关于此实验
按照恒星表面的温度和发出的光量绘制恒星的位置，它们并不会随机散布。大多数恒星落在一条称为主序的斜带上；其上方有少数温度较低但非常明亮的巨星，下方则有温度较高但暗淡的白矮星。探索从比邻星到参宿七的32颗真实恒星，创建任意质量的恒星并查看它的位置，然后让星团逐渐变老，观察主序如何从顶部开始逐渐消退。
学习目标
- 从赫罗图中读取光度、温度和光谱型
- 用 L = 4πR²σT⁴ 解释为什么巨星温度低却很明亮，而白矮星温度高却很暗
- 描述质量如何决定主序星的位置、光度和寿命
- 解释如何通过星团的转折点确定其年龄
- 说出图中的主要区域，以及它们分别代表的恒星演化阶段
使用方法
- 1点击太阳，然后点击天狼星B和参宿四。哪颗温度最高？哪颗最亮？哪颗最大？请使用等半径线。
- 2找出两颗温度几乎相同、但光度差异很大的恒星。它们一定有什么不同？
- 3创建一颗质量为0.1个太阳质量的恒星和一颗质量为10个太阳质量的恒星。比较它们的光度、颜色和寿命。
- 4找出这样一个质量：其恒星在主序阶段的寿命等于宇宙的年龄，约138亿年。
- 5将星团的年龄从300万年调整到100亿年。描述转折点如何移动，以及主序带下方会出现什么。
- 6使用星团按钮。估算昴星团、毕星团和M67的转折质量，并按年龄排列这些星团。
模型
假设
- 恒星数据是经过取整的文献值。许多亮星会发生变光，或其距离不确定，因此已发表的光度值相差10%至30%。
- 主序星的光度和半径与质量之间遵循分段幂律关系。这种近似的精度在几十个百分点以内，并非恒星模型。
- 该星团包含700颗恒星，按照萨尔彼得质量函数从0.4至20倍太阳质量的范围内抽样生成，使用固定随机种子。
- 离开主序阶段后，恒星会进入巨星区域，质量较小的恒星最终成为白矮星；质量超过8倍太阳质量的恒星则以超新星爆发结束生命。这些后期位置仅为示意，并非演化轨迹。
- 圆点大小随半径的对数增大，因此即使超巨星的宽度是太阳的1,000倍，图中也只会画得大几倍。
在课堂上试试这个实验
- Q1恒星X的温度与太阳相同，光度却是太阳的100倍。它的半径与太阳相比如何？
- Q2天狼星B比太阳更热，但亮度只有太阳的十八分之一。这说明它的大小如何？
- Q3大质量恒星的燃料更多，为什么寿命反而更短？
- Q4一个星团的主序上没有质量超过2个太阳质量的恒星。估算一下它的年龄。
- Q5为什么一个只有1,000万年历史的星团中没有白矮星？
常见问题
为什么温度的刻度是反向排列的？
这张图最初是按光谱型绘制的，光谱型从高温到低温依次为O、B、A、F、G、K、M。天文学家改用温度后仍保留了这一顺序，因此高温恒星位于左侧。
恒星会随着年龄增长沿着主序移动吗？
几乎不会。恒星在其大部分生命周期中都停留在主序上的一个近似固定位置，并随着氦在核心中积累而缓慢变亮。它的位置主要由质量决定。只有当核心中的氢耗尽时，才会发生大幅移动。
谁绘制了第一张图？
埃纳尔·赫茨普龙（1911年）和亨利·诺里斯·罗素（1913年）分别独立地绘制了亮度与颜色或光谱型之间的关系图。罗素注意到，颜色相同的巨星和矮星亮度差异极大，这表明它们的大小也截然不同。