恒星的温度与颜色关系

恒星的结构和能源

开心问答

什么是赫罗图？

恒星的体积远远大于许多的生物，但恒星的结构却远没有生物复杂。生物都由细胞组成，细胞本身的结构就很复杂，而组成细胞的更小物质客体——蛋白质分子的结构就更复杂了。动物小如麻雀，但也“五脏俱全”、而每一个内脏，无论是心脏或肝脏，其结构都非常复杂。天体却不是这样，天体的结构要比生物简单得多。恒星都是气体球，密度、温度、压力都从外向里增加，离恒星中心同样距离处，密度基本上一样，温度和压力基本上一样，甚至化学组成也基本一样。一般来说，恒星的各种物理参量的分布基本上是球状对称的，这给研究带来了很多方便。当然也有例外，破坏这种球状对称的因素，主要是对流。对流把里面较热较密的物质带到外面来，把外面较冷稀疏的物质带到里面去。

研究太阳和恒星的结构和演化最主要的办法，就是通过分析它们所发出的辐射。通过观测研究，获得了表面温度、恒星的光度、质量、半径、磁场强度、自转情况以后，运用物理规律和数学方法可以推算出恒星内部各种物理参量的分布情况，进而可以了解恒星的结构。恒星都在一定时间内处于相对稳定状态，吸引和排斥这两个对立面处于相对平衡中。吸引的主要因素是自吸引，即恒星各部分之间的万有引力作用；排斥的主要因素是热运动所产生的气体压力，此外还有辐射压力、湍流压力、自转所产生的惯性离心力等等。对恒星来说，如果吸引超过排斥，成了矛盾的主要方面，则恒星收缩；相反如果排斥成了矛盾的主要方面，则恒星膨胀。

恒星的能源和恒星的结构是紧密联系，只有在解决能源问题以后，结构问题才能得到解决。一直到20世纪30年代末期，人们才确定了太阳和恒星的主要能源是它内部进行着热核反应。不断的热核反应，使恒星能够长久地释放着大量的能量——光和热。

赫罗图的演化意义

19世纪末，在提出恒星光谱分类法以后，人类的眼球就从太阳系移到了恒星世界。天文学家赫兹普隆和罗素根据恒星的光度和表面温度绘制一张恒星分布图。恒星在赫罗图上不是均匀的散布，而是集中在几条带上。90%的星落在从左上至右下的“主星序”上，位于主星序上的星称为主序星。落在图右上方的星光度很大，它们是“巨星”和“超巨星”，左下角有光度很小的“白矮星”。赫罗图的发现，把恒星的演化过程较好地表现了出来。虽然当时罗素并没有正确地解释出这张图，但他关于恒星演化的观点被人们所接受。

图上某一颗星，如果它是“没有生命的”，它的光度和温度将永不变动，它在图上的位置就会固定不变；相反，若它是“活的”，随时间流逝，它应当成长和变老，它的光和热应该有变化，于是它在图上的位置就开始有所移动，从而在赫罗图上走出它一生所经过的路径来。

恒星的演化过程大致可以分成引力收缩、主序星、红巨星阶段，再以后它们可能经历了脉动或爆炸阶段，最后演变成白矮星、中子星或黑洞。

现代恒星的演化理论已经能计算恒星的演化过程。我们可以根据一颗星的质量和化学组成，按物理学的规律，在计算机上算出这颗星在何时应有什么样的光度和温度。把结果画在赫罗图上，就能得出一条理论上的恒星演化过程。从实际的观测来看，至少在红巨星阶段以前，计算的结果还是比较可靠的。

要把恒星演化的一生彻底描绘清楚，是一件非常困难的事情。概括地说起来，恒星的演化过程像一个原料加工厂。开始时它把氢加工成氦，后来又把氦加工成碳和氧，以至铁或更重要的元素。下面介绍一下恒星和各个发展阶段。

