什么是变星？这种恒星的亮度为何为出现周期性的变化？

变星是指亮度和电磁辐射不稳定，经常变化，并伴有其他物理变化的恒星。

当我们在夜空中观察星星时，我们通常认为这些星星的亮度相对稳定，以数十亿年的速度燃烧它们的核燃料。只有在它生命的尽头，恒星才会改变它的外观，变成一颗红巨星，最终结束它的生命。

然而，对于很多明星来说，“改变”是生活中的常态。欧洲航天局壮观地展示了一颗著名的变星RSPuppis，它的亮度随时间变化，并在周围物质的反射光中展示了这种神奇的行为。种类。

那么什么是变星呢？它的亮度如何变化？我们可以从三个不同的角度回答这个问题：历史的、科学的或物理的。

历史上的

自古以来，人们认为天上的星星是一个固定的光点。偶尔像新星或超新星这样的灾难性事件，产生暂时变亮的物体并不常见，在人类历史上，肉眼可见的超新星事件屈指可数。

1596年8月，大卫·法布里修斯发现一颗突然变亮的星星。10月底，这颗变亮的星星从视野中完全消失了。起初他以为这是一颗新星。但奇怪的是，这个光点在1609年的同一地点再次出现，新星和超新星从未在如此短的时间内变暗并重新出现；所以法布里修斯发现的变亮星根本不是新星，而是人类历史上发现的第一颗，自然界中亮度可变的变星或米拉变星。

但当时的科学条件无法研究如此罕见的天文现象。它不仅很少出现，而且很难观察到。

所以变星一开始在宇宙中被认为是极为罕见的，因为人们经过将近两个世纪的寻找，只发现了10颗这样的恒星，但是随着科技和天文摄影的发展，变星变得不那么神秘了发现的数量急剧增加。

1893年，HenriettaLeavitt来到哈佛大学天文台工作，开始研究变星。到1913年，她在小麦哲伦星云中发现了1000多颗变星。

通过仔细研究，莱维特发现这些变星有一些特殊的性质，例如：平均亮度最高的变星光度变化周期最长，即完成一个脉冲周期需要更多的时间（从最暗到最亮，再从最亮到最暗）。

最亮变星的变化周期一般为数月。当亮度降低时，更换周期也会相应缩短。最暗的变星可以在一天内完成一个脉冲周期。

基于以上性质，莱维特发现造父变星的平均亮度与脉冲周期之间存在明显的关系。

这种相关性就是我们今天常说的周光关系，这一重大发现对宇宙学的发展产生了不可估量的影响。让我们谈谈了解变星在科学上的作用和意义。

科学作用和意义

莱维特考察的变星都在小麦哲伦星云中。小麦哲伦星云距离地球19.9万光年，但它的大小只有7000光年左右。由于体积小，我们认为所有这些变星与地球的距离大致相同。表观亮度的差异对应于变星本征亮度的差异，因此我们可以根据距离与亮度的关系计算出变星本征亮度与周期的关系。

知道了这一点，下次我们在其他星系中寻找变星时，只需要测量变星亮度变化的周期就可以知道实际存在多少变星，然后再测量有多少变星在视觉上出现亮度，然后根据光度与距离的衰减关系，我们就可以计算出这颗变星实际上离我们有多远。

我们现在把这些可以测量距离的物体称为标准蜡烛，也就是说，我们只需要知道蜡烛本身有多亮，然后测量它看起来有多亮就可以知道蜡烛离我们有多远。距离是多少。

掌握了造父变星的周期-光度关系后，我们就有了标准烛光。这样，我们就可以用它来测量宇宙中的星系离我们的距离。1920年代，埃德温·哈勃用变星测量到螺旋星云实际上是一个离我们很远的独立星系。人类这才意识到，宇宙不仅仅是银河系，还有大量类似于银河系的星岛。

宇宙中的变星种类繁多，种类繁多，颜色和亮度差异很大。除了莱维特发现的造父变星外，还有质量较低、周期较短的天琴座RR变星、米拉等红巨星变星、白矮星等。

但最重要的是，这些变星的周期在宇宙中很容易被观测到，而且周期和它们的绝对亮度有着非常明显的相关性，所以变星是宇宙距离阶梯上最重要的组成部分。

当然我们还有更好的近距离测量距离的方法，就是我们最先掌握的视差法，即一年中地球绕太阳公转时，恒星在地球上的位置天空的变化决定了星星的远近。但这种方法只适用于1600光年以外的恒星。所以在距离地球1600光年的范围内，我们一般都是用视差来测量，但是在更远的距离我们就用变星，测到的距离已经超过了1亿光年！

通过观察这些变星的亮度是如何随时间变化的，也就是它们的变化周期有多长，然后识别我们观测到的是哪种类型的变星，我们就可以确定距离几亿颗天体光年之外。

最后一个问题，那么，为什么这些星星的亮度会发生变化？并且它还表现出稳定的周期性，

物理学原因

恒星光度变化，我们一般认为是核心的核聚变率发生变化，然后这些变化传播到地表引起恒星光度的周期性变化。但是这种情况基本上是不可能的。首先，即使恒星的核心聚变率在波动，但要对光度产生影响，这个周期至少要几十万年，因为一个典型的光子要传播到恒星以来它的诞生地表至少有10万年左右的历史。

还有一颗恒星在它的生命周期中，核心聚变的速度会发生变化，但这是大时间尺度上发生的，不会有短期的波动。事实上，各类变星的核心聚变率都是稳定的，但又不尽相同。

要解释变星周期波动的原因，我们需要看看恒星的最外层。

恒星的最外层是光球层。光子离开光球层后，便永久地离开了恒星，但光球层是一个特殊的地方。对于不变的恒星，光球层相对稳定。也就是说，辐射压力和在光球层中将离子向外推的引力相互平衡，这两个力相互抵消。太阳是这个的近似值，但它并不完全平衡。

在太阳的最外层，辐射压和引力也在互相对抗，你推拉，导致物质在这两种力的平衡之间起伏，所以最外层会发生下面的循环任意恒星层过程：

辐射压在某一点变得过大，克服引力，导致恒星外城膨胀。当外城内的物质远离恒星中心时，引力会下降，但辐射压提供的推力会比引力下降得更快，所以外城膨胀到一定程度后，引力克服辐射压力并将物质拉回。

引力回拉的过程会导致恒星的外层向内收缩，

然后，辐射压又开始上升，当增加到一定程度时，开始推动外层星星再次向外，然后是一个循环！

对于太阳来说，它的亮度变化强度约为0.1%。

但是对于变星来说，它们的亮度和半径可以变化很大，比如说90%甚至更多！半径通常相差数百万公里，温度相差数千度！

这就是变星发现的历史，它在宇宙学中的应用，以及它光度变化的原因。其实对于普通的恒星来说，如果我们观察得够仔细，就会发现每颗恒星的亮度都会发生这样的周期性变化。就像这个宇宙中的许多事物一样，唯一不变的就是变化。