太陽的溫度有多高?宇宙中還有比太陽溫度高的恒星嗎?:在我們的太陽系中,太陽是唯一的恒星,它毫無疑問是溫度最高的天體,它的表面溫度就達到了5800K(開爾文溫
在我們的太陽系中,太陽是唯一的恒星,它毫無疑問是溫度最高的天體,它的表面溫度就達到了5800K(開爾文溫度)左右,鋼鐵到上面都會被氣化掉,而核心的溫度在1500萬K以上,。
但是在我們太陽系之外,有很多的恒星的溫度都比我們太陽更高,通常質(zhì)量比太陽更大的恒星,只要不是紅巨星,其表面和內(nèi)部溫度都要比太陽更高一些,比如距離我們很近的天狼星,它的質(zhì)量是太陽的兩倍多,表面溫度約9940K,比太陽表面溫度高了近一倍,所以它看上去也很亮,由于距離也很近(8.6光年),所以它也是夜幕中最亮的恒星。
已知質(zhì)量最大的恒星R136a1,質(zhì)量在太陽的265倍以上,這是一顆藍特超巨星,表面溫度在53,000k以上,它的體積也在太陽的3萬倍以上,所以這個位于大麥哲倫星云中的巨型恒星特別明亮,光度約是太陽的871萬倍。
不過宇宙中表面溫度最高的恒星應當屬于沃爾夫-拉葉星,它實際上是大質(zhì)量恒星將外圍的氣殼拋掉之后剩下的星核,所以它的表面溫度非常高,一般都在50000K以上,普遍都在太陽表面溫度的10倍以上。不過這類核心裸露的恒星非常少見,銀河系中大概只有150顆左右,已知溫度最高的一顆沃爾夫拉葉星的表面溫度超過了20萬K,是太陽表面溫度的30多倍。
不過宇宙中也有恒星主序星之外的其他一些星體的表面溫度更高,比如剛形成的白矮星,其溫度一般都在1億K以上,有的甚至高達30~50億K,這種剛形成的恒星殘骸密度很大,其體積和地球差不多,但質(zhì)量卻和太陽差不多,每立方厘米的白矮星物質(zhì)質(zhì)量在100公斤到10噸之間。
但是剛形成的中子星的溫度更高,超新星爆發(fā)時內(nèi)部可產(chǎn)生高達1500億K的溫度,所以形成在超新星最中心的這個時候的中子星的表面溫度也會在1500億K左右,是太陽表面溫度(5800K)的2500多萬倍,可以說剛形成的中子星表面溫度輕松超過太陽表面溫度千萬倍。中子星也是一種恒星殘骸,不過它的密度更大,通常其體積在直徑10~30公里之間,然而其質(zhì)量卻比太陽還大,每立方厘米的中子星物質(zhì)的質(zhì)量在8000萬到20億噸之間。
不過必須指出的是,只能說白矮星和中子星這兩種星體剛形成的時候溫度極高,因為之后它們將處于漫長的降溫過程中,至少要花費約200億年的時間才能變成不再向外輻射熱量的星球。
每年夏天的時候我們都會深切的感受到太陽的威力,天實在是太熱了。地球上的夏天為什么這么炎熱?原因其實很簡單,咱們北半球夏天的時候,地球只是朝著太陽輕微的點了點頭,太陽光線由原來的斜射地面變成直射地面。地球的溫度就上升了幾十度,熱的要命。
圖示:太陽和地球
更何況太陽距離地球大約有1.49億公里。這么遙遠的距離對地球溫度還影響這么大,太陽的溫度一定是很高的。太陽的溫度有多高呢?太陽是一顆恒星。所有的恒星都是自身能夠發(fā)光發(fā)熱的天體。太陽通過內(nèi)部的核聚變反應釋放出巨大的能量,太陽的表面溫度就有5500℃。地球上熔點最高的金屬是鎢,熔點高達3380℃。但是太陽表面的溫度幾乎就要達到它的沸點5927℃。地球上沒有一種物質(zhì)在靠近太陽表面時還是固體的。
圖示:太陽
