恆星物理學

恆星物理學是天體物理學分支之一。它是套用物理學知識，從實驗和理論兩方面研究各類恆星的形態、結構、物理狀態和化學組成的一門學科。從另一方面講，在恆星上發現的某些奇特物理現象，也能夠啟發和推動現代物理學的發展。

基本介紹

• 中文名：恆星物理學
• 學科：天體物理學分支
• 研究對象：檢測恆星的高能粒子和引力波效應

研究方法

一般的恆星都是熾熱的氣體球。研究恆星所必需的一切資料幾乎全部來自恆星自身的電磁輻射，才開始有可能檢測它們的高能粒子和引力波效應。

恆星物理學

因此，人們主要使用光學、紅外線、射電和X射線等各種天文望遠鏡以及所附的照相裝置、光電裝置、分光裝置、偏振裝置、熱檢測裝置、微波檢測裝置、頻譜檢測裝置、能譜檢測裝置等去測量各類恆星在不同波段上的輻射強度、能譜、譜線結構、偏振狀態、角直徑、角間距、視面結構和角位移等物理量。然後，套用熱輻射理論，可以推出恆星表面的有效溫度（見恆星溫度）；套用譜線位移和一定的幾何方法，可以確定恆星自轉特性、雙星特性或脈動特性（結合光度變化特性），再利用引力理論、輻射理論和脈動理論，可推出雙星軌道半長徑、子星半徑、子星質量（或質量函式）及脈動變星的平均半徑和平均密度等；套用譜線的形成和致寬理論，可以推出恆星大氣的電子壓力、氣體壓力、不透明度、元素的豐度以及恆星的光度；套用核物理理論，可以推知恆星的產能機制及其變遷，再結合輻射轉移理論就可建立恆星模型，用以研究恆星內部結構理論；套用塞曼效應，可推知恆星磁場；套用引力理論、粒子理論，可以探討恆星晚期超密態的各種現象（見超密態物質）；套用電漿理論，可以探討星冕、星風、質量交流和質量損失等恆星大氣現象；最後，綜合套用各種物理理論，可以探討恆星的形成和演化。

研究內容

恆星大氣的觀測和理論研究

恆星大氣是人們能直接觀測到的恆星外層部分。套用分光技術，依照輻射平衡、局部熱動平衡的輻射轉移理論和恆星大氣模型理論，可以在一定程度上解釋連續光譜、吸收光譜和發射光譜的形態（見恆星光譜），探明它們的形成機制、演變過程和致寬因素，並弄清楚大氣中光球、反變層、色球層、星冕等不同層次的物理狀況和相互關係，以及大氣中的元素豐度等，還可以研究恆星自轉，並根據較差自轉來探討恆星大氣內層的情況。

恆星物理學

恆星內部結構的研究

研究恆星內部從中心到表面各層的物態和物理過程，探討恆星內部輸送能量和維持溫度梯度的物理機制，根據研究結果解釋觀測到的恆星質量、光度、半徑和表面溫度等的時序變化和相互關係。

恆星的能源和核合成的研究

確定產能和維持恆星不斷輻射的核物理過程，探討元素合成理論以解釋現有的元素豐度。較流行的是1957年由伯比奇夫婦、福勒和霍伊爾聯合提出的理論，簡稱B2FH理論。

恆星脈動現象的觀測和研究 　許多恆星有脈動性的光變。理論研究表明，脈動現象是恆星演化到一定階段（多為赫羅圖上紅巨星或紅巨星後的水平支階段）的必然現象。根據最重要的幾種脈動變星的周光關係，可以確定恆星和許多有關天體的距離。利用線性和非線性脈動理論，可以較好地解釋恆星的脈動現象。

恆星爆發現象的觀測和研究

多種恆星有不同能量級的爆發現象。從年輕的耀星、金牛座T型變星到老年和臨近“死亡”的新星、超新星，都有爆發現象。關於各類爆發的物理機制還不十分清楚，需要積累更多更完善的觀測資料，並進行更深入的理論分析。對於新星的爆發和許多類似的其他星體的爆發，許多人試圖採用雙星模型進行解釋。

