天体与地球第三章恒星
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1. 恒星的能源——热核聚变 2. （1）热核聚变原理（贝特理论）
41H →4He
H核 1.00782质量单位 He核 4.002603质量单位 4×H核 - He核 = 0.0287质量单位
1克氢聚变产能6.5 ×1011焦= 20万吨煤热量
太阳每秒400万吨质量转化为能量 ----太阳寿命100亿年
恒 星 光 谱 型
11
（3）恒星的直径 直径范围： 几公里~108公里
（4）恒星的质量 质量范围： 0.1 ~ 几十M日
太阳质量 ： M日 ≈ 1.989 × 1033克
（2亿亿亿吨）
（5）恒星的密度 密度范围：10-9克/厘米3 ~10 15克/厘米3 （红超巨星） （中子星）
12
恒 星 的 体 积 与 密 度
16
量 天 ｜尺
造 父 变 星
17
造父变星的周光关系
18
二、赫 罗 图
1. 赫罗图：表示恒星的光谱型（表面温度） 与光度（体积）的关系图
赫茨普龙——罗素 H - R 2. 恒星在赫罗图内分布规律 （1 ）主序星：分布在主星序内的正常恒星 主星序：左上方---右下方的对角线带内， 集中了90%恒星。 主序星在主序内的分布规律：按质量由大
视 星 等 与 绝 对 星 等
7
8
③恒星光度（体积）分级：
Ⅰ. 超巨星 Ⅱ. 亮巨星 Ⅲ. 正常巨星 Ⅳ. 亚巨星 Ⅴ. 矮星（主序星） Ⅵ. 亚矮星 Ⅶ. 白矮星 恒星的光度与体积有关：温度相同
的恒星，体积越大，总辐射流量（光度）
越大，绝对星等越小。
9
（2）表面温度与恒星的光谱分类
----原恒星形成， 3000K
（2）原恒星演化阶段 a. 慢引力收缩(林忠四朗期)：对流输运能量。 b. 进入主序星阶段 ：辐射输运能量。
核心温度1千万K----热核聚变的临界温度； 恒星动态平衡： 释能 = 引力 34
恒星太阳的形成
35
太 阳 系 的 诞 生
36
二、恒星的青壮年 （主序星阶段）
② 红超巨星 光谱型为M， 3000 ~ 4000K， 红色； 体积更大，光度 >1000太阳
红巨星与红超巨星都是演化晚期的恒星。
（3）白矮星 分布在赫罗图的左下方。 光谱型为A, 1 ~ 2万K，白色；体积很小 白矮星是主序星经红巨星、红超巨星爆
发后遗留的致密内核。
23
赫 罗 图
24
赫罗图
25
的造父变星相互比较。
i．在一个星系中找出一个造父变星 ii. 观测确定它的亮度变化周期，由周 光关系推算出绝对星等M III. 根据观测亮度推算出视星等m IV. 据公式M = m + 5 - 5Lgr ，求距离r
③ I 型超新星----新的标准烛光
将遥远星系内的I 型超新星与银河
系内的I 型超新星相互比较。
①表面温度（有效温度）：40000-3000K
②哈佛光谱分类
光谱型 ： O、B、A、F、G、K、M
蓝白
黄红
次型 ： 每个谱型可分10个次型
③恒星光谱二元分类
哈佛光谱分类 + 光度级
太阳G2V ；黄色次二型；5770K；矮星
织女（天琴座α星）AOV：白色0次型；
温度10000K； 矮星
参宿四 （猎户座α星）M2I ：红色2次型10；
13
（6）距离 ① 三角视差法测距
② 造父变星的周光关系测距 a. 造父变星： 是高光度周期性脉动变星，光度曲线和 光度周期非常稳定，可作为宇宙的量天尺
----标准烛光。 b. 造父变星的周光关系： 光度周期（天）与绝对星等之间呈线性 函数关系。
14
三角视差法测距
15
c. 测距原理： 将遥远星系内的造父变星与银河系内
37
氢热核聚变有两种方式：
① P-P反应（质子-质子反应）
1H + 1H→2D + e+ + V （1）
2D+1H → 3He
（2）
3He + 3He → 4He + 21H （3）
（1）~（3）净结果：
41H → 4He + 2e+ + 2V
38
质子-质子反应
39
热核聚变原理（贝特理论） 41H → 4 He
第二节 恒星的形成和演化
一、恒星的形成
1. 恒星的孕育
（1）物质基础：气体H、He构成的弥漫星云
恒星的产房----老鹰星座石笋状星云
（2）收缩临界质量 星云> 103 ~ 104M日 （3）星云收缩的激发因素
① 超新星爆发； ② 进入星系旋臂区域
（4）星云演化结果 ① 旋转慢—单恒星
② 旋转快—双恒星（多恒星）
b. 晚型星（M、K型）：
小质量、低光度、长寿命
c. 中间型星 F、G型：
介于上述二者之间。
43
三、恒星晚年的演化--脱离主星序
离开主序星的物理变化--镜像法则： 中心核收缩--氢燃烧生成氦核，
③ 旋转中等，核心与包裹星云分离
—行星系统
26
蟹 状 星 云
27
马头星云
28
礁湖星云
29
恒星产房
30
---
太 阳 们 的 摇 篮 冷 的 暗 星 云
31
46亿年前太阳系的诞生
32
