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恒星有哪些物理化学特征

发布时间:2022-12-22 17:54:50

Ⅰ 恒星是一种什么样的天体有哪一些的物理化学特征

恒星是一种由发光球体的等离子体,通过其自身重力保持在一起的天体。离地球最近的恒星是太阳。夜间,从地球上肉眼可以看到许多其他恒星,由于它们与地球之间的距离很远,因此它们在天空中显示为多个固定的发光点。从历史上看,最杰出的恒星被分为星座和星空,其中最亮的星获得了适当的名称。天文学家已经汇编了星表,以识别已知星并提供标准化星恒星称号。大多数恒星从地球上用肉眼看不到,包括我们银河系之外的所有恒星,银河系。
对于至少其生活的一部分,星形闪耀由于热核聚变的氢进入氦在其核心,释放能量横穿恒星的内部,然后辐射到太空。在恒星的一生中,几乎所有比氦重的天然元素都是由恒星的核合成产生的,而对于某些恒星,其爆炸时是由超新星的核合成产生的。恒星在寿命快要结束时,也可能包含退化的物质。天文学家可以确定质量,年龄,金属性(化学成分)和恒星的许多其他特性,分别观察恒星在太空中的运动,其光度和光谱。恒星的总质量是决定恒星演化和最终命运的主要因素。恒星的其他特征(包括直径和温度)会在其生命周期内发生变化,而恒星的环境会影响其旋转和运动。绘制许多恒星的温度与其亮度的关系图可得出一个称为赫兹普劳–拉塞尔图。在该图上绘制特定的恒星可以确定该恒星的年龄和演化状态。
恒星的生命始于主要由氢,氦和微量重元素组成的气态星云的引力坍塌。当恒星核足够致密时,氢通过核聚变稳定地转化为氦气,从而释放出能量。

