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 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

独家策划

推荐阅读
脑机接口、空中“飞的”、量子通信……今天的安徽,前沿科技早已褪去“高冷”,不断向下扎根,托起民生幸福。”  
2026-08-17 10:13
记者张胜日前从生态环境部获悉,当前我国已基本建成覆盖全面、要素齐全、布局合理的国家监测网络,共布设各类国控监测站点5.8万个,8颗生态环境卫星组网运行。这位负责人表示,面向“十五五”,生态环境部将聚力打造“全域感知、人机协同、自主可控、智能高效”的国家监测网络2.0版本,支撑美丽中国建设取得新的重大进展。
2026-08-17 10:12
理想的钙钛矿太阳能电池须至少满足两个要求——效率要高,还得用得久。“等离子体驱动的界面重构,突破了传统气相、液相、固相钝化方法在可控性、大面积均匀性上的限制,为未来高性能钙钛矿光伏组件产业化制备提供了重要技术参考。正因如此,科学家才将它定为未来光伏技术的重要候选活性层材料之一。
2026-08-17 10:12
记者从安徽农业大学获悉,8月16日,在广西南宁召开的第32届全国大豆科研生产研讨会上,该校王晓波教授代表研发团队发布了大豆领域垂直大模型“丰菽”2.0。
2026-08-17 10:11
2025年秋,南宁五象新区新兴科技园,一所由桂林电子科技大学牵头联合香港科技大学、香港科技大学(广州)等高校共建的“广西人工智能学院”正式开学。学院将充分利用广西面向东盟的独特区位优势,加快与更多东盟国家高校共建人工智能联合实验室,推动人工智能技术普惠发展,助力将中国-东盟国家人工智能应用合作中心建设成为双方人工智能合作的“第一站”。
2026-08-17 10:11
一台能扛17级超强台风的漂浮式风机,究竟是如何造出来的?关键零部件怎样实现全部国产化?记者日前走进位于浙江省温州市的金风科技温州深远海风电零碳总部基地总装车间,
2026-08-14 03:55
13日,我国首艘国产大型邮轮“爱达·魔都号”以深圳为母港正式首航。该轮全长323.6米,总吨位13.62万吨,停靠于深圳国际邮轮母港一号泊位。
2026-08-14 03:55
13日,国家石油天然气基础设施重点项目——连云港至仪征原油管道工程连云港至淮安段(以下简称“连仪管道连淮段”)投产一次成功。
2026-08-14 03:55
当前,新一轮科技革命和产业变革加速演进,全球科技竞争呈现体系化、全链条博弈特征,核心技术攻坚成为竞争焦点。近年来,我国科技创新投入持续增长、创新实力稳步提升。
2026-08-14 03:55
水深超过6000米的深渊是地球最深处最极端的环境,一度被视为“生命禁区”,但其中也有微生物“绿洲”。
2026-08-14 03:55
全球人工智能治理已进入深水区
2026-08-14 04:40
在技术层面,根据信号采集方式的不同,脑机接口可分为非植入式与植入式两大类。从科幻场景落地现实应用,脑机接口的研发初衷并非打造“超人”,而是帮助残障病患重建行动与交流能力。
2026-08-13 09:48
2025国际数字能源展上的深圳虚拟电厂管理中心展区。国家能源局公布的数据显示,截至2025年底,全国已建成470个虚拟电厂项目,实测最大调节能力1685万千瓦,形成全球规模领先的虚拟电厂集群。
2026-08-13 09:46
深远海风电开发,输电是关键一环。亚洲首个采用柔性直流输电技术送出的海上风电项目——三峡新能源江苏如东800兆瓦海上风电项目近日交出答卷:截至8月11日,累计发电量突破100亿千瓦时。
2026-08-13 09:44
近年来,河北省张家口市塞北管理区依托当地气候特点和优质土壤资源,以科技为支撑、机械化为保障,建设高标准农田,种植马铃薯、胡萝卜和春小麦等农作物,目前该区已建成高标准农田8.18万亩,农业机械化生产率超95%。图为8月11日,在张家口市塞北管理区的田间,农机手操作农机收获春小麦。
2026-08-13 09:40
中国汽车工业协会12日发布数据显示,2026年7月份,新能源汽车月度新车销量占比首次超过60%、累计占比首次超过50%;月度出口量连续两个月突破100万辆,新能源汽车出口占比连续两个月超过50%。
2026-08-13 09:37
极端天气正在深刻影响各国民众的生活选择,而中国的绿色产品正在其中扮演越来越关键的角色。
2026-08-12 10:23
近日,山东省青岛市首家机器人6S体验店开业,吸引众多消费者前来参观体验。
2026-08-12 10:21
近日,中国科学院南京地质古生物研究所晚古生代研究团队副研究员要乐、王秋来与中国科学院青藏高原研究所副研究员魏强合作,首次系统揭示了地球倒数第二次大冰期的完整过程与机制。
2026-08-12 10:20
北京大学周丰教授、王旭辉研究员团队揭示极端高温影响水稻产量的新机制,相关成果于近日发表。
2026-08-12 10:16
加载更多