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第7章

肉眼是很难分得准确的。所以,到了后来,人类逐步。拥有各种精密仪器之后,才能一方面沿用原来的星等系统,同时又对它加以检验和精密化。这时,就对星等作了精密的规定:星等相差5等(例如1等星和6等星之间),亮度就相差100倍。那么,星等相差1等,亮度相差多少倍呢?相差2.512倍。这样,1等星和6等星就刚好相差2.512×2.512×2.512×2.512×2.512=100倍。2.512这个数,就是把100开5次方得出的:1001/5=2.512。

经过望远镜、照相技术和其他精密仪器的检验,发现苜帕恰斯用肉眼判断的一些星等不够准确。有几颗星比1等星还要亮。为了避免大规模地改动已有的星表,便把比1等星还亮2.512倍的星规定为零等星。述有的星比零等星更亮,就用负的星等来表示。例如,全天最亮的恒星——天狼星的星等就是-1.45等,金星最亮时可达-4.22等,月亮在满月时的亮度是-12.73等,太阳是-26.83等。

而另一端,在有了望远镜和照相技术以后,最暗的星就不再是6等了,人类可以看到越来越暗的星。现在,用最大的望远镜经长时间曝光能拍摄到的星,最暗的已可达到25等。这样,天狼星的视亮度就比23等星要亮(2.512)23-(-1.45)=6×109倍,即60亿倍。按此计算,太阳比月亮满月时要亮50万倍,比织女星亮,500多亿倍,比天狼星亮100多亿倍。

从视亮度看,太阳是天空中最亮的天体了。然而,视亮度显然并不代表恒星的真实亮度。视亮度与恒星离我们的距离有关。太阳离我们最近,所以视亮度最大。这就好比在夜间离我们1千米远的8千瓦的大灯泡,还不如我们桌上一盏25瓦的台灯亮。

所以,要比较各个恒星的真实亮度,应该消除距离不同这个因素。办法是,把所有的星全部“移”到相同的距离处。但是,谁有本事“移动”恒星呢?天文学家采用的办法就是折算,把所有恒星都折算到一个标准距离上。这个标准距离就规定为10秒差距(1秒差距=3.26光年=308570亿千米),也就是32.6光年。恒星折算到这个距离上时所具有的视星等就叫做绝对星等。绝对星等在一定程度上反映了恒星的真正亮度。

绝对星等与真正亮度之间的关系,和前面说的视星等与视亮度之间的关系一样。1颗恒星的绝对星等越大,它的真正亮度就越小。相差1绝对星等的两颗星,它们的真正亮度就相差2.512倍。1颗绝对星等为1的星,比另1颗绝对星等为6的星,真正亮度要大100倍。

下面的表给出了天空中20颗最亮的星的视星等、绝对星等和距离(至地球)。

全天最明亮的20颗恒星

星名视星等绝对

星等距离

(秒差距)光谱型大犬座α(天狼)-1.451.412.7A1船底座α(老人)-0.73-4.760F0半人马座α(南门二)-0.14.31.33G2+K1牧夫座α(大角)-0.06-0.0211K2天琴座α(织女)0.040.58.1A0御夫座α(五车二)0.08-0.614G8+F猎户座α(参宿七)0.11-7.0250B8小犬座α(南河三)0.352.653.5F5波江座α(水委一)0.48-2.239B5半人马座β(马腹一)0.60-5.0120B1天鹰座α(河鼓二)0.772.35.0A7狼户座α(参宿四)0.8-6200M2金牛座α(毕宿五)0.85-0.721K5南十字α0.9-3.580B2室女座α(角宿一)0.96-3.480B1天蝎座α(心宿二)1.0-4.7130M1双子座β(北河三)1.150.9511K0南鱼座α(北落师门)1.161.97.0A3天鹅座α(天津四)1.25-7.3500A2南十字座β1.26-4.7150B0

从上表可知,由于有的恒星和地球的距离跟标准距离10秒差距相差很远,因而它们的绝对星等和视星等相差很大。例如,猎户座。离我们200秒差距,这两种星等就相差6.8等;天鹅座。离我们500秒差距,这两种星等就相差8.55等。这种关系,为我们提供了测量恒星距离的一种方法。

在天文学里,和绝对星等标度平行的,还有另一种标度,这就是以太阳的光度作为衡量其他恒星光度的标准(或参考),即取太阳光度为1.00。如果某颗恒星的光度为10,则它的亮度便是太阳的10倍;如果1颗恒星的光度为1/100,则它的亮度就是太阳的1/100。