太陽表面的溫度就有這么高,而它的內(nèi)部溫度就更高了。太陽內(nèi)部核心處的溫度可高達1500萬℃。太陽的內(nèi)部不但是一個高溫的世界,而且還是一個極高壓的世界。這里的壓力相當于3000億個地球大氣壓。這里就是太陽的核聚變反應區(qū)。
太陽的溫度已經(jīng)高的讓我們瞠目結(jié)舌,覺得不可思議。但是太陽的溫度在恒星大家族中不是最高的。在恒星家族中,太陽只是一顆名不見經(jīng)傳的黃矮星。還有許多類型的恒星溫度比它高出很多。比如屬于藍矮星的天狼星A,它的表面溫度就有9600℃。這幾乎是太陽表面溫度的兩倍了。再就是宇宙中質(zhì)量最大的恒星R136a1的表面溫度高達53000℃。
圖示:R136a1恒星溫度高達53000度
一般情況下,質(zhì)量越大的恒星,它的溫度就會越高。但是恒星的溫度還和恒星的體積有關(guān)系,同樣質(zhì)量的恒星,體積越小它的溫度就會越高。比太陽溫度高的恒星在宇宙中比比皆是,比太陽溫度低的恒星也有很多。比如距離太陽最近的恒星比鄰星的表面溫度大約只有2400℃到2800℃。比鄰星的表面溫度只有太陽的一半左右,和太陽比較起來它就“涼”多了。
答:太陽表面溫度大約是5500℃,中心溫度高達1500萬度;宇宙中存在很多溫度比太陽高的恒星,最高的表面溫度高達20多萬度。
恒星的核聚變只在中心區(qū)域進行,然后再把能量傳到外層,所以恒星從內(nèi)到外溫度遞減;太陽的發(fā)光可以看成黑體,我們無需接觸太陽表面,就能知道太陽表面的溫度。
由太陽光譜可知,輻射波長為λ=500nm時能量最高,根據(jù)黑體輻射定律中的維恩位移定律:黑體輻射溫度,與輻射最大值的波長乘積為定值,既T*λ=b=2.898*10^(-3)m·k;
可以計算出太陽表面溫度為:
T=b/λ≈5800K;
對應攝氏溫度大約為5500℃,這已經(jīng)遠遠超過了地球上任何物質(zhì)的熔點,比如熔點最高的單質(zhì)是金屬鎢(3410℃),熔點最高的合金為鉿合金(4215℃)。
在宇宙中,太陽的表面溫度并不算高,比如還有其他恒星:
(1)天狼星A的表面溫度高達9900K,天狼星B的表面溫度高達2.5萬度;
(2)南天恒星海山二B星,是一顆大質(zhì)量高亮度的藍變星,表面溫度高達3.7萬度;
(3)目前發(fā)現(xiàn)質(zhì)量最大的恒星R136a1(約260倍太陽質(zhì)量),表面溫度高達5萬度;
(4)距離地球8500光年的恒星WR 102,表面溫度更是高達21萬度;
太陽將來會演化為紅巨星,然后再變?yōu)榘装,紅巨星的表面溫度會有所下降,但是核心溫度將升高到一億度以上,體積膨脹幾十萬倍;形成白矮星時,表面溫度高達幾十萬度,然后經(jīng)過數(shù)百億年后冷卻為黑矮星。
如果恒星的質(zhì)量太大,演化末期通過超新星爆發(fā)可能形成中子星,剛形成的中子星溫度更是高達幾百億度,經(jīng)過數(shù)萬年的冷卻后表面溫度也高達幾十萬度。
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作為離地球最近的恒星,太陽的溫度非常高,它的表面平均溫度在5500攝氏度左右。通過光譜分析方法,或者斯特藩-玻爾茲曼定律,可以非常精確地測出太陽的表面溫度。太陽的熱量來源是核心區(qū)域中的氫核聚變反應,那里的溫度更是高達1570萬度。只有這樣的高溫(還有高壓),氫原子核才能獲得足夠的動能來發(fā)生碰撞,形成氦原子核。
那么,宇宙中的其他恒星溫度都有多高呢?有比太陽溫度更高的恒星嗎?
