恒星(天体)

恒星是由非固态、液态、气态的第四态等离子体组成的,是能自己发光的球状或类球状天体。由于恒星离我们太远,不借助于特殊工具和方法,很难发现它们在天上的位置变化,因此古代人把它们认为是固定不动的星体,我们所处的太阳系的主星太阳就是一颗恒星。恒星是大质量、明亮的等离子体球。太阳是离地球最近的恒星,也是地球能量(内能和光能)的来源。恒星一生的大部分时间,都因为核心的核聚变而发光。核聚变所释放出的能量,从内部传输到表面,然后辐射至外太空。几乎所有比氢和氦更重的元素都是在恒星的核聚变过程中产生的。

概述

恒星是由非固态、液态、气态的第四态等离子体组成的,本身能发光的天体。除太阳外,离我们最近的恒星是比邻星,它与地球之间的距离约为4.24光年。许许多多的恒星合在一起,组成一个巨大的星系。其中太阳系所在的星系叫银河系。银河系像一只大铁饼,宽约8万光年,中心厚约1.2万光年,恒星的总数在1000颗以上。

一般来说,恒星的体积和质量都比较大。只是由于距离地球太遥远的缘故,星光才显得那么微弱。恒星发光的能力有强有弱。天文学上用光度来表示它。

恒星在宇宙中的分布是不均匀的。从诞生的那天起,它们就聚集成群,交映成辉,组成双星、星团、星系……古代的天文学家认为恒星在星空的位置是固定的,所以给它起名“恒星”,意为“永恒不变的星”。

特征

恒星的一切几乎都取决于它最初的质量,包括本质特征,例如光度和大小,还有演变、寿命和最终的命运。

诞生

恒星通常是在一团密度均匀、稀薄的星际气体中形成的。在形成的过程中,首先是气团中心的星际物质在引力作用下互相吸收、聚集,密度开始增大,对周围物质的吸引力增加,吸引周围更多的物质向中心聚集,并进一步使中心密度增加、压力增大、温度升高。当压力和温度达到某一水平时,中心部分逐渐开始发光、发热,这时就可以认为一颗新恒星诞生了。

分级

新恒星又可分一级,二级两年年龄段,一级恒星的年龄大约为1万年,二级恒星的年龄大约为10万年。一级恒星的周围包裹着一层被中心吸引的、较为浓密的气体外壳,阻挡恒星中心部分向外辐射能量。随着中心部分的密度增加和温度升高,当中心辐射的能量冲破外壳的束缚时,就标志着一级恒星已经演化为二级恒星了。

年龄

多数恒星的年龄在10亿至100亿岁之间,有些恒星甚至接近观测到的宇宙年龄—137亿岁。发现最老的恒星是HE 1523-0901,估计的年龄是132亿岁。

质量越大的恒星,寿命越短暂,主要是因为质量越大的恒星核心的压力也越高,造成燃烧氢的速度也越快。许多大质量的恒星平均只有一百万年的寿命,但质量最轻的恒星(红矮星)以很慢的速率燃烧它们的燃料,寿命至少有一兆年。

直径

由于和地球的距离遥远,除了太阳之外的所有恒星在肉眼看来都只是夜空中的一个光点,并且它们进入到地球的光受到大气层的扰动,在人眼中看到就是恒星在“闪烁”。太阳也是恒星,但因为很靠近地球所以不仅看起来呈现圆盘状,还提供了白天的光线。除了太阳之外,看起来最大的恒星是剑鱼座R,它的是直径是0.057角秒。

我们对恒星的了解大多数来自理论的模型和模拟,而这些理论只是建立在恒星光谱和直径的测量上。除了太阳之外,首颗被测量出直径的恒星是参宿四,是由亚伯特·亚伯拉罕·米歇尔森在1921年使用威尔逊山天文台100吋的胡克望远镜完成(约450个太阳直径)。

对地基的望远镜而言,绝大多数的恒星盘面都太小而无法察觉其角直径,因此要使用干涉仪望远镜才能获得这些恒星的影像。另一种测量恒星角直径的技术是掩星:这种技术精确的测量被月球掩蔽时光度减弱的过程(或再出现时光度回升的过程),依此可以计算出恒星的视直径。

恒星的尺寸,从小到只有20公里到40公里的中子星,到像猎户座参宿四的超巨星,直径是太阳的650倍,大约9亿公里,但是密度比太阳低很多。目前观测到的体积最大恒星是大犬座VY星,体积约为太阳的10亿倍。

质量

船底座η是已知质量最大的恒星之一,约为太阳的100–150倍,所以其寿命很短,最多祇有数百万年。

在大爆炸后最早诞生的那一批恒星质量必然很大,或许能达到太阳的300倍甚至更大,由于在它们的成分中完全没有比锂更重的元素,这一代超大质量的恒星应该已经灭绝,第三星族星只存在于理论中。

2010年英国谢菲尔德大学科学家发现了迄今质量最大的恒星,它在形成初期质量或可达太阳质量的320倍,亮度接近太阳的1000万倍,表面温度超过4万摄氏度。

命名

中国命名

每一颗恒星都要给它取一个名字,才能够便于研究和识别。中国在战国时代起已命名肉眼能辨别到的恒星或是以它所在星官命名,如天关星、北河二等;或是根据传说命名,例如织女星(织女一)、牛郎星(河鼓二)、老人星等;或根据二十八宿排列顺序命名,例如心宿二等,构成一个不严谨的独立体系。

西方命名

星座的概念在巴比伦时期就已经存在,古代的观星人将哪些比较显著的恒星和自然或神话等特定的景物结合,想像成不同的形状。位于黄道带上的12个星座就成了占星学的依据,许多明显的单独恒星也被赋予专属的名字,特别是以阿拉伯文和拉丁文标示的名称。而且有些星座和太阳还有它们自己整体的神话,它们被认为是亡者或神的灵魂,例如大陵五就代表著蛇髮女怪梅杜莎。

到了古希腊,已经知道有些星星是行星(意思是“漫游者”),代表著各式各样重要的神祇,这些行星的名字是水星、金星、火星、木星、和土星。天王星和海王星虽然也是希腊和罗马神话中的神祇,但是它们的光度暗淡,因此古代人并未发现,它们的名字是后来才由天文学家命名的。

大约在1600年代,星座的名称、范围以及恒星的名字还是由各个地区自己命名的。1603年,德国天文学家约翰·拜耳创造了以希腊字母序列与星座结合的拜耳命名法,为星座内的每一颗恒星命名。然后英国天文学家约翰·佛兰斯蒂德搞出了数字系统的命名法,这就是佛兰斯蒂德命名法。从此以后许多其他的系统的星表都被创造出来。

其他命名

科学界唯一认可能够为恒星或天体命名的机构是国际天文联合会(IAU)。很多的私人公司(例如:“International Star Registry”)以贩售恒星的名字为主,但是除了购买者以外,这些名字既不会被科学界认可,也没有人会使用这个名字,并且有许多组织假称为天文机构进行诈欺,骗取无知的民众购买星星的名字。

数量

天文学家对宇宙中恒星的数量一直有不同的估算。最著名的一个说法是美国天文学家卡尔·萨根在他的著作《千亿的千亿》中提出的一个猜测,认为宇宙中有1000亿个星系,每个星系有1000亿个恒星。而据此天文学家又进一步推测各星系恒星数量约为1000亿的一万亿倍。美国天文学家彼得·范·多昆和天体物理学家查理·康罗伊对来自星系的光强度分析后认为大约有3X10。

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