什麼是赫羅圖?
恒星的體積遠遠大於許多的生物,但恒星的結構卻遠沒有生物複雜。
生物都由細胞組成,細胞本身的結構就很複雜,而組成細胞的更小物質客體——蛋白質分子的結構就更複雜了。
動物小如麻雀,但也“五髒俱全”、而每一個內髒,無論是心髒或肝髒,其結構都非常複雜。
天體卻不是這樣,天體的結構要比生物簡單得多。
恒星都是氣體球,密度、溫度、壓力都從外向裏增加,離恒星中心同樣距離處,密度基本上一樣,溫度和壓力基本上一樣,甚至化學組成也基本一樣。
一般來說,恒星的各種物理參量的分布基本上是球狀對稱的,這給研究帶來了很多方便。
當然也有例外,破壞這種球狀對稱的因素,主要是對流。
對流把裏麵較熱較密的物質帶到外麵來,把外麵較冷稀疏的物質帶到裏麵去。
研究太陽和恒星的結構和演化最主要的辦法,就是通過分析它們所發出的輻射。
通過觀測研究,獲得了表麵溫度、恒星的光度、質量、半徑、磁場強度、自轉情況以後,運用物理規律和數學方法可以推算出恒星內部各種物理參量的分布情況,進而可以了解恒星的結構。
恒星都在一定時間內處於相對穩定狀態,吸引和排斥這兩個對立麵處於相對平衡中。
吸引的主要因素是自吸引,即恒星各部分之間的萬有引力作用;排斥的主要因素是熱運動所產生的氣體壓力,此外還有輻射壓力、湍流壓力、自轉所產生的慣性離心力等等。
對恒星來說,如果吸引超過排斥,成了矛盾的主要方麵,則恒星收縮;相反如果排斥成了矛盾的主要方麵,則恒星膨脹。
恒星的能源和恒星的結構是緊密聯係,隻有在解決能源問題以後,結構問題才能得到解決。一直到20世紀30年代末期,人們才確定了太陽和恒星的主要能源是它內部進行著熱核反應。不斷的熱核反應,使恒星能夠長久地釋放著大量的能量——光和熱。
赫羅圖的演化意義
19世紀末,在提出恒星光譜分類法以後,人類的眼球就從太陽係移到了恒星世界。
天文學家赫茲普隆和羅素根據恒星的光度和表麵溫度繪製一張恒星分布圖。
恒星在赫羅圖上不是均勻的散布,而是集中在幾條帶上。
90%的星落在從左上至右下的“主星序”上,位於主星序上的星稱為主序星。
落在圖右上方的星光度很大,它們是“巨星”和“超巨星”,左下角有光度很小的“白矮星”。
赫羅圖的發現,把恒星的演化過程較好地表現了出來。
雖然當時羅素並沒有正確地解釋出這張圖,但他關於恒星演化的觀點被人們所接受。
圖上某一顆星,如果它是“沒有生命的”,它的光度和溫度將永不變動,它在圖上的位置就會固定不變;相反,若它是“活的”,隨時間流逝,它應當成長和變老,它的光和熱應該有變化,於是它在圖上的位置就開始有所移動,從而在赫羅圖上走出它一生所經過的路徑來。
恒星的演化過程大致可以分成引力收縮、主序星、紅巨星階段,再以後它們可能經曆了脈動或爆炸階段,最後演變成白矮星、中子星或黑洞。
現代恒星的演化理論已經能計算恒星的演化過程。
我們可以根據一顆星的質量和化學組成,按物理學的規律,在計算機上算出這顆星在何時應有什麼樣的光度和溫度。
把結果畫在赫羅圖上,就能得出一條理論上的恒星演化過程。
從實際的觀測來看,至少在紅巨星階段以前,計算的結果還是比較可靠的。
要把恒星演化的一生徹底描繪清楚,是一件非常困難的事情。
概括地說起來,恒星的演化過程像一個原料加工廠。
開始時它把氫加工成氦,後來又把氦加工成碳和氧,以至鐵或更重要的元素。下麵介紹一下恒星和各個發展階段。
(一)引力收縮:恒星演化的第一階段就是引力收縮階段。
星雲在自身引力作用下開始收縮,由於星雲密度低,引力占壓倒優勢,物質幾乎是向中心自由降落。