恒星物理學

恒星物理學是天體物理學的分支之一，它是應用物理學知識，從實驗和理論兩方面研究各類恒星的形態、結構、物理狀態和化學組成的一門學科。另一方面，在恒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。

　　一般的恒星都是熾熱的氣體球，所以研究恒星所必需的一切資料幾乎全部來自恒星自身的電磁輻射，近年來才開始有可能檢測它們的高能粒子和引力波效應。因此人們主要使用各種光學、紅外線、射電和X射線等天文望遠鏡，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，去測量各類恒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。

　　然后，應用熱輻射理論，可以推出恒星表面的有效溫度；應用譜線位移和一定的幾何方法，可以確定恒星自轉特性、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(或質量函數)及脈動變星的平均半徑和平均密度等；應用譜線的形成和致寬理論，可以推出恒星大氣的電子壓力、氣體壓力、不透明度、元素的豐度以及恒星的光度；應用核物理理論，可以推知恒星的產能機制及其變遷，再結合輻射轉移理論就可建立恒星模型，用以研究恒星內部結構理論；應用塞曼效應，可椎知恒星磁場；應用引力理論、粒子理論，可以探討恒星晚期超密態的各種現象；應用等離子體理論，可以探討星冕、星風、質量交流和質量損失等恒星大氣現象；最后，綜合應用各種物理理論，可以探討恒星的形成和演化。

　　恒星大氣是我們能直接觀測到的恒星外層部分。應用分光技術，依照輻射平衡、局部熱動平衡的輻射轉移理論和恒星大氣模型理論，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，探明它們的形成機制、演變過程和致寬因素，并弄清楚大氣中光球、反變層、色球層、星冕等不同層次的物理狀況和相互關系，以及大氣中的元素豐度等，還可以研究恒星自轉，并根據較差自轉來探討恒星大氣內層的情況。

　　研究恒星內部從中心到表面各層的物態和物理過程，探討恒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恒星質量、光度、半徑和表面溫度等的時序變化和相互關系。確定產能和維持恒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。目前較流行的是1957年由伯比奇夫婦、福勒和霍伊爾聯合提出的理論。

　　許多恒星有脈動性的光變，理論研究表明，脈動現象是恒星演化到一定階段的必然現象。根據最重要的幾種脈動變星的周光關系，可以確定恒星和許多有關天體的距離。利用線性和非線性脈動理論，可以較好地解釋恒星的脈動現象。

　　多種恒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。關于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，并進行更深入的理論分析。對于新星的爆發和許多類似的其他星體的爆發，許多人試圖采用雙星模型進行解釋。

　　雙星是恒星世界的普遍現象，估計銀河系中太陽附近半數以上的恒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，可以定出恒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、物質相互作用和恒星演化過程等都很重要。

　　根據流行的演化學說，晚期恒星因引力坍縮而成為密度大到10千克/厘米³以上的致密星，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沖星也已發現數百顆，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。對天鷹座射電脈沖星雙星PsRl913+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。

　　近年來，恒星物理學的一個重要發展是全波段觀測的逐漸推廣。射電、大氣外X射線、遠紫外線和紅外線觀測，大大豐富了我們關于恒星輻射和恒星表層物理的知識，并且發現了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。現在看來，有關密近雙星系統的觀測和理論研究，是解決許多恒星物理學問題的一把鑰匙。

　　由于對耀星研究的深入，加上光斑干涉等超高分辨率和高精度光電視向速度分光儀等觀測技術的發展，我們已經能夠把當作點源的恒星與作為面源的太陽進行真正的類比研究。另一方面，由于有了大望遠鏡和其他新技術，我們已經能夠對若干最近的星系(如大小麥哲倫云)內的各類恒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恒星進行對比，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應用，推動人們進一步研究恒星的內部結構、元素合成和演化過程。脈沖星的發現，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，被廣泛應用于晚期恒星的研究。