赫罗图


赫罗图 (正體)

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赫罗图

赫罗图Hertzsprung-Russel diagram,简写为H-R diagram)是丹麦天文学家赫茨普龙及由美国天文学家罗素分别于1911年和1913年各自独立提出的。后来的研究发现,这张图是研究恒星演化的重要工具,因此把这样一张图以当时两位天文学家的名字来命名,称为赫罗图。赫罗图是恒星光谱类型光度之关系图,赫罗图的纵轴是光度与绝对星等,而横轴则是光谱类型及恒星的表面温度,从左向右递减。恒星的光谱型通常可大致分为 O.B.A.F.G.K.M 七种,要记住这七个类型有一个简单的英文口诀"Oh be A Fine Girl/Guy. Kiss Me!"

赫罗图可显示恒星的演化过程, 大约90%的恒星位于赫罗图左上角至右下角的带状上,这条线称为主序带。位于主序带上的恒星称为主序星。形成恒星的分子云是位于图中极右的区域,但随着分子云开始收缩,其温度开始上升,会慢慢移向主序带。恒星临终时会离开主序带,恒星会往右上方移动,这里是红巨星红超巨星的区域,都是表面温度低而光度高的恒星。经过红巨星但未发生超新星爆炸的恒星会越过主序带移向左下方,这里是表面温度高而光度低的区域,是白矮星的所在区域,接着会因为能量的损失,渐渐变暗成为黑矮星

目录

赫罗图与星球体积的大小关系

物理学家在研究热辐射光谱的时候,发现了在一个单位面积上,亮度与温度之间的关系。温度越高亮度越亮。所以在赫罗图上,我们也可以把相同表面积的星球,出现的位置用连线标示出来。我们可以看到,在图的右上方,低温且高亮度,所以是体积很大的星球。越往左下方高温且低亮度,所以体积越来越小。因此,一旦我们能够决定一个星球的光谱类型和绝对星等,我们就能估计它的体积大小。

单位时间内,在单位面积中所释放出来的热辐射能量与温度四次方成正比。

\mathcal F=sT^4\quad (s=5.67\times 10^{-5}\,\mathrm{erg/{cm^2 sec}}) (s 为史蒂芬·波兹曼常数)

亮度为单位时间内热辐射所发出来的能量,所以将上式乘上星球总面积,假设星球为球形:

\mathcal L=4\pi R^2s T^4

赫罗图与主序列带上恒星的质量大小

在观察恒星时我们也很想知道恒星的质量。要怎样来测得一个恒星的质量,其实不是一件容易的事情。质量会表现在万有引力上。根据牛顿的万有引力定律告诉我们质量和引力大小的关系。假如我们能找到双星系统,经由研究这两个星星之间引力所造成的轨道运动,我们就有可能可以决定这两个星星的质量。单独存在的一个恒星大概是没什么机会让我们去估计它的质量。幸亏双星系统是很常见的。所以当我们在介绍每月星空时就会指出,许多天上肉眼可见的星星都是双星,甚至是多聚星系统。 天文学家研究了许多距离我们比较近的双星,把这些星星依其光谱类型及绝对星等画在赫罗图上,并且标上它们的质量。然后,一个重大的发现出现了:在主序列带上的恒星,是按照质量大小排列的!在左上方,高温高亮度的是质量比较大的恒星,而在右下方低温低亮度的则是小质量的恒星。

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