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[2011.05.26] 恒星演化

2011-6-5 07:17| 发布者: Somers| 查看: 3905| 评论: 19|原作者: 710802847

摘要: 测量恒星星龄的新方法

恒星演化

越老转得越慢


测量恒星星龄的新方法

May 26th 2011 | from the print edition

在2年的任务执行中,美国宇航局的行星搜索太空望远镜“开普勒”获得了巨大的成功。仅根据4个月搜集的数据,天文学家便获得了证据显示有超过1200个行星围绕着太阳以外的恒星旋转。这些已知行星的数量增至过去的2倍,并显示了这些行星的普遍存在。根据开普勒的数据推测,仅仅在银河系里就有500亿颗行星。

但是, Kepler 使用之后发现了一大批已存在但没有被发现的行星(haul), 怎么发现的? 其实原理很简单。 当这样一个将被发现的行星(quarry)从它的母系恒星(恒星自己会发光的)表面上经过时,恒星的星光starlight (又称, 见后文, stellar illumination)发生短暂而且微弱的减暗。这就说明, 不发光的行星经过时, 挡住了恒星的光。 从而推出, 有行星存在。——还有其他的用途。5月23日在波斯顿举行的“美国天文学会”年会上提交的一篇论文中,由来自哈佛大学的Soren Meibom率领的一个研究小组利用望远镜所搜集的数据向天文学家们展示了一种可以更好地测量他们所研究的恒星星龄的方法。

目前,只有在特殊的情况之下才能测算出恒星的准确星龄---具体来说,一颗恒星是由同一个气体构成的星群的一部分。那么,恒星越大, 燃料烧得越快。它演化成红巨星的速度越快。由于同一星群的所有恒星的星龄大致一样,根据(该星群)的大部分恒星已经进入红巨星阶段的恒星,从而估计出星群的星龄,和因此而推算出该成员的星龄。

研究星团的天文学家已经注意到质量给定的某一个恒星的转速[通过追踪恒星表面(比如太阳)会有温度较低因而发暗的黑点,就可测知恒星自转的速度。]好像随着星龄的增长出现可预测性的变化。年轻的行星比年老的转得快。如果这种关系可以被确定,那么其将提供一种测量孤立的恒星,不作为恒星系的一个部分的(这一组孤立的恒星, 几乎囊括了所有那些如今据信拥有自己行星的恒星)星龄的方法。

说起来容易但做起来难。(通过观察恒星的自转速度可以确定其年龄。 这对研究孤立的恒星很重要。 但是为什么观察恒星自转速度难?) 第一, 恒星老了, 黑点变少。 观察的目标减少。 第二, 如果人从地球上观察有困难。 因为地球有厚厚的灰暗的(murk)大气层, 它会遮挡目标。 所以只要恒星年龄超过600m 年, 就难了。 但是长寿的恒星年龄往往是600m 年的10倍以上。 这就是说, 很多长寿的恒星年龄变得不可观察。对于这些星龄在数十亿年以上的老恒星来说,唯一的数据点就是银河系中猎户座旋臂上的那颗黄矮星。这颗恒星大约在46亿年前形成并且每26天完成一次自转,它在太阳升起时会被你们所看到。

但是“开普勒”望远镜善于发现这些恒星上的黑点。它可以将黑点和行星上加以区分,因为恒星的黑点则不同, 观察者可观察到的时长等于恒星自转的周期的一半。(相比之下,行星从母体恒星上经过时, 观察者会感觉到该恒星的光芒会有短暂的减弱)。由于它在宇宙空间中的优势位置,与位于地表的设备相比,太空中的望远镜可以获得更清晰的图片。Dr Meibom的论文(很快将发表在《天文期刊文学》上)对这一恒星系的观察表明, 恒星年龄跟自转速度之间的(反比)关系仍然成立。

