点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

首页> 科普频道> 天文前沿 > 正文

天文中的“相图”

来源:光明网2020-11-17 11:08

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  相图,本质是一种参数空间分布图。它是研究物态的重要工具。如我们所熟知的,通过水的相图,可以区分水的不同状态(图1)。由于可以控制实验条件,所以可以将压强和温度构成的参数空间填满,使得相图的各个部分看起来都是连续的。

天文中的“相图”

图1. 水的相图(图源:网络)

  科学家对天体性质的探索,也和对物质性质的探索一样,是在探索天体在参数空间中的分布,这本质上就是在绘制天体的“相图”。

  天文学中最著名的相图应该是恒星的颜色-星等图,即所谓赫罗图(图2是Gaia卫星给出的赫罗图)。从赫罗图上的恒星分布我们知道了大部分恒星位于一条主序带上,还有一些恒星离开了主序,分布在红巨星分支、水平分支等位置。从这些位置的恒星数量我们可以大致估计恒星待在这些位置的时间长度的比例。因为主序上恒星数量众多,根据“数量比”我们知道恒星大部分时间待在主序上。也就是说,恒星的光度和温度基本恒定,这也是“恒”的其中一层意思。

  早前,人类观测到的恒星较少时,赫罗图上的一些结构不太明显,比如白矮星序列。而在Gaia发布的赫罗图中,白矮星序列已经非常明显了。

天文中的“相图”

图2. Gaia卫星发布的赫罗图(图源:Gaia卫星)

  恒星还有其他物理量,所以也可以有其他相图,比如质量-半径图。

  质量-半径图是研究致密星物态的重要工具(图3)。白矮星和中子星是两种致密星,在质量差不多的情况下,中子星的半径大约比白矮星小一千倍。这两种致密星的特点都是质量越大半径越小,一个推论就是,这两种致密星都有质量上限,当质量增大到某个值,引力就太强了,它们必然会塌缩。

天文中的“相图”

图3. 致密星的质量半径关系(图源:Steiner et al. 2013, ApJ, 765, L5)

  超过质量极限的白矮星有可能变成中子星,而根据现在的理论,超过质量极限的中子星只能塌缩成黑洞。也有理论认为,致密星中有一些是夸克星。这种星的质量-半径关系和中子星不同,所以在图3中占据了不同的区域。未来的观测或许会发现这个区域的天体,那样就能证实夸克星的理论了。

  中子星中有一部分是脉冲星,这是一种快速转动并且从两极发出射电辐射的中子星。脉冲星有两个重要物理量,一个是周期,另一个是周期的变化率。周期-周期变化率图就是脉冲星的相图。

天文中的“相图”

图4. 脉冲星的周期-周期变化率图(图源:NRAO)

  从图4中可以区分出通常的脉冲星、毫秒脉冲星和磁场特别强的磁星。

  和恒星一样,行星、卫星和矮星系也是有明确定义的天体,质量-半径图也可以用作这些天体的相图,从质量-半径图可以区分类地行星和类木行星。不过现在对系外行星的测量还没有太阳系行星那么精确。

  对于行星,还有一种有用的相图,就是行星围绕的恒星的温度和行星距离恒星的距离组成的相图,从这种图上可以看出什么范围的行星表面是否可能有液体水,这个范围就是所谓宜居带(图5)。

天文中的“相图”

图5. 系外行星系统的宜居带(图源:Chester Haiman)

  宇宙中的其他天体没有恒星和行星这么明确的定义,例如分子云、星系。相对而言,星系还有一些较好的相图,比如用于选择活动星系的BPT图,这是一种发射线的线强比图。但分子云到目前还没有特别好的相图,因为分子云是一种比较弥散的星际介质云,没有明确的边界,有些物理量也测得不精确。

  不过,随着我们对天体认识越来越深入,对物理量的测量越来越精确,图上的点越来越多,现在看来不太像相图的那些相关关系或许有一天就会变成赫罗图那样的天体“相图”。

  作者简介:钱磊,中科院国家天文台副研究员。2009年至今在中国天眼FAST工程工作。在大科学装置调试期间,负责FAST的观测规划和数据格式转换等工作,期间参与发现了一批脉冲星,包括FAST首颗脉冲星。2018年入选中国科学院青年创新促进会,2019年获“北京青年优秀科技论文”一等奖。

[ 责编:赵宇豪 ]
阅读剩余全文()

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 日/周
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 庆祝人民空军成立77周年无人机光影表演在长春上演

