一颗恒星的质量、亮度、温度、颜色之间是什么样的关系

一颗恒星的质量、亮度、温度、颜色之间是什么样的关系

它们之间的关系很复杂.看赫罗图. 上面三张图都是赫罗图.一颗恒星从诞生到死亡,它的质量变化不大,但它的亮度、温度和颜色是变化的.恒星的质量是诞生时就基本确定的.除密近双星外,恒星在它的各个演化阶段,质量基本不变.恒星的亮度一般称为光度,就是恒星的发光能力.在天文学上,用星等表示,星等越高,亮度越低.二等星比一等星光度暗10倍,比一等星亮10倍的就是0等星,依此类推.星等有视星等和绝对星等之分.视星等是我们从地球上看上去的星等；绝对星等是把所有恒星都放在距离我们10秒差距（32.6光年）的地方,再看恒星的星等,它反映的是天体的真实光度.在赫罗图中,用的是绝对星等代表的真实光度.在主序星阶段,恒星的亮度、温度和颜色变化不大,亮度基本由它的质量决定.恒星质量小,核聚变反应的强度相对较低,对外输出能量少,则直径小,发光面积小,亮度就低.恒星质量大,核聚变反应的强度相对较高,对外输出能量多,则直径大,发光面积大,亮度相应就高.这是在主序星阶段的亮度与质量的关系.恒星的亮度还与恒星的演化阶段有关.一旦恒星脱离主序星阶段,亮度变化是很大的.当恒星从主序星演变为一颗红巨星时,外层膨胀,恒星体积增加,表面积增加,发光面积增加,亮度会增加.当小质量恒星外层物质继续膨胀,并逐渐消散于宇宙空间后,露出内部的白矮星,发光面积迅速减小,光度也会迅速减小,有时会因为太小而变得不可见.当大质量恒星外层物质膨胀时,内部物质会收缩.直到内部能够进行核聚变反应的物质都消耗完了,恒星会以超新星的形式突然爆炸,在极短时间内,光度会上升数十万倍,有时,会比一个星系的亮度还要高.但很快（几个月到几年内）,随着爆炸物质的消散,亮度会迅速下降.对于恒星的颜色,不论质量大小和演化阶段,恒星的颜色只与表面温度有关.我们都有这样的经验：把一根铁棍加热,随着温度的升高,铁棍先是变成暗红色,再变红,再变成橙色、黄色、黄白色、白色,如果忽略铁是否固态、液态等等,如果继续加热,它还会变成蓝白色、蓝色.这说明,物体温度升高时,就会向外发出辐射.温度越高,辐射的波长越短,频率越高.恒星也是一样的.恒星质量大时,对外输出能量多,表面温度高,恒星的颜色也就越趋向于白色、蓝色；恒星质量小时,对外输出能量少,表面温度相对较低,恒星的颜色也就越趋向于橙色、黄色,甚至红色.我们的太阳是一颗处于主序星阶段的小质量恒星,它的表面温度约为5700度,相应地,发出橙黄色的光.参宿七的表面温度12000K,是一颗蓝白色星；天狼星的表面温度约为10000K,织女星的表面温度为9700K,都是白色星；心宿二的表面温度为3650K,参宿四的表面温度约3500K,温度比太阳低得多,是红巨星,发出红色光.恒星演化至白矮星时,表面温度成为白矮星的温度,而它的温度通常是超过1万度的,于是,白矮星发出白色光.超新星爆发后,在残留的星云中央,通常会留下一颗中子星,中子星的直径只有几十公里,太小,不管温度多高,在可见光波段也看不到.但它会发出不可见的高频射线,可以被探测到.恒星的质量、亮度、温度、颜色之间的关系,大体就是这样.总之,对于主序星,质量决定大小,大小决定亮度.质量决定温度,温度决定颜色.对于红巨星,大小决定亮度,且高亮度、低温度,温度决定颜色.对于白矮星,大小决定亮度,且高温度、低亮度,温度决定颜色.