第三节 恒星和星系

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章地球的宇宙环境,恒星和星系,太阳和太阳系,月球和地月系,天体,1,天体的概念及类型,天体的概念,地球大气以外的宇宙空间各种星体的通称。,天体的类型,聚集态天体,云雾状天体,星际物质,肉眼可见的天体类型,2,聚集态天体,3,云雾状天体,4,恒星,星云,行星,行星及其卫星,彗星,流星体,5,1997年回归的海尔-波普彗星,6,陨石,流星,7,木星及木卫一,8,第一节恒星和星系,恒星,星系,9,恒星的运动,一、恒星,恒星的距离,恒星的发光和光谱,恒星的亮度和光度,星座的划分,恒星的多样性,恒星的概念,恒星的演化,10,恒星是由炽热气体组成的、能够自身发光的球形或类似球形的天体。,质量巨大,在自引力作用下，呈球形或类球形,中心温度很高，通过核反应发射可见光,恒星的概念,11,恒星的运动,运动速度一般为几十几百KM/S。,视向速度和切向速度,自行,：由恒星运动引起的在地球上观测角度的差异。,据测定，恒星的自行量均很小，最大的为巴纳德星1031/年，相当于从16KM外看3个硬币的宽度。在已测定的30万颗恒星的自行中，1/年只有400余颗，一般01/年。,12,视向速度和切向速度,自行,V,视,V,切,地球,13,10万年前,10万年后,现在,北斗七星的自行,14,恒星的距离,距离的测定,周年视差法,天文学上的距离单位,恒星的距离,天文单位(A.U)：,光年(L.Y)：,秒差距(P.C)：,日地平均距离。,光在真空中一年所走的距离。,周年视差为1秒的恒星距离,。,1A.U=1.496,10,8,KM,1L.Y=9.5,10,12,KM,=63240AU,1P.C=3.26LY=206265AU,恒星距离（p.c）=1,周年视差（,）,15,周年视差示意图,基线,视差,1,1p.c,周年视差：地球轨道半径对于恒星的最大张角。,16,有关天体的距离,最近的恒星：4.22光年（半人马座,）,牛郎星：16光年,织女星：26光年,北极星：682光年,17,星座及其划分,星座的概念,星座的划分,恒星的命名,相互邻近的恒星所组成的图形及这个图形所占据的区域,星座希腊字母,1928,年，国际天文学联合会将全天划分为,88,个星座。,黄道天区,12,个,，北天天区,29,个，南天天区,47,个,主要星座,18,星座的由来,19,黄道12星座,白羊座 金牛座 双子座 巨蟹座 狮子座 室女座,天秤座 天蝎座 人马座 摩羯座 宝瓶座 双鱼座,20,恒星的命名,21,主要星座,春季星空,夏季星空,秋季星空,冬季星空,大熊座 牧夫座室女座,狮子座,天鹅座,天琴座天鹰座,仙后座,飞马座,仙女座仙王座,猎户座,大犬座小犬座双子座御夫座金牛座,洪恩在线天文大观,22,23,24,25,26,恒星的发光和,光谱,发光条件,光谱型,质量,发展阶段,不同光谱型的差别主要在于星光颜色，而星光的颜色代表着恒星温度的高低。,光谱型,颜色,温度(K),O,蓝,35万,B,蓝白,2万,A,白,1万,F,黄白,7500,G,黄,6000,K,橙,4500,M,红,3000,27,恒星的光谱,光谱：不同波长的光波按波长顺序排列成的一条光带。,光谱具有不同的类型。,28,恒星的光谱型,29,恒星的亮度和光度,亮度和,视星等,光度和绝对星等,亮度指恒星看上去的明亮程度，光度是恒星本身的发光强度。,影响亮度的因素：,恒星的光度恒星的距离,影响光度的因素：,恒星的温度恒星的体积,E,1,E,2, d,2,2, d,1,2,绝对星等：恒星距离为10秒差距时的视星等。,绝对星等和视星等的换算,30,视星等的由来,古希腊学者喜帕恰斯根据肉眼观测，将全天最亮的21颗星的亮度定为,1,等，将肉眼刚好能看到的星定为,等。介于其间的星按亮度大小分别定为,2、3、4、5,等。这便是古代的视星等。,1,6,-1,7,后人通过测定，等星平均比等星亮100倍。根据这个关系，人们推算出星等每相差级，其亮度相差2.512倍。