對于處在主序星階段的恒星,它們的能量來源都像太陽那樣,依賴于核心的氫核聚變。恒星的核聚變反應速率決定了輻射功率,進而決定了表面溫度。而核聚變反應速率又與質(zhì)量呈正相關(guān),因為質(zhì)量越高,引力坍縮效應越強,核聚變反應也會越劇烈。
因此,質(zhì)量越大的恒星,它們的溫度也會越高,光譜顏色越發(fā)呈現(xiàn)為藍色,典型的代表為藍超巨星,它們的表面溫度可達數(shù)萬度。反之,質(zhì)量越低的恒星越冷,光譜顏色越發(fā)呈現(xiàn)為紅色,典型的代表為紅矮星,它們的溫度只有大約3000度。在赫羅圖上,太陽被歸類為G型黃矮星。
雖然太陽是中低質(zhì)量恒星,但太陽其實要比宇宙中的絕大部分恒星更熱,因為太陽的質(zhì)量在95%的恒星之上。宇宙中的恒星大都是質(zhì)量很小的紅矮星,大質(zhì)量恒星在宇宙中的占比很少。
在地球上的夜空中,肉眼可見恒星的質(zhì)量基本上都要大于太陽,這意味著它們的溫度要高于太陽,例如,天狼星的質(zhì)量是太陽的2倍,表面溫度可達9700度。正因為這些恒星的質(zhì)量足夠大,溫度足夠高,它們才能亮到肉眼可見。而紅矮星的又暗又小,絕大部分都是肉眼不可見。雖然比鄰星是離太陽最近的恒星,但它是一顆暗淡的紅矮星,我們無法用肉眼看到它。
不過,有些恒星的質(zhì)量大于太陽,但它們的溫度卻沒有太陽高,例如,參宿四的質(zhì)量可達太陽的11.6倍,但它的表面溫度只有3300度,這是因為參宿四已經(jīng)演化到紅超巨星階段,它的體積經(jīng)過了劇烈膨脹(半徑相當于太陽的900倍),導致表面溫度大幅度下降。不過,這并不意味著參宿四的輻射功率很低。相反,參宿四的光度高達太陽的10萬倍,所以它在夜空中顯得十分明亮。
R136a1是已知最重的恒星,它的質(zhì)量超過太陽300倍,表面溫度更是高達5.2萬度。另外,宇宙中還有溫度極高的沃爾夫-拉葉星,它們釋放出的超強恒星風吹走了大部分外層物質(zhì),使得熾熱的內(nèi)部暴露在外。WR 102是已知表面溫度最高的恒星,有效溫度可達21萬度。
此外,當恒星死亡之后,對于一定質(zhì)量范圍的大質(zhì)量恒星,它們的熾熱核心會經(jīng)過極端的引力坍縮作用,最終成為中子星。當中子星剛剛形成時,其表面溫度可達100萬度,而核心溫度更是高達1萬億度。
對于太陽的溫度有多高?宇宙中還有比太陽溫度高的恒星嗎之話題,我個人認為,此題有兩個科學前沿問題,
先來說說太陽的溫度有多高的問題,太陽是一顆能發(fā)光發(fā)熱的恒星,是太陽系物質(zhì)周期循環(huán)運動的主體,太陽擁有巨大的核能物質(zhì),能持續(xù)產(chǎn)生核聚變、核裂變和核連鎖綜合性燃燒的物理化學反應,能為太陽系持續(xù)散發(fā)出光和熱以及塵粒流物質(zhì),為太陽系太空間萬物的誕生與發(fā)展提供了孕育條件,掌控著太陽系物質(zhì)的周期循環(huán)運動。太陽持續(xù)核聚變?nèi)紵倪^程,是太陽釋放能量的表現(xiàn)過程,其強烈的溫度可達2百萬攝氏度或以上,燃燒過程會產(chǎn)生日冕、耀斑和黑子三種自然現(xiàn)象,并能為太陽系提供不同距離熱能溫差之物理現(xiàn)象的產(chǎn)生,為太陽系太空間的各類衛(wèi)體物質(zhì)物理屬性的形成,提供了不同區(qū)域、不同溫度之化學反應的溫度條件。因而,太陽是一顆發(fā)光發(fā)熱的火球。
