科普天文學(xué)完整版兩篇

第九章黑洞9.1黑洞的數(shù)學(xué)模型9.2黑洞的物理機(jī)制9.3黑洞的奇妙性質(zhì)9.4黑洞的天文探測(cè)9.5巨型黑洞、微型黑洞和中等質(zhì)量黑洞9.6白洞和蟲(chóng)洞9.1黑洞的數(shù)學(xué)模型“天空中存在著黑暗的天體，像恒星那樣大，或許像恒星那樣多。一個(gè)具有與地球同樣的密度而直徑為太陽(yáng)250倍的明亮星球，他發(fā)射的光將被它自身的引力拉住而不能被我們接收?！薄?/p>

—1797年拉普拉斯《宇宙體系論》逃逸速度逃離地球表面的重力需要的速度:vesc

≈11.6km/s.vesc現(xiàn)在,隨著距離的重力減少(~1/d2)=>表面上方較高的地方=>較低的逃逸速度。vescvesc如果你將地球壓縮到更小的半徑=>從其表面離開(kāi)的需要更高的逃逸速度。G=6.67x10-11（Nm2/kg2）V=（2GM/R）0.5史瓦西（Schwarzschild）半徑=>有一個(gè)限制逃逸速度達(dá)到光速，c的半徑:Vesc=cRs=

2GM____c2史瓦西的解指出，如果致密天體的全部質(zhì)量壓縮到某一半徑Rs的范圍內(nèi)，它周?chē)目臻g就因引力而足夠彎曲到任何物質(zhì)和輻射都逃不出來(lái)，這一天氣就稱為黑洞。Rs被成為史瓦西半徑。G=萬(wàn)有引力常數(shù)M=質(zhì)量史瓦西半徑9.2黑洞的物理機(jī)制質(zhì)量為10~100Msun的恒星，在熱核反應(yīng)停止并經(jīng)理超新星爆發(fā)后，有兩種可能形成黑洞的情況：當(dāng)簡(jiǎn)并核心的質(zhì)量大于奧本海默極限時(shí)，塌縮將直接導(dǎo)致黑洞形成。核心質(zhì)量小于奧本海默極限而形成中子星，外圍仍有被拋射后殘余物質(zhì)又繼續(xù)落向中子星，積累到質(zhì)量超過(guò)奧本海默極限，再度塌縮為黑洞。

9.3黑洞的奇妙性質(zhì)史彭羅斯定義的黑洞視界：所有試圖逃逸出去的光子統(tǒng)統(tǒng)都被引力拉回的最后邊界。我們沒(méi)有辦法知道在史瓦西半徑內(nèi)發(fā)生了什么。=>沒(méi)有物質(zhì)(甚至光)可以從史瓦西半徑內(nèi)逃脫。

“視界”9.3.1視界霍金定義的黑洞視界：空間中是否有能力向遙遠(yuǎn)宇宙發(fā)送事件信號(hào)的最后的邊界。9.3.2引潮力一個(gè)宇航員下降到黑洞的視界時(shí)豎直方向會(huì)被拉伸（潮汐效應(yīng)），橫向則被擠壓。9.3.3時(shí)空特性時(shí)間膨脹視界開(kāi)始所地方的時(shí)鐘均為12:00。3小時(shí)候(對(duì)一個(gè)遠(yuǎn)離黑洞的觀察者):越靠近黑洞時(shí)鐘轉(zhuǎn)得越慢。在視界處時(shí)間膨脹變得無(wú)限。9.3.4引力紅移引力紅移視界Allwavelengthsofemissionsfromneartheeventhorizonarestretched(redshifted).所有波長(zhǎng)的輻射在視界被拉長(zhǎng)(紅移)。

頻率降低9.3.5“黑洞無(wú)毛”

黑洞可以分為四大類：史瓦西黑洞：無(wú)電荷、無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)的球狀黑洞；雷斯勒-諾斯特諾姆黑洞：有電荷、無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)的球?qū)ΨQ黑洞；克爾黑洞：無(wú)電荷但有轉(zhuǎn)動(dòng)的黑洞；克爾-紐曼黑洞：帶電荷又有轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)黑洞。