宇宙里恒星的光度范围很大。光度最强的恒星与最弱的恒星之间可相差1012倍(即1000亿倍)之多。其光度大约分别是太阳光度的10万倍和100万分之一。在恒星世界里,在光度这方面,我们的太阳是个“中不溜儿”。

最大与最小的恒星

有一位作家曾写过一篇极有趣的童话故事。故事的主人公被海水漂到一个巨人国里。这位主人公的个子和我们都差不多。可是,在巨人国里的巨人们面前,他却小得像只蟋蟀。后来,他又被风浪卷到了一个小人国。这小人国里的人们在他面前就像一群蚂蚁。他只要吹一口气,就可以把他们全都吹散。

只有在恒星世界里,才真正存在这样的“巨人国”和。“小人国”。而且,这里田现的悬殊还远远超过了这位作者的想象。十分凑巧的是,我们的太阳恰恰就是这位运气特别的主人公。

我们的地球已经是一个庞然大物,它的直径是13000千米。太阳直径是地球的109倍,也就是140万千米。这有多大呢?如果乘1架时速2000千米的超音速飞机绕它1周,需要半年时间。

但是,如果和某些恒星相比,我们的太阳恰恰像是进入了巨人国。这些恒星巨人——红超巨星的直径可达太阳直径的几十倍、几百倍,甚至几千倍。例如,有名的大火星(心宿二)的直径是太阳的640倍,体积则是太阳的26000多万倍;如果把太阳放在它的中心,太阳系的成员水星、金星、地球、火星就会统统葬身在它的大腹之中。大火星如此巨大,但还不是最大的。柱一这颗星还要大得多,它的直径比太阳大2000多倍,体积比太阳大90多亿倍!它可以把土星的轨道也装在肚子里,太阳系几乎要全军覆灭了!如果把太阳放在它的旁边,就像把一粒芝麻放在一个大西瓜旁边一般。如图所示。

太阳并不总是这样狼狈不堪。在另外一些星星面前,它就完全成了另一副样子——神气十足,因为它这时成了非常魁梧的巨人,而那些屋星则成了小人国的居民。这些星星被天文学家叫做矮星。例如,天上最亮的天狼星的伴星就是一颗白矮星,直径只有太阳的的1/30。后来又发现了更小的星——中子星。前面说过,中子星的半径只有几十千米,为太阳的10几万分之一。如果把它放在太阳的旁边,它就无异于在一个大西瓜旁边的一粒细尘了。如图所示。

恒星的体积大小相差极大。它们的质量差别如何呢?从已经掌握的情况看,差别不大。若仍以太阳为参考,大多数恒星的质量在太阳质量的1/10到10倍之间。最小的恒星的质量可达太阳质量的1/20。少数恒星的质量可达到太阳质量的几十倍。可见,恒星质量的变化范围并不大,而我们的太阳在恒星世界里仍然是一个中等个儿。这种情况和恒星的形成机制有关。

恒星质量的变化范围不大,而体积却极其悬殊。这一来,恒星密度也就十分悬殊了。像前面说过的白矮星、中子星,个子虽然极小,质量却与太阳相当,所以它们的密度就大得骇人听闻。作为相反的一端,巨星的体积比太阳大几亿倍,几十亿倍,而质量却只是太阳的几倍;几十倍。所以,巨星的密度也就小得惊人,可以达到水的密度的千万分之一以至亿分之一。

最热的恒星

我们离太阳1.5亿千米,夏天里我们仍被它晒得酷热难当。可见,太阳的温度一定很高。有多高呢?其他恒星离我们更遥远得多,但我们仍能看到它们在闪烁发光,它们的温度又有多高呢?

