文档介绍：第三节恒星和星系宇宙是物质的。宇宙间的物质以各种形态存在着:有的是聚集态,构成各类星体;有的成弥散态,构成星云,即云雾状天体;还有弥散于广漠的星际空间,极其稀薄,称星际物质,包括星际气体和星际尘埃。所有这些物质统称天体。宇宙间最重要的天体是恒星,太阳就是恒星的一个典型代表。恒星和星云都拥有极其巨大的质量。相比较而言,太阳系内的行星、卫星、彗星和流星体等,其质量是微不足道的。大量的恒星和星云构成巨大的天体系统,叫做星系。它们是宇宙的基本构件。地球和整个太阳系所属的星系,叫银河系;银河系以外的无数星系,统称“河外”星系。201恒星§201—1恒星及其自行恒星都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。它们之所以是炽热的和能够自行发光,是因为它们具有巨大的质量;正是由于恒星的质量巨大,它们在自引力作用下,形成球形或类似球形的天体。恒星都极其遥远,因而都成为天空中的光点。直到150余年前,才有人测定它们的距离。离我们最近的那颗恒星是半人马座a(中名南门二),。“恒”星的本意是“固定的星”,以区别于行星。所谓“固定”,并非指没有随天穹东升西落的周日运动,而是指它们在天球上的相对位置保持不变。例如,为人们所熟悉的北斗七星,尽管不停地“斗转星移”,却始终保持“斗”的形状不变。但是,恒星彼此间相对位置的不变性,只是近似的。事实上,恒星在空间不断地运动,而且,其速度可高达每秒数百千米,只是由于它们的距离太遥远,短期内不易被察觉而已!恒星的空间速度,可以分成两个分量,即视向速度和切向速度。前者是沿观测者视线的分量(离观测者远去为正,向观测者接近为负);后者是同视向速度相垂直的分量,它表现为恒星在天球上的位移,并且被叫做自行。恒星自行的速度,″,″。其中,自行最快的恒星是蛇夫座的巴纳德星,″。由此可知,恒星其实也不“恒”。恒星的自行,没有统一的方向和速率。§201—2恒星的发光和光谱恒星能自行发光(指可见光),这是它的本质特征。恒星要产生可见光,其温度必然是很高的。为什么恒星能有很高的温度?这里有两方面的问题:一是质量大小问题,恒星有巨大的质量,因此,它有很高的中心温度,才能引起热核反应而释放大量能量;二是发展阶段问题,恒星并不是从来就发光的,也不会永远是发光的,只是在它生命史上的某个阶段才有发光现象,而且,在不同的演化阶段,会发出不同的光。能自行发光的天体,其质量至少要达到太阳质量的百分之几到百分之十。恒星的光谱有不同的类型。不同光谱型之间的主要差别在于星光颜色,而颜色实际上是恒星温度的反映。红色的星,表面温度最低,约为3000k,黄色星约为6000K,太阳便属于这一类恒星;白色星约为10000—20000K,带蓝色的星温度最高,可达30000—100000K。按物理学定律,温度越高,光谱最明亮(辐射强度最大)部分越接近蓝色一端。为此,人们只要在谱线中找出最明亮部分所对应的波长,便可推算出恒星的表面温度。化学家们凭光谱中的发射线(亮线)证认各种元素,天文学家则凭光谱中的吸收线(暗线)和发射线,研究天体的物理性质和化学成分。来自恒星的光,首先要通过自身的大气层,所以,大多数恒星的光谱是带有吸收线的连续光谱。少数恒星的光谱还有一些发射线,或者只有发射线而没有吸收线。根据恒星光谱的研究,不同温度的恒星,其化学组成大同小异。对于大多数恒星来说,主要成分是氢,约占90%;其次是氦,约占10%。其它元素很少,不足1%。此外,通过光谱分析可以确定恒星的光度,比较它的视亮度,就能推知恒星的距离。星光成了传递天体的各种信息的远方使者,故被称为“有色的语言”。§201—3多普勒效应奥地利物理学家多普勒(1803—1853)从声波传播中发现,波的频率要因声源与观测者的相对运动而变化,并解释了这种现象,因而被叫做多普勒效应。多普勒效应是一切种类波所共有的现象,也适用于光波和电磁波。测定光的多普勒效应的最好办法,是观测它的谱线的变化:例如,大多数恒星的光谱里,在紫外光部分都有两条暗线,这是被钙气吸收所致。令人诧异的是,遥远星系光谱里的这两条暗线,却不是处在它们应处的位置上,而是稍稍移向低频端(即红端)。这种现象称为“红移”。星系距离愈远,谱线“红移”愈显著,甚至使这两条应处于紫外光部分的暗线,移到了红光一端。这种某频率谱线的位移现象,说明该天体正在与观测者作相对运动。可见光谱如果发生了红移(波的频率降低,波长变长),表明该天体正在退行;反之,若谱线发生紫移(波的频率升高,波长变长),该天体就在向我们接近。多普勒效应为天文学家提供了一种测定天体视向速度的方法:只需测定天体的光的波长变化,便能求得该天体相对于我们的速度。§201-4恒星的亮度和光度恒星