「主序測時法」既測定星團的年齡還可以測定星團所處星系的年齡

作者：黃媂

編著：黃姤

旁述：餘生

利用元素的衰變放射性測定天體的年齡，這個年齡其實僅僅限於地球的年齡，因為很難在其他星球採集隕石，但是它非常重要，因為它給了我們一個去太陽年齡的定標這樣一個非常準確的數據，所以我們需要一個更長時間的、適用範圍更廣的測定年齡的辦法，這個辦法就是「主序測時法」。

思想實驗

「主序」其實是恆星的一種分類辦法，在介紹「主序測時法」之前，先給大家展示一個思想實驗：

假設我們處於一個黑暗的密室裡面，我們沒有任何的鐘表，我們不知道時間是怎麼度過的，而這個時候你怎麼樣才可以知道現在是什麼時刻呢？

唯一的道具是大、中、小3根蠟燭，這3根蠟燭它們燃燒的時間是不一樣的，假設大蜡燭可以燃燒1個小時，中蠟燭可以燃燒2個小時，小蠟燭可以燃燒3個小時。

假設同時點燃這3根蠟燭，然後觀察隨著蠟燭火焰的變化，時間是怎麼流逝的，大蜡燭燒完了我們就知道已經過去了1個小時了，中蠟燭也燒完了那麼2個小時過去了，隨著小蠟燭的燒完3個小時過去了，因此只要觀察在蠟燭臺上面還有幾根蠟燭，以及相對來講大蜡燭是哪一根就可以知道現在是什麼時刻了，所以主序測定法其實就是利用這個道理。

「主序」

為了去您更加了解「主序」，先來簡單地看一看太陽的演化，太陽目前處於「主序」這個階段，其實它就是氫燃燒的一個過程，太陽之所以能夠發光是因為在它的核心氫的原子核在不斷地聚變成為氦的原子核，但是氫總有一天會燒光的，當它枯竭了之後接下來太陽的演化就會跟今天的太陽完全不同，它會變得體積非常龐大從而成為一顆紅色的巨星，在核心氫的燃燒和氫燃燒光之後這兩個時間段其實相差是很大的。

在太陽的一生裡面它絕大部分時間都處於氫燃燒這個階段，到了後面幾乎就可以忽略不計了，所以可以把太陽的核心氫這個過程作為一根蠟燭來度量時間，並且有這樣一個特點：

如果在一個星團裡面有大量的恆星，我們可以去比它們演化的快慢，像我們太陽這樣的恆星並不是孤立地演化的，它在剛剛誕生的時候或許是處於一個龐大的系統裡面的，只不過今天它離開了這個系統成為一顆單星，但是還有大量的恆星其實還處於一個星團裡面，它們有個特點就是它們的年齡是完全一樣的，差別僅僅是它們質量不一樣，而質量不一樣的恆星它演化的快慢是不同的，質量越大的恆星演化得越快，質量越小的恆星的演化得越慢，這就是為什麼上述剛剛講到那根大蜡燭它反而燒得快，那根小蠟燭燒得慢的原因，在星團這個競技場裡面有不同質量的恆星它們處於同一個起跑線上面，它們同時點燃開始燃燒，它們在主序階段處於一個特別的位置上，在這個位置上把它的溫度和它的光度做一個排序，它們幾乎都處於這樣一個對角的帶上面，這個帶稱為「主序帶」。

「主序測時法」

如上圖所示，如果讓時間流逝經過200萬年，25倍太陽質量的恆星消失了，所以在星團裡面這樣的恆星就不見了，我們能夠看到的、最亮的恆星可能只有十幾倍太陽質量，再接下來過了1,000萬年15倍太陽質量的恆星也死亡了，依次類推兩倍太陽質量的恆星死亡需要10億年，而像我們太陽這樣的恆星它需要100億年才會死亡離開主序，質量更小的、只有太陽質量一半的恆星它需要600億年的時間，這是所謂的「主序測時法」。在一個星團裡面去看它的主序質量最大的恆星，或者說還存活的質量、最大的那顆恆星主序星，然後就用它的主序壽命來表徵它的年齡作為一個標誌。「主序測時法」這個辦法既可以用來測定星團的年齡，還可以用來測定星團所處的那個星系的年齡，譬如說在一些河外星系裡面一些非常年老的星團，它們的年齡其實就可以用來代表這個星系它本身年齡的長短。

（黃媂）結語：白矮星冷卻測時法

當恆星最終離開主序進入到它的晚年，最後它的歸宿會變成一個緻密星，所以說這個恆星已經死亡了，但即使是死亡的恆星，其實也不是說真的就不再發揮作用了，恰恰相反，有些死亡的恆星它依然可以給我們提供測量時間的一個重要的方法——白矮星冷卻測時法。

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