黑洞可以用質(zhì)量、電荷和角動(dòng)量三個(gè)量完全確定——黑洞無(wú)毛發(fā)定理。9.4黑洞的天文探測(cè)探測(cè)不可見(jiàn)的黑洞有兩條路：追蹤黑洞周?chē)鷱?qiáng)大的引力場(chǎng)會(huì)引起何種效應(yīng)；捕捉黑洞吞噬視界以外物質(zhì)留下什么痕跡。沒(méi)有光可以從黑洞逃離。=>黑洞也不能被直接觀測(cè)到。根據(jù)引力效應(yīng)發(fā)現(xiàn)看不見(jiàn)的天體；探測(cè)發(fā)出X射線雙星系統(tǒng)。黑洞是引力輻射源、X射線源、γ

射線源。單線雙星光譜未出現(xiàn)的那個(gè)子星可能是黑洞。引力透鏡法是用來(lái)確定黑洞的一種方法。

S1·S·B·ES2·

引力透鏡示意圖黑洞新類型=>強(qiáng)X射電源!加熱到幾百萬(wàn)K。

探測(cè)發(fā)出X射線雙星系統(tǒng)黑洞X射線系統(tǒng)強(qiáng)X射線源迅速,不規(guī)律的變化（閃爍的時(shí)間尺度不到一秒）常常伴隨：

準(zhǔn)周期振蕩有時(shí)伴有：

射電噴流黑洞周?chē)奈e盤(pán)X射線爆發(fā)4U1820-30在星團(tuán)NGC6624光學(xué)紫外X射線爆發(fā)源幾個(gè)X射線爆發(fā)源被發(fā)現(xiàn):迅速爆發(fā),隨后逐漸減弱重復(fù)爆發(fā)：間隔的時(shí)間越長(zhǎng)，爆發(fā)越強(qiáng)。射電噴流信號(hào)銀河系黑洞候選GRS1915+105的射電噴流X射線雙星的模型SS433光學(xué)譜線顯示噴流物質(zhì)中的譜線。兩組譜線:一個(gè)藍(lán)移,一個(gè)紅光偏移光線在相互穿越的過(guò)程中受到噴流旋進(jìn)的影響前后移動(dòng)。天鵝座X-1的特征根據(jù)觀測(cè)資料，天鵝座X-1成了黑洞最有希望的候選者，它的質(zhì)量約為8個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量。

9.5巨型黑洞、微型黑洞和中等質(zhì)量黑洞如果一個(gè)無(wú)形不可見(jiàn)致密天體是雙星系統(tǒng)的一部分,我們可以通過(guò)軌道周期和徑向速度估計(jì)它的質(zhì)量。

黑洞的數(shù)學(xué)模型并沒(méi)用限制黑洞的質(zhì)量和尺寸大小。甚至黑洞不一定是極高密度的天體。黑洞最主要的特征是極高的致密度而不是密度。巨型黑洞天文學(xué)家通過(guò)對(duì)‘錢(qián)德拉’X射線觀測(cè)望遠(yuǎn)鏡研究發(fā)現(xiàn)，宇宙黑洞在宇宙初期即在宇宙大爆炸后不久，就聚成了一個(gè)大的難以置信的黑洞“'SDSSpJ306‘”，這個(gè)黑洞增長(zhǎng)速度極快，足足可以吞噬整個(gè)太陽(yáng)系，吞進(jìn)的星體質(zhì)量相當(dāng)于3億9500萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)，引起氣體噴發(fā)時(shí)期為止科學(xué)家在宇宙中發(fā)現(xiàn)最大的。星系核心微型黑洞

史蒂文·霍金黑洞論中的一個(gè)假設(shè)，說(shuō)宇宙一開(kāi)始就有很多微型黑洞，大小是一粒米的大小，而質(zhì)量是地球的幾百倍，一般相當(dāng)于木星的質(zhì)量（地球的318倍）,如此高質(zhì)量聚合在這么小的空間，可以不釋放任何被它吸收的物質(zhì)，所以就說(shuō)是黑洞。弦理論引進(jìn)了微型黑洞的概念，黑洞是大量的物質(zhì)被壓縮到其史瓦西半徑（schwarzschildradius）以內(nèi)的時(shí)候形成的。由于物質(zhì)和能量可以互相轉(zhuǎn)換，因此黑洞也可以通過(guò)壓縮能力制造出來(lái)。