双恒星 33
2. 恒星的诞生 （1）星云快速引力收缩阶段
①星云收缩：10-18克/厘米3 ②形成凝聚核，10 -13克/厘米3 ③核心＞1500K ，H2→H→电离H+、e④原恒星增辉：核心向外辐射光，
到小，由左上方到右下方顺序排列。
主序星的质光关系 ：光度≈质量3.5 质量越大，恒星越亮；密度越低；寿命越19 短
赫 罗 图
20
赫 罗 图 和 它 的 发 明 者
21
主序星的排序与寿命
22
（2）红巨星与红超巨星 分布在赫罗图右上方
① 红巨星 光谱型为M，3000 ~ 4000K， 红色；体积大，光度 >100太阳
上述反应中均产生中微子V
太阳核物理研究中的中微子失踪案 41
碳 氮 氧 循 环 反 应
42
2.恒星在主序星阶段停留的时间
----恒星的寿命
（1）离开主序的条件：当聚变He占12%时
（2）主序星的寿命：
根据质光关系，光度与质量3.5 成正比
寿命与质量3.5 成反比
a. 早型星（ O、B型）：
大质量、高光度、低寿命
40
② 碳氧氮（CNO）循环反应
12C + 1H → 13N
（1）
13N → 13C + e+ + V
（2）
13C + 1H → 14N
（3）
14N + 1H → 15O
（4）
15O → 15N + e+ + V
（5）
15N + 1H → 12C + 4He （6）（1）~（6）净结果：
41H → 4He + 2e+ + 2V
41H →4He
H核 1.00782质量单位 He核 4.002603质量单位 4×H核 - He核 = 0.0287质量单位
1克氢聚变产能6.5 ×1011焦= 20万吨煤热量
太阳每秒400万吨质量转化为能量 ----太阳寿命100亿年
恒 星 光 谱 型
11
（3）恒星的直径 直径范围： 几公里~108公里
（4）恒星的质量 质量范围： 0.1 ~ 几十M日
太阳质量 ： M日 ≈ 1.989 × 1033克
（2亿亿亿吨）
（5）恒星的密度 密度范围：10-9克/厘米3 ~10 15克/厘米3 （红超巨星） （中子星）
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恒 星 的 体 积 与 密 度
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量 天 ｜尺
造 父 变 星
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造父变星的周光关系
18
二、赫 罗 图
1. 赫罗图：表示恒星的光谱型（表面温度） 与光度（体积）的关系图
赫茨普龙——罗素 H - R 2. 恒星在赫罗图内分布规律 （1 ）主序星：分布在主星序内的正常恒星 主星序：左上方---右下方的对角线带内， 集中了90%恒星。 主序星在主序内的分布规律：按质量由大
视 星 等 与 绝 对 星 等
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③恒星光度（体积）分级：
Ⅰ. 超巨星 Ⅱ. 亮巨星 Ⅲ. 正常巨星 Ⅳ. 亚巨星 Ⅴ. 矮星（主序星） Ⅵ. 亚矮星 Ⅶ. 白矮星 恒星的光度与体积有关：温度相同
的恒星，体积越大，总辐射流量（光度）
越大，绝对星等越小。
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（2）表面温度与恒星的光谱分类
----原恒星形成， 3000K
（2）原恒星演化阶段 a. 慢引力收缩(林忠四朗期)：对流输运能量。 b. 进入主序星阶段 ：辐射输运能量。
核心温度1千万K----热核聚变的临界温度； 恒星动态平衡： 释能 = 引力 34
恒星太阳的形成
35
太 阳 系 的 诞 生
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二、恒星的青壮年 （主序星阶段）
② 红超巨星 光谱型为M， 3000 ~ 4000K， 红色； 体积更大，光度 >1000太阳
红巨星与红超巨星都是演化晚期的恒星。
（3）白矮星 分布在赫罗图的左下方。 光谱型为A, 1 ~ 2万K，白色；体积很小 白矮星是主序星经红巨星、红超巨星爆
发后遗留的致密内核。
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赫 罗 图
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赫罗图
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的造父变星相互比较。
i．在一个星系中找出一个造父变星 ii. 观测确定它的亮度变化周期，由周 光关系推算出绝对星等M III. 根据观测亮度推算出视星等m IV. 据公式M = m + 5 - 5Lgr ，求距离r