而以其本身而言,这只是一个小小的进步。然而,梅博博士和他的团队正处在第二个星团的研究进程中。这个星团的星龄为25亿年。“开普勒”望远镜视野之下的更多的星团年龄比这更大。 所以, 很快我们就将知道恒星年龄跟自转速度之间的(反比)关系是不是继续成立。如果还成立的话,那么对于“开普勒”望远镜搜寻类地型行星这个主要任务来说将有着重要的含义。毕竟,地球的年龄也是它的重要特征,其给予复杂的生命体以时间在其表面繁衍生息。对于一个真正的类地行星来说,它存在了多久也许是最关键的特征之一。

from the print edition | Science and Technology


 

本文由译者 710802847 提供 点击此处阅读双语版

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引用 arthuswei 2011-6-2 12:01
引用 yannanchen 2011-6-3 09:13
That haul has more than doubled the number known这一捕获的数据已超过已知数据数量的2倍,???
评论: 不是捕获, 也不是数据, 指的是行星的数目。
引用 yannanchen 2011-6-3 09:25
本帖最后由 yannanchen 于 2011-6-3 19:04 编辑

which detects its quarry by noting the minuscule dimming of starlight that occurs when a planet crosses in front of its parent star其通过记录捕捉行星在穿越其母系恒星时所发出的微弱暗淡的星光获得数据???
评论: 不准确啊。 这个quarry就是前头的haul的一个组分。 存在的行星, 但是过去未被发现。 Kepler 使用之后发现了一大批(haul), 怎么发现的? 其实原理很简单。 当这样一个将被发现的行星(quarry)从它的母系恒星(恒星自己会发光的)表面上经过时, Kepler 将会看到一道小小的痕迹,沿着这条痕迹,恒星的星光变暗。 这就说明, 不发光的行星经过时, 挡住了恒星的光。 从而推出, 有行星存在。

从下文的一些材料看, 这样解释仍然不准确。
许多恒星在远处,光度原本就不强,, 行星经过其表面, 未必看得出有一条“小小的痕迹,沿着这条痕迹,恒星的星光变暗”。 更大的可能是, 当行星经过时, 恒星的星光starlight (又称, 见后文, stellar illumination)发生短暂而且微弱(short and minuscule)的减暗(dimming or dip)
引用 yannanchen 2011-6-3 17:36
At the moment, getting an accurate idea of stellar age is possible only in unusual circumstances—specifically, if a star is part of a cluster whose members formed from the same cloud of gas. The bigger a star is, the more rapidly it burns up its fuel, and the quicker it becomes a bloated red giant. Since all the stars in a cluster are roughly the same age it is possible, by looking at the masses of stars that have made it to the red giant stage, to calculate the age of the cluster and, consequently, of all its members. 原译:目前,只有在特殊的情况之下才能测算出恒星的准确星龄---具体来说,一颗恒星是由同一个气体构成的星群的一部分。那么这颗恒星越大,其消耗能量(???)的速度就越快,而且变成一个红巨星的速度则越快。由于同一星群的所有恒星的星龄大致一样,根据(该星群)的大部分恒星已经进入红巨星阶段的恒星,从而估计出星群的星龄,和因此而推算出该成员的星龄。
评论:我是天文学盲。 但从文中可以感觉到这个系统是这样的。cloud of gas 气体云, 云状气体。 这是生成恒星系(cluster)的母体。 恒星系主要由恒星组成。 恒星(不是每一个)又可能成为一个行星系的母体(parent 或host)。 在一个行星系里, 各行星绕该母体恒星旋转。行星(不是每一个)还可能有自己的卫星, 是自己卫星的母体。卫星绕母体行星旋转。
这里的问题是如何在特殊条件下判定一个恒星的年龄。 当生成某个恒星的原先母体云状气体所衍生的其他恒星也存在, 而且, 有些这样的恒星已经演化成臃肿的(bloated)红巨星了, 这时, 这个母体云状气体生成的恒星系的年龄就可以判定, 从而其生成的每一个恒星的年龄也可判定。因为,这些恒星的年龄基本上都一样。
那么, 如何判定这个恒星系的年龄呢?无法一个个判定, 要集体判定。 我们知道, 恒星是发光的。 因为它燃烧自身的燃料(fuel)。 恒星越大, 燃料烧得越快。它演化成红巨星的速度越快。假设这个恒星系有10个恒星, 从大到小排列是A,B,C,D,…..H,I,J. 又假设E是最近才演化成红巨星, 那么可以知道,A,B,C,D都是前此已经形成红巨星了。 这是因为, 越大的恒星,演化成红巨星的速度越快。
把观察(计算出来的)A,B,C,D,E 的质量(masses)加总, 对比于未演化成红巨星的其他恒星的质量(F,G,H,I,J), 就可以大致求出恒星系的年龄, 从而求出其中每个恒星的年龄。
我的以上推演,有可能不是原文原意。 但是错误的可能性不大, 因为有自洽性。 我只是想利用这个推销我说的兴科学, 兴逻辑。