大型強(qiáng)子對(duì)投機(jī)(LHC）是不是能在14萬(wàn)億電子伏特的能量下將兩個(gè)質(zhì)子相撞，從此產(chǎn)生的碎片中造出微量黑洞，對(duì)此人們頗為期待。這些黑洞非常之小，可能只有一個(gè)電子質(zhì)量的1000倍那么重，而且可能只持續(xù)10負(fù)23次秒。中等質(zhì)量黑洞小圓圈處為新發(fā)現(xiàn)的中等質(zhì)量黑洞HLX-1，“潛伏”在一個(gè)星團(tuán)內(nèi)。天文學(xué)家一直認(rèn)為只存在兩種黑洞，即質(zhì)量只有太陽(yáng)幾倍的小型恒星級(jí)黑洞和質(zhì)量相當(dāng)于數(shù)百萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)的超大質(zhì)量黑洞，后者“潛伏”在絕大多數(shù)星系，包括我們的銀河系。它們就像是宇宙中的可怕惡魔，撕裂和吞噬恒星，甚至能夠吞噬整個(gè)太陽(yáng)系。新發(fā)現(xiàn)的HLX-1質(zhì)量介乎恒星級(jí)黑洞和超大質(zhì)量黑洞之間，大約相當(dāng)于9萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)。中等質(zhì)量黑洞（2）中等質(zhì)量黑洞可能在球狀星團(tuán)形成。星團(tuán)內(nèi)，數(shù)十萬(wàn)顆恒星因引力聚集在一起。韋伯表示中等質(zhì)量黑洞可能是早期宇宙的遺跡，由最為古老的恒星形成。他說(shuō)：“早期宇宙可能存在大質(zhì)量恒星，質(zhì)量相當(dāng)于1萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)。這些恒星壽命很短，塌陷爆炸后形成中等質(zhì)量黑洞?！毖芯堪l(fā)現(xiàn)將刊登在《科學(xué)》雜志上。對(duì)中等質(zhì)量黑洞進(jìn)行研究同樣有助于天文學(xué)家了解超大質(zhì)量黑洞如何形成。韋伯表示這種黑洞可能是超大質(zhì)量黑洞的“祖先”。超大質(zhì)量黑洞在吞噬足夠物質(zhì)之后升級(jí)為質(zhì)量至少相當(dāng)于100萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)的超大質(zhì)量黑洞。此外，它們也可能通過(guò)合并的方式形成超大質(zhì)量黑洞。

有人估計(jì)，在過(guò)去100億年中銀河系中平均每100年有一顆超新星爆發(fā)，而每100顆超新星中一顆會(huì)導(dǎo)致黑洞形成，如果這個(gè)估計(jì)是正確的，則銀河系里應(yīng)該有數(shù)百萬(wàn)個(gè)由恒星坍縮而成的黑洞，而我們根據(jù)X射線雙星系統(tǒng)來(lái)確定的黑洞或黑洞候選者僅僅數(shù)十個(gè)，問(wèn)題出在哪里呢？黑洞研究的最新成果

9.6白洞和蟲(chóng)洞

按照宇宙通常存在的對(duì)稱性，應(yīng)該有與黑洞相對(duì)應(yīng)的天體存在，也就是恒星坍縮的逆過(guò)程，這就是宇宙物質(zhì)的“火山口”，大量物質(zhì)和能量從那里涌出來(lái)，這樣的天體稱為白洞。黑洞和白洞的通道為蟲(chóng)眼。物質(zhì)一旦在蟲(chóng)眼的另一端出現(xiàn)，它就再次突然膨脹成了普通的物質(zhì)。膨脹時(shí)，它發(fā)出熾烈的輻射能，而這種能量原先是陷在黑洞里的。也就是說(shuō)，我們眼前出現(xiàn)了一個(gè)白洞。有些學(xué)者認(rèn)為類星體是蟲(chóng)眼某一端出現(xiàn)的一種巨大的白洞，其物質(zhì)來(lái)自宇宙另一部分的一個(gè)巨大的黑洞。白洞的性質(zhì)

