03 恒星和星系—地球的宇宙环境～结合相关高考真题—超前培-【超前培优】备战2023年高考地理之探讨大学地理知识

地球的宇宙环境—恒星和星系～结合相关高考真题 宇宙是物质的。宇宙间的物质以各种形态存在着：有的是聚集态，构成各类星体；有的成弥散态，构成星云，即云雾状天体；还有弥散于广漠的星际空间，极其稀薄，称星际物质，包括星际气体和星际尘埃。所有这些物质统称天体。 宇宙间最重要的天体是恒星，太阳就是恒星的一个典型代表。恒星和星云都拥有极其巨大的质量。相比较而言，太阳系内的行星、卫星、彗星和流星体等，其质量是微不足道的。 大量的恒星和星云构成巨大的天体系统，叫做星系。它们是宇宙的基本构件。地球和整个太阳系所属的星系，叫银河系；银河系以外的无数星系，统称“河外”星系。 201 恒星 S201-1 恒星及其自行 在无月的晴夜里，繁星满天，除了屈指可数的几个行星外，它们都是恒星。人们花费了许多个世纪的时间，才了解到恒星就是一个个遥远的太阳。试想，要把白昼所看到的这个炽热、辉煌和光芒四射的太阳，同暗夜里的点点繁星等同起来，在那个时代，需要有多大的想像力！ 恒星都是由炽热气体组成的、能够自身发光的球形或类似球形的天体。它们之所以是炽热的和能够自行发光，是因为它们具有巨大的质量；正是由于恒星的质量巨大，它们在自引力作用下，形成球形或类似球形的天体。天体：地球大气层外、宇宙空间中，不附着于其他物体的物质。 恒星都极其遥远，因而都成为天空中的光点。直到150余年前，才有人测定它们的距离。离我们最近的那颗恒星是半人马座α（中名南门二），其距离是4.22光年。 光年是天文学上的一种距离单位，是光在一年里在真空中传播的距离。光速每秒近3×10⁵km，1光年=9.5×10¹²km。 这个数字的含义是，倘若半人马座α发生一起突发事件，譬如一次大的爆发过程，那么，在那以后的4年多时间里，我们对此事件将一无所知，因为再没有其它途径能使信息比光还快传递到我们这里。当我们极目向太空远跳时，在时间上说，我们是在看过去。我们现在所看到的，都是恒星“过去”的形象。 测定恒星的距离，知道它们在哪里？这就向知道恒星是什么迈进了一大步，能够由此知道它的许多情况。其中，有两个非常重要的性质几乎立即就可以获得，这就是该恒星的光度和垂直于我们视线方向的运动速度。 “恒”星的本意是“固定的星”，以区别于行星。所谓“固定”，并非指没有随天穹东升西落的周日运动，而是指它们在天球上的相对位置保持不变。例如，为人们所熟悉的北斗七星，尽管不停地“斗转星移”，却始终保持“斗”的形状不变。但是，恒星彼此间相对位置的不变性，只是近似的。事实上，恒星在空间不断地运动，而且，其速度可高达每秒数百千米，只是由于它们的距离太遥远，短期内不易被察觉而已！ 恒星的空间速度，可以分成两个分量，即视向速度和切向速度。前者是沿观测者视线的分量（离观测者远去为正，向观测者接近为负)；后者是同视向速度相垂直的分量，它表现为恒星在天球上的位移，并且被叫做自行（图2-1）。 恒星自行的速度，一般都小于每年0.1”，迄今只发现有400余颗恒星的自行超过每年1”。其中，自行最快的恒星是蛇夫座的巴纳德星，它的切向速度为每年10.31”。由此可知，恒星其实也不“恒”。 恒星的自行，没有统一的方向和速率。例如，北斗七星中的北斗一（天枢）和北斗七（摇光）的自行，与其它五颗星的自行大相径庭。多少年之后，北斗将变得面目全非（图2-2）。 §201-2恒星的发光和光谱 恒星能自行发光（指可见光），这是它的本质特征。恒星要产生可见光，其温度必然是很高的。为什么恒星能有很高的温度？这里有两方面的问题：一是质量大小问题，恒星有巨大的质量，因此，它有很高的中心温度，才能引起热核反应而释放大量能量；二是发展阶段问题，恒星并不是从来就发光的，也不会永远是发光的，只是在它生命史上的某个阶段才有发光现象，而且，在不同的演化阶段，会发出不同的光。 究竟要多大质量的天体才能发光？才算是恒星？根据对恒星质量的统计，大多数恒星的质量不小于太阳质量的10%，也不大于太阳质量的10倍。有些恒星的质量仅及太阳质量的百分之几；也有些恒星的质量超过太阳质量的一百倍。如此看来，能自行发光的天体，其质量至少要达到太阳质量的百分之几到百分之十。 人们为了区别不同的光，让星光通过分光镜一类的光学仪器，使不同波长或者说不同颜色的光，按其波长顺序排列成一条光带——光谱。吸收光谱的成因：白光通过气体时，被气体吸收掉其特征谱线波长的光。 我们知道，每一种物质当它发光的时候，都有自己独特的标志，也就是各种元素发出一定颜色，或者说一定波长的光，这叫发射光谱。 另一方面，它们也会吸收别的光源发射的光线，在连续光谱中出现暗色的吸收线，这叫吸收光谱。 有趣的是，各种元素（在低压下的炽热气体）所吸收的光线，正是它们（在同样条件下）所能够发射的光线。 恒星的光谱有不同的类型。不同光谱型之间的主要差别在于星光颜