实测天体物理ch4恒星的观测

仙女星系，距离300万光年

人们怎样去研究如此遥远的天体？

第四章 恒星的观测§4.1 辐射基本知识 §4.2 恒星的距离和大小 §4.3 恒星的星等 §4.4 恒星的光谱和赫罗图 §4.5 双星和恒星质量

§4.1 辐射基本知识1. 电磁辐射 人们获得天体信息的渠道主要有四种： 电磁辐射 (electromagnetic radiation) 宇宙线 (cosmic rays) 中微子 (neutrinos) 引力波 (gravitational wave) 电磁辐射是其中最为重要的一种。

电磁辐射是以变化的电磁场传递能量、具有特 定波长和强度的波(波动性)。 波长范围：<0.01Å – 30 m 1 Ångstrom = 10-10 m (波长λ)×(频率ν) = 光速c = 3×1010 cms-1

根据波长由长到短，电磁辐射可以分为 射电、红外、光学、紫外、X射线和g射 线等波段，可见光又可分解为七色光。

电磁辐射由光子构成(粒子性) 光子的能量与频率(或颜色)有关：频率越高 (低),能量越高(低)。 E = hn, 其中Planck 常数h = 6.63×10-27 erg s-1

Max Planck

Albert Einstein

2. 黑体辐射 (blackbody radiation)

黑体 (blackbody) 能吸收所有的外来辐射(无反射)并 全部再辐射的理想天体。 黑体辐射 (blackbody radiation) 具有特定温度的黑体的热辐射。 大部分正常恒星的辐射可以近似地用 黑体辐射来表示。

Planck定律 温度为T的黑体在单位面积、单位时间、 单位频率内、向单位立体角发射的能量 为2hn 1 Bn (T ) = 2 hn / kT c (e - 1)3

不同温度黑体的辐射谱

Wien定律 黑体辐射最强处的波长lpeak与温度之间 的关系为 lpeakT=0.29 (cm K) 高温黑体主要辐射短波，低温黑体主要 辐射长波。

Example: Radiation from various objects with different temperature

Gas cloud

Young star

Sun

Cluster

同一天体的不同波段的辐射来自不同(温 度)的区域和物理过程。

Example 1: The Sun光学 紫外

X射线

射电

Example 2: The Spiral Galaxy M81

光学

中红外

远红外

X射线

紫外

射电

Stefan-Boltzmann定律 单位面积黑体辐射的能量 F=sT4 其中Stefan-Boltzmann常数 s=5.67×10 -5 erg cm-2s-1 K-4 平方反比定律 单位面积接收到的辐射 强度F与光源距离d的 平方成反比 F-2 d

3. 电磁波谱Kirchoff定律 热的、致密的固体、液体和气体产生连续谱； 热的、稀薄的气体产生发射线； 连续辐射通过冷的、稀薄的气体后产生吸收线。

Examples

太阳光谱

恒星形成区M17 中的热气体辐 射谱