恒星的温度比较容易测量。在天文研究中,测量恒星的温度中很重要的。例如,知道了某个恒星的温度,再测出它的光度,就可以计算这颗恒星的大小(直径)。

不同的恒星,其温度也不相同。恒星之间温度的差别不像体积的差别那样悬殊。但是,恒星温度的不同,已经为我们提供了一幅丰富多彩的景色。在夜空中,可以看到它们分别放射出各种颜色的光:白色、蓝色、黄色、橙色、红色。这是它们的温度不同所造成的。

太阳表面的温度在6000K左右(K表示“井氏温标”,和℃表示的“摄氏温标”的关系是摄氏零下273°为开氏的0°。所以0℃就是273K,27℃就是300K,依此类推),也就是摄氏5000多度。钢、生铁、金的熔点(熔解时的温度)都在1400℃以下,到了1500℃时,生铁就被烧成白热状并且溅射火花;就连耐火砖到了2000℃左右也再不耐火了,而是熔解成了液态。了解了这些就能想象摄氏5000多度是多么高的温度了。

然而,在恒星世界里,太阳的表面温度不是最高的,就连高也谈不上,而是属于较低的。所以,天文学家把它归人“冷星”之列。

宇宙里有许多星的表面温度比太阳高得多。它们被称为“热星”。例如,我们十分感兴趣的织女星,表面温度有10000度左右。幸亏这位“织女”离我们很远(27光年),否则,还没等一睹它的“芳容”我们便已全部被它化为灰烬了,但它还不是最热的星。在夜空中,能看到一些发出蓝色光的星,这几乎便是最热的星了,它们的表面温度估计在50000度以上。

但是,根据测量结果知道,中子星的表面温度可高达1500万度!这也许才是最热的星。

上面只谈了恒星的表面温度。恒星内部的温度呢?比表面温度还要高得多。例如,太阳的温度是越靠近中心就越高。在中心处,温度约有1500万度。根据理论计算,恒星在它演化的某些阶段,中心的温度可以达到几亿度。

太阳是不是最冷的星?还不是。太阳发出的光主要是黄色光。如果把太阳移到很远的地方,我们将看到它是1颗黄色的星,所以天文学家把它叫做黄矮星。黄色恒星的表面温度在5000℃~6000℃之间。此外,我们还可以在夜空中看到一些发红光的星。例如,着名的猎户座a、大火星(心宿二)都是红星。红星的表面温度比黄星更低,在2600℃~4900℃之间,是更冷的星。

所以,仰观夜空,从星星的颜色,便可以知道谁最热,谁最冷。

各种颜色的星的表在温度

光谱型颜色表面温度(℃)举例O型蓝星40000~25000B型篮白星25000~12000猎户座β(参宿七)

室女座α(角宿一)A型白星11500~7700王琴座α(织女星)

大犬座α(天狼星)F型黄白星76000~6100小犬座α(南三河)G型黄星6000~5000太阳

御夫座α(五车二)K型红星4900~3700金牛座α(毕宿五)M型红星3600~2600猎户座α(参宿四)

从上面的表可知,最冷的星是红星。这个说法只在可见光范围内是正确的。还有没有更冷的星了天文学家根据上表中的规律判断:如果有,这种冷星发射的不再是可见光,而是红外线。于是大家便从这个方向去寻找这种“红外星”。美国威尔逊山天文台为此安装了专门仪器。最近已发现了一些温度极低的恒星。这些恒星的辐射果然多是在电磁波谱的红外区。到目前为止,已测到1000开的低温恒星。这是些什么类型的恒星?为什么它们的温度这样低?天文学家又在“跟踪追击”。这样,又产生了天体物理学的新分支——红外天文学。有许多天文台都在对这些问题进行研究。

运动最快的恒星

我们的祖先认为恒星是不动的,所以用“恒”(永恒不动的意思)这个宇来称呼它们。

实际上,现在已经知道,宇宙中的每一颗恒星都在不停地运动,不仅如此,有的恒星的速度还大得使人惊愕不已。

既然如此,为什么过去的天文学家又认为恒星不动呢?原因就是恒星离我们实在太远了。在生活中,一辆汽车从旁边飞驰而过,你就觉得它运动得很快。但如果你从很远的地方看,就觉得它走得很慢了。飞机的速度比汽车大得多,但如果飞机飞得很高,你会觉得它飞得比汽车慢。

恒星的运动包括两个方向的分运动(如图所示),一个分运动是沿着我们的视线方向的,可以是对着我们而来或远离我们而去,这个分运动叫做视向运动,视向运动的速度叫视向速度。另一个分运动则是和我们的视线方向垂直的,叫切向运动,切向运动的速度叫切向速度。

如果恒星仅有视向运动,这颗恒星在星空中的位置就不会变化。如果恒星还有切向运动,那么,它在星空中的位置就会改变。

恒星的切向速度用它每年在天空中偏移的角度来表示,角度用角秒(″)来作单位。这样表示的恒星切向速度就叫做恒星的自行。

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