“無(wú)字天書(shū)”——恒星光譜(恒星世界三)
和雨后形成彩虹一樣,太陽(yáng)光穿過(guò)小孔射入室內(nèi),通過(guò)三棱鏡或光柵后,就會(huì)出現(xiàn)按紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫依次排列的彩色光帶,這就是太陽(yáng)光譜。
恒星從遙遠(yuǎn)的太空發(fā)出的光到達(dá)地球,經(jīng)過(guò)天文望遠(yuǎn)鏡和光珊之后,也會(huì)分解成一條按不同波長(zhǎng)排列的光帶,這就是恒星的“指紋”和“身份證”——恒星光譜。
恒星光譜包含有恒星各種特性的最豐富的信息,從中可以獲得恒星的溫度、光度、壓力、直徑、質(zhì)量、磁場(chǎng)、化學(xué)成分、自轉(zhuǎn)、視向速度等數(shù)值。可以說(shuō),我們對(duì)恒星的所有知識(shí),幾乎都是從對(duì)恒星光譜的研究中得到的。
1666年,牛頓最先發(fā)現(xiàn)了太陽(yáng)光譜。1802年,英國(guó)光學(xué)家沃拉斯頓發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)光譜被幾條暗線隔開(kāi)。1859年,德國(guó)物理學(xué)家基爾霍夫揭開(kāi)了暗線的秘密,提出了著名的基爾霍夫定律,即每種化學(xué)元素都有自己的光譜;每種元素都可以吸收它能夠發(fā)射的譜線。1870年,開(kāi)始了恒星光譜的拍攝和研究。
天文學(xué)家將拍攝的恒星光譜進(jìn)行分析研究,可以確定恒星的元素組成;根據(jù)譜線強(qiáng)度確定各元素的豐度。顏色相同的恒星,其光譜大致相同;顏色不同的恒星,其光譜也不同。恒星雖然多如牛毛,但光譜大體分為幾種類(lèi)型。19世紀(jì)末,美國(guó)哈佛大學(xué)天文臺(tái)提出了哈佛分類(lèi)法,確定了恒星的光譜型:O-B-A-F-G-K-M型。從G型分出R、N子型;從M型分出S子型。
10種類(lèi)型又分為10個(gè)次型。如G0、G1、G2、G3……G9;G0是G型典型,G5介于G0型和K0型之間等等。我們太陽(yáng)的光譜為G2型。
光譜O型,藍(lán)色,表面溫度4萬(wàn)—2.5萬(wàn)K,典型恒星參宿一(獵戶ξ)、參宿四(獵戶δ)。
B型,藍(lán)白色,表面2.5萬(wàn)—1.2萬(wàn)K,典型恒星角宿一(室女α)、參宿七(獵戶β)。
A型,白色,表面1.15萬(wàn)—7700K,典型恒星織女一(天琴α)、天狼(大犬α)。
F型,黃白色,表面7600—6100K,典型恒星南河三(小犬α)、王良一(仙后β)。
G型,黃色,表面6000—5000K,典型恒星太陽(yáng)、五車(chē)二(御夫α)。
K型,橙色,表面4900—3700K,典型恒星大角(牧夫α)、畢宿五(金牛α)。
M型,紅色,表面3600—2600K,典型恒星心宿二(天蝎α)、參宿四(獵戶α)。
R型與K型相當(dāng);N和S型與M型相當(dāng)。
從O到M光譜型系列,是恒星表面溫度從高到低的系列,也是恒星顏色從藍(lán)到紅的系列。
20世紀(jì)40年代,美國(guó)天文學(xué)家W.W.摩根和P.C.基南等提出二元分類(lèi)系統(tǒng),稱(chēng)為摩根—基南系統(tǒng)(MK系統(tǒng))。MK系統(tǒng)仍采用哈佛系統(tǒng)的光譜型,但增加了光度型。光譜型仍用哈佛系統(tǒng)的符號(hào)。
光度型分為7級(jí):I——超巨星,Ⅱ——亮巨星,Ⅲ——巨星, Ⅳ——亞巨星,Ⅴ—— 主序星(矮星),Ⅵ——亞矮星,Ⅶ——白矮星。
按照MK系統(tǒng),太陽(yáng)為G2V型星,表明太陽(yáng)的光譜型是G2,并且是一顆主序星(矮星)。
有人嘗試三元光譜分類(lèi),即以光譜型(指溫度型)、光度級(jí)和化學(xué)元素豐度為參量的“三元分類(lèi)”,從20世紀(jì)60年代開(kāi)始研究,但尚無(wú)結(jié)果,至今還沒(méi)有形成完整的系統(tǒng)。
可以說(shuō),恒星光譜就是認(rèn)天的“無(wú)字天書(shū)” 。讀懂了它,學(xué)習(xí)天文學(xué)就可以起步了。
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