雙星系統的觀測和研究 　雙星是恆星世界的普遍現象，估計銀河系中太陽附近半數以上的恆星是雙星或聚星的子星。根據長期的目視、照相、光度和分光觀測，可以定出恆星最基本的物理參量：質量和半徑。密近雙星系統中存在大量的質量交流。這種交流所引起的氣流、氣環、熱斑、X射線爆發和新星爆發現象等，在光譜和光度變化中都有所反映，因而對研究引力相互作用、輻射相互作用、物質相互作用和恆星演化過程等都很重要。

緻密星的觀測與相對論

根據流行的演化學說，晚期恆星因引力坍縮而成為密度大到 105克/厘米3以上的緻密星，即白矮星、中子星或黑洞。已觀測到的白矮星有上千顆，被認為是中子星的脈衝星也已發現數百顆，但是黑洞則尚在探尋之中。所有這些天體的研究都與廣義相對論密切相關，同時也是對廣義相對論的檢驗。對天鷹座射電脈衝星雙星PSR1913+16所進行的觀測研究，有可能證實廣義相對論預言過的引力波。

特點

物理學為自然科學中最基礎的學科之一。物理學理論通常以數學的形式表達出來。經過大量嚴格的實驗驗證的物理學規律被稱為物理學定律。然而如同其他很多自然科學理論一樣，這些定律不能被證明，其正確性只能通過反覆的實驗來檢驗。物理學與其他許多自然科學息息相關，如化學、生物、天文和地質等。特別是化學。化學與某些物理學領域的關係深遠，如量子力學、熱力學和電磁學。

恆星物理學

行星物理學是研究行星及其衛星的物理狀況和化學性質的學科，太陽系物理學的一個主要分支。它的任務是：①測定行星及其衛星的各種物理參數，如大小、質量、扁率、平均密度、表面重力加速度、逃逸速度、反照率等；②研究行星及其衛星表面的構造、表面覆蓋物的特性、表面溫度及其周期變化；③對有大氣的行星和衛星，研究它們的大氣的構造、物理狀態和化學組成；④研究行星的內部結構；⑤研究行星的磁場、磁層以及太陽風與行星的相互作用。地理學和地球物理學一般不包括在行星物理學中，但地球是一個行星，從研究行星的角度對地球所作的研究則屬於行星物理學。

發展動向

恆星物理學在實測方面的一個重要發展是全波段觀測的逐漸推廣。射電、大氣外的X射線、遠紫外線和紅外線觀測，大大豐富了人們關於恆星輻射和恆星表層物理的知識，並且發現了X射線新星和X射線雙星等新天體，因而理論研究十分活躍。有關密近雙星系統的觀測和理論研究，是解決許多恆星物理學問題的一把鑰匙。

恆星物理學

由於對耀星研究的深入，加上光斑干涉等超高解析度和高精度光電視向速度分光儀等觀測技術的發展（見天體視向速度測量），人們已經能夠把當作點源的恆星與作為面源的太陽進行真正的類比研究。另一方面，由於有了大望遠鏡和其他新技術，人們已經能夠對若干最近的星系（如大小麥哲倫雲）內的各類恆星進行較詳細的觀測研究，從而把它們與銀河系內的同類型恆星進行對比，這樣就能更好地了解天體化學組成對演化進程的影響。

核物理學和基本粒子物理學的發展，加上大型快速電子計算機的廣泛套用，推動人們進一步研究恆星的內部結構、元素合成和演化過程。關於中微子的矛盾（見中微子天文學）是一個值得重視的問題。脈衝星的發現，給理論家們以巨大的鼓舞。廣義相對論和各種引力理論又重新活躍起來，被廣泛套用於晚期恆星的研究。