松江二中天文台

  学生活动掠影

  天象仪

  折轴折射式天文望远镜

  天文社团成员

 

松江二中天文社团简介


松江二中天文社是校特色社团之一,依托全区独有的校内天文台和天象馆资源,开展多种天文观测、学习活动,深受学生喜爱。松江二中天文台,内部配置一台Kapor-254RR折轴折射式天文望远镜,并配有自动寻星系统。
松江二中天象馆,内设天象仪一部,可用于演示恒星、行星、彗星、流行、日食、月食等天象。天文社经常组织面向校外的参观学习活动,社团成员主动承担接待、解说等任务。天文社还与上海佘山天文台建立互动,多次邀请专家来校进行讲座辅导。

  
   

恒星篇第一章:恒星(作者:严莹)

“我仰望星空,它是那样庄严而圣洁;那凛然的正义,让我充满热爱、感到敬畏。

我仰望星空,它是那样自由而宁静;那博大的胸怀,让我的心灵栖息、依偎。

我仰望星空,它是那样壮丽而光辉;那永恒的炽热,让我心中燃起希望的烈焰、响起春雷。”

仰望星空,每个人都对它充满幻想。现在就让我们尝试着去解读星空,解读恒星。

 

第一章 概论

※恒星不“恒”

肉眼看到的天上的星星,全天有6000多颗,除了太阳系内的五大行星和流星、彗星之外,都是恒星。恒星是由炽热气体组成的能自己发光的天体,一般具有较大的体积和质量。它们之所以被称为恒星,是由于它们相互之间的相对位置,在很长的时间内,用肉眼看不到有什么改变。其实,它们也都在运动,只是由于离开我们非常非常遥远,用肉眼觉察不到就是了。

除了那些已经死亡的恒星,恒星都是气体球,没有固态的表面,气体依靠自身的引力,聚集成球体。恒星区别于行星的一个最重要的性质是它们自己依靠核反应产生能量,而在相当长的时间内稳定地发光。例如,距离地球最近的恒星——太阳,它的体积是地球的130万倍,质量是地球的33万倍。当然在所有的恒星序列当中,太阳只是一颗普通的中等恒星。

 

1.  SEQ 1. \* ARABIC 1恒星的结构

一般说来,恒星是一个稳定的对称的炽热气体星球。它的中央有一个产能的核心。核心外面是辐射和对流层。恒星内部结构主要是由它的质量、化学组成和所处的演化阶段(即年龄)来决定的。由于受探测技术的影响,目前我们观测恒星只能看到恒星外层大气的活动。而恒星大气层只是它整体结构很薄的一层。

  关于恒星内部结构的理论研究,最先做出卓越贡献的是英国著名天文学家爱丁顿,他在1920年就指出,恒星内部的核心是具有产能作用的热气体球,并以辐射的方式向外传输它的能量。恒星内部的物质越向中心密度越高,一般说来,恒星内部温度在几百万至数千万度的状态,不断地向宇宙空间辐射巨大的能量。那么,恒星如此长期消耗能量,靠什么来补充?1938年,美国物理学家、1967年诺贝尔物理学奖获得者贝特指出,热核反应是长期维持恒星能量消耗的主要能源。恒星内部的产能方式是4个氢原子核聚变为一个氦原子核的原子核反应。从而证明了爱丁顿早在1920年提出的预见的正确性。现已弄清,氢是恒星演化第一阶段内部产能的燃料,氦是恒星烧完的灰渣,碳则是燃烧过程的催化剂。当然,更进一步的研究发现在核心氢燃尽后,形成的氦又可以聚变产能,但维持的时间则要短得多了。

 

 一生探索恒星结构的天文学家——钱德拉塞卡

钱德拉塞卡(Subrahmanyan Chandrasekhar19101995),美籍印度天体物理学家。生于印度的拉合尔市(今属巴基斯坦)。1930年毕业于马德拉斯大学。1930年至1934年在英国剑桥大学三一学院进修理论物理,1933年至1937年在该校任教。1937年移居美国,在芝加哥大学叶凯士天文台工作。1944年起任教授。1952年至1971年任美国《天体物理学杂志》主编、美国科学院院士、英国皇家学会会员。主要从事理论天体物理和磁流体动力学等方面的研究。

钱德拉塞卡“因为对恒星结构和演化过程的研究,特别是因为对白矮星的结构和变化的精确预言”而荣获1983年诺贝尔物理学奖。钱德拉塞卡在理论上计算出一颗质量大于太阳质量1.44倍的恒星不会演化为白矮星。而在此之前,通常认为恒星不论质量大小都会演化成白矮星。太阳质量的1.44倍,被称为钱德拉塞卡极限。

钱德拉塞卡的著作很多,主要有《恒星结构研究导论》(1939)、《恒星动力学原理》(1942)、《黑洞的数学理论》(1983)和《真理与美》(1987)等。

 

 

 

    恒星的温度

恒星的温度一般指其表面温度。

恒星的温度与其质量有关。任何恒星都具有一种在其自身的引力作用下发生坍缩的 倾向,但是当它坍缩时,它的内部会变得越来越热。而当它的内部温度越来越高时,这颗恒星就有一种发生膨胀的倾向。 最后,两种倾向会达到平衡。结果,这颗恒星便达到了某种 固定的大小。一颗恒星的质量越大,为了平衡这种坍缩所需要的内部温度就越大,因而它的表面温度也就越高。

太阳是一颗中等大小的恒星,它的表面温度为6000℃。 质量比它小的恒星,其表面温度也比它低,有一些恒星的表 面温度只有2500℃左右。质量比太阳大的恒星,其表面温度也比太阳高,可达10,000℃、20,000℃,甚至更高。在所有已知的恒星中,质量最大、因而温度最高、亮度最大的恒星,其 稳定的表面温度至少可达50,000℃,甚至可能更高。

但是为什么恒星的温度不会无限升高呢?

