天文学上把那些亮度时常变化的恒星称作变星。变星是由于内在的物理原因或外界的几何原因而发生亮度变化的恒星。现在已发现的变星有2万多颗,著名的造父变星、新星、超新星等都属于变星。按光变的起源和特征,可将变星划分为3大类:食变星、脉冲星和爆发星。
有趣的变星
古代西方世界一直以为,“上帝”所创造的宇宙是和谐而完美的,天上的星星也是亘古不变的,它们的位置从来不会变更,所发出的星光也不会有丝毫改变。然而在1596年8月,荷兰一个名为法布里修斯的牧师在鲸鱼座内,发现了一颗明亮的3等星,而他清楚地知晓,在那个天区内原本根本没有什么肉眼可见的恒星。正当他狐疑不决时,几个月后这颗亮星却又从视野中消失,怎么也找不到了。当他把此事向天文界通报时,却受到了人们的奚落和嘲笑。1617年法布里修斯遭到暗杀而死,直到21年后的1638年,人们才知道,原来这是一颗长周期的变星——蒭藁增二(鲸鱼O)型变星,这个牧师的发现才得到公认。这颗变星在中国古代早就发现了。
1783年,英国一个19岁的聋哑青年古得利克,在对大陵五(英仙p)的星光进行了长达半年多的认真观测,不仅测出了它的光变周期,而且指出,它实际上并非是一颗星,而是两颗靠得很近的恒星,因为它们在互相绕转时,彼此遮挡而造成了它的星光的变化。同法布里修斯一样,他最初得到的也是奚落和嘲笑。直到1880年,这个天才发现才为美国天文学家皮克林所证实。
所以大陵五型变星实际上不是真正的变星,而是一种“几何变星”,或者说是一种“食变星”。
变星中最重要的是“造父变星”,这是一种光亮变化极有规律的脉动变星。其光亮变化的原因是那些星体正在作有节律的膨胀与收缩:星体膨胀时光度变强,收缩时星光变弱,而且它的变化周期与其光度强弱有密不可分的关系,这就是周光关系。而天文学家从这个重要的关系中得到了一把难得的“量天尺”——通过测量它的光变周期,而求出它所发出的光强,与实际观测到的亮度相比,也就可以算出它离我们的实际距离。
中国天文学家的发现
在变星的发现上,中国天文学家也有不少建树。1947年43岁的中国天文学家张云就发现了一颗麒麟FW变星,这也是我国近代天文学家发现的第一颗变星。张云早年毕业于法国里昂大学,相继获得理科硕士、天文学博士学位,1925年曾列席在英召开的国际天文学联合会第二届大会。回国后他创建了中山大学天文系,致力培养天文人才,为了让“天学无继的中国迎头赶上”,他以变星观测作为突破口,主持和组织人力长期坚持对变星的观测研究,所发表的多篇论文在当时也具有很高的学术水平,除了麒麟FW变星外,他还发现了1颗新的北冕R型变星——鹿豹XX星。
1939年曾获法国国家博士学位的程茂兰,于1935年通过对大陵五的独到的精心观测,为当时对爱因斯坦光速不变原理的争论,提供了有力的观测证据。他在法期间,曾对8颗“共生星”(光谱中既有高温发射线,又有低温吸收线,实际上它是双星,也常是食变星的一种)北冕T、仙女z、飞马AG、英仙AX、天鹅BF、盾牌FB、天鹰R、玉夫RY进行了长达11年的观测研究,并得到了一些结论。他的系列工作曾是法国恒星光谱分析研究工作成就的重要组成部分,当时在国际上也处于领先的地位。
▲麒麟V838变星
紫金山天文台
紫金山天文台总部观测站始建于1934年,位于南京市东南郊风景优美的紫金山上,在青海、江苏、山东、黑龙江、云南等地还有其他观测站。这是我国自己建立的第一个现代天文学研究机构,前身是成立于1928年2月的国立中央研究院天文研究所。紫金山天文台的建成标志着我国现代天文学研究的开始。中国现代天文学的许多分支学科和天文台站大多从这里诞生、组建和拓展。由于她在中国天文事业建立与发展中做出的特殊贡献,被誉为“中国现代天文学的摇
紫金山天文台的初毓华、黄长春等人也曾有所建树,初毓华在球状星团M15中一下就发现了3颗天琴RR变星,这种短周期变星也称“星团变星”。天文学家常用它来测出星团距离的准确值,也可用此来研究银河系的结构。后来他还发现了1颗矮造父变星;黄长春与其研究小组也在大量观测的基础上,发现了许多变星和可疑变星,黄一人发现了1颗超短周期变星,5颗耀星和2颗脉动变星,前者后来被国际天文学联合会命名为“金牛831号变星”。接着他又对仙女z、天鹅cI、天龙AG等多颗典型的共生星进行了系统的观测与研究,尤其是发现天龙AG具有明显的超巨星特征,并把它列为KO型超巨星。他一系列的研究成果,得到了国际同行的高度重视,也被反复引用五六十次之多。此外姚保安也发现了一些奇特的小变幅短周期变星;蒋世仰等在变星的周期变化研究方面也有众多的闪亮点,这方面在国际上也具有相当的优势。
北京天文台的黄磷,利用去美国麦克唐纳天文台进修的机会,集中精力对脉动变星进行了精密光电测光和频谱分析,发现了4个盾牌6型变星和4个其他类型的脉动变星,他的一些论文与观测所得的结果都曾被广泛引用。
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