赫羅圖-詮釋恆星的演變

    赫羅圖是恆星的光譜類型與光度之關係圖，赫羅圖的縱軸是光度與絕對星等，而橫軸則是光譜類型及恆星的表面溫度，從左向右遞減。恆星的光譜型通常可大致分為 O.B.A.F.G.K.M 七種。

    赫羅圖的橫坐標有時用恆星的表面溫度表示，有時也用恆星的光譜型表示，因為光譜型和表面溫度之間存在著對應的關係。恆星是一團熾熱的氣體，是一團被自身引力束縛的氣體，它們的中心區域密度和溫度都特別高，足以產生熱核反應。恆星表面的高溫使之發射類似黑體輻射一樣的光譜。在很寬的頻率範圍內都有輻射，因此稱為連續譜。光譜曲線的峰值和形狀由物體的溫度決定。不同頻率的光，其顏色不同。恆星的顏色多種多樣，從恆星的顏色就可以判斷出它們的溫度。

    溫度用絕對溫度K表示，絕對溫度與攝氏溫度的換算關係是0°C=273K。表面溫度在絕對溫度30000K以上的恆星發藍光，溫度在10000～30000K的恆星顏色藍白，溫度在7500～10000K的恆星顏色純白，6000～7500K的恆星呈黃白色，溫度在5000～6000K時，恆星的顏色發黃，溫度在3500～5000K時恆星的顏色為紅橙，溫度在2000～3500K的恆星顏色發紅。

    恆星的光譜除了連續譜以外，還有兩種線狀譜，分別是發射線和吸收線。它們是疊加在連續譜上的亮線和暗線。熾熱到一定程度的稀薄氣體原子會發射特定頻率的光子，形成發射線；而較冷的稀薄氣體的原子則可能吸收通過它的連續光譜中的特定頻率的光子而形成暗的吸收線。不同的物質會有不同的吸收線或發射線。測量這些譜線，可以得到恆星的化學成分的信息。

    從地球實驗室的光譜實驗中得知，氫、氧、碳等輕元素的光譜線主要在紫外，肉眼看不見，只有幾條譜線在可見光區。較重的元素的譜線大部分在可見光區。恆星的外層，如太陽的光球，其溫度遠比內層低，因此其中的物質就會對內部來的連續譜輻射進行選擇吸收，而形成許多暗黑的吸收線。在恆星表面大氣中的某些元素的原子產生發射線要求溫度相當高，一般不容易達到，因此有發射線的恆星比較少。有吸收線的恆星則很普遍，只不過有的多些有的少些。也有一些恆星光譜呈現有分子帶譜線。

  

    天文學家根據恆星的吸收線光譜特徵來進行分類。最著名的分類法由哈佛大學天文臺的天文學家提出的，稱為哈佛分類法。他們根據240000顆恆星的吸收光譜資料，把它們分為七大類：O型、B型、A型、F型、G型、K型和M型，在G型和K型中，又有三個子型，即R型、N型和S型。O型為藍星；B型為藍白星；A型為白星；F型為黃白星；G型為黃星；K型為橙紅星；M型為紅星。這種光譜型分類的順序恰好是恆星表面溫度從高到低的序列。對應的表面溫度為O型為40000－25000K；B型為25000－12000K；A型為11500－7700K；F型為7600－6100K；G型為6000－5000K；K型為4900－3700K；M型為3600－2600K。天文學家曾認為，這 一序列代表了恆星的從高溫到低溫的演化，把O型和B型稱之為早型星，把K型和M型稱為晚型星。後來知道，這個看法並不正確。

    從赫羅圖上可以看出，恆星主要集中在四個區域。第一個區域為主星序區：銀河系中90%以上的恆星都分布在從左上到右下的這一條帶子上。這個帶上的恆星，有效溫度愈高的，光度就愈大。這些星被稱為主序星，又稱矮星。第二個區域在主星序右上方：這些恆星的溫度和某些主序星的一樣，但光度卻高得多，因此稱之為巨星或超巨星。

