何謂「造父變星」?

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這類變星以仙王座 δ (造父一) 為最佳代表，故稱 Cepheid variables 或 Cepheids，中譯 "造父變星"。造父變星會依其金屬含量再分為經典及非經典兩個次型，本文所指的造父變星是經典型。

經典造父變星都是比太陽質量大 4 ~ 20 倍的晚年超巨星，這時期的星體內已累積一層氦。氦原子只有兩個電子，它會按溫度壓力等條件而電離，如果氦層是一次電離 (氦原子失去一個電子)，氦層是透明的，這時核心的能量便透過氦層向外輸出，但氦層也會同時吸收透過的能量令本身溫度提高，於是氦再多失多一個電子變成二次電離，二次電離後的氦已剩下原子核，所以氦層是半透明的，結果核心能量減少輸出，星亮度因而下跌，星的外層因少受熱而收縮，在內的氦層也因少吸核心能量而降溫，氦再次回復一次電離，就這樣，星的亮度和直徑會跟随氦層的透明度 (電離程度) 作循環變化。經典造父變星的亮度變幅多在 0.5 至 2 個星等級之間，周期 3 ~ 10 天，少數長至50 天。目前已知約有 700 顆經典造父變星在銀河系，幾千顆在其他星系。

        


1912 年美國女天文學家勒維特發現造父變星的光變週期與光度有特定的關係 (period-luminosity relation)，光變周期越長，光度越大，因此測定某一造父變星的週期，我們便得知它的光度或絕對星等，從絕對星等與視星等之差又可算出該星 (和其母星系) 的距離 *。 二十世記初的天文學家以為仙女座的 M31 在銀河系之內，後來藉造父變星測定 M31 距離我們二百多萬光年，遠在銀河系之外。哈勃也利用這種測距法找出星系距離與紅移的關係，得到宇宙膨脹的初步印象。造父變星已成為一種有效的 "量天尺"，適用於測距到 20 Mpc (6.5 千萬光年) 左右，再遠誤差增大。
   
或許你問：我們怎樣肯定造父變星的週期-光度關係？  原來有些造父變星是比較近地球的，我們可以借助視差的幾何方法首先鑑定星的距離，然後將結果與造父變星的測距方法對照，這樣便可印証造父變星這把量天尺的準確程度和適用範圍了。利用造父變星，我們又可校準適用更遠距離的量天尺，不同測距範圍的量天尺便組成了一套完整的量天階梯 (distance ladder)，造父變星正是這階梯中的第二級，視差法是第一級。

造父變星短片  http://www.youtube.com/watch?v=E9gvk_OkrPw&feature=related


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* 請參閱 《怎樣利用造父變星測定距離》 http://forum.hkas.org.hk/viewthr ... amp;extra=page%3D11

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在網上見到一幅關於造父變星的示意圖，但面積不大字體又矇，我把它放大並且重新植字。