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关于视频《白矮星完全冷却的光谱数字表示》的相关解释

2023-07-15 10:48 作者:钻石大动力  | 我要投稿

*本文有一部分可能是有错误的,如有请合理指出

*本文有部分引用,均已注明(参见:参考文献&配图来源)

- 本文专门解释此视频的研究:【天文/水视频】白矮星完全冷却的光谱数字表示

- 本文分4个部分:1.相关知识目录;2.讨论;3.注释;4.参考文献&配图

图片来自网络,百度图片

一、相关知识目录

  1. 关于白矮星及其光谱的表示

  2. 关于反比例函数

  3. 关于将白矮星冷却至0K表示的可行性

  4. 合理表示光谱的方法

二、讨论

1. 关于白矮星及其光谱的表示

白矮星本身是小质量恒星(大约8太阳质量以下,它是超新星爆发的临界质量)的演化产物,在它们前身星演化的末期由于不支持重元素的核聚变因而引起引力坍缩,导致恒星风吹走了大部分的外层[1]留下核心,它们就是白矮星。这些东西具有低光度高密度[2]的特点。大多数的白矮星发白光,因此得名[3]。它们位于赫罗图的左下角。

来自百度百科。不难看出,中间偏下的那一条斜带里是白矮星(White Dwarf)

白矮星一般使用字母D表示光谱,后面使用A、B、C、O、Q、X、Z以表示谱线,如果不同的谱线有叠加,则把多个字母同时使用[4]。在这些字母之后加上数字(表示温度),数字是用50 400除以白矮星表面温度所得的商。

下列是各字母使用的情况

- DA表示表面的大量氢(H),谱线包含巴尔曼谱线;

- DB表示表面的大量氦(He),谱线包含中性氦原子;

- DC表示无明显谱线或连续光谱;

- DO表示氦离子谱线,表面有少量氢原子和氦原子谱线;

- DQ表示表面的大量碳(C),光谱中有少量碳原子和碳分子谱线;

- DZ表示表面有大量金属,光谱中有钙(Ca)离子谱线;

- DX表示未确认。

其余还有特殊字母[5]:例如P代表光谱被偏极化;V代表变星;H代表谱线有在磁场下因塞曼效应产生分裂的现象;PEC表示特殊谱线等。

2. 关于反比例函数

我本人在写这篇文章时并没有拿上初中数学中关于函数的书[6]。关于这部分的正确知识请参考课本。此处lim符号用法有误请见谅

基本的关于反比例函数一般写法是

该函数是通过Grapher[7]输入函数实现的

反比例函数本身没有零点[8],是因为当

该趋近于符号通过在Pages文稿[9]上输入LaTeX的\lim命令实现

时x会趋近于+∞.

同理,当

同样方法,LaTeX实现的

时y也会趋近于+∞.

反比例函数的图像[10]如下:

显而易见,使用Grapher完成

可以看到,图中的反比例函数存在两条曲线,两条曲线上的所有点都满足

同样地,使用Grapher实现

这一关系。(这个图像本身是视频中函数的图像)

根据视频中的实际问题,我们只考虑第一象限中的这条曲线。由此进入第三部分

3. 表示冷却至0K的白矮星的光谱的可行性:

- 冷却至宇宙微波背景辐射温[11]的白矮星,其表面温度为3K,因此该白矮星的光谱对应的数字是16 800,该过程由 50 400÷3=16 800得到.

视频中对于这个作了很好的解释,在此不再赘述坐标系内的点。

- 关于冷却至0K的白矮星,理论上不存在光谱数字;根据前文

在Pages上用LaTeX中\lim指令的方法实现

时y会趋近于[12]+∞的结论,因而它没有一个准确的光谱数字。

因而想要表示冷却至0K的白矮星的光谱中给一个数字,是不可行的。

4. 正确表示白矮星的光谱数字:

在视频最后的总结部分提出,可以(且应当)写出数字[13],但不建议给一个已经冷却至0K的白矮星光谱注数字(具体原因见前文)


注释:

[1]外层的物质将形成行星状星云,之后会在长时间内消散;

[2]注意措辞:没说高温度,是因为有相对冷的白矮星(例如南河三B,其温度相对较低);

[3]注意措辞:使用“大多数”一词,提高了语言的准确性;

[4]比如南河三B的DQZ光谱;

[5]用于更明确地为白矮星表示它的物理状态;

[6]参照课内教材;

[7]Grapher是我本人电脑上的一个画函数的APP,它能画出各类坐标系(不限于平面直角坐标系和空间直角坐标系)上的函数图像和点;

[8]参见后文的原因;

[9]这个是Apple自带的给iOS准备的一个办公应用(因此保存成.docx格式需要把.pages格式导出)

[10]这里展示的是常数项k为正的情况,反之就把图像反过来;当k=0时,它是常数函数y=0(原因是,0除以任何数都等于0);

[11]大约3K;(大约-270°C)

[12]注意措辞:“趋近于”并不代表他就是正无限,提高语言准确性;

[13]如果懒的话也可以忽略这一条;

参考文献&配图来源:

  1. 关于白矮星及其光谱表示:部分摘自某度百科(恒星光谱词条-哈佛光谱分类)

  2. 关于反比例函数:部分摘自人教版九年级下册数学(26 反比例函数)、04年人教版高中数学教材 选修2-2(1 导数及其应用)-书中相关数学符号

  3. 网络配图:摘自百度图片(封面图)、百度百科(赫罗图)

  4. 个人配图:使用Grapher输入公式、生成函数图像;使用Pages文稿插入方程中LaTeX格式生成;


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