,即：,E,1,E,2, 2.512,2,31,有关天体的视星等,天体,视星等,太阳,-26.74,月亮,-12.7,金星,-4,天狼星,-1.45,北极星,2,肉眼可见的最暗星,6,32,绝对星等和视星等的换算,设一颗星，其距离为秒差距，视星等为，亮度为E,m,当其距离为10秒差距时，绝对星等为M，光度为E,M,E,M, E,m,2.512,mM,M, E,m,d,2,10,2,即：2.512,mM,d,2,10,2,（,mM）lg2.512lg d,2,lg10,2,0.4,（,mM） 2lgd2,Mlgd,两边取对数：,33,恒星的多样性,双星和星团,变星,巨星、超巨星、白矮星,组成数量的差异,光度的差异,体积的差异,脉冲星和中子星,34,双星和星团,双星,：,空间距离接近，彼此之间具有力学上的联系，相互环绕转动的两颗星。,星团：许多恒星集中分布在一个较小的空间，彼此具有物理联系的恒星集团。,食双星,疏散星团,球状星团,35,北斗七星,36,金牛座中的双星,（两星彼此相距45天文单位）,37,疏散星团,形态不规则,包含几十至二、三千颗恒星,很容易用望远镜区分,巨蟹座疏散星团,金牛座昴星团,球状星团,武仙座球状星团，250万颗恒星，2.5万光年,半人马座球状星团,人马座球状星团,球形或扁球形,包含,1,1000,万颗恒星,星团中央十分密集,38,变星,有些恒星的光度在短时期内会发生明显的、特别是周期性的变化，这样的恒星叫变星。,脉动变星,新星,超新星,恒星体积发生周期性膨胀或收缩引起的光度变化。,亮度在短时间内（几小时至几天）突然剧增，然后缓慢减弱的一类变星。,爆发规模更大的变星，亮度的增幅为新星的数百至数千倍。,39,新星爆发,1975年天鹅座新星爆发前后,40,1992年天鹅座新星的爆发,41,超新星爆发,超新星1987A爆发前后,1987A遗迹（1994.2）,42,1054年金牛座超新星爆发,“,至和元年（1054年）五月，晨出东方，守天关，昼见如太白，芒角四出，色赤白，凡见二十三日。,”,1731年，一位英国天文爱好者在这个位置上观测到一个外形似螃蟹的天体，叫蟹状星云。,43,超巨星,巨星、超巨星、白矮星,赫罗图,恒星类型,赫兹普龙,罗素,光度温度坐标图,温度 高,低,光度 大,小,44,不同的恒星类型,主序星,巨星,超巨星,白矮星,恒星的光度随温度的升高而增大,温度较低，但光度较同温度的主序星大，说明该星体积很大,温度高低不一，但光度都较大，说明其体积均很大,温度很高，但光度较小，说明其体积小,45,脉冲星和中子星,中子星,由中子组成的恒星,脉冲星实际上是具有强磁场的、快速自转的中子星。,周期性发出强烈的脉冲辐射,脉冲星,46,恒星的演化,星云在引力作用下，不断收缩，逐渐聚集成团，形成比较密集的气体球。,开始核反应，发射可见光。恒星的特点取决于恒星的质量。,恒星中心区域的核反应停止，外层的氢开始核反应，恒星膨胀。,核反应完全中止，恒星迅速坍缩 。依质量不同，演化为,矮星、中子星或黑洞,恒星演化过程示意图,主序星阶段,巨星阶段,死亡阶段,原恒星阶段,恒星由星云（气体和尘埃）凝聚而来。,47,质量对主序星的影响,质量大的恒星参加核反应的物质多，产生的能量大，故光度大，温度高。,大质量恒星的核心温度更高，核反应消耗氢的速度比较快，因此其生命历程相对来说要短得多。,影响恒星寿命的长短,影响恒星温度的高低,48,恒星的死亡,较小质量恒星,较大质量恒星,巨星阶段之后，恒星的外壳一直向外膨胀，形成,行星状星云,。中心部分收缩为一颗密度极大的,白矮星,。,经历,超新星爆发,，星体物质大量抛射到宇宙空间，核心遗留下来两种特殊形态的天体,中子星,或,黑洞,。,49,行星状星云,宝瓶座行星状星云。,天琴座环状星云,太阳的归宿,50,超新星遗迹,金牛座超新星爆发后的遗迹蟹状星云。中部存在一颗极致密的中子星。,51,星云恒星的诞生地,猎户座星云,M16鹰状星云,52,原恒星形成示意,星云在引力作用下收缩,星云,碎裂,继续收缩为原恒星,开始核反应 进入,主序阶段,53,猎户座红巨星,太阳的未来,54,太阳成为红巨星后的地球景观,55,恒星演化示意图,56,二、星系,星系是由大量恒星和星云构成的天体系统 。