Mrs.Fleming,1857—1911)、莫里小姐(A.C.Maury,1866—1952)和坎农小姐(P.Cannon,1863—1941)。

坎农提出一种由O、B、A、F、G、K、M等型，以字母后跟数字表示。一生完成36万颗恒星光谱分类。这是哈佛光谱分类法。

皮克林（1858—1938）

哈佛大学天文台从事光谱分类工作的团队

（左5：李维特，右5：坎农）

各光谱型的典型恒星哈佛的恒星光谱分类

2．赫茨普龙的工作

（1）发现同一光谱型中有光度不同的恒星

20世纪初丹麦天文学家赫茨普龙开始以莫里的光谱星表为基础开展恒星分类研究。

①把每颗恒星的自行都归算到视星等为零的自行值。

②求出各类星的平均自行。

赫茨普龙（1870—1967）

1905－1907年得出一项十分重要的发现：在同一光谱型的恒星中，有些类恒星比其他恒星的平均自行小得多，表明它有特别大的光度。称之为巨星。而称光度较小的为矮星。巨星比矮星少得多。

赫茨普龙的这一成果，是人类对恒星认识和分类上的一大飞跃。作出了根据恒星不同光谱特征而作的本质分类，发现了同一光谱型的恒星中有着光度截然不同的两类恒星。（2）通过星团探讨光谱型和光度关系

1911年赫茨普龙刊布了昴星团和毕星团的颜色-星等图。

赫茨普龙的颜色-星等图3．罗素的工作

1902－1905年美国天文学家罗素(H.N.Russell,1877—1957)在英国剑桥大学天文台与海因克斯(A.R.Hinks,1873—1945)用照相方法测恒星视差，推算绝对星等。

罗素（1877—1957）

1913－1914年罗素发表其关于恒星光谱与光度关系的研究工作，刊布了光谱－光度图。此图被称为赫茨普龙－罗素图。简称赫罗图或称HR图。

罗素的光谱－光度图现代的赫罗图

赫罗图的建立是天体物理学发展史上一个里程碑。它全面地展现了恒星的丰富多样性；提示了恒星世界深刻的内在规律，即恒星特性的序列性，实现了对恒星的科学分类；为恒星演化的研究奠定了基础。二、早期的恒星演化理论

1913年罗素作了根据赫罗图探讨恒星演化的最早尝试。认为恒星沿主星序由早型星向晚型星演化。但是，波江座40B(40BEri)和天狼星(αCMa）的暗伴星等这类白矮星不能解释。三、爱丁顿的质光关系

1924年英国天文学家爱丁顿(A.S.Eddington,1882—1944)根据他的恒星内部结构理论，提出了恒星的理论质光关系式。这一关系的确立完全改变了人们对主序星的传统观念。从而，罗素的演化理论逐渐被抛弃。爱丁顿（1882—1944）

爱丁顿的恒星质光关系所有恒星的距离都极其遥远，恒星的视差都小于1〞。

四、恒星的能源问题

1．自身引力收缩论

1854年德国物理学家赫姆霍茨(H.vonHelmholtz,1821—1894)提出太阳的能源来自于自身引力收缩。

罗素的恒星演化理论以此为根据，而推出太阳年龄仅2000万年。

2．质子与电子的相互湮灭论

根据相对论的质能关系

E＝mc2

认为质子与电子结合而“湮灭”释放能量。

3．核聚变反应

1937－1939年德国的魏茨泽克(C.F.Weizsäcker,1912—)和美国的贝特(H.A.Bethe,1906—)相继提出在恒星中可能存在由4个氢核聚变成一个氦核的两种原子核反应。

这揭示恒星能源本质，有力地推动了恒星演化理论发展。五、恒星演化的研究

1．V-R定理

1926年沃格特(H.Vogt)与罗素各自导出：处于平衡态的恒星，其温度和光度由其质量和化学组成确定。这是沃格特－罗素定理，简称V-R定理。此定理为应用赫罗图探讨恒星演化提供了扎实基础。2．恒星演化的现代理论

许多天文学家研究了恒星演化,其中特别是

1952年，桑德奇(A.R.Sandage,1926—)和M．史瓦西(M.Schwarschild,1912—)提出恒星在主星序后迅速向红巨星演化。

1957年，桑德奇绘出了10个银河星团和一个球状星团的组合赫罗图，不同年龄的星团其赫罗图形状不同。

1961年，日本天文学家林忠四郎(HayashiChushiro,1920—)，研究了恒星的演化程。至20世纪60年代，恒星一生在赫罗图上的理论演化曲线已相当清晰。

①原恒星阶段。由引力收缩至核心点燃氢-氦核反应。

②主序星阶段。由核心氢-氦核反应提供稳定能源，引力与辐射压相平衡，是恒星一生中最稳定、时间最长的阶段。

③红巨星阶段。恒星中心氢耗尽，氦核坍缩，外壳