同黑洞一樣，白洞也有一個(gè)封閉的邊界。與黑洞不同的是，白洞內(nèi)部的物質(zhì)（包括輻射）可以經(jīng)過(guò)邊界發(fā)射到外面去，而邊界外的物質(zhì)卻不能落到白洞里面來(lái)。因此，白洞像一個(gè)超級(jí)噴泉，不斷向外噴射以重粒子為主要形態(tài)表現(xiàn)的物質(zhì)，（能量）。白洞學(xué)說(shuō)在天文學(xué)上主要用來(lái)解釋一些高能現(xiàn)象。白洞是否存在，尚無(wú)觀測(cè)證據(jù)。蟲(chóng)洞

蟲(chóng)洞（Wormhole），又稱愛(ài)因斯坦－羅森橋，是宇宙中可能存在的連接兩個(gè)不同時(shí)空的狹窄隧道。蟲(chóng)洞是1930年代由愛(ài)因斯坦及納森·羅森在研究引力場(chǎng)方程時(shí)假設(shè)的，認(rèn)為透過(guò)蟲(chóng)洞可以做瞬時(shí)間的空間轉(zhuǎn)移或者做時(shí)間旅行。簡(jiǎn)單地說(shuō)，“蟲(chóng)洞”就是連接宇宙遙遠(yuǎn)區(qū)域間的時(shí)空細(xì)管。暗物質(zhì)維持著蟲(chóng)洞出口的敞開(kāi)。蟲(chóng)洞可以把平行宇宙和嬰兒宇宙連接起來(lái)，并提供時(shí)間旅行的可能性。蟲(chóng)洞也可能是連接黑洞和白洞的時(shí)空隧道，所以也叫"灰道"。Gamma射線暴(GRBs)短暫（幾秒）明亮的gamma射線爆發(fā)后發(fā)現(xiàn)與x射線和光學(xué)波段的發(fā)光持續(xù)幾個(gè)小時(shí)，幾天。GRBofMay10,1999:1dayaftertheGRB2daysaftertheGRB許多現(xiàn)在已經(jīng)在其宿主星系(宇宙)很遠(yuǎn)的距離上?？赡芘c非常巨大的恒星(>25Msun)的死亡有關(guān)。黑洞對(duì)中子星雙星系統(tǒng)黑洞:視界之外的吸積物質(zhì)消失無(wú)影無(wú)蹤。中子星:吸積物質(zhì)作用于中子星表面時(shí)產(chǎn)生x射線閃光。

根據(jù)量子力學(xué)理論，小黑洞會(huì)發(fā)射光和粒子而逐漸消亡，因此探測(cè)它們的存在及其發(fā)射，不僅能證實(shí)黑洞的存在與否，而且也能檢驗(yàn)新發(fā)展的黑洞量子力學(xué)的正確與否。各國(guó)天文學(xué)家在20世紀(jì)70年代末就開(kāi)始了對(duì)小黑洞的搜尋工作。根據(jù)理論預(yù)言，質(zhì)量小于1015克的小黑洞到今天都已經(jīng)消失了，質(zhì)量在1015～1016克的小黑洞正在走向死亡。這種死亡過(guò)程是很迅速的，最后將以猛烈爆炸告終，爆炸放出的能量非常巨大，并以高能γ射線的形式放出。高速運(yùn)行的黑洞第四章

恒星

恒星的位置看來(lái)固定不變，因而古人稱之為“恒”星，即固定不動(dòng)的星。一般來(lái)說(shuō)，恒星都是氣體球，沒(méi)有固態(tài)表面，通過(guò)自身引力聚集而成。它區(qū)別于行星的一個(gè)重要性質(zhì)是它自己能夠強(qiáng)烈發(fā)光。太陽(yáng)是一顆恒星。恒星是指由內(nèi)部能源產(chǎn)生輻射而發(fā)光的大質(zhì)量球狀天體。參數(shù)變化范圍質(zhì)量M10-1M⊙≤M≤102M⊙

