两位恒星观测者和同一洞见出生于1873 年的埃希纳·赫 茨普龙(Ejnar Hertzsprung)是丹麦的一名化学工程师。他沉迷于研究摄影过程中的化学反应,同时也被夜空所吸引。他利用自己摄影方面的知识,用照片记录下恒星的亮度。逐渐地,他开始“看出”恒星之间的关系。在1902年,他成为一名业余天文学家。5年后,他发表了多篇学术论文,这些成为赫罗图的基础,同时,也让他理清了哪些恒星可以成为“主序星”。他开始尝试用图表来表现恒星间的关系。
比赫茨普龙晚3年在纽约出生的亨利·罗素(Henry Russell)在一些人眼中是天才。他19岁就以“优等”成绩从普林斯顿大学毕业,然后专注于观星。罗素擅长使用数学和物理知识进行观测分析。他仔细地测量地球到特定恒星的距离,然后将这些恒星看上去的亮度(视星等)转变为恒星的绝对星等。罗素通过观察和测量,在1913年得出了和赫茨普龙相同的结论,即一颗恒星的绝对星等同表面温度有关。同时,他把发现以散点图的形式画出。这幅图就是现在我们知道的以两个人的名字命名的赫罗图(H-R diagram)。
星等和表面温度的关系
科学家用来了解自然界的一个重要方法就是对比和类比,你也可以使用这样的方法。你肯定注意到了恒星闪烁着不同颜色的光芒——白色、蓝色、黄色和红色。不只是颜色,恒星的体积、亮度也是各不相同的。
历史上,人类早就注意到了恒星的不同特征,他们开始根据颜色和亮度给恒星分类。不过,直到赫茨普龙和罗素发明的工具出现,天文学家才开始更为深入地了解恒星的变化阶段——恒星的一生。
赫茨普龙和罗素为了探寻恒星间的关联,将恒星画在一个有两个坐标轴的图中。图中,Y轴(纵轴)代表恒星的绝对星等,光度值沿Y轴从下到上逐级增加,最亮的恒星被标在图的左上角;X轴(横轴)代表恒星的温度,温度值则沿着X轴从左到右递减,最冷的星被标在图表的右下角。
这张图直观地显示了一颗恒星两方面的特性——它的光亮和温度。而这两者之间的关系又是什么呢?
你会发现,接近90%的恒星都聚集在赫罗图中的一条窄带上,在这条窄带上,越亮的恒星温度越高,越暗的恒星温度越低,这条窄带也被称为主序带。这些在主序带上的恒星就是主序星。
赫罗图除了揭示出主序星的光度和温度的关系外,还给天文学家提供了揭开恒星生命周期之谜的线索。