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G型主序星
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黄矮星,也称黄色主序星,在天文学上的正式名称为GV恒星,是光谱型态为G,发光度为V的主序星。这一类恒星的质量大约在0.8至1.2太阳质量,表面的有效温度在5,300至6,000K[1]。与其他的主序星一样,GV恒星在核心进行将氢融合成氦的核融合反应。[2]对于地球来说太阳是最著名的,也是最易见到的GV恒星,每秒钟将大约6亿吨的氢转换成氦,将400万吨的质量转换成能量。[3][4]其他的著名GV恒星,还有南门二(半人马座α星A)、鲸鱼座τ、王良三、下台二、下台增一和飞马座51。[5][6][7]G型主序星在宇宙中的占比约7.5%—8%左右,且大多质量比太阳小。[8]

黄矮星其实是一个错误的名称,因为光谱类型为G的恒星实际颜色是从白色到黄色的,像太阳在早期的颜色是白色,只有到晚期才会成为黄色。[9]参考光谱分类的颜色与光谱图,太阳实际上是白黄色的(当前太阳为G2V型主序星[10],如果不做颜色修饰,在太空中看起来太阳的颜色当为色号#fff5f2[9]),而在地平线附近的太阳呈现红色,则是大气层的瑞利散射造成的。
一颗G型主序星的寿命跨度通常大约在90亿年到180亿年左右(太阳寿命约105亿年~109亿年,通常简化为约100亿年[11][12][13][14],受金属丰度等因素影响,最短寿的G型主序星寿命约79亿年或更短,最长寿的G型主序星的寿命可以达到200多亿年)[15][11][16][17][18][19],当它耗尽了核心的氢燃料之后,这一类恒星便会膨胀许多倍,发展成一颗红巨星,其红巨星阶段会停留在10亿年以上[20][21],典型案例比如毕宿五(金牛座α)。[22]最后,这颗红巨星会抛掉它外层的气体,成为行星状星云,而这时裸露出来的核心便是一颗体积小、密度高的白矮星,在往后的岁月中只会持续的降温与压缩。[2]
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宜居性
由于太阳这样的G2V恒星养育了地球生物圈,G型主序星是公认的、已得到实证的有利于孕育复杂生命的恒星。太阳作为早G型主序星,其质量和亮度超过宇宙中95%以上的恒星,寿命也短于95%以上的恒星(太阳的金属丰度偏高但不是极高,恒星自转速度则较慢,即使在同等质量恒星中的寿命也仅为中上水平而没有显著优势),但人类却正好出现在这样一颗恒星的行星上,显然不完全是巧合。早期研究曾经认为红矮星由于寿命最长因此其行星系统的演化最为理想,在发现红矮星的耀斑活动和潮汐锁定等问题后,流行观点则认为K型主序星是最适合孕育生命的恒星。但是K型主序星在数量上仍然远多于G型主序星,甚至晚G型主序星也远多于早G型主序星;即便认为部分F型主序星和少数A型主序星也能孕育智慧生命,然而随着恒星质量增加、其对应数量呈指数级减少;这样太阳显然属于宜居恒星中明显偏大、偏亮、偏短寿的类型,在概率学上就难以解释为何人类正好出现在早G型主序星的行星上。
一些研究认为,紫外辐射是一把双刃剑,过强会破坏生态系统,过弱则不能驱动复杂有机物等的产生与演化。中等质量恒星的紫外辐射强于小质量恒星反而可能加速分子变异,甚至还可以给生命直接提供光解、体内合成特定分子的额外能量来源[23][24][25]);小质量恒星由于缺少足够的紫外辐射驱动,不得不专门依靠适度的耀斑活动来补充紫外辐射,这种补充极为有限,反而加大了孕育和演化生命的难度[25][26][27]。晚F—早G型主序星的紫外宜居带和可见光宜居带的重合度则是最高的,而这些恒星的寿命通常在60—150亿年以上,宜居带星球的演化时间也完全来得及生物进化。[25][28][29][30][31][32][33]且晚F—早G型主序星的恒星风与耀斑活动对宜居带的破坏比晚G/K/M型主序星要轻[34][35],也完全不用担心潮汐锁定(尤其是从晚K型主序星开始潮汐锁定概率大幅提高)[36]。K型主序星在年轻时期比G型主序星要更为活动剧烈(K型主序星的中后期阶段确实更温和,但目前宇宙年龄太低,K型主序星寿命较长因此大多目前还处在演化的早期阶段),G型主序星的活动随着年龄增长的衰减要更快,同年龄的K型主序星的极紫外线辐射(XUV,对驱动有机物变异意义远不如普通的紫外辐射,却具有破坏性)是同年龄的G型主序星的3—4倍(X射线则是G型主序星的2倍多)[33][35][25][27][37][34][38]。并不是K型主序星甚至红矮星就一定不好,而是小质量恒星寿命过长会导致其活动衰减的演化和行星系统的演化都偏慢,又由于宇宙目前年龄较小,因此晚F—早G型主序星可能正好是当前演化得最成熟的一批恒星。[33][35][25][27][37][39]
此外,在恒星演化过程中,主序星阶段,A/F型主序星由于在不断膨胀散热、亮度不断轻微上升的同时则光谱/表面温度不断地慢慢往下掉;K/M型主序星由于膨胀散热程度过轻、亮度不断上升且光谱/表面温度也不断上升;只有G型主序星的光谱/表面温度的变化相对最为稳定(往往会先上升后下降,但起伏最轻微,且先升后降也使得主序星阶段的初期和末期的光谱/表面温度大体一致),尽管其亮度也在慢慢上升。[40][41][42]
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参考资料
相关条目
外部链接
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