再來談談宇宙中有比太陽溫度高的恒星嗎之問題,當然有。為什么會這樣說呢?因為,宇宙是由數(shù)之不盡的恒星及其恒星系所構(gòu)成無限空間的自然天體,我們的太陽系只是其中之一,宇宙之中每個恒星系都有其物質(zhì)周期循環(huán)運動壽命的周期體現(xiàn),能實現(xiàn)恒星及其恒星系周期性無限輪回的再生,共同來支撐著宇宙無限空間的桓存。在目前存在于宇宙無限數(shù)量的恒星及其恒星系之中,那些比太陽誕生時間還要遲的恒星,通常來看,其恒星的體積與質(zhì)量會比太陽還要大,所擁有的核能物質(zhì)會比目前的太陽還要多。因而,它們核聚變?nèi)紵^程所產(chǎn)生的溫度必然會比太陽的溫度還要高,這是一種不可否認的自然現(xiàn)象。
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夜晚天空中的星星大部分都是和太陽一樣的恒星,而太陽在恒星家族里屬于中等質(zhì)量恒星,表面溫度5500℃,核心溫度1500萬℃,這個數(shù)據(jù)在恒星中其實并不出彩
宇宙中恒星的前身都是虛無縹緲的星云,當星云受到外界擾動后便會在引力作用下發(fā)生坍縮,只要坍縮的星云達到一定壓力和溫度后就會自動產(chǎn)生核聚變反應,一顆恒星從此就出現(xiàn)在宇宙中了,并且根據(jù)質(zhì)量的不同開始它短則幾百萬年長則上千億年的恒星生涯。
恒星的光和熱都是由核聚變帶來的,而核聚變反應會源源不斷的消耗恒星內(nèi)部的氫元素,當氫元素消耗殆盡時恒星也就抵達生命盡頭了,一般來說我們宇宙的恒星質(zhì)量越小內(nèi)部核聚變反應就越平和,溫度就會越低相應的壽命也會越長。
太陽只是一顆黃矮星,內(nèi)部核聚變反應足以讓太陽活100億年左右,而我們所熟知的天狼星是一顆藍矮星,表面溫度10000℃,內(nèi)部核聚變反應遠比太陽劇烈,這就導致它的壽命只有10億年。而距離我們最近的半人馬座比鄰星則是一顆紅矮星,表面溫度在2670℃到3100℃之間,壽命可達上千億年。
在我們宇宙的恒星家族里,紅矮星占比達到了73%,而太陽這種黃矮星只占3%,所以比太陽溫度高比太陽質(zhì)量大的恒星其實在宇宙中并不多。
炎炎夏日我們常?嘤谔柕谋⿻,但殊不知和太陽的真實溫度比起來我們所遭受的30℃到40℃的高溫根本不值一提,因為太陽的表面溫度為5500℃,核心的溫度更是高達1500萬℃,我們的地球只不過接收了太陽能量的22億分之一罷了。
千百年來人類科學家一直對太陽這個天空中的“大火球”倍感疑惑,完全想不通它是怎么“熊熊燃燒”這么多年而不熄滅的。上個世紀初和核物理的發(fā)展讓人類意識到了太陽的能量來源其實是內(nèi)部的氫元素核聚變,正是在核心區(qū)域1500萬℃的高溫和3000億地球大氣壓的環(huán)境下,氫元素核聚變得以持續(xù)并不斷向外發(fā)出光和熱 。
天文學家告訴我們宇宙中的恒星數(shù)量比地球上的沙子還要多,物理學家告訴我們內(nèi)部溫度越高和壓力越大的環(huán)境下氫元素可以聚變的更快速,所以說宇宙中質(zhì)量越大的恒星核聚變反應就越劇烈,相應的表面溫度和核心溫度也就越高。
太陽作為一顆中等質(zhì)量的黃矮星,在它之上還同處于主序星階段但表面溫度接近10000℃的藍矮星,比如我們所熟悉的天狼星A就是一顆典型的藍矮星。
其實從壽命上來看溫度越高的恒星反而壽命越短,這是由于它們內(nèi)部核聚變反應太劇烈的緣故,并且溫度高的恒星能量釋放也大,這對于生命的誕生及其演化來說并不是什么好事,畢竟生命需要的是長時間穩(wěn)定環(huán)境,而質(zhì)量超過太陽的恒星壽命都比不上太陽。
身處于地球上的人類其實早已經(jīng)能人工制造出超過太陽核心的超高溫了,我國位于合肥的全超導托卡馬克可控核聚變實驗裝置曾生成過1億℃的高溫,但保守估計可控核聚變還需要半個世紀才能搞定。
太陽的溫度有多高?宇宙中還有比太陽溫度高的恒星嗎?