引用 yannanchen 2011-6-3 17:47
Astronomers who study star clusters have noticed that the speed at which a star of a given mass spins (measured by tracking cool, dark spots on the surface) also seems to vary predictably with age. Young stars spin more quickly than old ones. If that relationship could be firmed up, it would offer a way to measure the age of isolated stars that are not part of clusters—a group that includes almost all the stars currently believed to host planets. 原译:研究星团的天文学家已经注意到行星的特定团块(???)的转速(通过追踪冷却情况和表面的黑点来测量)好像随着星龄的增长出现可预测性的变化。年轻的行星比年老的转得快。如果这种关系可以被确定,那么其将提供一种测量不同于同一星团的孤星(这一群体包括几乎所有目前的主恒星)星龄的方法。
评论:a star of a given mass 质量给定的某一个恒星。
cool, dark spots on the surface 恒星表面(比如太阳)会有温度较低因而发暗的黑点。 通过跟踪黑点的轨迹, 就可测知恒星自转的速度。
isolated stars that are not part of clusters 孤立的恒星, 有别于恒星系里的恒星。
孤立的恒星, 不作为恒星系的一个部分。
a group that includes almost all the stars currently believed to host planets 这一组孤立的恒星, 几乎囊括了所有那些如今据信拥有自己行星的恒星。

引用 yannanchen 2011-6-3 18:01
本帖最后由 yannanchen 于 2011-6-4 00:57 编辑

That is easier said than done. The number of spots falls as a star ages. Combined with the difficulties of Earth-based astronomy, which requires that researchers peer through the murk of the atmosphere, that makes it hard to measure the spins of stars older than about 600m years—a tenth, or less, of the lifetime of a long-lived star. The only data point available for such multi-billion-year-old stars is a particular yellow dwarf in the Orion arm of the Milky Way. This star, which formed around 4.6 billion years ago and takes 26 days to complete one revolution, will be familiar to readers every sunrise. 原译:说起来容易但做起来难。随着恒星的衰老,其黑点的数量也随之下降。再加上基于研究者观测的黑暗情况的地表天文学瓶颈,使得难以测量星龄超过6亿年的恒星的转速,也就是长寿的恒星寿命的十分之一或更少。对于这些星龄在数十亿年以上的老恒星来说,唯一的数据点就是银河系中猎户座旋臂上的那颗黄矮星。这颗恒星大约在46亿年前形成并且每26天完成一次公转(???),它在太阳升起时会被你们所看到。
评论: 通过观察恒星的自转速度可以确定其年龄。 这对研究孤立的恒星很重要。 但是为什么观察恒星自转速度难? 第一, 恒星老了, 黑点变少。 观察的目标减少。 第二, 如果人从地球上观察有困难。 因为地球有厚厚的灰暗的(murk)大气层, 它会遮挡目标。 所以只要恒星年龄超过600m 年, 就难了。 但是长寿的恒星年龄往往是600m 年的10倍以上。 这就是说, 很多长寿的恒星年龄变得不可观察。
黄矮星是恒星, 不公转, 只自转。

改错: 恒星也会公转。 实际上太阳除自转, 也公转。
引用 yannanchen 2011-6-3 18:15
本帖最后由 yannanchen 于 2011-6-3 19:05 编辑