半徑R10-3R⊙≤R≤103R⊙

表面溫度T103K≤T≤105K光度L10-4L⊙≤L≤106L⊙

M⊙是太陽(yáng)的質(zhì)量，R⊙是太陽(yáng)的半徑，L⊙為太陽(yáng)的光度。對(duì)恒星的研究表明：恒星主要是由氫組成的氣體球。氫聚變成氦而放出能量，然后氦又可聚變成更重的元素放出能量，因此恒星的化學(xué)組成同她得年齡有關(guān)。恒星的信息源

恒星具有極高的溫度，有大量的激烈運(yùn)動(dòng)著的電離的電子，發(fā)出強(qiáng)大的電磁波輻射（電磁波是原子中的電荷作變速運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的）。波長(zhǎng)范圍從最長(zhǎng)的無(wú)線電波到最短的γ射線。電磁波：可見(jiàn)光其他信息源：宇宙線、中微子、引力波、射電波、X射線、γ射線、紅外線來(lái)自恒星以及其他天體的輻射穿過(guò)地球大氣層是，很多波段都被大氣分子吸收掉了。屏蔽紫外線的主要是大氣中得臭氧層和氧原子、氧分子、氮分子；屏蔽一部分紅外線的主要是大氣中得水分子和二氧化碳分子。有兩處透明窗口：光學(xué)窗口和無(wú)線電窗口，為人類天文學(xué)的發(fā)展提供了必要地信息通道。

光學(xué)窗口：0.35~22微米可見(jiàn)光和一部分紅外線（17~22微米半透）。

無(wú)線電窗口：1毫米~30米的無(wú)線電波段。不同波長(zhǎng)的電磁波，其光子多具有的能量是不同的。光子的能量E與波長(zhǎng)的關(guān)系λ的關(guān)系為式中c是傳播速度，焦耳

秒稱為普朗克常數(shù)。波長(zhǎng)愈短，能量愈高。電磁波在本質(zhì)上是相同的，僅在波長(zhǎng)頻率和光子能量方面有所差別。（c是傳播速度）波長(zhǎng)不同的電磁波在真空中得傳播速度都一樣。波長(zhǎng)λ和頻率ν之間滿足公式波長(zhǎng)愈短，頻率愈高。不同波長(zhǎng)的電磁波也可以用頻率來(lái)表示，換算公式頻率波長(zhǎng)赫茲微米波長(zhǎng)和光子能量之間有固定的關(guān)系，電磁波譜有事也用光子能量來(lái)描述。光子能量的單位常用電子伏特（eV）來(lái)表示。電子伏特是一個(gè)電子通過(guò)1伏特電位差時(shí)獲得的能量，1電子伏=1.6022x10-19焦耳。電子伏在無(wú)線電波段常用頻率；在光學(xué)波段常用波長(zhǎng)；在X射線和γ射線波段用光子能量來(lái)描述.4.1恒星參數(shù)的測(cè)定

4.1.1.恒星的距離

恒星離我們非常遙遠(yuǎn)，除太陽(yáng)外，離我們最近的恒星是半人馬座比鄰星，距離約為4×1013千米，4.22光年。天文學(xué)上常用的距離單位：①天文單位，即日地平均距離，為1AU=149597870千米=1.49597870×1011米②光年，光在一年中走過(guò)的距離，1l.y.=0.946053×1016米③秒差距，周年視差為1″對(duì)應(yīng)的距離，1pc=3.08568×1016米1光年=0.307秒差距1秒差距=206265AU周年視差π=1''的恒星與地球的距離r為206265AU，這個(gè)距離定義為1秒差距（1pc）。秒差距（Parsec,縮寫(xiě)pc）測(cè)定恒星距離最基本的方法是三角視差法，此法主要用于測(cè)量較近的恒星距離。然而對(duì)大多數(shù)恒星說(shuō)來(lái)，這個(gè)張角太小，無(wú)法測(cè)準(zhǔn)。所以測(cè)定恒星距離常使用一些間接的方法，如分光視差法、星團(tuán)視差法、統(tǒng)計(jì)視差法以及由造父變星的周光關(guān)系確定視差，等等。這些間接的方法都是以三角視差法為基礎(chǔ)的。恒星距離的測(cè)定恒星的距離是借助于測(cè)定周年視差而獲得的

r=a/π太陽(yáng)到恒星的距離為r,單位為光年或秒差距日地平均距離為a，單位為天文單位恒星的周年視差為π，單位為弧秒三角視差法測(cè)距離三個(gè)著名恒星距離名稱視差距離比鄰星0.76