現(xiàn)在正值高溫酷暑時期,全國很多地方的日最高溫度都已經(jīng)突破30攝氏度,筆者身處東北地區(qū)的吉林省,雖然最高溫度目前也僅有31、2度,比起南方一些地區(qū)要“涼爽”許多,但是走在外面暴露在太陽底下,一會兒就渾身冒汗,忍受不了了。我們知道,地球表面的熱量幾乎全部來自于太陽輻射,而接收到的這點能量只占到太陽向外釋放能量的22億分之一,況且從太陽到地球還要通過較長的宇宙空間,以熱輻射的形式才將能量從太陽的表面?zhèn)鬟f到地球大氣層,依據(jù)太陽照射時間的長短特別是入射角度的大小,地表所接收到的太陽能量會呈現(xiàn)不同的狀態(tài),這也是為什么地球的北半球在夏天距離太陽較遠,卻因為入射角度的增大,環(huán)境溫度反而變得增加的重要原因。
太陽是一顆恒星,其向外釋放的能量,來源于內(nèi)部每時每刻都在進行著的核聚變反應,對于太陽這種規(guī)模的恒星來說,其主要成分為氫和氦,現(xiàn)階段所進行的核聚變主要是以氫聚變?yōu)楹橹,具體來說,就是在核心區(qū)的高溫高壓條件下,通過一定幾率的量子隧穿效應,使氫原子中的質(zhì)子突破了原子核之間庫侖力的排斥,從而進入到另外的原子核之中,與另外的質(zhì)子結(jié)合形成氫的一種同位素-氘,繼而再聚合為氦3和氦4,在此過程中釋放相應的伽馬光子、中微子和能量,這也是所謂的恒星中質(zhì)子-質(zhì)子鏈式反應。在太陽內(nèi)部,還有一種核聚變類型,即碳氧循環(huán)過程,說白了,也是一種鏈式反應,不過所占的比重較小。
從太陽核聚變過程中所產(chǎn)生的能量,以不同頻率的電磁波為載體,向外界傳遞。根據(jù)太陽發(fā)出電磁波的不同類型,可以將太陽光分為伽馬射線、X射線、紫外線、可見光、紅外線和無線電波?茖W家們根據(jù)太陽光線所形成的光譜特征,將太陽發(fā)出的光線視為黑體輻射,即假定太陽一種理想狀態(tài)下的輻射源,在特定的溫度和波長條件下可以釋放出最大的輻射能量,這種輻射強度僅與光源發(fā)出光線的頻率和光源的溫度有關(guān)。據(jù)此,我們可以將我們接收到的太陽光譜,與理想狀態(tài)下的黑體輻射相比較,通過同一顏色所對應的黑體輻射溫度,我們就可以判定太陽表面的溫度。
科學家正是應用了上述原理,在不接觸或者不近距離接觸太陽時,就能通過太陽光譜中輻射能量最高光線的波長或者頻率,來反推太陽表面的溫度。計算的方法就是應用了基爾霍夫輻射定律里面的維恩位移方程,即輻射溫度與輻射能量最高值對應的光線波長二者的乘積為一定值。在太陽的光譜中,對應輻射能量最高的部分位于可見光區(qū),具體波長為500nm,所以太陽表面的溫度可以計算出的結(jié)果約為5800K,即5570攝氏度左右。
至于太陽內(nèi)部的溫度測算,則主要是依據(jù)溫度-壓強的熱力學公式推導出來的,計算過程簡單的說就是根據(jù)太陽體積保持穩(wěn)定的條件下,太陽物質(zhì)因重力向內(nèi)坍縮要與內(nèi)核向外的輻射壓保持平衡,而輻射壓的產(chǎn)生則是熱運動作用的結(jié)果,通過計算太陽內(nèi)部的壓力,然后通過“多少溫度才可以產(chǎn)生出這么大的輻射壓”這種推導過程得出最終的結(jié)果,具體計算過程相對復雜一些,這里不再羅列了,得出的太陽內(nèi)部溫度大約在1500萬K左右。
處在主序期內(nèi)的恒星,其內(nèi)部核聚變程度的劇烈程度,將直接關(guān)系到恒星的內(nèi)核溫度,繼而影響著其表面溫度。而恒星的質(zhì)量越大,則一方面在內(nèi)部參與核聚變的物質(zhì)就會越多,單位時間內(nèi)進行質(zhì)子-質(zhì)子鏈式反應的輕元素數(shù)量就越多,所釋放的能量就越高;另一方面恒星外層物質(zhì)向內(nèi)的重力作用就會越明顯,因內(nèi)核參與核聚變物質(zhì)的短期減少所引發(fā)的坍縮效應就越明顯,從而推動內(nèi)部核聚變越來越強烈,內(nèi)核的溫度也會越來越高。
