地球概论第二节

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1、East China Normal UniversityEast China Normal University图2-1 恒星的空间速度及其两个分量：视向速度和切向速度（自行）。第三节 恒星和星系恒星一、 恒星及其自行q 定义q 恒星空间速度的两个分量：视向速度和切向速度q 恒星自行恒星的自行速度，一般都小于每年0.1，迄今只发现有400余颗恒星的自行超过每年1。图2-2 北斗七星的自行及形状变化East China Normal UniversityEast China Normal University二、恒星的发光和光谱q 恒星的发光v 恒星演化史上某个阶段的现象；v 要有巨大的质量。q

2、 恒星的光谱v 恒星的光谱反映恒星温度的高低；v 光谱中的吸收线和发射线反映恒星化学组成(化学组成大同小异,主要成分是氢)。East China Normal University三、 多普勒效应四、 恒星亮度和光度q 恒星的亮度：恒星的明暗程度q 星等：视星等m和绝对星等Mv 视星等是亮度等级；绝对星等是光度等级；v 星等越小，亮度越大。East China Normal Universityq 连续几个星等的亮度成几何级数 若相邻两星等的亮度比率(级数的公比)为R，则 R5 =100 5lgR=2 lgR = 0.4 R=2.512v 星等相差1等,恒星的亮度相差2.512倍 ；v 星等以

3、等差级数增大，亮度以等比级数递减；v 太阳的亮度是一等星亮度的(2.512)27.74=1300亿倍。East China Normal Universityv 假设有两个恒星,其亮度为E和E0，星等为m和m0。则： E/E0=2.512m-m0 （2-1） 两边取对数,且有 lg2.512=0.4，得： lgE0-lgE=0.4(m-m0 ) m-m0=2.5(lgE0- lgE) （2-2） 如果取零等星(m0=0)的亮度E0=1，则 m=-2.5 lgE （2-3） v 普森公式，根据恒星的亮度E推算星等m。图2-3 光源的视亮度与其距离的平方成反比，距离增加1倍，亮度便减为1/4Eas

4、t China Normal Universityv 天文学的距离单位 天文单位，光年，秒差距； 为了比较不同恒星的光度，必须移到同一 距离上，这个标准距离为10秒差距，合32.6光年； 1秒差距206 265天文单位； 太阳是恒星世界的普通一员。East China Normal UniversityEast China Normal University 标准距离10秒差距下的恒星亮度称绝对亮度，其星等称绝对星等： 光源的视亮度与其距离平方成反比； 实际距离d、视星等m，10秒差距时的亮度Em和绝对星等M。设EM表示绝对亮度，Em表示视亮度，由公式(2-1)得： EM/Em=2.512(m

5、-M) 恒星亮度与距离平方成反比，如以秒差距为单位，则：EM/Em= d2/102 d2/102 =2.512(m-M) East China Normal University两边取对数，且有lg2.512=0.4，则：2lgd-2=0.4(m-M ) m-M =5lgd-5M=m+5-5lgd （2-4）只要测定恒星的绝对星等，便可求知该星的距离。East China Normal UniversityEast China Normal University光谱-光度图通常也叫赫罗图。它以恒星的光谱型（或温度）为横坐标，以它的光度（或绝对星等）为纵坐标，每颗恒星按照各自的光谱型和光度，在图

6、上占有一定的位置。太阳位于主星序的中部，可见它是一颗很典型的恒星。图2-4 光谱-光度图图2-5 恒星大小的比较East China Normal University六、 恒星的演化 现代天体物理学最大的成就之一就是基本上说明了恒星演化和元素演化两个重要问题。发生发生 发展发展 衰亡衰亡 转化转化East China Normal UniversityEast China Normal Universityq 恒星是由星云凝聚而成。弥漫星云在自引力的作用下，收缩成比较密集的气体引力势能转化为热能，内部温度升高并辐射能量向赫罗图上某个主序位置移动。质量愈大，收缩愈快，达到主序的位置愈高（温度高

7、，光度大）。East China Normal Universityq 恒星“移到”主序后，内部温度高到足以发生热核反应的程度热核反应代替引力收缩成为主要能源温度升高，热运动加快，恒星膨胀，排斥力足以同引力相抗衡恒星停止收缩，长期稳定依靠热核反应进行辐射。q 一颗恒星在主序中的时间，占去其“生命” 的大半辈子；且在主序上逗留的时间，取决于其质量的大小质量愈大,引力愈强它必须维持较高的温度和较久的辐射功率以与引力收缩抗衡它的氢燃料消耗更快，寿命更短。East China Normal Universityq 热核反应是在恒星的中心区域进行的，那里的氢核燃料最先燃尽，逐渐形成一个由氦组成的核，停止

8、释放能量。氢燃料的逐渐枯竭，是恒星在结构上逐渐发生变化的前奏。q 随着氦核的不断增大，其引力收缩急剧增强，并释放大量能量。结果，恒星的核心收缩（变得愈来愈致密和炽热），外层膨胀（温度降低而光度增大），成为一个非常巨大的具有“热”核的“冷”星。从而恒星离开主星序，进入红巨星区域生命的“晚年”。East China Normal Universityq 在红巨星阶段，恒星的演化速度大大加快。中心区域的温度和密度因收缩而继续升高，到1亿摄氏度时开始进行由氦核聚为碳核的新一轮热核反应；氦烧完后，温度继续因收缩而升高，原子核再聚变产生更重的元素能量有限，到了“垂暮之年”，一旦核反应终止，对引力的抗衡全线

9、崩溃自行坍塌。East China Normal Universityq 红巨星收缩时，核心部分收缩最猛烈，外部处在较弱的引力下。核心温度因猛烈收缩而急剧上升，由此掀起的热浪会把外层气壳抛掉，剩下一颗致密和炽热的白矮星以后逐渐变冷，变成又小又暗的黑矮星终其一生。East China Normal Universityq 并非所有恒星都经历如此“平静”的演化道路。q 那些质量和体积特别巨大的恒星，演化的最后阶段会发生爆炸超新星爆发。如留下“残骸”的质量足够大（1.43.2倍太阳质量），便会“一落千丈”地坍塌为中子星（于1967年发现，1978年发现了300颗以上）。East China Norm

10、al Universityq 恒星在核能耗尽后，如质量仍超过2倍的太阳质量，则平衡态不再存在，星体将无限收缩。连核力也将在引力作用前面低下头来，中子也会坍塌，形成所谓的“黑洞”。q 目前没有密度大于1015克/厘米3的物质的实验数据，无法推测星体的具体结构，但根据理论可以推断：星体的半径将愈来愈小，密度将愈来愈大，终于达到临界点引力之大足以使一切粒子、包括光子，都不能外逸，因而谓之黑洞。East China Normal University星 系一、 银河与银河系q 同一事物的两个不同现象v 银河系是以银河命名的星系（形似圆盘）；v 银河是银河系主体在天球上的投影（环天光带）。q 银河系总质

11、量：大约是太阳质量的1400亿倍；v 星数：12千亿颗。East China Normal Universityq银河系结构v 银河系主体：圆盘体（直径约8万光年）和银晕；v 圆盘体：核球和银盘；v 核球中心：银核；v 银核中心：银心。图2-6 银河系结构俯视图：图中十字符号代表银心；三条短黄线是太阳附近的三条旋臂图2-7银河系结构侧视图图中红点代表太阳）East China Normal UniversityEast China Normal University二、 太阳在银河系中的位置和运动q 位于银道面附近。银河为周天的环带。太阳在银河系内偏距银盘的一侧，向银心所在方向，太阳距银盘边缘