  • 承古开新 西安有章

独家策划

推荐阅读
2026文化科技产业发展论坛9日在湖南长沙开幕,在论坛现场,2026文化科技融合十大典型案例以及20个创新案例发布。
2026-11-10 01:40
访客随手拿起一张,掏出手机或用现场扫码器扫一扫二维码,技术亮点、应用场景、项目负责人信息等全部跃然眼前。厚重的专利卷宗、深奥的学术论文,就这样化作产业人士可以快速读懂的内容。
2026-11-10 01:40
镜头这边,是华东政法大学研支团的黄祖维、常秩豪、杨朗;镜头那头,是云南普洱景东华政附属三合麦地小学的小学生,和新疆喀什巴楚县第二中学的初高中生。500多个孩子,隔着屏幕看进博。这是华政研支团连续第五年开展“云端看进博”,3位讲师刚结束一年支教,曾站在这两处山乡讲台,如今是进博会的“小叶子”。
2026-11-10 02:00
事实上,这并不是镜片行业一次偶然的“乱”。这背后,是标准的缺失与监管模糊地带的长久存在。眼镜虽小,却关乎几亿人的明亮“视”界。近视防控镜片行业信任的“标尺”,不仅应尽快立起来,更要立得牢。
2026-11-10 01:40
那时,一封薄薄的书信从江苏昆山寄到钱七虎手中,寄信人叫李珍珍,一个还在读中学的女孩。她不是钱七虎的亲孙女,而是他在家乡昆山资助的第一个孩子。
2026-11-10 01:40
11月10日,第九届进博会将落下帷幕。25年前的11月10日,多哈的一声木槌宣告中国加入世界贸易组织。25年前,中国拥抱世界市场;25年后,世界共享中国市场。这个特殊的日子,标注出中国与世界关系的深刻变迁。
2026-11-10 02:00
美国国家航空航天局(NASA)近日确认,“尼尔·格雷尔斯·斯威夫特天文台”(以下简称“雨燕”)已于美国东部时间11月4日7时39分(北京时间4日20时39分),在印度尼西亚北苏门答腊地区上空再入地球大气层。NASA表示,10月20日,“雨燕”的轨道高度已下降至约275公里,无法再稳定维持科学观测所需的姿态,任务团队随后结束了其运行。
2026-11-09 10:11
携程研究院分析师方泽茜也用“花香自有蝶飞来”作出注解——入境“科技游”火热,正是中国制造与科技创新能力向外溢出,落到旅游消费的直接体现。在方泽茜看来,“科技游”为青少年搭建起连接知识与兴趣的桥梁,“社交打卡+文化沉浸”的科技场景,精准契合他们的偏好。
2026-11-09 10:11
大型邮轮被誉为造船工业“皇冠上的明珠”。继2023年11月“爱达·魔都号”华丽亮相,11月6日,第二艘国产大型邮轮“爱达·花城号”在上海交付,船型体量更大,配套设备更先进,船体也更加秀美。
2026-11-09 10:11
近日,产自宁夏银川市贺兰县盐碱水域的湖蟹经厦门中转,顺利运抵马来西亚吉隆坡国际机场。这是宁夏活蟹获得出口资质后的首单自营出口,宁夏盐碱特色水产品自此正式进入海外市场。
2026-11-09 10:10
”中国原子能科学研究院副研究员孙伟介绍,“日冕加热”问题不仅是当代天文学的未解之谜,也是国际研究的前沿热点问题之一。在实验室里摸清日冕的加热机制,有助于摸准太阳的“脾气”,进一步提升空间天气预报模型的准确度,为相关设备预留更充裕的防护时间。
2026-11-09 10:10
11月,在山东建筑大学,虽已回到校园,但建筑电气与智能化专业学生王凡的思绪却总回到千里之外的青海金银滩草原。今年夏天,他作为山东赴海北暑期交流实习队伍的一员,在青海海北藏族自治州海晏县应急管理局实习了两个月。
2026-11-06 09:49
11月5日,“雪龙2”号极地科考破冰船在海南三亚南山港科考码头进行停靠补给并举行公众开放日活动。图为“雪龙2”号极地科考破冰船。
2026-11-06 09:48
恒星的亮度并非恒定不变,有的会突然变亮,有的会骤然变暗,变化快的,几分钟内便完成一轮明暗变化。臧伟呈表示,这项巡天的初始科学目标,是用微引力透镜方法搜寻地球到火星质量级别的流浪行星。
2026-11-06 09:47
作者:庄伟光、吴源(分别系广东省政府文史研究馆馆员、省社科院研究员,广东省习近平新时代中国特色社会主义思想研究中心特约研究员;农文旅融合,不是农业做背景、文化贴标签、旅游凑项目的简单叠加,而是生产要素的创造性重组。
2026-11-06 09:45
河北邯郸曲周县,昔日“春天白茫茫,夏天水汪汪”的盐碱荒滩,经一代代耕耘者科技赋能、接续改良,已从亩产“一背篓”迈向“绿色吨半粮”的高产田。丰收之外,耕耘者持续探索生态友好耕作模式,改良土壤、养护地力,跳出单一追求高产的思维模式,稳步迈向可持续稳产增收之路。
2026-11-06 09:44
一组膜材料样品刚完成溶剂耐受性测试,教师第一党支部书记李卫星招呼大家把椅子一拢,在实验台旁围坐一圈,开始学习党的二十届五中全会精神。譬如,分离膜是芯片、生物医药领域的关键材料,下一步,我们要抓紧攻关,把国产替代做出来……”  “攻克‘卡脖子’难题,离不开良好的科研风气。
2026-11-06 09:42
此次研究旨在将结构知识融入大规模序列学习,同时保持模型在不同结构与功能任务中的适应性和泛化能力。中国科大生物医学工程学院博士朱河勤为论文第一作者,该校教授周少华和特任研究员熊鹏为该文章共同通讯作者。
2026-11-05 09:18
创新是一个民族进步的灵魂,是一个国家兴旺发达的不竭动力。习近平总书记指出,“着眼发展新质生产力,强化科技创新和产业创新深度融合,建设具有国际竞争力的现代化产业体系”。
2026-11-05 04:25
每年这个时节,乌镇处处都会涌动着创新的生机与活力——由于世界互联网大会乌镇峰会的约定,各方宾客带来最前沿的技术、最先进的成果、最领先的思想,让这里成为世界观察中国数字发展、中国参与全球数字治理的窗口。
2026-11-05 04:25
加载更多