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恒星大观园

2019-11-18 宇宙结构

恒星大观园
 
 
伽利略在观天时注意到,如果望远镜指向的是一颗行星,肉眼所见的点状会被放大成一圆盘。而当镜筒对准一恒星,通过望远镜对其凝视时,恒星依然是一个点。他明白这意味着恒星比行星远得多;要不然,恒星的表面就会在望远镜的放大之下比肉眼看得清晰。
 
伽利略的这一猜想直到 1838 年才被公认。那一年,德国天文学家贝塞尔(Friedrich Wilhelm Bessel)首次(除太阳外)测得一颗恒星的距离。用一种所谓视差的方法,他测定了靠近地球的双星系统天鹅座 61 号星的距离。
 
视差是一种比较容易理解的距离测量技术。你可以自己来体验一下:举起你的一个手指放在鼻子前面几厘米处,睁一只眼、闭另一只眼来观察手指的位置。注意,当你睁开闭着的眼睛、闭上原来睁着的眼睛再来观察这个手指时,就会发现手指在你面前移动了一点位置。这一视运动就叫做视差。它之所以发生,是因为观察的角度改变了的缘故。
 
我们立刻可以明白视差如何能用于测量较远物体的距离。将上述你的同一个手指头放在你面前 30 厘米处,然后,和上面说的一样,迅速交替地睁一只眼闭另一只眼,你将发现由于视差而发生的手指的位移大大地减少了。这就是说,当被观测物体与观测者的距离增加时,由视差而产生的位移也成比例地减少。
 
此原理也能应用于天体距离的测定。首先,计算出在一广阔的距离范围内可能有多大的视差。然后,从两个不同的有利位置观测所求距离的天体,测出所发生的实际位移。最后,用此位移值来估算出到所测天体的距离。
 
当贝塞尔决定测量天鹅座 61 号星的距离时,他选择了两个相距足够远的观测点,以便能获得可觉察到的视差。这两个点是地球绕太阳运动相差半年的位置。从夏季到冬季,地球在空间走过几亿公里,这一位置的移动对于许多近邻天体来说产生了一个视差效应。
 
贝塞尔将他的望远镜指向天鹅座 61 号星,并求出半年间该星在天空的角位置移动了约 1/5000 度。用这一视差值,贝塞尔计算出天鹅座 61 号星的距离约为 94.6 万亿公里。
 
在现代天文学中,天体距离的单位一般用光年,不用公里。1 光年是光在一年间传播的距离,约为 9.46 万亿公里。因此,天鹅座 61 号星距离我们约为 10 光年。
 
最靠近地球的恒星,除太阳外,不是天鹅座 61 号星,而是半人马座近邻星。它是一个暗红色的天体,距离我们仅 4 光年。虽然,与其他恒星相

 
 
 
 
 
由图可见,相隔半年所测恒星在天空的角位移应是视差的 2 倍。故天鹅座 61 号星的视差为 1/万度=0″36。  
比,它离我们较近,但仍比我们到太阳系内最远天体的距离要大 1000 多倍。若以足球场的大小比做地球到半人马座近邻星的距离,则地球到冥王星的距离将是一根火柴棍的长度。
 
乘坐现代宇宙飞船航行,从地球到半人马座近邻星约需百万年。显然,这对于今天的宇航员来说所需时间太长太长,根本不可能实现。但将来的宇宙飞船的速度会比现在的快得多,经过飞船上众多家庭几代人连续不断地接力赛,星际航行有可能成为现实
 
从贝塞尔至今,上百万颗恒星的距离已被测定并记录了下来,但其中绝大多数恒星的距离不是用视差法测出的。因为视差法被证明只适用于距离我们几百光年以内的恒星,更远的恒星必须用比较亮度的方法来测定其距离。
 
亮度比较法的原理如下:每颗恒星有一个绝对的(也叫做本身的)亮度,此亮度表示恒星真正的发光能力,即它发射出的光的总量。还有一个视亮度,此亮度表示从地球看恒星,它显得有多亮。正如照亮房间的电灯的有效性既与灯泡的瓦数有关,也与房间的大小有关,一颗星的视亮度既与其绝对亮度有关,也与它与观测者的距离有关。因此,如果知道了一颗星的这两种亮度,便能够计算出它的距离了。
 
 
恒星亮度与其温度关系的赫—罗图是鸟瞰恒星的一种方便的途径。注意,大多数恒星,包括太阳都落在从图中右下方到左上方的一条主星序带内