,银河系,河外星系,星系命名,星系分类,宇宙的起源与演化,57,星系命名,按所在星座命名,按星表序号命名,梅西耶星表,：,M31,星云星团新总表：,NGC224,星云星团新总表(New General Catalogue)简称为NGC,共收录7840个星云、星团和星系。后面的数字是天体在该表中的编号。,仙女座星系,58,梅西耶星表,梅西耶星云星团表（Messier catalogue）由法国天文学家梅西耶编制，收录天体109个，简称M。M后的数字是天体在该表中的编号，称为梅西耶号数。,Charles Messier,59,星系的,哈勃,分类,外形呈正圆形或椭圆形，中心亮，边缘渐暗。,外形呈旋涡结构，有明显的核心，有几条旋臂。,外形没有明显的核心和旋臂，呈不规则的形状。,旋涡星系,不规则星系,椭圆星系,60,椭圆星系,按星系椭圆的扁率从小到大分别用E0-E7表示,M87E1室女座,M49E4室女座,NGC205E6仙女座,NGC3115E7六分仪座,M89E0室女座,61,旋涡星系,中央无棒状结构的旋涡星系，用S表示,中央有棒状结构的棒旋星系，用SB表示,M65Sa狮子座,M66Sb狮子座,M51Sc猎犬座,M95SBb狮子座,M109SBc狮子座,M58SBa室女座,62,不规则星系,不规则星系中含有更多的尘埃和气体，用,Irr,表示,大麦哲伦星系,63,银河系,银河系结构,：,核球、银盘、银晕,约2000亿颗恒星,1400亿倍太阳质量,太阳在银河系中的位置和运动,距银心2.4万光年的银道面附近,250KM/S的速度绕银心旋转，周期为2.5亿年,64,银河系结构,核球,恒星最密集的区域,直径约1万光年,核球,银盘,核球周围的扁状圆盘,直径约8万光年,银,盘,银晕,银盘周围由较稀疏的恒星构成的球体,直径10万光年以上,银晕,银道面,2.4万ly,65,河外星系,银河系之外其他星系的统称,星系团,：比星系群更加庞大的天体系统,星系群,：相互邻近的星系结合而成,本星系群,总星系：,目前观测工具所能察觉到的宇宙空间,银河系的近邻,66,美国天文学家哈勃,1924年，,哈勃,准确测定出仙女座星云的距离，证明它是在银河系之外的一个巨大、独立的恒星集团。从此,仙女座星云改称,仙女座星系,。,67,几个银河系的近邻,大小麦哲伦星系,大麦哲伦星系小麦哲伦星系,距离 16万光年19万光年,质量1/20银河系质量1/100,仙女座大星系，距离220万光年,大麦哲伦星系,猎犬座星系M51,室女座星系M104,68,星系群,69,后发座星系团,70,宇宙的起源与演化,宇宙的含义,宇宙演化模型,大爆炸宇宙学简介,哲学无限的宇宙,科学有限的宇宙,稳恒态宇宙模型,演化态宇宙模型,伽莫夫1948年,演化过程,宇宙的未来,观测证据,71,大爆炸演化过程,100亿度,基本粒子,10亿度,化学元素,几千度,气态物质,宇宙的演化由热到冷。在这个时期里，宇宙体系在不断地膨胀，物质密度从密到稀，如同一次规模巨大的爆发。,72,大爆炸理论的观测证据,天体的年龄,星系的退行,宇宙背景辐射,各种天体的年龄都小于200亿年,哈勃定律：远处的星系正急速地远离我们而去，且星系退行速度与它们的距离成正比,自大爆炸至今，宇宙剩余的温度大约为3k,73,宇宙的未来,取决于宇宙的质量,没有足够的引力阻止膨胀，宇宙膨胀将永无止境。,质量足够大,闭合的宇宙,由此产生的巨大的引力会使得膨胀最终停止并接下来收缩，最终回复到大爆炸发生时的极高密度和极高温度状态。,质量不够大,开放的宇宙,74,作业,1,.,已知满月的视亮度为-12.7等,求其绝对星等.,(月地距离384400KM,1PC=3.09*10,13,KM),2.1918年的天鹰座新星爆发时,绝对星等为-8.8等,问在什么样的距离处看来象满月(-12.7)一样明亮.,3.明亮已知A.B两星相距10PC,绝对星等分别为-10和-5等,问在两星连线上的什么位置,见到的两星的视星等相等,其值是多少.,4.若使4等星的距离减少一半,它的视星等将变为多少等.,5.假设两颗星具有相同的绝对星等,若两星距离地球的距离相差100倍,那么两星的目视星等相差多少等.,75,