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几个世纪以来 ， 通过望远镜观察夜空 ， 我们对恒星有了相当多的了解 。 天文学家能够确定每颗恒星的关键属性 ， 比如它的质量和组成 。 他们是如何做到的呢?
怎么知道恒星的年龄
例如 ， 要确定一颗恒星的化学成分 ， 只需观察该恒星发出的光谱就足够了 。 每一种化学元素发出的颜色都略有不同 ， 所以灵敏的望远镜 ， 比如哈勃望远镜 ， 可以捕捉到恒星发出的光的最细微的颜色差异 。 但科学家们还没有掌握的一个变量那就是时间 。
美国巴尔的摩太空望远镜科学研究所的天文学家大卫 · 索德布洛姆(David Soderblom)说:“事实上 ， 我们唯一知道确切年龄的恒星就是我们的太阳 。 我们关于恒星年龄的所有知识都来自于我们对太阳的了解” 。
即使是看起来研究得很透彻的恒星也会时不时地给科学家们带来惊喜 。 2019年当猎户座中的红色超巨星参宿四(Betelgeuse)变暗天文学家们并不确定它是在经历一个阶段 ， 还是超新星爆炸即将来临 。 超新星爆炸是恒星外层的剧烈喷射 ， 与你根据它的名字可能想到的相反 ， 它代表着恒星的死亡 。 事实证明 ， 这只是恒星生命中的一个阶段 。 基于物理学和恒星年龄的间接测量的计算可以给天文学家提供粗略的估计 。 有些方法更适用于不同类型的恒星 。 下面是天文学家计算恒星年龄的三种方法 。
参宿四恒星变暗
赫罗图（Hertzsprung–Russell diagram)
科学家们对恒星如何形成 ， 如何生存 ， 以及如何死亡都有相当深入的了解 。 例如 ， 恒星燃烧它们的氢燃料 ， 然后膨胀 ， 最终将它们的气体喷射到太空中 。 有时发生大规模爆炸(称为超新星)中 ， 有时没有惊人的结果 。 但是恒星生命周期的每个阶段到底是什么时候发生的呢?这是我们不完全了解的 。 根据质量的不同 ， 有些恒星到达这个点的年龄也不同 。 质量更大的恒星燃烧得更强烈 ， 死得更早 ， 而质量更小的恒星消耗燃料的速度更慢 ， 可能存在数十亿年 。
在20世纪之交 ， 两位天文学家 ， 埃纳·赫茨普龙(Ejnar Hertzsprung)和亨利·诺利斯·罗素(Henry Norris Russell) ， 各自提出了绘制恒星温度与亮度对比图的想法 。 赫罗图中的模式与每颗恒星在其生命周期中的位置相对应 。 今天 ， 科学家们利用这些模式来确定星团的年龄 。
赫罗图（Hertzsprung–Russell diagram)
赫罗图（Hertzsprung–Russell diagram)
需要注意的是 ， 除非进行大量的数学建模 ， 否则这种方法只能用于星团中的恒星 ， 或者通过将单个恒星的颜色和亮度与理论的赫罗图进行比较 。 这种方法不是很精确 ， 不过 ， 它是计算恒星年龄最好的工具 。
自转速度（Rotational speed）
在20世纪70年代 ， 天体物理学家注意到一个趋势:年轻星团中的恒星比老星团中的恒星自转得更快 。 1972年 ， 天文学家安德鲁·斯库曼尼奇(Andrew Skumanich)利用恒星的自转速率和表面活动 ， 提出了一个简单的公式来估算恒星的年龄:恒星的自转速率等于其年龄乘以- 1 / 2 。
旋转中的恒星?
几十年来 ， 这种方法一直被用于研究单个恒星 ， 但新的数据表明 ， 它的实用性存在缺陷 。 事实证明 ， 一些恒星在达到一定年龄后不会减速 。 相反 ， 它们在余下的生命中保持同样的自转速率 。 自转是比太阳年轻的恒星的最佳指示器 ， 然而 ， 对于比太阳更古老的恒星 ， 其他方法更好 。
星震学(Stellar seismology)
新的数据已经证实 ， 自转并不是估计一颗恒星年龄的最佳方法 ， 这一数据来自一个不太可能的来源:寻找系外行星的开普勒太空望远镜 。 开普勒望远镜不仅是系外行星研究的福音 ， 它还将恒星地震学带到了前沿 ， 这仅仅是因为它长时间盯着同一颗恒星 。
观察恒星亮度的变化可以提供其年龄的线索 。 科学家们观察恒星如何闪烁 ， 以此作为其表面下发生了什么事情的指示器 ， 并通过数学建模 ， 大致计算出它的年龄 。 要做到这一点 ， 他们需要一个非常大的恒星亮度数据集 ， 开普勒望远镜可以提供这些数据 。
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