一闪一闪亮晶晶,满天都是小恒星

作者: 田海俊

来源: 科学大院

发布日期: 2022-05-11 12:41:28

本文探讨了夜空中恒星的数量、种类及其与星座的关系,介绍了恒星的分类、运动及其在天文学中的重要性,特别是通过赫罗图来理解恒星的演化历程和亮度。

有时,熟悉的儿歌里也藏着重要的学问,比如:“一闪一闪亮晶晶,满天都是小星星”,我们究竟能看到多少星星?它们又是哪种星星?在夜空中,我们凭肉眼大约可以看到6000颗星星,其中大部分是像太阳一样能自身发光的恒星。今天,我们就来说说满天恒星的故事。

恒星组成的“星座”,不是用来算命的。除了太阳,你还能说出哪些恒星?天狼星?参宿四?北落师门?更专业一点的观星者还会告诉你:天狼星在大犬座,参宿四是白虎七宿之一,北落师门在南鱼座……恒星,跟星座有啥关系?为了给天空中恒星编排“座位”,人们用假想的线条将亮星连接起来,构成各种各样的图形,人为地把星空分成若干区域,这些图形连同它们所在的天区,中国称之为星官,西方叫做星座。

中国古代是将星空划分为三垣(紫徽、太徽和天市)、四象(东苍龙、西白虎、南朱雀、北玄武)、二十八宿,共包括283个星官。1928年国际天文学联合会(IAU)以西方星座为基础确定了88个星座,其中黄道上有13个。所谓黄道是指从地球上看太阳每年在天空中绕行一圈所走过的路径,这是地球围绕太阳公转效应。

最初,人们用星座来确定时间。古巴比伦人把黄道均匀分成12段(分别对应12个星座),太阳在每一段的停留的时间均为一个月。古埃及人以天狼星在东方地平线出现的时刻,预测尼罗河泛滥的时间。在中国古代,《鹖冠子》记载了北斗七星斗柄指向东、南、西、北与春、夏、秋、冬的一一对应关系,有效地指导了当时的农业生产。

之后,人们又发现了星座的导航功能。“夜看北斗知北南”是指通过北斗七星可以寻找北极星,从而辨别方向。15~17世纪,遍布全球欧洲船队在发展新生资本主义的同时,也发展了航海事业。在茫茫的大海中,没有参照物,但是天上的星座不但形状独特,还很容易观测到,非常适合给当时的船队导航。

因为视觉投影效果,星座中构成生动图案的恒星看似在一个平面上,其实它们离我们的距离可能差异很大。因此,同一星座的星之间可能没有什么物理相互作用。依然以北斗七星为例,七颗星中摇光和天枢离地球距离分别为101和124光年,比其他五颗星远20至40光年。它们发出的光需要一百多年才能传输到地球。

离太阳系最近的恒星是距我们大约4.2光年的比邻星,它是半人马座α三星系统的成员之一。该三星系统是刘慈欣描述的三体人所赖以生存的“太阳系”,也是科幻电影《流浪地球》中地球人最终迁徙的目的地。

既然恒星的运转速度这么快,为什么我们感觉它们恒定不动呢?主要原因是大部分的恒星离我们实在太远了,它们在宇宙中运行几百年,我们也难以察觉它们的位置变化。但是如果经过很长时间的积累,它们的位置变化就会比较明显,比如10万年前和10万年之后,北斗七星的形状都不是“舀酒的斗形”。

在恒星的世界里,太阳只能算个小弟弟。在地球上看到的太阳,是天空中最大最亮的天体了,其实它在恒星世界中也就是个小弟弟,还有许多恒星比太阳更大、更亮。仅在银河系中就有千亿颗恒星,但是它们离我们太远、星光太弱,人们对这些遥不可及恒星的本质知之甚少。自天体物理学诞生,尤其是进入19世纪以来,由于分光学、光度学和照相术等技术广泛应用于天体的观测研究,人们对天体的结构、化学成分、物理状态的认识逐步清晰。

赫罗图可以清晰地反映出恒星的“江湖地位”,比如个头和质量大小、发光能力以及资历(即演化历程)等重要特征,是天文学中最重要的图鉴之一。恒星可以大致分为以下几种类型:主序星、白矮星、巨星&超巨星。根据恒星的颜色,哈佛天文台将恒星分为O,B,A,F,G,K,M等七种类型,每个类型又可分为10个次型,即哈佛分类法。

天文学家一般用视星等来描述恒星亮度。星等值越小,恒星越亮。恒星视星等主要是三个因素决定的:(1)恒星自身的发光本领,即主要由恒星的质量决定;(2)恒星的距离,发光本领相同的恒星,距离越远亮度就越暗;(3)恒星与我们之间的星际介质。

那句熟悉的歌词是不是应该这样唱?“一闪一闪亮晶晶,满天都是‘小’恒星……”于是问题又来了:满天的恒星,到底是怎么来的呢?

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