「恆星演化嘅嘢，我識條鐵咩」之 2. 主序星

[上一回講到，份子雲因摩擦等原因，溫度開始升高，份子雲的核心開始有紅外線外溢。此時，一顆原恆星就形成了。]

如果份子雲的總質量夠大，原恆星就會進一步進入下一個恆星演化階段。

如果原恆星的質量有大約我們的太陽的約10%質量，份子雲在塌縮的過程，溫度最高可達1千萬度。這時候，原恆星的核心就會發生核聚變，核心的氫氣因著高溫和高熱，會聚變成氦氣。(想瞭解多一點可以參考不同的網上材料，包括我的這篇，嘿嘿…)這時，星體內部向外擴張的熱膨脹力會和向內塌縮的引力互相平衡，星體的體積基本上就決定了。而星體的質量亦決定了這天體往後的命運…

如果熱膨脹力和引力平衡的話，就決定了恆星的體積。

就在核聚變發生的一刻，這顆原恆星就獲發一張恆星身份證，正式成為恆星。沒錯，嚴格來說，這個時候這個天體這時才被稱為恆星。我們稱這類恆星為零歲主序星(Zero Age Main Sequence，簡稱ZAMS)，是主序星(Main Sequence)的一種。

主序星是恆星壯年的過程，恆星一生中大部份時間都是處於主序星的狀態，而我們每天都見到的太陽亦是一顆主序星。在這段期間，恆星核心部份的氫會不停以核聚變的方式轉化成氦，從而產生大量能量，這些能量就以電磁波和熱的形式散發到宇宙之中。

作為主要燃料，恆星之中的氫原子會被消耗，副產品氦原子就會越來越多。當氫原子越來越少時，主序星的時期就差不多結束；所以，每顆恆星都有特定的壽命的。

一個看起來強壯的人，和一個孱弱的人，你一定會覺得強壯的人一定會比較長壽。我不是生命科學的專家，不知人體是否也是同一道理，但是，在恆星之中，質量大的恆星卻是比質量少的恆星短命。 為甚麼呢？

質量大的恆星，燃料氫的儲備自然較多，質量少的恆星則自然較少。但是，質量大的恆星核心的核聚變也較猛烈，同時間進行核聚變的範圍也較大；所以，消耗燃料的速度也快得誇張。

是故，太陽的壽命預計約100億年，而比太陽重兩倍的織女星卻只有10億年，壽命是太陽的十分之一。

當我們嘗試分析主序星大小和壽命的關係時，發現到原來恆星釋放出來的光的顏色，某程度上告訴我們主序星的大小。

在此，我簡單以主序星放出的光的顏色討論：
質量大的主序星，核心的核聚變非常激烈，所以發放的光都是偏向高能量的藍、紫色。
質量小的主序星，核心的核聚變比較慢，能量亦比較少，所以釋放的光偏向紅、橙色。

科學家嚴格分析各恆星的光譜後(光譜，Electromagnetic Spectrum，我會以後獨立闡述。)，以不同字母為各恆星的光譜編號並分類。以字母，由溫度最高開始：
O → B → A → F → G → K → M → L → T

這個分類法叫做Morgan-Keenan分類法(簡稱MK分類法)，是現代天文最常用以分類主序星的分類法。你看到字母都亂七八糟吧，這其實是歷史的原因：

19世紀一位意大利的天文學家Angelo Secchi曾經做過恆星的光譜普查，他的分類法底下，恆星分成3類，以 I, II ,和 III 作為編號。

Angelo Secchi (1818 - 1878)

例如
I型的恆星就是光譜中有很強的氫譜線的藍白色恆星，即是這顆恆星有很多氫原子。
II型的恆星的光譜中有很強的鈣線和鈉線的黃色恆星。
III型的恆星是偏紅色的恆星。

後來1868年和1877年，Secchi再加入 IV 和 V 型恆星。

到了1880年代，一個有錢寡婦成立了一個基金予哈佛大學去編制一個以他丈夫命名的恆星目錄Draper Catalogue，由天文學家皮克林(Edward Pickering)帶領一班女士進行這項工作。當時有意見說Secchi用羅馬數目字去編碼，很容易會和其他東西混淆了。哈佛大學的這個團隊就建議使用英文字母去代替。1890年，隊中其中一位女天文學家Fleming根據Secchi的分類法以光譜線的強弱作了更仔細的分類。

Williamina Fleming (1857 - 1911)

I型再細分為A, B, C, D
II型再細分為E, F, G,H, I, K, L
III型變成M
IV型變成N (沒有發現有恆星屬於此類)
V型被發現其實是其中一種B型恆星
弗萊明再加入三個編號：
O型是比I型更亮的恆星
P型是行星狀星雲
Q型是其他

不過，不久之後，隊中另一位隊員Cannon以光譜中的Balmer吸收線的強弱去排列這個分類法，並把不用的字母刪去。當時已經知道Balmer吸收線的強弱和恆星的表面溫度是相關的。

Annie Jump Cannon (1863 - 1941)

Cannon排出來的次序，以強至弱排列就是上面的：
O B A F G K M

我們的太陽是一顆屬於G型的主序星。

不過，由於目錄已編好並開始使用，為了省卻麻煩，他們決定照這個次序記下。

2000年後，天文學界再加入L T等恆星型。

我在做學生的時代，就要強記這個排列次序。為了使學生和其他使用的人，有人就編了一句口訣方便背誦這個次序：
(O)h, (B)e (A) (F)ine (G)irl (K)iss (M)e (L)ike (T)hat!

有一位女大學教授Diane Nalini甚至以這句口訣寫了一首歌呢！



We've grown apart, you and I
Expanding since the dawn of time
And somewhere on their lonely way
Your tender words suffered a delay
Not just a lag, but a cooling down
X-ray passion red-shifted to brown


*Oh be a fine girl… kiss me like that
You said…
Be my fire girl
Yes you said
Oh be a fine girl… kiss me like that
You begged
Be my fire girl… *

I lack the critical mass to collapse
Your wispy halo of cold gas
Rekindle the fire at the core
Of the hot blue furnace we burned in before
But I remember the early days
Fusing bodies consumed in the blaze

Repeat *

Words spiral out on their pointless flight
Riding a carrier wave into the night
But your cold eye settles only on dust
Remnants of the Big Bang between us
And will a new orbit bring you luck?
Captured forever, or ever in flux?
 
Repeat *

如果想要買這首歌的話，好像itune store和Google Store也能買到。

如果是女孩子怎麼辦呢？嗯⋯不如改成
Oh, Be A Fine Guy Kiss Me Like That
亦可。

到了現在，這個分類法會再細緻分級。每個恆星光譜型會再細分成0-9，共10級，0為高溫。後面再加一組符號去表示這個恆星的類別。例如主序星以字母V代表，太陽的光譜型就是G2V了。

說了這麼多，那為甚麼這類恆星要叫做「主序星」呢？我就賣個關子，下一篇，我就會介紹一個令這天體叫做主序星的工具。