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恆星有哪些物理化學特徵

發布時間:2022-12-22 17:54:50

Ⅰ 恆星是一種什麼樣的天體有哪一些的物理化學特徵

恆星是一種由發光球體的等離子體,通過其自身重力保持在一起的天體。離地球最近的恆星是太陽。夜間,從地球上肉眼可以看到許多其他恆星,由於它們與地球之間的距離很遠,因此它們在天空中顯示為多個固定的發光點。從歷史上看,最傑出的恆星被分為星座和星空,其中最亮的星獲得了適當的名稱。天文學家已經匯編了星表,以識別已知星並提供標准化星恆星稱號。大多數恆星從地球上用肉眼看不到,包括我們銀河系之外的所有恆星,銀河系。
對於至少其生活的一部分,星形閃耀由於熱核聚變的氫進入氦在其核心,釋放能量橫穿恆星的內部,然後輻射到太空。在恆星的一生中,幾乎所有比氦重的天然元素都是由恆星的核合成產生的,而對於某些恆星,其爆炸時是由超新星的核合成產生的。恆星在壽命快要結束時,也可能包含退化的物質。天文學家可以確定質量,年齡,金屬性(化學成分)和恆星的許多其他特性,分別觀察恆星在太空中的運動,其光度和光譜。恆星的總質量是決定恆星演化和最終命運的主要因素。恆星的其他特徵(包括直徑和溫度)會在其生命周期內發生變化,而恆星的環境會影響其旋轉和運動。繪制許多恆星的溫度與其亮度的關系圖可得出一個稱為赫茲普勞–拉塞爾圖。在該圖上繪制特定的恆星可以確定該恆星的年齡和演化狀態。
恆星的生命始於主要由氫,氦和微量重元素組成的氣態星雲的引力坍塌。當恆星核足夠緻密時,氫通過核聚變穩定地轉化為氦氣,從而釋放出能量。