″4.3光年織女星

0.12″27光年天狼星0.37″8.8光年光速：c=3.0x108m/s最快飛機(jī)速速：v=1.0x108m/h=3.0x104m/s

光度為恒星的能量發(fā)射率，即整個(gè)星面每秒釋放的能量，用L表示。他在國(guó)際單位的典型表示法式是瓦特(Watt)，在c.g.s.制是爾格/秒，或是以太陽(yáng)光度來(lái)表示，也就是以太陽(yáng)輻射的能量為一個(gè)單位來(lái)表示。太陽(yáng)的光度是3.827×1026瓦特。

一顆恒星的光度決定于恒星的表面溫度和表面積——較大的恒星比同溫度的較小恒星輻射更多的能量，所以，表面溫度相同(因而顏色相同)的兩顆恒星可能有極不相同的光度，而光度相同的兩顆恒星可能有完全不同的表面溫度(和顏色)。

光度是與距離無(wú)關(guān)的真實(shí)常數(shù)，亮度則明顯的與距離有關(guān)，而且是與距離的平方成反比，亮度通常會(huì)以視星等來(lái)量度，那是一種對(duì)數(shù)的關(guān)系。4.1.2恒星的光度、照度和和星等光度（luminosity）

恒星看起來(lái)的明暗程度稱為視亮度，簡(jiǎn)稱亮度，就是指照度，用E表示。

照度是每單位面積所接收到的光通量。SI制單位是勒克斯(lx=lux)，1(勒克斯)=1(流明/平方米)。對(duì)于接受天體輻射的人眼或儀器來(lái)說(shuō)，單位時(shí)間入射到其單位面積的能量。表示某處感應(yīng)器感應(yīng)到的恒星的能量。照度（Illuminance）

在天文學(xué)上，星的亮度用星等表示。古人按照星的明暗程度把星星分為6個(gè)亮度等級(jí)，天球上約20顆最亮的星稱為一等星，肉眼剛剛能看到的星稱為六等星。通常以拉丁字母m表示星等。這個(gè)星等系統(tǒng)原則上保留到現(xiàn)在，并給予標(biāo)準(zhǔn)化后推廣到特別亮的天體以及肉眼看不見(jiàn)但用望遠(yuǎn)鏡能看見(jiàn)的暗星上去。

星等是衡量天體光度的量。在不明確說(shuō)明的情況下，星等一般指目視星等。為了比較天體的發(fā)光強(qiáng)度，采用絕對(duì)星等。絕對(duì)星等M的定義是，把天體假想置于距離10秒差距處所得到的視星等。若已知天體的視差π（以角秒計(jì)）和經(jīng)星際消光改正的視星等m，可按下列公式計(jì)算絕對(duì)星等：M=m+5+5lgπ。對(duì)應(yīng)不同系統(tǒng)的視星等有不同的絕對(duì)星等。天體光度測(cè)量直接得到的星等同天體的距離有關(guān)，稱為視星等，它反映天體的視亮度。一顆很亮的星可以由于距離遠(yuǎn)而顯得很暗（星等數(shù)值大）；而一顆實(shí)際上很暗的星可能由于距離近而顯得很亮（星等數(shù)值小）。對(duì)于點(diǎn)光源,則代表天體在地球上的照度。星等常用m表示。對(duì)應(yīng)不同探測(cè)器有各種星等系統(tǒng)。星等（magnitude）星等系統(tǒng)：目視星等、照相星等、光電星等視星等絕對(duì)星等4.1.3恒星的大小、質(zhì)量和密度