（一）引力收缩：恒星演化的第一阶段就是引力收缩阶段。

星云在自身引力作用下开始收缩，由于星云密度低，引力占压倒优势，物质几乎是向中心自由降落。就像高山的瀑布源源不断。在几万年到上万万年的时间内密度递增了十多个数量级。内部温度升高，排斥这个矛盾方面逐渐成为可以和吸引相比拟，当排斥和吸引这两个对立面接近于平衡时，星云就转变成“恒星”。开始发射出红色的光芒。

（二）主序阶段：恒星继续不断地收缩，使温度不断增高，当温度升高到700万度以上，氢聚变为氦的热核反应开始“点火”，恒星停止收缩，处于力学平衡状态。此时恒星便演化到“主序阶段”。不同质量的恒星进驻主星序的不同部位。它们在主星序上将驻留的时间分别为：1千万年、7千万年、1百万年和1万亿年。这是恒星一生中最安定的、停留最长的时期。现在太阳的年龄为46亿多年，停留在主星序上，它还要在此居住50亿年才会转到另一个演化阶段。曾经有人担心，有一日太阳将会熄灭掉，到那时，世界的末日就会来临。现在我们知道，这未免是杞人忧天，担心过头了。

（三）红巨星阶段：当恒星的中心温度上升到1亿度以上时，氦原子核聚变成一个碳原子核的又一种方式的热核反应“点火”了，恒星变成了红巨星。这时星球的外壳急剧膨胀，体积增大，表面温度降低，恒星在赫罗图上从主星序向右方移动，到红巨星阶段。即使有一天，太阳变成了红巨星，天文学家预计它将在红巨星阶段停留10亿年时间，以它那庞大的体93积发出的更多的光和热，地球上的居民几乎无法生活。到那时人类可能已经有能力迁出太阳系，到别的星球上找到更合适的生活基地了。

（四）恒星的爆发：演化后期的恒星，很大一部分还经过爆发阶段，称为“超新星”。所谓新星，实际上并不真是一颗新的星。它们原来是一颗肉眼看不见的亮度很微弱的天体，只是由于一段时间内突然发亮，才引起人们的注意。新星和超新星都是指恒星爆发，但超新星比新星爆发更猛烈，它改变了恒星和性质。当它爆发时，向外抛射出大量的物质中间只留下爆炸的残骸——一个个裸露的中子，形成“中子星”。中子星是超新星爆发后剩余的稠密物质。

超新星爆发是如何发生呢？我们知道一头大象，几吨重，之所以能稳稳地站在那儿，是因为有一副骨架支撑着，若没有这副骨架，大象就要瘫在地上。恒星内部的轻元素（氢、氦）全部用完以后，新的新核反应聚合成更重的元素，当到了铁元素形成以后，再继续聚合成更重要的元素，一直到超铀，这其间恒星不能释放能量，反而要从外界吸热，一下子恒星就像没了骨架的大象一样迅速“塌缩”，塌缩到一定程度中心物质承受不住强大的压力，就发生爆炸。

（五）恒星演化到最后阶段：恒星演化到晚期，核能源全部枯竭，形成白矮星。白矮星靠散发体内剩下的热能而发光，逐渐冷却，成为小而暗淡的星。白矮星是正在走向死亡的星。白矮星大约冷却10亿年左右，就转化为不发光的黑矮星。

中子星的表面温度从几十万度开始冷却，经过几亿年时间降到几百度。当中子的压力不足以抵御引力，星体继续收缩，而且星体可能永远压缩下去，变成甚至比原子还小的小球，到了这个阶段，它就变成了看不见的“黑洞”。白矮星、中子星、黑洞被认为是恒星的归宿。综上所述，我们大致了解了恒星一生的演化过程。恒星也将如我们人类一样，生生死死、一代代延续下去。有人根据太阳的重元素含量推测，它可能已经是第二代或第三代星了。当你每天用铁锅煮、做菜时，你是否能够想象，这些铁可能是已经经历了两代恒星的漫长的生活历程之后，才来到地球上，才成为与你朝夕相处的用具哩。

答：恒星的光谱－光度图，它是由丹麦天文学家赫茨普龙和美国天文学家罗素制定的。