通過以上的分析,我們可以看出,不同質(zhì)量的恒星,其內(nèi)部核反應的強度會有差異,進而所釋放的能量密度會有相應的不同,根據(jù)黑體輻射定律,在地球上所接收到的恒星光譜中輻射能量最大的區(qū)間也會有差異,這也就造成了恒星所呈現(xiàn)的顏色有所不同?茖W家們根據(jù)恒星的不同顏色,來標注恒星相對于太陽的光度比率,繪制了恒星的赫羅圖,整體趨勢是恒星表面溫度越高,則顏色越來越傾向于藍色,表面溫度越低,則傾向于紅色。這種顏色的區(qū)別,其實對應的也往往表現(xiàn)出恒星質(zhì)量大小的差異。
太陽在能夠觀測到的恒星世界里,雖然屬于質(zhì)量中等偏下的水平,但是這種界定是基于恒星的最小質(zhì)量下限與發(fā)現(xiàn)的最高質(zhì)量的平均分布為衡量標準的,而實際上宇宙中95%以上的恒星都沒有太陽的質(zhì)量大,也就意味著95%以上的恒星在赫羅圖中處于太陽的亮度之下。不過,仍然有不到5%處于主序期的恒星,由于質(zhì)量非常大,其內(nèi)部核聚變程度非常之高,表面溫度也比太陽要高。例如藍超巨星系列,其光譜類型為O或者B型,表面溫度可以達到上萬K甚至10萬K級別,隨著時間的推移,藍超巨星在內(nèi)部核聚變物質(zhì)逐漸減少到一定程度后,會演化為紅超巨星,表面溫度隨即慢慢下降。
另外,大質(zhì)量恒星在處于超新星爆發(fā)的前期時,也會呈現(xiàn)非常高的亮度,比如WR102(人馬座的沃爾夫·拉葉星),質(zhì)量是太陽的19倍左右,是目前科學家們發(fā)現(xiàn)的表面溫度最高的恒星,數(shù)值達到驚人的21萬K。
當然,還有一些已經(jīng)結(jié)束了主序期的恒星殘骸,受到超新星爆發(fā)的影響,其表面和周圍空間溫度會異常高,在超新新星爆發(fā)時能達到上百上千億K,最終的殘骸繼續(xù)坍縮為中子星以后,表面溫度也會達到上百萬K,隨后將進入漫長的冷卻期。
其實太陽屬于黃矮星,你看到“矮”就應該大概知道它在眾多的恒星中屬于什么段位了。實際上,宇宙中大多數(shù)的恒星都很小,都是“矮”系列的,太陽都不算最矮的,宇宙中有的是比太陽小的恒星,比如:著名的比鄰星就是紅矮星,要比太陽小的多。
我們的太陽內(nèi)核溫度是1500萬K,而表面溫度大概在5770K。
比鄰星的表面溫度僅為2,670~3,100K,這和太陽還是差得有點多的。
在宇宙中有很多恒星表面的溫度比太陽高得多,比如:恒星是R136a1,它是目前觀測到質(zhì)量最大的恒星,R136a1大概是太陽質(zhì)量的351倍,是一顆藍特超巨星。它的表面溫度是52,500 ± 3,000K,大概是地球溫度的10倍,R136a1的亮度是太陽亮度的870萬倍。
它的質(zhì)量是由謝菲爾德大學的天文學家測量的。R136a1位于大麥哲倫星系的蜘蛛星云中,近劍魚座30復合體的R136超星團中的成員,距離地球大約為165,000光年。當然,天文學中對天體的質(zhì)量和距離的測量其實是運用理論模型加觀測。所以,能做到數(shù)量級上對就很不錯了,以上這些其實都是估算的結(jié)果,很有可能在未來發(fā)生變化。
而且,就在R136超星團中,科學家發(fā)現(xiàn)溫度超過40000K的恒星就有好幾顆。因此,宇宙并不缺溫度遠高于太陽的恒星,畢竟宇宙那么大,光是銀河系就有1500~4000億顆恒星。
可能你要問了,我們是如何知道這些恒星的表面溫度的?
