我們是怎麼知道一顆恆星的年齡的？

幾個世紀以來，透過望遠鏡觀察星空，我們對恆星有了更多的瞭解。天文學家現在能夠確定每顆恆星的屬性，例如質量和成分。

例如，確定哪些恆星的化學成分，還有光被恆星所發出的光譜。每種化學元素髮出的顏色略有不同，望遠鏡（例如哈勃望遠鏡）可以檢測到恆星發出的光顏色的細微差異。但科學家們還沒有掌握時間的變數。

“事實上，我們現在知道年齡的恆星，只有太陽，”美國巴爾的摩太空望遠鏡科學研究所的天文學家大衛索德布洛姆說。“我們所有關於恆星年齡的知識都來自我們對太陽的瞭解，”他補充道。

即使是看起來研究得很透徹的恆星，也經常會給科學家帶來驚喜。2019年，紅色的超巨星參宿四獵戶座變暗，天文學家不能確定它是否只經歷了一個階段，或者是即將發生超新星爆炸。其實，這只是恆星生命中的一個階段。基於物理學和恆星年齡測量的計算，可以為天文學家提供粗略的資料，有些方法對不同型別的恆星會更有效。以下是天文學家計算恆星年齡的三種方法。

科學家們對恆星是如何形成、如何生活和如何死亡已經有不少的瞭解。例如，恆星燃燒它們的氫燃料，最終膨脹，最後將它們的氣體噴射到太空中。有時候發生大爆炸（稱為超新星），當然，有時候爆炸沒有那麼驚人。但恆星每個階段的生命週期什麼時候會發生呢？這個我們並沒有完全瞭解。

根據質量的不同，有些恆星在不同的年齡達到這個週期點。質量越大的恆星燃燒得越劇烈，滅亡得更早，而質量越小的恆星消耗燃料的速度越慢，可能會存在數十億年。

在20世紀左右，兩位天文學家Ejnar Hertzsprung和Henry Norris Russell，各自提出了繪製恆星溫度與亮度對比圖的想法。Hertzsprung-Russell （HR） 圖中的模式對應於每顆恆星在其生命週期中的位置。今天，科學家們利用這些模式來確定星團的年齡，這些星團被認為是同時形成的。

需要注意的是，除非進行大量的數學和建模，否則這種方法只能用於星團中的恆星，或者透過將單個恆星的顏色和亮度與赫茨斯普魯姆-拉塞爾圖進行比較。

“它不是很精確，”科羅拉多州博爾德市空間科學研究所的天文學家特拉維斯·梅特卡夫說。“不過，這是我們最好的工具。”

在20世紀70年代，天體物理學家注意到一個趨勢：年輕星團中的恆星，比老星團中的恆星旋轉得要快。1972年，天文學家安德魯·斯庫曼尼奇（Andrew Skumanich）利用恆星的自轉速率和表面活動，提出了一個簡單的公式來估算恆星的年齡：恆星的自轉速率等於其年齡乘以1/2。

幾十年來，這種方法一直被用於研究單個恆星，但新的資料表明，它的實用性存在缺陷。事實證明，一些恆星在達到一定年齡後不會減速。相反，它們在餘下的生命中保持同樣的旋轉速率。

梅特卡夫說：“比太陽年輕的恆星，旋轉是最好的指示器。”

然而，比太陽更古老的恆星，用其他方法會更合適。

新的資料證實，旋轉並不是估算一顆恆星年齡的最佳方法，用開普勒太空望遠鏡去尋找系外行星。開普勒望遠鏡不僅是系外行星研究的福音，它還將恆星地震學帶到了前沿，因為它長時間盯著同一顆恆星。

觀察恆星亮度的變化，可以收集年齡的線索。科學家們觀察恆星如何閃爍，以此作為發生了什麼事情的標誌，並透過數學建模，大致計算出它的年齡。要做到這一點，他們需要一個非常大的恆星亮度資料集，開普勒望遠鏡可以提供這些資料。

隨著NASA的TESS，還有歐洲航天局的CHEOPS等太空望遠鏡探索天空的新領域，天體物理學家將能夠了解更多恆星的生命週期，並對更多恆星進行新的估算。