But Kepler is good at finding spots on stars. It can distinguish them from planets because they are visible for half the time as a star rotates (a planet, by contrast, produces a short dip in stellar illumination). And thanks to its vantage point in space, the craft’s telescope can obtain much clearer images than Earth-based instruments. Dr Meibom’s paper (to be published soon in Astronomical Journal Letters) looked at a cluster of stars that is roughly a billion years old, and found that the relationship between age and spin-speed was still tight. 原译:但是“开普勒”望远镜善于发现这些恒星上的黑点。它可以将黑点和行星上加以区分,因为随着恒星的旋转,一半时间黑点都是可观测的(相比之下,在恒星的照射下,行星暗斑出现微微的倾斜)。由于它在宇宙空间中的优势位置,与位于地表的设备相比,太空中的望远镜可以获得更清晰的图片。Dr Meibom的论文(很快将发表在《天文期刊文学》上)通过观察粗略地得到星团的星龄大约为10亿年,而建立其星龄与其转速之间的关系会使之更精确。
评论:a planet, by contrast, produces a short dip in stellar illumination 行星从母体恒星上经过时, 观察者会感觉到该恒星的光芒会有短暂的(short)减弱(dip)

关于这点, 参看上文的解释:

“which detects its quarry by noting the minuscule dimming of starlight that occurs when a planet crosses in front of its parent star其通过记录捕捉行星在穿越其母系恒星时所发出的微弱暗淡的星光获得数据???
评论: 不准确啊。 这个quarry就是前头的haul的一个组分。 存在的行星, 但是过去未被发现。 Kepler 使用之后发现了一大批(haul), 怎么发现的? 其实原理很简单。 当这样一个将被发现的行星(quarry)从它的母系恒星(恒星自己会发光的)表面上经过时, Kepler 将会看到一道小小的痕迹,沿着这条痕迹,恒星的星光变暗。 这就说明, 不发光的行星经过时, 挡住了恒星的光。 从而推出, 有行星存在。
从下文的一些材料看, 这样解释仍然不准确。
许多恒星在远处,光度原本就不强,, 行星经过其表面, 未必看得出有一条“小小的痕迹,沿着这条痕迹,恒星的星光变暗”。 更大的可能是, 当行星经过时, 恒星的星光starlight (又称, 见后文, stellar illumination)发生短暂而且微弱(short and minuscule)的减暗(dimming or dip)”



恒星的黑点则不同, 观察者可观察到的时长等于恒星自转的周期的一半。

引用 yannanchen 2011-6-3 18:18
Dr Meibom’s paper (to be published soon in Astronomical Journal Letters) looked at a cluster of stars that is roughly a billion years old, and found that the relationship between age and spin-speed was still tight. 原译:Dr Meibom的论文(很快将发表在《天文期刊文学》上)通过观察粗略地得到星团的星龄大约为10亿年,而建立其星龄与其转速之间的关系会使之更精确。
评论: and found that the relationship between age and spin-speed was still tight.
对这一恒星系的观察表明, 恒星年龄跟自转速度之间的(反比)关系仍然成立。

引用 yannanchen 2011-6-3 18:26
In itself, that is but a small advance. Dr Meibom and his team are, however, in the process of studying a second cluster. This one is 2.5 billion years old. Further clusters within Kepler’s field of view are older still, so it should soon be clear whether the relationship continues to hold. If it does, that would have important implications for Kepler’s main mission, which is to search for Earthlike planets. After all, one important feature of the Earth is its age, which has given time for complex life to evolve on its surface. For a planet to be truly Earthlike, how long it has been around might be one of its most important features. 原译:而以其本身而言,这只是一个小小的进步。然而,梅博博士和他的团队正处在第二个星团的研究进程中。这个星团的星龄为25亿年。在“开普勒”望远镜观测范围下更多的星团渐渐老化,我们将进一步明确以上的这种关系是否将继续成立。如果还成立的话,那么对于“开普勒”望远镜搜寻类地型行星这个主要任务来说将有着重要的含义。毕竟,地球的年龄也是它的重要特征,其给予复杂的生命体以时间在其表面繁衍生息。对于一个真正的类地行星来说,它存在了多久也许是最关键的特征之一。
评论:Further clusters within Kepler’s field of view are older still, so it should soon be clear whether the relationship continues to hold. “开普勒”望远镜视野之下的更多的星团年龄比这更大。 所以, 很快我们就将知道恒星年龄跟自转速度之间的(反比)关系是不是继续成立。
问题: 本文谈的是恒星年龄的测定。 这跟文末点到的类地行星的年龄有什么关系?谁来谈谈?
引用 arthuswei 2011-6-3 20:26
回复 yannanchen 的帖子