    第三個區域在主星序左下方：是一些溫度高而光度低白矮星，以及其它低光度恆星，第四個區域位於赫羅圖上一個很右的位置：溫度非常冰冷的星際雲在最右邊，當星際雲收縮，它會變得越來越熱，在赫羅圖上的位置亦會向左移動。由星際雲形成的原恆星也在赫羅圖的右邊。赫羅圖是由恆星的光學觀測數據構成的，因此中子星和黑洞不能在赫羅圖上顯現。在赫茨普龍和羅素最初給出的赫羅圖中，沒有第三和第四個區域，因為那時還沒有發現白矮星，也沒有討論恆星的形成。

    

    赫羅圖在恆星演化的研究當中十分重要。由於恆星內部能源的不斷消耗，恆星要發生演變，光度和溫度都要發生變化，這導致在赫羅圖上的位置發生變化。天文學家根據赫羅圖描繪了恆星從誕生、成長到衰亡的演化路徑，並從理論上給出恆星從誕生到主序星、紅巨星、變星、新星、超新星、緻密星的演化機制和模型。

    從赫羅圖上可以看出，恆星主要集中在四個區域。第一個區域為主星序區：銀河系中90%以上的恆星都分布在從左上到右下的這一條帶子上。這個帶上的恆星，有效溫度愈高的，光度就愈大。這些星被稱為主序星，又稱矮星。第二個區域在主星序右上方：這些恆星的溫度和某些主序星的一樣，但光度卻高得多，因此稱之為巨星或超巨星。第三個區域在主星序左下方：是一些溫度高而光度低白矮星，以及其它低光度恆星，第四個區域位於赫羅圖上一個很右的位置：溫度非常冰冷的星際雲在最右邊，當星際雲收縮，它會變得越來越熱，在赫羅圖上的位置亦會向左移動。由星際雲形成的原恆星也在赫羅圖的右邊。赫羅圖是由恆星的光學觀測數據構成的，因此中子星和黑洞不能在赫羅圖上顯現。在赫茨普龍和羅素最初給出的赫羅圖中，沒有第三和第四個區域，因為那時還沒有發現白矮星，也沒有討論恆星的形成。

    赫羅圖在恆星演化的研究當中十分重要。由於恆星內部能源的不斷消耗，恆星要發生演變，光度和溫度都要發生變化，這導致在赫羅圖上的位置發生變化。天文學家根據赫羅圖描繪了恆星從誕生、成長到衰亡的演化路徑，並從理論上給出恆星從誕生到主序星、紅巨星、變星、新星、超新星、緻密星的演化機制和模型。

    赫羅圖可顯示恆星的演化過程，大約90%的恆星位於赫羅圖左上角至右下角的帶狀上，這條線稱為主序帶。位於主序帶上的恆星稱為主序星。形成恆星的分子雲是位於圖中極右的區域，但隨著分子雲開始收縮，其溫度開始上升，會慢慢移向主序帶。恆星臨終時會離開主序帶，恆星會往右上方移動，這裡是紅巨星及紅超巨星的區域，都是表面溫度低而光度高的恆星。經過紅巨星但未發生超新星爆炸的恆星會越過主序帶移向左下方，這裡是表面溫度高而光度低的區域，是白矮星的所在區域，接著會因為能量的損失，漸漸變暗成為黑矮星。

    物理學家在研究熱輻射光譜的時候，發現了在一個單位面積上，亮度與溫度之間的關係。溫度越高亮度越亮。因此，一旦我們能夠決定一個星球的絕對星等和光譜類型，我們就能估計它的體積大小。單位時間內，在單位面積中所釋放出來的熱輻射能量與溫度四次方成正比。亮度為單位時間內熱輻射所發出來的能量，所以將上式乘上星球總面積，假設星球為球形：所以在赫羅圖上，也可以把相同表面積的星球，出現的位置用連線標示出來。我們可以看到，在圖的右上方，低溫且高亮度，所以是體積很大的星球。越往左下方高溫且低亮度，所以體積越來越小。

    由於一個星團中的恆星距離基本一致（或者一個遙遠星系中的星團距離基本一致），因此可以用視星等取代絕對星等作為縱軸繪製星團中成員恆星的赫羅圖或者遙遠星系中成員恆星的赫羅圖。星團赫羅圖與標準赫羅圖的比較，可以幫助估計星團的實際距離。