這個問題,不過質(zhì)量其實并不能直接決定恒星的表面溫度,一個恒星的表面溫度和半徑、光度、都有關(guān)系。如果把恒星當成黑體的輻射體,并且將其視為理想的球體,那表面面積就是4πR^2,我們就能得出下面的公式:
其中T指的恒星的表面溫度,L為光度,R為半徑,σ是史蒂芬-波茲曼常數(shù),取值為 5.67*10^?8(W/m^2/K^4)。
所以,質(zhì)量還沒辦法決定一切,還要看其他的取值,目前發(fā)現(xiàn)的表面溫度最高的恒星是WR 102,它屬于極其罕見的氧型沃爾夫-拉葉星,表面溫度可以達到210000K,是地球的400倍。
之所以它的表面溫度會這么高,是因為它已經(jīng)接近要發(fā)生超新星爆炸了。
不知道這個時候你會不會想到中子星和白矮星。是的,之前我們講的都是“活著的恒星”,實際上,還存在一類“死亡的恒星”,比如:中子星和白矮星,它們都是由于恒星的核心發(fā)生了坍縮才形成的,它們的表面溫度都特別高。其中,中子星的溫度可以達到百萬K,甚至是上億K。因此,如果非要找表面溫度最高的恒星,那很有可能就是某顆中子星。
那到底恒星表面的溫度有沒有什么規(guī)律呢?其實還真有,那就是赫羅圖。
赫羅圖是以恒星的絕對星等、光度相對于光譜類型或者有效溫度繪制出的散布圖。
聽不懂沒有關(guān)系,你可以簡單理解成,科學家通過測量恒星的表面溫度和光度,繪制出來的一張顏色和星等相互對應的圖。通過大規(guī)模的觀測之后,科學家發(fā)現(xiàn),
大概是90%的恒星都位于赫羅圖的左上角到右下角的帶裝上,這條帶狀也被稱為主序帶。位于主序帶的恒星就被叫做主序星。
太陽其實處于主序星階段,這屬于恒星比較穩(wěn)定的階段,也是恒星的壯年。而形成恒星的分子云位于赫羅圖的極右區(qū)域,隨著分子云收縮,溫度會逐漸升高,慢慢滑向主序帶。
而恒星快不行的時候,就會逐漸離開主序帶,往右上方移動,變成一顆紅巨星或者紅超巨星,所以這個區(qū)域也就是紅巨星、紅超巨星的區(qū)域,這區(qū)域的恒星的特點就是表面溫度很低,但光度很高。
其實,我們還可以從赫羅圖中得到很多很多的信息,在這里就不過多羅列了。下面這張圖,就是太陽隨著生命的進行,在赫羅圖上的位置變化,而坐標軸反映了絕對星等和表面溫度。也就是說,我們可以通過這張圖知道太陽在生命周期內(nèi),表面溫度和絕對星等的變化。當然,其實不只是太陽,而是絕大多數(shù)的恒星都可以。
太陽的表面溫度大約5500℃,而在宇宙中太陽只能算一顆中等偏小的恒星。比太陽質(zhì)量更大的恒星都比它更熱、更亮。要系統(tǒng)性了解恒星的溫度問題,就必須知道恒星的光譜分類。
恒星光譜就像是恒星的指紋一樣,取決于恒星的物理性質(zhì)和化學組成,而天文學家利用哈佛光譜分類系統(tǒng),將現(xiàn)有恒星分為了7種光譜型,分別是O、B、A、F、G、K、M。至于為什么是用這幾個字母來分類,是因為原本是從A分到Q的,在剔除掉重復的光譜后剩下上面7個分類。
簡單來說,就是以恒星發(fā)出的不同光亮顏色對應不同的溫度。顏色與溫度的大概對應關(guān)系如下:
以上是光譜型、恒星表面溫度與恒星顏色的大概對應關(guān)系。