个人认为科学和技术是密不可分的两个领域。科学研究的主要目的是服务于技术发展和实际应用,而技术发展则会推动和刺激科学研究。两者相辅相成。涉及到本文,对行星年龄新的测量方法属于科学研究的范畴,而末尾所提及的利用这一科学成果来研究类地行星的年龄则属于实际应用的一面,毕竟人类还怀有向外太空扩展的梦想,所以了解类地行星的星龄从而进一步了解是否适合人类居住有着重要的意义。一点个人看法。
引用 710802847 2011-6-3 21:43
回复 yannanchen 的帖子

陈老师,现在才有空~随后补上
引用 710802847 2011-6-3 21:44
本帖最后由 710802847 于 2011-6-3 21:44 编辑

回复 yannanchen 的帖子

实在不好意思,而且错误还这么多……
引用 yannanchen 2011-6-3 22:46
本帖最后由 yannanchen 于 2011-6-4 03:00 编辑

回复 710802847 的帖子

我的评论很多是解释, 不是翻译。 你这样直接放在文中, 会给人产生误解吧?
引用 710802847 2011-6-3 22:56
回复 yannanchen 的帖子


我是挑着放进去的。不知道适不适合~
一般人们看文章时是先看文章再看评论的,我只是希望文章和评论相结合,这样可能会让大家有一个更系统的理解。
sorry~
引用 yannanchen 2011-6-3 23:06
That haul has more than doubled the number known,
这次搜寻到的行星数量是已知行星数量的两倍都不止。
问题: 这次搜寻到的行星是不是也包括已知行星, 我觉得是。 你说呢?
引用 710802847 2011-6-3 23:15
回复 yannanchen 的帖子

先谢谢陈老师的超精彩点评!!!
自己也有所体会:
翻译,需要很强的逻辑性,特别的科技类文章。而我在这方面有所欠缺。
对于问题: 本文谈的是恒星年龄的测定。 这跟文末点到的类地行星的年龄有什么关系?谁来谈谈?
虽然本文讲的是恒星的年龄,而不是行星的年龄。
云气体生成恒星系,而行星处于恒星系之中。寻找类地行星,也就寻找相似性:大气、水、质量等、也应该包括所处其恒星系的相似。所以寻找出与太阳具有相近年龄的恒星,对寻找类地行星也有一定帮助。
引用 yannanchen 2011-6-3 23:42
哈勃利用其最新安装的宇宙起源光谱仪(Cosmic Origins Spectrograph)发现名为Wasp-12的恒星,正在吞噬它的一颗行星。在完全被恒星吞噬前这颗行星可能还剩下不到1000万年的寿命。
Wasp-12是距离太阳系约600光年的一颗黄矮星,遭受厄运的行星编号为WASP-12b,完成一周公转的时间为1.1个地球日,表面温度估计超过1500摄氏度。数据显示行星上的大量物质受到Wasp-12引力吸引正在“逃离”行星,显现出被吸空的景象。研究人员在这颗行星的大气中观测到太阳系外以前从未观测到的化学元素。

改错: 恒星也会公转。 实际上太阳除自转, 也公转。
引用 yannanchen 2011-6-4 03:04
不仅只有行星绕恒星转动叫公转, 还有恒星系绕星系中心转动也叫公转,各星系绕星系团中心转动也可以叫公转. 公转也就顾名思义,也就是众多相同性质的物质体系绕着它们的公共中心旋转,就可以说是公转
引用 huinabideniu 2011-6-5 18:02
looked at a cluster of stars that is roughly a billion years old
对这一恒星系的观察表明

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