因为,一颗 普通恒星,如果具有这样大的质量,以致它的表面温度竟高 达80,000℃以上,那么,这颗恒星内部的极高温度就会使它发生爆炸。在爆炸时,也许在瞬间会发出比这高得多的温度,然而当它爆炸之后,剩下来的将是一颗更小和更冷的恒星。

 

 

 

 

 

 

※星等

星等是天文学上对星星明暗程度的一种表示方法,记为m

1.星星的亮度——视星等

晴朗的夜晚,点点繁星,有明有暗。天文学家用“视星等”来区分它们的明亮程度。整个天空肉眼能见到的大约有6000多颗恒星。将肉眼可见的星分为6等。肉眼刚能看到的定为6等星,比6等亮一些的为5等,依次类推,亮星为1等,更亮的为0等以至负的星等。例如,太阳是-26.8等,满月的亮度是-12.6等,金星最亮时可达-4.4等。星等差1等,其亮度差2.512倍。1等星的亮度恰好是6等星的100倍。

在地球量度之星的亮度等级。物体越近显得越亮;物体越远显得越暗。就像近的烛光比远的街灯显得还要光亮些。视星等不能作为量度真实 (intrinsic) 光亮度的指标。视星等只能量度物体表面上的 (apparent) 光亮度 (於地面上接收得的光能量)

文本框: 附图:猎户座是亮星最多的星座,亮度在1.5等以上的恒星全天一共有21颗,猎户座就占了2颗。

 

星图上所示的星等数反映了我们看到的恒星的亮暗不同,星等数越小,星星越亮。这个星等数并不反映恒星本身真正发出的光度大小,因为这里没有考虑恒星的距离(同样发光度的恒星,距离越远,我们看到的视亮度越小),所以我们把这个星等数叫作视星等。根据长时间的观测,肉眼刚能看到的星为六等星。视星等从一等到六等,等级相差5等,视亮度相差100倍。可见两颗星等数相差一等,它们的视亮度相差2512倍,太阳的星等定为一267等,满月时月球星等约为126等。通常情况下,比六等星更暗的星,就要靠望远镜来观察了。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.恒星的光度——绝对星等

恒星的真正亮度还用光度表示。光度就是恒星每秒钟辐射的总能量。恒星的光度由它的温度和表面积决定。温度愈高光度愈大;恒星的表面积愈大光度也愈大。恒星的大小和温度是决定恒星光度的两个重要物理量。恒星的光度与绝对星等之间存在着密切的关系。绝对星等是衡量光度的概念,如果将所有恒星都放置在同样的距离——即标准距离——下,那么此时的视星等就是绝对星等。也就是说,标准距离下的视星等,就是绝对星等。绝对星等相差1等,光度相差2.512倍。例如绝对星等1等星的光度是绝对星等2等星的光度的2.512倍,是绝对星等6等星的100倍。这和星等与视亮度之间的关系是类似的。 恒星之间的光度差别非常大。以太阳为标准来比较。织女星的绝对星等是0.5等,它的光度是太阳的50倍。超巨星“天津四”的绝对星等大约是-7.2等,其光度比太阳强五万多倍。还有一颗在星空中极不起眼的天蝎座 ,视星等只有3.8等,但它的绝对星等是-9.4等,它的光度几乎是太阳光度的50万倍。光度最强的恒星甚至有太阳的100万倍。

文本框: 光线微弱的矮星仙女座

 

天文学家把光度大的恒星叫做巨星,光度小的称为矮星。光度比巨星更强的叫超巨星。从表面积愈大光度也愈大的规律可以知道,光度大的巨星,体积也大,光度小的矮星,体积也小。太阳是一颗黄色的矮星,相比之下光度比较弱。但还有比它更弱的矮星。如著名的天狼星伴星是一颗白矮星,它的光度还不到太阳的万分之一。近些年来天文学家用大望远镜发现了一些绝对星等在20等左右的暗弱恒星,它们的光度大约仅为太阳的40万分之一到50万分之一,它们的光度连满月都不如。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

光度用每秒辐射多少尔格(尔格/秒)来表示。不仅适用于光学波段,也适用于其它波段,如红外、紫外、射电、X射线及 射线波段。

全天星图上通常标记出五等以上的星,通过这些较亮的星,认识星座的形状,从而熟悉星空。大的星图上标有10等甚至15等的星,供望远镜观测者使用。

 

赫罗图

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

恒星的光度(绝对星等)和温度(光谱型)之间的关系是多种多样的,为了表示他们之间多样性的关系,赫茨普隆和罗素创制了恒星的光度—光谱型图,简称赫罗图。以恒星的光度位纵坐标,以它们的光谱

型或温度为横坐标,每一颗恒星按照自己的光度和温度在图上有一定的位置。

 

 

 

 

 

 

 

 

※恒星的距离

天文单位:日地平均距离,约1.5亿千米。

光年:光在真空中一年所走的距离,约94605亿千米,或63240天文单位。

秒差距:如果日地平均距离与某恒星的张角是1秒,那么这颗恒星与太阳之间的距离就是1秒差距, 相当于206265天文单位。

 


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编辑:杨晓峰 电子邮件:yxfsjez@163.com