③ I 型超新星----新的标准烛光
将遥远星系内的I 型超新星与银河
系内的I 型超新星相互比较。
①表面温度（有效温度）：40000-3000K
②哈佛光谱分类
光谱型 ： O、B、A、F、G、K、M
蓝白
黄红
次型 ： 每个谱型可分10个次型
③恒星光谱二元分类
哈佛光谱分类 + 光度级
太阳G2V ；黄色次二型；5770K；矮星
织女（天琴座α星）AOV：白色0次型；
温度10000K； 矮星
参宿四 （猎户座α星）M2I ：红色2次型10；
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（6）距离 ① 三角视差法测距
② 造父变星的周光关系测距 a. 造父变星： 是高光度周期性脉动变星，光度曲线和 光度周期非常稳定，可作为宇宙的量天尺
----标准烛光。 b. 造父变星的周光关系： 光度周期（天）与绝对星等之间呈线性 函数关系。
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三角视差法测距
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c. 测距原理： 将遥远星系内的造父变星与银河系内
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氢热核聚变有两种方式：
① P-P反应（质子-质子反应）
1H + 1H→2D + e+ + V （1）
2D+1H → 3He
（2）
3He + 3He → 4He + 21H （3）
（1）~（3）净结果：
41H → 4He + 2e+ + 2V
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质子-质子反应
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热核聚变原理（贝特理论） 41H → 4 He
第二节 恒星的形成和演化
一、恒星的形成
1. 恒星的孕育
（1）物质基础：气体H、He构成的弥漫星云
恒星的产房----老鹰星座石笋状星云
（2）收缩临界质量 星云> 103 ~ 104M日 （3）星云收缩的激发因素
① 超新星爆发； ② 进入星系旋臂区域
（4）星云演化结果 ① 旋转慢—单恒星
② 旋转快—双恒星（多恒星）
b. 晚型星（M、K型）：
小质量、低光度、长寿命
c. 中间型星 F、G型：
介于上述二者之间。
43
三、恒星晚年的演化--脱离主星序
离开主序星的物理变化--镜像法则： 中心核收缩--氢燃烧生成氦核，
③ 旋转中等，核心与包裹星云分离
—行星系统
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蟹 状 星 云
27
马头星云
28
礁湖星云
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恒星产房
30
---
太 阳 们 的 摇 篮 冷 的 暗 星 云
31
46亿年前太阳系的诞生
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双恒星 33
2. 恒星的诞生 （1）星云快速引力收缩阶段
①星云收缩：10-18克/厘米3 ②形成凝聚核，10 -13克/厘米3 ③核心＞1500K ，H2→H→电离H+、e④原恒星增辉：核心向外辐射光，
到小，由左上方到右下方顺序排列。
主序星的质光关系 ：光度≈质量3.5 质量越大，恒星越亮；密度越低；寿命越19 短
赫 罗 图
20
赫 罗 图 和 它 的 发 明 者
21
主序星的排序与寿命
22
（2）红巨星与红超巨星 分布在赫罗图右上方
① 红巨星 光谱型为M，3000 ~ 4000K， 红色；体积大，光度 >100太阳
上述反应中均产生中微子V
太阳核物理研究中的中微子失踪案 41
碳 氮 氧 循 环 反 应
42
2.恒星在主序星阶段停留的时间
----恒星的寿命
（1）离开主序的条件：当聚变He占12%时
（2）主序星的寿命：
根据质光关系，光度与质量3.5 成正比
寿命与质量3.5 成反比
a. 早型星（ O、B型）：
大质量、高光度、低寿命
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② 碳氧氮（CNO）循环反应
12C + 1H → 13N
（1）
13N → 13C + e+ + V
（2）
13C + 1H → 14N
（3）
14N + 1H → 15O
（4）
15O → 15N + e+ + V
（5）
15N + 1H → 12C + 4He （6）（1）~（6）净结果：
41H → 4He + 2e+ + 2V