恒星的真直徑可以根據(jù)恒星的視直徑（角直徑）和距離計(jì)算出來(lái)。常用的干涉儀或月掩星方法可以測(cè)出小到0.01的恒星的角直徑，更小的恒星不容易測(cè)準(zhǔn)，加上測(cè)量距離的誤差，所以恒星的真直徑可靠的不多。根據(jù)食雙星兼分光雙星的軌道資料，也可得出某些恒星直徑。對(duì)有些恒星，也可根據(jù)絕對(duì)星等和有效溫度來(lái)推算其真直徑。星名視差(弧秒)角直徑（弧秒）線直徑（太陽(yáng)直徑為1）獵戶座α0.005″0.047″1000鯨魚(yú)座α0.023″0.056″480金牛座α0.048″0.021″94御夫座α0.073″0.004″13天狼A0.375″0.006″1.85太陽(yáng)1.00天狼B0.375″0.000077″0.044范瑪倫星0.235″0.000019″0.009觀測(cè)結(jié)果：恒星的直徑相差很大，大的有太陽(yáng)直徑的幾百倍甚至一兩千倍，小的只有不到太陽(yáng)直徑的十分之一。

恒星的質(zhì)量是很重要的一個(gè)參量，但是除太陽(yáng)外，目前只能對(duì)某些雙星進(jìn)行直接測(cè)定，其他恒星的質(zhì)量都是間接得到的，如通過(guò)質(zhì)光關(guān)系來(lái)測(cè)定的。4.1.4恒星的質(zhì)量 1、測(cè)定雙星質(zhì)量的基本原理是依據(jù)開(kāi)普勒第三定律——雙星系統(tǒng)的總質(zhì)量與軌道半長(zhǎng)徑的立方成正比，與軌道周期的平方成反比結(jié)合天體測(cè)量法測(cè)出兩子星相對(duì)質(zhì)心的距離

和,則可知兩子星的質(zhì)量比從而可求出每個(gè)子星的質(zhì)量２、質(zhì)光關(guān)系：

對(duì)于質(zhì)量大于0.2M⊙的主序星，恒星的質(zhì)量和光度之間有很好的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，稱之為“質(zhì)光關(guān)系”。恒星的質(zhì)量越大，其對(duì)應(yīng)的光度越強(qiáng)。一般符合如下關(guān)系

1924年愛(ài)丁頓從理論上導(dǎo)出絕對(duì)光度為L(zhǎng)的恒星與其質(zhì)量M有L=kM3.5的簡(jiǎn)單關(guān)系,其中k為常數(shù)。 lg(L/L⊙)=3.8lg(M/M⊙)+0.084.2恒星光譜及其相關(guān)性質(zhì)

太陽(yáng)的光譜是紅、橙、黃、綠、青、靛、紫七色，原因是什么呢？

4.2.1光譜概念的物理基礎(chǔ)

量子力學(xué)創(chuàng)立于20世紀(jì)初，是研究電子、質(zhì)子、中子以及原子和分子內(nèi)其他亞原子粒子運(yùn)動(dòng)的一門(mén)科學(xué)。相對(duì)于量子力學(xué)，牛頓力學(xué)稱為經(jīng)典力學(xué)。利用牛頓力學(xué)，人們認(rèn)識(shí)了太陽(yáng)系。同樣，人們想象一個(gè)原子就是一個(gè)小太陽(yáng)系：核在中心，電子在固定的軌道繞核“公轉(zhuǎn)”。但按照量子力學(xué)的說(shuō)法，原子中沒(méi)有電子運(yùn)動(dòng)的軌道，只能說(shuō)電子可能出現(xiàn)在什么地方。天文學(xué)包括天體力學(xué)、天體物理學(xué)等數(shù)十個(gè)分支和量子力學(xué)的建立，使人們能正確地認(rèn)識(shí)微觀世界，愛(ài)因斯坦狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論的建立改變了人們對(duì)時(shí)間和空間本質(zhì)的認(rèn)識(shí)，同時(shí)也給了天文學(xué)家更深入認(rèn)識(shí)恒星和天體的一個(gè)理論工具。4.2.2恒星光譜與氫原子譜線光譜有連續(xù)光譜，線光譜和帶光譜。太陽(yáng)光譜其實(shí)并不是一條連續(xù)的光帶，而是帶有許多暗線條

