關於此實驗
按照恆星表面的溫度和發出的光量繪製恆星的位置，它們並不會隨機散布。大多數恆星落在一條稱為主序的斜帶上；其上方有少數溫度較低但非常明亮的巨星，下方則有溫度較高但暗淡的白矮星。探索從比鄰星到參宿七的32顆真實恆星，建立任意質量的恆星並查看它的位置，接著讓星團逐漸變老，觀察主序如何從頂端開始逐漸消退。
學習目標
- 從赫羅圖中讀取光度、溫度和光譜型
- 用 L = 4πR²σT⁴ 解釋為什麼巨星溫度低卻很明亮，而白矮星溫度高卻很暗
- 描述質量如何決定主序星的位置、光度和壽命
- 解釋如何透過星團的轉折點確定其年齡
- 說出圖中的主要區域，以及它們分別代表的恆星演化階段
使用方法
- 1點擊太陽，然後點擊天狼星B和參宿四。哪顆溫度最高？哪顆最亮？哪顆最大？請使用等半徑線。
- 2找出兩顆溫度幾乎相同、但光度差異很大的恆星。它們一定有什麼不同？
- 3建立一顆質量為0.1個太陽質量的恆星，以及一顆質量為10個太陽質量的恆星。比較它們的光度、顏色和壽命。
- 4找出這樣一個質量：其恆星在主序階段的壽命等於宇宙的年齡，約138億年。
- 5將星團的年齡從300萬年調整到100億年。描述轉折點如何移動，以及主序帶下方會出現什麼。
- 6使用星團按鈕。估算昴宿星團、畢宿星團和M67的轉折質量，並按年齡排列這些星團。
模型
假設
- 恆星資料是經過取整的文獻值。許多亮星會發生變光，或其距離不確定，因此已發表的光度值相差10%至30%。
- 主序星的光度和半徑與質量之間遵循分段冪律關係。這種近似的精度在數十個百分點以內，並非恆星模型。
- 此星團包含700顆恆星，依照薩爾彼得質量函數，從0.4至20倍太陽質量的範圍內抽樣產生，並使用固定的隨機種子。
- 離開主序階段後，恆星會進入巨星區域，質量較小的恆星最終成為白矮星；質量超過8倍太陽質量的恆星則以超新星爆發結束生命。這些後期位置僅為示意，並非演化軌跡。
- 圓點大小隨半徑的對數增大，因此即使超巨星的寬度是太陽的1,000倍，圖中也只會畫得大幾倍。
在課堂上試試這個實驗
- Q1恆星X的溫度與太陽相同，光度卻是太陽的100倍。它的半徑與太陽相比如何？
- Q2天狼星B比太陽更熱，但亮度只有太陽的十八分之一。這說明它的大小如何？
- Q3大質量恆星的燃料更多，為什麼壽命反而更短？
- Q4某個星團的主序上沒有質量超過2個太陽質量的恆星。估算一下它的年齡。
- Q5為什麼一個只有1,000萬年歷史的星團中沒有白矮星？
常見問題
為什麼溫度的刻度是反向排列的？
這張圖最初是按光譜型繪製的，光譜型從高溫到低溫依序為O、B、A、F、G、K、M。天文學家改用溫度後仍保留了這個順序，因此高溫恆星位於左側。
恆星會隨著年齡增長沿著主序移動嗎？
幾乎不會。恆星在其大部分生命週期中都停留在主序上的一個近似固定位置，並隨著氦在核心中累積而緩慢變亮。它的位置主要由質量決定。只有當核心中的氫耗盡時，才會發生大幅移動。
誰繪製了第一張圖？
埃納爾·赫茲普龍（1911年）和亨利·諾里斯·羅素（1913年）分別獨立地繪製了亮度與顏色或光譜型之間的關係圖。羅素注意到，顏色相同的巨星和矮星亮度差異極大，這表示它們的大小也截然不同。