天体与地球恒星.pptx
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1、1由国际天文学家联盟1925年认定并确定编号的星座共88个第1页/共137页2 第一节 恒星的基本物理参量与赫罗图 一、恒星的基本物理参量 1.恒星 主要由等离子体的H和He组成,内部进行热核聚变反应,能自行发光的球状天体。最普通的恒星-太阳。最近恒星-半人马座比邻星(4.22光年)恒星不“恒”,仅是距离遥远,故名。恒星的化学组成:主要为H、He(97);次代恒星可含少量重元素:O、C、N、Ne、Si、Mg、S、Fe等(3)。恒星是宇宙能量循环、物质转化的主要场所第2页/共137页3 2恒星的基本物理参量 (1)亮度和光度 亮度(视星等m)恒星真正发光强度 地球上测定的星等称视星等m,视星等m
2、=-2.5LgE;E为亮度常见天体的视星等:太阳-26.7;满月-12.7 天狼星-1.46;织女星0 光度(绝对星等M)恒星真正发光强度 (将天体换算成距地球等距离:10秒差距)绝对星等与视星等的关系式:M=m+5-5Lgr r=秒差距第3页/共137页4恒星的距离和亮度第4页/共137页5视星等与绝对星等第5页/共137页6第6页/共137页7 恒星光度(体积)分级:.超巨星 .亮巨星 .正常巨星 .亚巨星 .矮星(主序星).亚矮星 .白矮星 恒星的光度与体积有关:温度相同的恒星,体积越大,总辐射流量(光度)越大,绝对星等越小。第7页/共137页8 (2)表面温度与恒星的光谱分类 表面温度
3、(有效温度):40000-3000K 哈佛光谱分类 光谱型:O、B、A、F、G、K、M 次型:每个谱型可分10个次型 恒星光谱二元分类 哈佛光谱分类+光度级 太阳G2V;黄色次二型;5770K;矮星 织女(天琴座星)AOV:白色0次型;温度10000K;矮星 参宿四(猎户座星)M2I:红色2次型;温度3400K;超巨星第8页/共137页9恒星光谱型第9页/共137页10 (3)恒星的直径 直径范围:几公里108公里 (4)恒星的质量 质量范围:0.1 几十M日 太阳质量:M日 1.989 1033克 (2 2亿亿亿吨亿亿亿吨)(5)恒星的密度 密度范围:10-9克/厘米3 10 15克/厘米3
4、 (红超巨星)(中子星)第10页/共137页11恒星的体积与密度第11页/共137页12 (6)距离 三角视差法测距 造父变星的周光关系测距 a.造父变星:是高光度周期性脉动变星,光度曲线和光度周期非常稳定,可作为宇宙的量天尺 -标准烛光。b.造父变星的周光关系:光度周期(天)与绝对星等之间呈线性函数关系。第12页/共137页13三角视差法测距三角视差法测距第13页/共137页14 c.测距原理:将遥远星系内的造父变星与银河系内的造父变星相互比较。i在一个星系中找出一个造父变星 ii.观测确定它的亮度变化周期,由周光关系推算出绝对星等M III.根据观测亮度推算出视星等m IV.据公式M=m+
5、5-5Lgr,求距离r I I 型超新星型超新星-新的标准烛光新的标准烛光 将遥远星系内的将遥远星系内的I I 型超新星型超新星与银河与银河系内的系内的I I 型超新星型超新星相互比较。相互比较。第14页/共137页15量量天天尺尺造父变星第15页/共137页16造父变星的周光关系第16页/共137页17 二、赫二、赫 罗罗 图图 1.赫罗图:表示恒星的光谱型(表面温度)与光度(体积)的关系图 赫茨普龙罗素 H-R 2.恒星在赫罗图内分布规律(1)主序星:分布在主星序内的正常恒星 主星序:左上方-右下方的对角线带内,集中了90%恒星。主序星在主序内的分布规律:按质量由大到小,由左上方到右下方顺
6、序排列。主序星的质光关系:光度质量3.5质量越大,恒星越亮;密度越低;寿命越短第17页/共137页18赫赫 罗罗图图第18页/共137页19赫罗图和它的发明者第19页/共137页20主序星的排序与寿命第20页/共137页21 (2)红巨星与红超巨星 分布在赫罗图右上方 红巨星 光谱型为M,3000 4000K,红色;体积大,光度 100太阳 红超巨星 光谱型为M,3000 4000K,红色;体积更大,光度 1000太阳 红巨星与红超巨星都是演化晚期的恒星。(3)白矮星 分布在赫罗图的左下方。光谱型为A,1 2万K,白色;体积很小 白矮星是主序星经红巨星、红超巨星爆 发后遗留的致密内核。第21页
7、/共137页22赫 罗 图第22页/共137页23赫 罗 图第23页/共137页24 第二节第二节 恒星的形成和演化恒星的形成和演化 一、恒星的形成 1.恒星的孕育(1)物质基础:气体H、He构成的弥漫星云 恒星的产房-老鹰星座石笋状星云(2)收缩临界质量 星云 103 104M日(3)星云收缩的激发因素 超新星爆发;进入星系旋臂区域(4)星云演化结果 旋转慢单恒星 旋转快双恒星(多恒星)旋转中等,核心与包裹星云分离 行星系统第24页/共137页25蟹蟹状状星星云云第25页/共137页26马头星云马头星云第26页/共137页27礁湖星云礁湖星云第27页/共137页28恒星产房第28页/共137