看了上面的表,你會有一個反直覺的發(fā)現(xiàn)。
宇宙中象征溫度高低的顏色,竟然剛好與我們?nèi)粘I钪械恼J知相反。比如你洗澡時,水龍頭上的水溫提示都是紅色代表熱水,藍色代表冷水。我們也常常把紅色歸為暖色系,藍色歸為冷色系,而且紅色總是與烈焰聯(lián)系在一起的。
但實際上宇宙中,只有快要熄滅的恒星(我們稱之為紅矮星)才是紅色的,而溫度最高的恒星都是藍色的。我們熟悉的太陽則是發(fā)著黃光的G型恒星。目前,我們知道的最亮的O型恒星是獵戶座腰帶上的參宿一。而宇宙中的大多數(shù)恒星其實比太陽暗淡,M型恒星我們根本看不見。
當然上面說的恒星分類,都是指的恒星主序星階段,恒星一生中99%時間都在這個階段。主序星這個名字的由來,是指在赫羅圖主序帶的恒星。
赫羅圖是天文學里一個非常重要的一個圖表,它揭示了恒星的絕對星等(即描述恒星真實發(fā)光亮度)與顏色(即光譜型)之間的關(guān)系。是由于丹麥天文學家埃希納·赫茨普龍與美國天文學家亨利·諾里斯·羅素在20世紀初分別獨立提出的,所以各取了他們名字中一個字,將此圖命名為“赫羅圖”。
以上是赫羅圖的概念圖。
左上角就是對應O型的更大更熱的恒星,右下角則是M型的體積小、溫度低的恒星,它們之間連接的對角線就稱為“主星序”。這上面的恒星都和太陽一樣進行著氫聚變。
但隨著恒星核心處的氫元素消耗殆盡,恒星就會膨脹,溫度不斷降低,因此顏色變紅成為我們常說的“紅巨星”和“紅超巨星”,當然極少數(shù)溫度特別高的藍色恒星,也可能成為“藍巨星”,而恒星變成巨星的這個過程稱為“脫離主星序”。
上圖是不同類型恒星的大小對比關(guān)系。
宇宙中藍色恒星還是比較稀少的,大約只占0.00003%,但我們晚上能看到的星星10%都是稀少的藍色恒星,這主要是因為它們亮,以及恒星中占比最高的M型紅矮星(達76.5%)肉眼完全看不見。
如果,你想找夜空中的藍色恒星,你只需要找到獵戶座就行了,它幾乎全部是由巨大的藍色恒星構(gòu)成的。
尋找獵戶座,你先要找到最具標志的腰帶上的三顆星。其最靠右邊那顆是參宿三,它就發(fā)著最強烈的藍光,不過它看上去是三顆星里最暗的一顆,但它的質(zhì)量是太陽的20倍,亮度是太陽的9萬倍。另外一個藍色恒星是位于右肩的參宿五,剩下的大都是藍色超巨星。超巨星意味著它們核心氫已經(jīng)聚變完了,成為了宇宙真正的巨大的“藍胖子”。比如,右腳的參宿七直徑是太陽直徑的100倍。
而在腰帶下面代表著獵戶座“劍”的三顆星中間的那一顆,實際是獵戶座星云。
它距離我們1300光年,寬約24光年,只是太遠,所以看起像一顆星。而獵戶座左肩那顆發(fā)著紅光的參宿四是一顆紅巨星,天文學家認為它在未來100萬年內(nèi)將會超新星爆發(fā)。
宇宙中比太陽更亮的藍色恒星還是不少,但更多還是暗淡的紅矮星。另外,越大越亮越熱的恒星壽命越短,一般只能以百萬年來計算。反而是那些最冷最暗看似快要熄滅的紅色恒星壽命長,它們可以存活數(shù)萬億年。
真應了那句歌詞:長得帥,老得快;長得丑,活得久!
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