再度窥探天文

序

要来看看吗

要来看看吗…天象仪…无论何时…都不会消逝的美景。 --<<星之梦>>



恒星级废话


来自 Edge 每日一图

VRChat

分割线

基础概念

计量单位

名词概念
天文单位 AU1AU = 地-日轨道半长轴
角秒1′′=160⋅601^{\prime\prime} = \frac{1}{60 \cdot 60} 度
秒差距 ps1 秒差距 = 1AUtan1′′=648000AUπ≈3.26光年\frac{1AU}{tan1^{\prime \prime}} = \frac{648000AU}{\pi} \approx 3.26 光年 [2]
M⊙单位太阳质量 M⊙=1.989⋅1030kgM⊙ = 1.989 \cdot 10^{30} kg
比结合能也叫平均结合能 = 结合能核子数\frac{结合能}{核子数}

绝对星等-视星等

  • 视星等是在地球上观测到星体的相对亮度, 亮度越高值越小, 人眼能看到的最暗的星大概为 6 星等 [4]

    视星等的基准最初是按织女星为 0 等, 之后变成了其他衡量方案, 织女星变成了 0.03 星等

    星等与光强单位勒克斯的关系, 还是百家争鸣…同一百科上都不一致


  • 绝对星等是在距离星体 10 秒差距观测到星体的亮度 [3], 计算上是用视星等 m 与距离 d 进行转换:

    M=m+5log1010psd=m+5(1+log10p)(p为视差角)\begin{align} M &= m + 5 log_{10} \frac{10ps}{d} \\ &= m + 5(1+log_{10} p) &(p为视差角) \end{align}

    函数图大概如下, 横轴是 d, 纵轴是 M

    至于距离与星等这个公式怎么推算出来的, 诶嘿没找到…


普森公式

已知每差 5 星等, 亮度差 100 倍, 也就是每一星等差 5100=1025=2.512^5\sqrt{100} = 10^{\frac{2}{5}} = 2.512 倍

得出普森公式: [5]

E1E2=102(m2−m1)5两边求10为底的对数lgE1E2=2(m2−m1)5整理得:2.5lgE1E2=m2−m1\begin{align} \frac{E1}{E2} &= 10^{\frac{2 (m_2 - m_1)}{5}} \\ 两边求10为底的对数 lg \frac{E1}{E2} &= \frac{2 (m_2 - m_1)}{5} \\ 整理得: 2.5lg \frac{E1}{E2} &= m_2 - m_1 \end{align}


铁心灾变

(自发)核聚变和裂变的最终产物都是铁

因为铁的比结合能最高, 想要让它聚变/裂变所消耗的能量要比释放的还多, 所以铁元素原子核最稳定

分割线

恒星演化

赫罗图

ZUOnt0.gif

[7] 光谱性简记: Oh Be A Fine Girl Kiss Me [6]

温度越高, 光谱靠蓝那边的强度越高, 太阳是目前是 G 型


简易生命周期

  • 恒星质量与演化

    1. M < 8M⊙

      主序星 -> 红巨星 -> 行星星云 -> 矮星 -> 黑矮星(真正意义的死星)

    2. 8M⊙ <= M < 25M⊙

      主序星 -> 超红巨星 -> 超新星 -> 中子星

    3. 25M⊙ <= M

      主序星 -> 超红巨星 -> 超新星 -> 黑洞(>2.5M⊙ 就会形成, 比如中子星吞噬其他天体突破临界)


  • 主序星都是在核聚变燃烧

    氢->氦->碳/氧->铁, 越往后越快

    质量越大的星体燃烧越快

    聚变由内而外(由于温度由内而外升高), 所以主序星会随着衰老逐渐巨星化


  • 太阳

    ZUv005.gif

    可见太阳符合第一条演化路线

分割线

星体

矮星

M<1.44M⊙/钱德拉塞卡极限, 引力没超过电子简并压力(泡利不相容原理)

常见的有白矮星/褐矮星/黑矮星

白矮星与中子星自身亮度很高, 但是个体太小所以星等很低或者观测不到


中子星

1.44M⊙<=M<3.2M⊙/奥本海默极限, 引力碾碎原子把原子核聚在一起但没超过间并中子压

常见的有脉冲星/宁静态中子星/磁星, 又名波霎

由于角动量守恒, 在超新星爆发后产生的中子星/脉冲星自转速度非常快 (目前观测到的有每秒上千圈)

其形成原理: 比如恒定功率的电风扇, 在甩飞扇叶后, 电机转速将攀升很多

又由于自身转速抵消掉部分引力, 所以中子星极限质量并不固定


脉冲星

两级放射电磁波+星体旋转 -> 导致在地球上能捕获到脉冲波的星体

emmm, 对于其所属星体, 网上资料有出入


红巨星

主序星晚年膨胀形成, 随着燃烧继续, 其内部会聚集未达到聚变临界温度的重元素核心(如氦/碳)

随着外壳氢的燃烧, 渐渐变成核心+行星状星云形态

一旦内部的引力+温度达到临界, 将进入下一阶段的聚变链式反应, 核心将迅速爆炸把星云抛出去, 留下重元素核心成为白矮星 [9]

分割线

TODO

造父变星星等观测

夫琅禾费线

分割线

借物表

[1]: 封面图源

[2]: 秒差距 - 維基百科,自由的百科全書

[3]: 絕對星等 - 維基百科,自由的百科全書

[4]: 視星等 - 維基百科,自由的百科全書

[5]: 天文竞赛考点讲解星等的计算(2)——普森公式的推导

[6]: 3.5 赫罗图:恒星演化的研究工具 - 恒星一生的故事 | Coursera

[7]: 【E.N 科普专栏】赫罗图——浓缩恒星的一生

[8]: 现身吧,“闷声发大财”的中子星

[9]: 红巨星和白矮星的究竟是如何形成的? - 知乎