如何快速判断一颗恒星与太阳的大小关系?


如何快速判断一颗恒星与太阳的大小关系?

文章插图
作者:晋童银河说原创
原文发于知乎问题:南方七宿中有比太阳更大的恒星吗?及银河说-知乎专栏
原文本用于回答问题:南方七宿中是否有比太阳更大的恒星,所以文中包含部分中国古代星空划分体系等相关内容 。
本文包括:判断方法(2步:赫罗图、光谱型)、南方七宿对应恒星、举个栗子三部分 。
判断方法
首先我们说一下判断方法 。
当然有些比较科学的恒星大小计算办法,比如说可以根据绝对星等和单位表面积辐射功率确定表面积(绝对星等可以根据距离和视星等来算,距离也可以算,单位表面积辐射功率也可以算) 。
但如果想简单大致了解其质量或体积与太阳关系的话,该怎么快速判断呢?
我们在网上搜索某颗恒星时,得到的数据包括:它在各种分类体系下的编号(拜耳、佛氏、HD、HIP等)、赤经、赤纬、视星等、绝对星等、距离、光谱型等 。
我们可以利用其中的光谱型来进行简单的判断 。
但在讲光谱型之前,我们要先说另一个名词:赫罗图
第一步:赫罗图
赫罗图反应了恒星的重要属性,是研究恒星演化的重要工具 。
在上面那幅赫罗图中,横坐标表示恒星的光谱型(因恒星的光谱型与表面温度有关,因此横坐标也就表示恒星的表面温度);纵坐标表示恒星的绝对星等(因绝对星等是光度的一种量度,因此纵坐标也表示恒星的光度) 。
人们把大量的恒星按照它们各自的光谱型和绝对星等在图上点出来后,发现点的分布有一定的规律性 。图的左上方到右下方大致沿着对角线点的分布很密集,成带状,占总数的90%,天文学家把这条带称为主星序,带上的恒星称为主序星,又称矮星 。
在主星序的右上方,这里的星光度很大,但表面温度却不高,呈红色,这表明它们的体积十分巨大,所以叫红巨星 。图中巨星的上面是超巨星 。主星序的左下方也有一个星比较密集的区,这里的星表面温度很高,呈蓝白色,光度却很小,这表明它们的体积很小,接近于行星半径,所以叫白矮星 。
在主星序上的恒星,则是按照质量大小排列的 。在左上方,高温高亮度的是质量比较大的恒星,而在右下方低温低亮度的则是小质量的恒星 。
由此我们可以判断:
当这颗恒星处于主星序上时,如果它在赫罗图中的位置在太阳的左上方,其质量和体积就要比地球大;如果在太阳的右下方,其质量和体积就要比太阳小 。
当这颗恒星处于主星序右上方,正常情况下其体积要比太阳的大;当它处于左下方时,体积要比太阳的小 。
那么我们如何确定一颗恒星在赫罗图中的位置呢?如果这颗恒星处于主星序,有没有方法更准确的确定其与太阳的质量、体积大小关系呢?这就要讲光谱型了 。
第二步:光谱型
光谱可以说是恒星的身份证,早期的分类是依据哈佛分类系统划分,仅代表恒星的温度特性,包括型和次型两部分:
1、依恒星光谱的类型,可以把恒星分成O(蓝色)、B(蓝到蓝白色)、A(蓝白色到白色)、F(白色到黄白色)、G(黄白到黄色)、K(黄到橙色)和M(橙到红色)等类型,其中G型星还有两种变种类型R和N,K类有一种变型S,共10种 。
2、每种类型的英文字母后面可以加一位阿拉伯数字,细分为10个次型,如天狼星是A1型、太阳是G2型 。
但并不是每一个光谱型都有10个次型,像O型中至今还没有发现O1、O2、O3型 。
但仅仅表达恒星的温度特性不能很好的满足人们使用的需要,后来又在哈佛分类法上进一步完善,使其能代表光度特性,这一分类系统称为MK分类系统 。
3、光度数据分为了7级,由罗马数字表示,分别为: I 超巨型、II 亮巨星、III 巨星、IV 亚巨星(次巨星)、V 矮星(主序星)、V 亚矮星(次矮星)、VII 白矮星,标注在次型的后面 。
如太阳就属于G2V型 。
所以在了解一颗恒星的光谱型后,就可以确定其在赫罗图中的位置,并进一步判断其与太阳的体积大小关系了 。
另外,如果这颗恒星处于主星序,我们还可以更精确的确定其与太阳的质量、体积大小关系 。
这里我们可以借用下表:
根据科学的算法,已经得出了主星序上光谱型与质量、半径的大致对照表:
当然还有分类更精细的对照表:
上面我们提到太阳光谱型为G2V,属于G2类,是一颗黄矮星 。
由表我们可以知道,当我们要判断的恒星属于O、B、A、F类,甚至G类中的部分类型(如G0)时,其质量或体积都会比太阳要大 。

推荐阅读