恒星光谱分类法

作者|方   粤

审核|郑启烛

编辑|席宇博

夜空繁星点点,其中大部分都是恒星,而描述地球与恒星之间距离的单位是光年(真空中的光在一年的时间里行进的长度,单位ly,1ly约为9.46×10¹²km。各位小伙伴注意啦,光年是长度单位,不是时间单位哦)以及秒差距(太阳到地球距离所对张角为1角秒处的天体距离,单位pc。听起来微不足道是嘛?然而1pc约为3.26ly,1pc竟然比1ly还大吖)。研究这些遥远的恒星成分和性质似乎不太可能,不过正如之前小星已经介绍过的,聪明的人类找到了这样的方法——恒星光谱。下面小星就给大家介绍一下历史上主要的恒星光谱分类方法吧。

西奇分类法

安吉洛•西奇(图片来源于维基百科)

从1863年开始,意大利的天文学家西奇神父收集恒星的光谱,累积了大约4000颗恒星的资料,于1868年发表。经由分析这些资料,他发现恒星的类型和子类型的数量是有限的,可以将其依照光谱的不同而加以区分。从这一个概念,他发展出有系统的恒星分类:

第一类:白色和蓝色的恒星,光谱有厚重的氢线和金属线。如天狼星和织女一。(现在的A类)

第二类:黄色星,氢的强度减弱,但是金属线更为明显。如太阳和大角星。(现在的G和K类)

第三类:有宽阔谱线的橙色和红色星。如参宿四和心宿二。(现在的M类)

第四类:有明显碳带的暗红色星和碳星。

第五类:1878年增加。有发射线的恒星。

西奇认为这样的分类与恒星温度有关,但他没有进一步研究光谱中谱线和光带与构成恒星的化学元素之间的联系。

哈佛分类法

哈佛大学天文台(图片来源于维基百科)

今天的恒星分类来自19末到20世纪初哈佛大学天文台进行的大规模恒星光谱分类研究。1876年,美国天文学家爱德华.皮克林担任哈佛天文台台长,皮克林在任期间给哈佛大学天文台装备了巡天望远镜,以开展大规模的恒星光谱学研究。具体的数据分析与光谱分类工作是由以坎农为首的十几位女天文学家完成的,其结果于1918~1924年陆续刊布的HD星表(亨利•德雷帕星表)及其续表上。哈佛分类法将恒星分类为O、B、A、F、G、K、M(、R、N、S)等类型,其中,O、B、A型称为早型星,F、G型称为中间型,K、M、R、N、S型称为晚型星。O型表面有效温度最高,M型最低。每种光谱型根据谱线强度加上阿拉伯数字后缀(范围0~10,可取小数)分成数个次型,例如温度最高的B型星是B0,参宿四光谱型为O9.5。

正在对恒星光谱进行分析的女天文学家(图片来源于网络)

O型星:表面温度大于28000K,具有He II、He I、H I吸收线和强紫外连续谱。

B型星:表面温度介于10000K到28000K之间,He II线消失,He I线在B2型最强,H线从B0到B9逐渐增强。

A型星:表面温度介于7500K到10000K,H吸收线在A0达到最强,然后强度开始下降,Ca II线从A0到A9逐渐增强。

F型星:表面温度介于6000K到7500K,拥有很强的Ca II线,Fe和其他金属元素的线开始出现。

G型星:表面温度为4900K到6000K,太阳就属于此类(G2型,表面温度约5780K),Ca II线非常强,Fe和其他金属元素的线也开始增强,H线较弱。

K型星:温度在3500K到4900K,拥有各种中性金属线,分子带(CH和CN)出现,蓝色谱段很弱。

M型星:表面温度小于3500K,由分子带主导,中性金属线强。

R、N型星:光谱与K、M型类似,但含有较多碳元素,也被称为碳星,因此R、N型也称C型。

S型星:光谱与M型类似,但含有很强的低温重金属(如TiO、ZrO)分子吸收带。

哈佛分类法(图片来源于NSF)

有一句口诀专门用于记住这十大恒星分类的顺序:Oh, Be A Fine Girl! Kiss Me! Right Now, Smack!不过这种分类法的创立者——十几位女天文学家——一定想要将Girl换成Guy。

除了上述10种类型外,还有W型(沃尔夫-拉叶星,有宽而强的发射线,其中有He II)、D型(白矮星)、P型(行星状星云)、Q型(新星)、L型(红矮星)、T型(褐矮星)等。

威尔逊山系统分类法

威尔逊山天文台(图片来源于网络)

哈佛分类法是基于温度的一元的分类法,20世纪20年代美国威尔逊山天文台根据有缝摄谱仪拍的光谱建立了一种基于温度和光度的二元分类系统。这种分类法在哈佛分类标记前加上一个小写拉丁字母,c表示超巨星﹐g表示巨星,sg表示亚巨星﹐d表示矮星,sd表示亚矮星。因为太阳是黄矮星,所以在这种分类系统中,太阳的光谱型为dG2。

摩根-基南分类法

摩根(右)与基南(左)(图片来源于网络)

20世纪40年代,美国天文学家摩根和基南提出了基于温度和光度的另一种二元恒星光谱分类法,比威尔逊山系统更为完善,称为摩根-基南分类系统(MK分类系统)。这种分类方法以哈佛分类法为基础,在哈佛分类标记后面加上罗马数字表示光度类型,即:0特超巨星、Ⅰ超巨星、Ⅱ亮巨星、Ⅲ正常巨星、Ⅳ亚巨星、Ⅴ主序星、Ⅵ亚矮星、Ⅶ白矮星。Ⅲ~Ⅳ表示光度介于Ⅲ和Ⅳ之间。光度大的称为巨星,小的称为矮星。因为太阳是一颗主序星,所以它的光谱型是G2 V。

叶凯士分类法

叶凯士天文台(图片来源于芝加哥大学图书馆)

也称为摩根-基南-凯尔曼分类系统(MKK分类系统)。在摩根-基南分类系统的基础上,在光度类型加后缀a(光度最高)、ab、b(光度最低),以进一步细分,如五帝座一光谱型为A3 Va。

除了以上几种标准光谱型表示之外,还可以在光度类型后加小写拉丁字母表示非标准特征,

e或f:发射线

m:金属线

n:星云线

p:特殊光谱

q:天鹅座P型星

v:变星光谱

如策星(仙后座γ)的光谱型为B0 Ⅳ npe,天狼星为A0 m。

参考资料

1、维基百科——恒星光谱

https://zh.m.wikipedia.org/zh-cn/%E6%81%92%E6%98%9F%E5%85%89%E8%B0%B1

2、 http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=80023&do=blog&id=1029583

3、伊恩•里德帕斯著,李元、沈良照、李竞、齐锐、曹军、李鉴、陈冬妮、姜晓军译,诺顿星图手册,湖南科学技术出版社,2012年2月

4、向守平,天体物理概论,中国科学技术大学出版社,2008年11月

5、苏宜,天文学新概论(第四版),科学出版社,2008年8月

END

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