爱丁顿和质光关系

对于恒星，有两个最基本的参数很难获得，那就是它们的大小和质量。恒星的大小不能直接通过望远镜来测量它们的圆面而获得，因为它们太遥远了。可以通过两条途径来推断恒星的大小：通过研究食双星，或者通过计算什么样的恒星表面积会在所观测到的恒星表面温度上辐射出所观测到的总能量（绝对星等）。至于恒星的质量，只有靠一种方法来获得，即通过对测定的双星轨道运用牛顿的万有引力定律，来确定恒星的质量。所以来自密近分光双星的信息十分宝贵。只有对少数恒星才可能获得这样的信息。然而，就这少数恒星而言，它们彼此之间的质量差异就已大得令人吃惊。

1924年，剑桥的爱丁顿（Arthur Stanley Eddington，1882－1944）收集了可得到的信息，发现恒星质量可以小到五分之一太阳质量，大到25倍太阳质量。更为重要的是，他令人信服地指出，这些恒星的质量与它们的绝对星等之间有非常紧密的关系，即存在着一种所谓的质光关系，大质量的恒星有大的光度－25倍太阳质量的恒星发射出的能量是太阳的4 000倍。

图9.12　爱丁顿肖像

爱丁顿根据恒星内部结构理论发现，恒星的光度不仅依赖于它的质量，而且还在很大程度上依赖于氢的丰度。当时对于恒星内部氢的丰度知识还是空白，一般都假设与地球上氢的丰度相近。这样一来，他算出的恒星光度总比恒星的真实亮度小一个数量级。为了与观测结果相符，他大胆推测，在太阳和恒星内部氢的丰度可高达35%。

图9.13　质光关系（纵坐标为绝对星等，横坐标为以太阳质量为单位的恒星质量对数）

1925年塞西利亚·佩恩（Cecilia Payne，1900－1979）在哈佛大学天文台完成的博士论文清晰地建立了恒星温度和光谱分类之间的关系，并进一步考虑了元素的相对丰度，提出在大多数恒星中氢的丰度比原先设想的要高得多——爱丁顿的大胆猜测都是很保守的。