恆星性質與赫羅圖

有效溫度

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把一塊鐵加熱,它會發光:先是暗紅,再到橙色,然後黃白,如果還能更熱,就會變成藍白。顏色告訴你溫度。恆星在宏大尺度上做著同樣的事——一顆恆星的顏色,就是它表面的溫度計讀數。有效溫度就是這個讀數:一個數字,概括了恆星發光外層有多熱。

更確切地說,恆星並不是一個完美均勻的表面,於是天文學家把它的有效溫度定義為:一個能輻射出相同單位面積總能量的理想輻射體(黑體)所對應的溫度。根據斯特藩—玻爾茲曼定律,單位面積輻射的能量隨溫度的四次方增長;根據維恩位移定律,恆星最明亮的那個顏色會隨著升溫而移向更短(更藍)的波長。太陽的有效溫度約為 5800 開爾文,峰值在黃綠光;一顆紅矮星可能約 3000 K,一顆熾熱的藍星則超過 20000 K。

有效溫度是赫羅圖的橫軸(通常把高溫畫在左邊),也是恆星光譜型和色指數背後的物理含義。它描述的不是熾熱的核心,而只是光球層——光線得以逸出的可見表面。兩顆溫度相同的恆星,如果一顆大得多,光度可以相差懸殊,赫羅圖正是藉此把巨星與矮星區分開來。

參宿四(Betelgeuse)明顯呈紅橙色,因為它表面只有約 3500 K;而幾度之外的參宿七(Rigel)呈藍白色,約 12000 K。同一個星座,溫度尺度的兩端——你幾乎能用肉眼直接讀出來。

顏色就是溫度計:越紅越冷,越藍越熱。

與直覺相反,藍色的恆星才是熱的,紅色的恆星是冷的——和我們給水龍頭標顏色的習慣正好相反。有效溫度也只指表面;恆星核心要熱上數百萬度。

又稱
surface temperatureT_eff有效温度表面温度