Ⅱ 恆星是一種什麼的天體,有哪些一般的物理化學特徵

恆星是由熾熱氣體組成的,是能自己發光的球狀或類球狀天體。
特徵
恆星的一切幾乎都取決於它最初的質量,包括本質特徵,例如光度和大小,還有演變、壽命和最終的命運。
年齡
多數恆星的年齡在10億至100億歲之間,有些恆星甚至接近觀測到的宇宙年齡—137億歲。目前發現最老的恆星是HE 1523-0901,估計的年齡是132億歲。 質量越大的恆星,壽命越短暫,主要是因為質量越大的恆星核心的壓力也越高,造成燃燒氫的速度也越快。許多大質量的恆星平均只有一百萬年的壽命,但質量最輕的恆星(紅矮星)以很慢的速率燃燒它們的燃料,壽命至少有一兆年。
化學組成
以質量來計算,恆星形成時的比率大約是70%的氫和28%的氦,還有少量的其他重元素。因為鐵是很普通的元素,而且譜線很容易測量到,因此典型的重元素測量是根據恆星大氣層內鐵含量。由於分子雲的重元素豐度是穩定的,只有經由超新星爆炸才會增加,因此測量恆星的化學成分可以推斷它的年齡。重元素的成份或許也可以顯示是否有行星系統。 被測量過的恆星中含鐵量最低的是矮星HE1327-2326,鐵的比率只有太陽的廿萬分之一。對照知下,金屬量較高的是獅子座μ,鐵豐度是太陽的一倍,而另一顆有行星的武仙座14則幾乎是太陽的三倍。也有些化學元素與眾不同的特殊恆星,在它們的譜線中有某些元素的吸收線,特別是鉻和稀土元素。
直徑
由於和地球的距離遙遠,除了太陽之外的所有恆星在肉眼淺來都只是夜空中的一個光點,並且受到大氣層的影響而閃爍著。太陽也是恆星,但因為很靠近地球所以不僅看起來呈現圓盤狀,還提供了白天的光線。除了太陽之外,看起來最大的恆星是劍魚座R,它的是直徑是0.057角秒。 我們對恆星的了解大多數來自理論的模型和模擬,而這些理論只是建立在恆星光譜和直徑的測量上。除了太陽之外,首顆被測量出直徑的恆星是參宿四,是由亞伯特·亞伯拉罕·米歇爾森在1921年使用威爾遜山天文台100吋的胡克望遠鏡完成(約450個太陽直徑)。 對地基的望遠鏡而言,絕大多數的恆星盤面都太小而無法察覺其角直徑,因此要使用干涉儀望遠鏡才能獲得這些恆星的影像。另一種測量恆星角直徑的技術是掩星:這種技術精確的測量被月球掩蔽時光度減弱的過程(或再出現時光度回升的過程),依此可以計算出恆星的視直徑。 恆星的尺寸,從小到只有20公里到40公里的中子星,到像獵戶座參宿四的超巨星,直徑是太陽的650倍,大約9億公里,但是密度比太陽低很多。
動能
一顆恆星相對於太陽運動可以提供這顆恆星的年齡和起源的有用信息,並且還包括周圍的星系結構和演變。一顆恆星運動的成分包括徑向速度是接近或遠離太陽,和橫越天空的角動量,也就是所謂的自行。 徑向速度是由恆星光譜中的多普勒位移來測量,它的單位是公里/秒。恆星的自行是經由精密的天體測量來確認,其單位為百萬分之一弧秒(mas)/年。經由測量恆星的視差,自行可以換算成實際的速度單位。恆星自行速率越高的通常就是比較靠近太陽,這也使高自行的恆星成為視差測量的理想候選者。 一旦兩種運動都已測出,恆星相對於太陽恆星系的空間速度就可以算出來。在鄰近的恆星中,已經發現第一星族的恆星速度通常比較老的第二星族的恆星低,而後者是以傾斜於平面的橢圓軌道運轉的。比較鄰近恆星的動能也能導出和證明星協的結構,它們就像起源於同一個巨大的分子雲中共同向著同一個點運動的一群恆星。
磁場
恆星的磁場起源於恆星內部對流的循環開始產生的區域。具有導電性的等離子像發電機,引起在恆星中延伸的磁場。磁場的強度隨著恆星的質量和成分而改變,表面磁性活動的總量取決於恆星自轉的速率。表面的活動會產生星斑,是表面磁場較正常強而溫度較正常低的區域。拱型的星冕圈是從磁場活躍地區進入星冕的光環,星焰是由同樣的磁場活動噴發出的高能粒子爆發的現象。 由於磁場的活動,年輕、高速自轉的恆星傾向於有高度的表面活動。磁場也會增強恆星風,然而自轉的速率有如閘門,隨著恆星的老化而逐漸減緩。因此,像太陽這樣高齡的恆星,自轉的速率較低,表面的活動也較溫和。自轉緩慢的恆星活動程度傾向於周期性的變化,並且可能在周期中暫時停止活動。像是蒙德極小期的例子,太陽有大約70年的時間幾乎完全沒有黑子活動。
質量
船底座η是已知質量最大的恆星之一,約為太陽的100–150倍,所以其壽命很短,最多祇有數百萬年。依據對圓拱星團(Arches cluster)的研究,認為在現在的宇宙應該有質量是太陽150倍的大質量恆星存在,但在實際上卻未能尋獲。雖然這個極限的原因仍不清楚,但愛丁頓光度給了部分答案,因為它定義了恆星在不拋出外層大氣層下所能發射至空間的最大光度。 在大爆炸後最早誕生的那一批恆星質量必然很大,或許能達到太陽的300倍甚至更大,由於在它們的成分中完全沒有比鋰更重的元素,這一代超大質量的恆星應該已經滅絕,第三星族星目前只存在於理論中。 劍魚座AB A的伴星劍魚座AB C,質量只有木星的93倍,是已知質量最小,但核心仍能進行核聚變的恆星。金屬量與太陽相似的恆星,理論上仍能進行核聚變反應的最低質量估計質量大約是木星質量的75倍。當金屬量很低時,依目前對最暗淡恆星的研究,發現尺寸最小的恆星質量似乎只有太陽的8.3%,或是木星質量的87倍。再小的恆星就是介乎於恆星與氣體巨星之間的灰色地帶,沒有明確定義的棕矮星。 結合恆星的半徑和質量可以確定恆星表面的引力,巨星表面的引力比主序星低了許多,而相較於簡並下的狀態,像是白矮星,表面引力則更為強大。表面引力也會影響恆星的光譜,越高的引力所造成吸收譜線的變寬越明顯。 2010年英國謝菲爾德大學科學家發現了迄今質量最大的恆星,它在形成初期質量或可達太陽質量的320倍,亮度接近太陽的1000萬倍,表面溫度超過4萬攝氏度[1]。
自轉
恆星的自轉可以透過分光鏡概略的測量,或是追蹤星斑確實的測量。年輕恆星會有很高的自轉速度,在赤道可以超過100 公里/秒。例如,B型的水委一在自轉的赤道速度就高達225 公里/秒甚至更高,使得赤道半徑比極赤道大了50%。這樣的速度僅比讓水委一分裂的臨界速度300 公里/秒低了一些。相較之下,太陽以25 –35天的周期自轉一圈,在赤道的自轉速度只有1.994 公里/秒。恆星的磁場和恆星風對主序帶上恆星的自轉速率的減緩,在演變有著重要的影響。 簡並恆星壓縮成非常緻密的物質,同時造成高速的自轉。但是相較於它們在低自轉速速的狀態由於角動量守恆,—一個轉動的物體會以增加自轉的速率來補償尺寸上的縮減,而絕大部分消散的角動量是經向外吹拂恆星風帶走的。無論如何,波霎的自轉是非常快速的,例如在蟹狀星雲核心的波霎,自轉速率為每秒30轉。波霎的自轉速率會因為輻射發射而減緩。
溫度
在主序帶上恆星的表面溫度取決於核心能量生成的速率和恆星的半徑,並且可以使用色指數來估計。它通常被作為有效溫度,也就是被理想化的黑體在表面輻射出的能量使單位表面積有著相同的光度時所對應的溫度。然而要注意的是有效溫度只是一個代表的數值,因為實際上恆星的溫度從核心表至面是有隨著距離增加而減少的梯度,在核心區域的溫度通常都是數百萬度K。 恆星的溫度可以確定不同元素被電離或被活化的比率,結果呈現在光譜吸收線的特徵。恆星的表面溫度,與他的目視絕對星等和吸收特點,被用來作為恆星分類的依據。 大質量的主序星表面溫度可以高達50,000 K,像太陽這種較小的恆星表面溫度就只有幾千度。相對來說,紅巨星的表面只有3,600 K的低溫,但是因為巨大的表面積而有高亮度。

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