赫羅圖,研究宇宙的「百科全書」,通過這幅圖帶你探索恆星的奧妙

2021-01-16 楓林推文天地

文/奧斯宇宙小課堂原創首發,轉載請註明出處;圖片來源網絡,侵權立刪

上一篇文章小編提到過,生命賴以生存的基本條件是液態水。但是除了行星本身的因素之外,決定行星上是否生命的一個至關重要的因素就是它的母星,而每一顆恆星都是各不相同的。銀河系中有2000多億顆恆星,其中最大的被稱為「超巨星」,它的直徑是太陽的1500多倍。如果這樣一顆恆星在我們太陽系正中央的話,它會把木星都吞噬掉!

超巨星

另一個極端是小小的紅矮星,它們的直徑大到太陽的一半,小到太陽的1/10,人類目前所知的最小的恆星叫做「2MASSJ05233822-1403022」,它的亮度只有太陽的1/8000,體積比木星還小,但密度比它大!如果想搞清楚這些大大小小的恆星,最好的方法就是畫一幅圖。這幅圖就是「赫羅圖」,它堪稱是科學家究宇宙的「百科全書」,小編今天就會通過這幅圖帶你探索和了解一下恆星的奧妙!

赫羅圖

赫羅圖是天文學中最著名的一幅圖,它的名字來自於天文學家埃希納·赫茨普龍和亨利·諾利斯·羅素,兩人在1911年分別繪製了這張圖。他們畫出了恆星表面溫度與它們亮度的關係,較熱的恆星是藍色或白熾色的,而較冷的恆星是紅色的。(這個結論與我們常識中的冷色調和暖色調正好相反,大家不要搞混哦!)一見即知,這些恆星不是隨機地分布在圖上的。它們中的大部分都落在從右下到左上的一條斜線上,這條線被稱為主星序帶。

恆星

我們的太陽是黃色的,位於主星序帶的中間。在這條線上的所有恆星產生能量的方式都是一樣的——在核心中將氫原子聚變成氨原子。雖然這些恆星的質量、壽命和行星系統的宜居性各不相同,但我們可以暫且將這些恆星統一命名「標準星」。而主星序帶之下暗藏的基本物理規律其實很簡單,宇宙中幾乎到處都存在著氫和氨,而恆星就是一團氫原子和氨原子云,並且在自身重力下開始坍縮。

恆星

當氣體雲坍縮時,它的溫度就會上升。這並沒什麼大不了的,任何氣體在被壓縮時都會升溫。(你試一試給自行車輪胎打氣,就會很容易明白這個道理了)最終,這團不斷坍縮的氣體在溫度上升到一定程度後,帶正電的氫原子克服了它們互相之間的電磁斥力,經過核反應後融合到了一起,形成了氫原子。這個過程會釋放巨大的能量,愈發加熱了這團氣體,加快了核反應的速度,並持續給氣體加熱。

恆星實圖

而這團炙熱的氣體就會不斷地膨脹,最終,恆星自身巨大的、向內的重力,就會同被核反應加熱的氣體所產生的向外的壓力,達到一個微妙的平衡,這就是太陽目前的狀態。它每秒要將6億噸的氫原子轉換成氨原子,以此抵消向內的重力!對質量較小的恆星來說,這種平衡在較低的溫度就能達成,因為它向內的重力比較弱。因此,表面溫度較低的恆星,顏色就會比我們的太陽更紅,亮度也會更低。

紅矮星

這些暗炭的紅色恆星位於赫羅圖的右下角,它們就是大家都聽說過的「紅矮星」。紅矮星在主序星中的壽命是最長的,就是因為它們為了與重力達到平衡,必須以較低的速度燃燒自身的「燃料」。在主星序帶的另一端是藍色的大質量恆星,它們的質量至少是太陽的10倍,向內的重力更大,它們不得不飛自己的外層結構時產生了速燃燒更多的燃料,以抵抗坍縮。這讓它們非常熱,因此呈現藍色,但正因如此,他們的壽命也很短。

獵戶座,左上角紅色星就是參宿四

體積最大的主序星在1000萬年以內就會耗盡核燃料,到那時它們就會離開主序帶,成為紅巨星,比如著名的「獵戶座參宿四」,其實是走向壽命終點的恆星。銀河系中還有許多其他的奇特恆星,比如藍色超大質量恆星——天津四,它溫度極高、亮度極亮,是克卜勒望遠鏡視場裡在天鵝座中最明亮的恆星。它的亮度大約是太陽的20萬倍,質量是太陽的20倍。但它燃燒核燃料的速度也非常快,預計在幾百萬年內就會變成超新星爆發,然後成為一個黑洞。

黑洞

因此,赫羅圖是理解恆星演化的關鍵,它可以說是科學家研究宇宙的「百科全書」,這其中的信息對於尋找行星的科學家們也是至關重要的!主星序帶中的恆星否是穩定的、燃燒氫原子的恆星,這些恆星才有可能為生命提供穩定的保障。至於那些主星序帶外的恆星基本不可能為其他行星系統提供適合生命生存的環境。它們不是亮度高、壽命短,就是命途多舛,動蕩不安!

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