8、页29太阳们的摇篮-冷的暗星云第29页/共137页3046亿年前太阳系的诞生第30页/共137页31双恒星第31页/共137页32 2.恒星的诞生 (1)星云快速引力收缩阶段 星云收缩:10-18克/厘米3 形成凝聚核,10-13克/厘米3 核心1500K,H2H电离H+、e-原恒星增辉:核心向外辐射光,-原恒星形成,3000K 3000K (2)原恒星演化阶段 a.慢引力收缩(林忠四朗期):对流输运能量。b.进入主序星阶段:辐射输运能量。核心温度1千万K-热核聚变的临界温度;恒星动态平衡:释能=引力 第32页/共137页33恒星太阳的形成第33页/共137页34太阳系的诞生第34页/共137
9、页35 二、恒星的青壮年二、恒星的青壮年 (主序星阶段)(主序星阶段)1.恒星的能源热核聚变(1)热核聚变原理(贝特理论)41H 4HeH核 1.00782质量单位 He核 4.002603质量单位 4H核-He核=0.0287质量单位 1克氢聚变产能6.5 1011焦=20万吨煤热量 太阳每秒400万吨质量转化为能量-太阳寿命100亿年第35页/共137页36 氢热核聚变有两种方式:P-P反应(质子-质子反应)1H+1H2D+e+V (1)2D+1H 3He (2)3He+3He 4He+21H (3)(1)(3)净结果:41H 4He+2e+2V 第36页/共137页37质子-质子反应第3
10、7页/共137页38热核聚变原理(贝特理论)41H 4 He第38页/共137页39 碳氧氮(CNO)循环反应 12C+1H 13N (1)13N 13C+e+V (2)13C+1H 14N (3)14N+1H 15O (4)15O 15N+e+V (5)15N+1H 12C+4He (6)(1)(6)净结果:41H 4He+2e+2V 上述反应中均产生中微子V 太阳核物理研究中的中微子失踪案第39页/共137页40碳碳氮氮氧氧循循环环反反应应第40页/共137页41 2.恒星在主序星阶段停留的时间 -恒星的寿命 (1)离开主序的条件:当聚变He占12%时 (2)主序星的寿命:根据质光关系,光
11、度与质量3.5 成正比 寿命与质量3.5 成反比 a.早型星(O、B型):大质量、高光度、低寿命 b.晚型星(M、K型):小质量、低光度、长寿命 c.中间型星 F、G型:介于上述二者之间。第41页/共137页42 三、恒星晚年的演化三、恒星晚年的演化-脱离主星序脱离主星序 离开主序星的物理变化-镜像法则:中心核收缩-氢燃烧生成氦核,粒子数减少,压力降低。外层膨胀-中心核收缩的结果,导致温 度升高,密度增大,热核反 应更加剧烈,产生过多能量,向外辐射、膨胀。决定恒星晚年演化进程和结局的 主要因素是:质量第42页/共137页43镜像法则第43页/共137页44 1.中等质量恒星(82.2M日)的演
12、化 -7M日恒星为例:主序星 停留在主星序2600万年 红巨星 氦核的形成并燃烧。氦热核聚变的临界温度:1亿K 脉动造父变星 红超巨星 氦层 2亿 K,外层氢1亿K,星体全部燃烧,迅速释放能量。-红超巨星爆炸 残留核心(C、O、Ne)行星状星云 白矮星(白矮星质量上限:1.44M日 -昌德拉塞卡极限第44页/共137页45 2.小质量恒星(0.5 2.2M日)的演化 主序星 几十亿几千亿年 红巨星 a.氦核心区电子简并 电子简并:一定温度下,热运动电子均 占据满位置,具极高密度。b.氦闪:爆炸性氦燃烧,几秒钟完成 变星 不稳定变星 红超巨星 爆炸 CONe核:核:白矮星 行星状星云 白矮星白矮
13、星第45页/共137页46双层太阳第46页/共137页47太阳的晚年第47页/共137页48太阳在赫罗图上的演化轨迹第48页/共137页49太阳的一生第49页/共137页50白矮星第50页/共137页51太阳的晚年 -白矮星和行星状星云第51页/共137页52 3.极小质量恒星(0.5M日)的演化(1)0.5 0.07M日恒星的演化 主序星 几万亿年 白矮星 核心区8千万K,氦不燃烧 核电子简并收缩形成He白矮星 外层H行星状星云(2)0.07M日恒星的演化 为褐矮星,无热核聚变,仅有2H捕获 质子反应,几百万年2H耗尽,星体收缩,呈简并固(液)态。释热后变成黑矮星。第52页/共137页53
14、4超大质量恒星(8 M日)的演化 -超新星、脉冲星与中子星 (1)超新星(型超新星)超新星:恒星中爆发规模最为强烈的变星,是恒星演化晚期产物。超新星爆发:光度1071010太阳(星系级)释能10471052尔格(太阳百亿年)两类超新星:型超新星(由星族而来)不含重元素,8M日 型超新星(由星族而来)含重元素,38 M日 第53页/共137页54 超新星及蟹状星云的记载:a.1054年宋会要辑稿记载:“宋嘉佑 元年三月司天监言客星没,客去之兆也,初至和元年五月晨出东方,守天关;昼见 如太白,芒角四出,色赤 白,凡见二十三日。”b.1731年,英人发现金牛座蟹状星云;c.1921年,邓肯发现蟹状星
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