氫原子光譜（巴爾默系，背景彩色是為了表示三條光譜線的位置而加進(jìn)去的）。

4.2.3

光譜在恒星研究中的應(yīng)用 1、確定恒星的化學(xué)組成 2、確定恒星的溫度 3、確定恒星的視向速度和自轉(zhuǎn)光譜型顏色表面溫度（開(kāi)）典型星O藍(lán)40000~25000參宿一B藍(lán)白25000~12000參宿五A白11500~7700織女星F黃白7600~6100小犬座αG黃6000~5000太陽(yáng)K橙4900~3700牧夫座αM紅3600~2600心宿二恒星光譜的分類

4.2.4恒星的光譜、顏色和表面溫度之間的關(guān)系Oh!BeAFairGirlKissMe.4.2.5恒星的赫羅圖丹麥科學(xué)家赫茨普龍(E.Hertzsprung)于1911年，天文學(xué)家羅素（H.N.Russell）于1913年，分別的繪制了恒星的光譜—光度圖。Innerradiative,outerconvectivezoneInnerconvective,outerradiativezoneCNOcycledominantPPchaindominant4.3變星和新星變星：亮度在較短時(shí)期內(nèi)有顯著變化的星為變星。新星:有少數(shù)星的亮度可在幾天內(nèi)猛增幾萬(wàn)倍，較原有星等減少10-14等，把這些突然爆發(fā)的星稱為新星。超新星:超新星的爆發(fā)規(guī)模比新星還要大，它發(fā)亮?xí)r亮度的增幅為新星的數(shù)百至數(shù)千倍，拋出的氣殼速度可超過(guò)104km/s。是所有變星中最壯觀的一類，是恒星的災(zāi)變性爆發(fā)。輻射能估計(jì)為1042~1043J,拋出的物質(zhì)質(zhì)量達(dá)1~10m⊙,動(dòng)能達(dá)1043~1044J。4.3.1造父變星造父變星又稱長(zhǎng)周期造父變星或經(jīng)典造父變星，是脈動(dòng)變星的一種，這類變星的亮度變化是周期性的，一般周期在1.5～80天之間。周光關(guān)系：周期和絕對(duì)星等之間的關(guān)系。造父變星的平均絕對(duì)星等M與其周期的對(duì)數(shù)lgP近似成直線關(guān)系周光關(guān)系新星4.3.2新星和超新星

亮度會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)迅速增加，達(dá)到極大后慢慢減弱，幾年或幾十年后恢復(fù)到原來(lái)的亮度，這種星叫新星。

有些恒星爆發(fā)時(shí)規(guī)模比新星更巨大，

光度增加1億倍，這種星稱為超新星。超新星蟹狀星云（M1，或NGC1952）位于金牛座ζ星東北面，距地球約6500光年。它是個(gè)超新星殘骸，源于一次超新星（天關(guān)客星，SN1054）爆炸。氣體總質(zhì)量約為太陽(yáng)的十分之一，直徑六光年，現(xiàn)正以每秒一千公里速度膨漲。星云中心有一顆直徑約十公里的脈沖星。這超新星爆發(fā)后剩下的中子星是在1969年被發(fā)現(xiàn)。其自轉(zhuǎn)周期為33毫秒（即每秒自轉(zhuǎn)30次）。中國(guó)的史料中有很多關(guān)于1054年超新星劇烈爆發(fā)的珍貴記錄資料。4.4不同的恒星系統(tǒng)雙星，為包含兩顆恒星的系統(tǒng)，在相互引力的影響下，兩顆恒星繞著它們共同的引力中心描繪出閉合的軌道。較亮的子星為主星，較暗的子星為伴星。雙星的兩個(gè)成員都稱為雙星的子星，較亮的子星稱為主星，較暗的稱為伴星。（一）目視雙星

在望遠(yuǎn)鏡里能直接用眼睛看出是兩顆星的雙星雙星（二）分光雙星

用光譜分析的方法發(fā)現(xiàn)的雙星雙星（三）