Ⅱ 恒星是一种什么的天体,有哪些一般的物理化学特征

恒星是由炽热气体组成的,是能自己发光的球状或类球状天体。
特征
恒星的一切几乎都取决于它最初的质量,包括本质特征,例如光度和大小,还有演变、寿命和最终的命运。
年龄
多数恒星的年龄在10亿至100亿岁之间,有些恒星甚至接近观测到的宇宙年龄—137亿岁。目前发现最老的恒星是HE 1523-0901,估计的年龄是132亿岁。 质量越大的恒星,寿命越短暂,主要是因为质量越大的恒星核心的压力也越高,造成燃烧氢的速度也越快。许多大质量的恒星平均只有一百万年的寿命,但质量最轻的恒星(红矮星)以很慢的速率燃烧它们的燃料,寿命至少有一兆年。
化学组成
以质量来计算,恒星形成时的比率大约是70%的氢和28%的氦,还有少量的其他重元素。因为铁是很普通的元素,而且谱线很容易测量到,因此典型的重元素测量是根据恒星大气层内铁含量。由于分子云的重元素丰度是稳定的,只有经由超新星爆炸才会增加,因此测量恒星的化学成分可以推断它的年龄。重元素的成份或许也可以显示是否有行星系统。 被测量过的恒星中含铁量最低的是矮星HE1327-2326,铁的比率只有太阳的廿万分之一。对照知下,金属量较高的是狮子座μ,铁丰度是太阳的一倍,而另一颗有行星的武仙座14则几乎是太阳的三倍。也有些化学元素与众不同的特殊恒星,在它们的谱线中有某些元素的吸收线,特别是铬和稀土元素。
直径
由于和地球的距离遥远,除了太阳之外的所有恒星在肉眼浅来都只是夜空中的一个光点,并且受到大气层的影响而闪烁着。太阳也是恒星,但因为很靠近地球所以不仅看起来呈现圆盘状,还提供了白天的光线。除了太阳之外,看起来最大的恒星是剑鱼座R,它的是直径是0.057角秒。 我们对恒星的了解大多数来自理论的模型和模拟,而这些理论只是建立在恒星光谱和直径的测量上。除了太阳之外,首颗被测量出直径的恒星是参宿四,是由亚伯特·亚伯拉罕·米歇尔森在1921年使用威尔逊山天文台100吋的胡克望远镜完成(约450个太阳直径)。 对地基的望远镜而言,绝大多数的恒星盘面都太小而无法察觉其角直径,因此要使用干涉仪望远镜才能获得这些恒星的影像。另一种测量恒星角直径的技术是掩星:这种技术精确的测量被月球掩蔽时光度减弱的过程(或再出现时光度回升的过程),依此可以计算出恒星的视直径。 恒星的尺寸,从小到只有20公里到40公里的中子星,到像猎户座参宿四的超巨星,直径是太阳的650倍,大约9亿公里,但是密度比太阳低很多。
动能
一颗恒星相对于太阳运动可以提供这颗恒星的年龄和起源的有用信息,并且还包括周围的星系结构和演变。一颗恒星运动的成分包括径向速度是接近或远离太阳,和横越天空的角动量,也就是所谓的自行。 径向速度是由恒星光谱中的多普勒位移来测量,它的单位是公里/秒。恒星的自行是经由精密的天体测量来确认,其单位为百万分之一弧秒(mas)/年。经由测量恒星的视差,自行可以换算成实际的速度单位。恒星自行速率越高的通常就是比较靠近太阳,这也使高自行的恒星成为视差测量的理想候选者。 一旦两种运动都已测出,恒星相对于太阳恒星系的空间速度就可以算出来。在邻近的恒星中,已经发现第一星族的恒星速度通常比较老的第二星族的恒星低,而后者是以倾斜于平面的椭圆轨道运转的。比较邻近恒星的动能也能导出和证明星协的结构,它们就像起源于同一个巨大的分子云中共同向着同一个点运动的一群恒星。
磁场
恒星的磁场起源于恒星内部对流的循环开始产生的区域。具有导电性的等离子像发电机,引起在恒星中延伸的磁场。磁场的强度随着恒星的质量和成分而改变,表面磁性活动的总量取决于恒星自转的速率。表面的活动会产生星斑,是表面磁场较正常强而温度较正常低的区域。拱型的星冕圈是从磁场活跃地区进入星冕的光环,星焰是由同样的磁场活动喷发出的高能粒子爆发的现象。 由于磁场的活动,年轻、高速自转的恒星倾向于有高度的表面活动。磁场也会增强恒星风,然而自转的速率有如闸门,随着恒星的老化而逐渐减缓。因此,像太阳这样高龄的恒星,自转的速率较低,表面的活动也较温和。自转缓慢的恒星活动程度倾向于周期性的变化,并且可能在周期中暂时停止活动。像是蒙德极小期的例子,太阳有大约70年的时间几乎完全没有黑子活动。
质量
船底座η是已知质量最大的恒星之一,约为太阳的100–150倍,所以其寿命很短,最多祇有数百万年。依据对圆拱星团(Arches cluster)的研究,认为在现在的宇宙应该有质量是太阳150倍的大质量恒星存在,但在实际上却未能寻获。虽然这个极限的原因仍不清楚,但爱丁顿光度给了部分答案,因为它定义了恒星在不抛出外层大气层下所能发射至空间的最大光度。 在大爆炸后最早诞生的那一批恒星质量必然很大,或许能达到太阳的300倍甚至更大,由于在它们的成分中完全没有比锂更重的元素,这一代超大质量的恒星应该已经灭绝,第三星族星目前只存在于理论中。 剑鱼座AB A的伴星剑鱼座AB C,质量只有木星的93倍,是已知质量最小,但核心仍能进行核聚变的恒星。金属量与太阳相似的恒星,理论上仍能进行核聚变反应的最低质量估计质量大约是木星质量的75倍。当金属量很低时,依目前对最暗淡恒星的研究,发现尺寸最小的恒星质量似乎只有太阳的8.3%,或是木星质量的87倍。再小的恒星就是介乎于恒星与气体巨星之间的灰色地带,没有明确定义的棕矮星。 结合恒星的半径和质量可以确定恒星表面的引力,巨星表面的引力比主序星低了许多,而相较于简并下的状态,像是白矮星,表面引力则更为强大。表面引力也会影响恒星的光谱,越高的引力所造成吸收谱线的变宽越明显。 2010年英国谢菲尔德大学科学家发现了迄今质量最大的恒星,它在形成初期质量或可达太阳质量的320倍,亮度接近太阳的1000万倍,表面温度超过4万摄氏度[1]。
自转
恒星的自转可以透过分光镜概略的测量,或是追踪星斑确实的测量。年轻恒星会有很高的自转速度,在赤道可以超过100 公里/秒。例如,B型的水委一在自转的赤道速度就高达225 公里/秒甚至更高,使得赤道半径比极赤道大了50%。这样的速度仅比让水委一分裂的临界速度300 公里/秒低了一些。相较之下,太阳以25 –35天的周期自转一圈,在赤道的自转速度只有1.994 公里/秒。恒星的磁场和恒星风对主序带上恒星的自转速率的减缓,在演变有着重要的影响。 简并恒星压缩成非常致密的物质,同时造成高速的自转。但是相较于它们在低自转速速的状态由于角动量守恒,—一个转动的物体会以增加自转的速率来补偿尺寸上的缩减,而绝大部分消散的角动量是经向外吹拂恒星风带走的。无论如何,波霎的自转是非常快速的,例如在蟹状星云核心的波霎,自转速率为每秒30转。波霎的自转速率会因为辐射发射而减缓。
温度
在主序带上恒星的表面温度取决于核心能量生成的速率和恒星的半径,并且可以使用色指数来估计。它通常被作为有效温度,也就是被理想化的黑体在表面辐射出的能量使单位表面积有着相同的光度时所对应的温度。然而要注意的是有效温度只是一个代表的数值,因为实际上恒星的温度从核心表至面是有随着距离增加而减少的梯度,在核心区域的温度通常都是数百万度K。 恒星的温度可以确定不同元素被电离或被活化的比率,结果呈现在光谱吸收线的特征。恒星的表面温度,与他的目视绝对星等和吸收特点,被用来作为恒星分类的依据。 大质量的主序星表面温度可以高达50,000 K,像太阳这种较小的恒星表面温度就只有几千度。相对来说,红巨星的表面只有3,600 K的低温,但是因为巨大的表面积而有高亮度。

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