我们是怎么知道一颗恒星的年龄的？

几个世纪以来，通过望远镜观察星空，我们对恒星有了更多的了解。天文学家现在能够确定每颗恒星的属性，例如质量和成分。

例如，确定哪些恒星的化学成分，还有光被恒星所发出的光谱。每种化学元素发出的颜色略有不同，望远镜（例如哈勃望远镜）可以检测到恒星发出的光颜色的细微差异。但科学家们还没有掌握时间的变量。

“事实上，我们现在知道年龄的恒星，只有太阳，”美国巴尔的摩太空望远镜科学研究所的天文学家大卫索德布洛姆说。“我们所有关于恒星年龄的知识都来自我们对太阳的了解，”他补充道。

即使是看起来研究得很透彻的恒星，也经常会给科学家带来惊喜。2019年，红色的超巨星参宿四猎户座变暗，天文学家不能确定它是否只经历了一个阶段，或者是即将发生超新星爆炸。其实，这只是恒星生命中的一个阶段。基于物理学和恒星年龄测量的计算，可以为天文学家提供粗略的数据，有些方法对不同类型的恒星会更有效。以下是天文学家计算恒星年龄的三种方法。

科学家们对恒星是如何形成、如何生活和如何死亡已经有不少的了解。例如，恒星燃烧它们的氢燃料，最终膨胀，最后将它们的气体喷射到太空中。有时候发生大爆炸（称为超新星），当然，有时候爆炸没有那么惊人。但恒星每个阶段的生命周期什么时候会发生呢？这个我们并没有完全了解。

根据质量的不同，有些恒星在不同的年龄达到这个周期点。质量越大的恒星燃烧得越剧烈，灭亡得更早，而质量越小的恒星消耗燃料的速度越慢，可能会存在数十亿年。

在20世纪左右，两位天文学家Ejnar Hertzsprung和Henry Norris Russell，各自提出了绘制恒星温度与亮度对比图的想法。Hertzsprung-Russell (HR) 图中的模式对应于每颗恒星在其生命周期中的位置。今天，科学家们利用这些模式来确定星团的年龄，这些星团被认为是同时形成的。

需要注意的是，除非进行大量的数学和建模，否则这种方法只能用于星团中的恒星，或者通过将单个恒星的颜色和亮度与赫茨斯普鲁姆-拉塞尔图进行比较。

“它不是很精确，”科罗拉多州博尔德市空间科学研究所的天文学家特拉维斯·梅特卡夫说。“不过，这是我们最好的工具。”

在20世纪70年代，天体物理学家注意到一个趋势：年轻星团中的恒星，比老星团中的恒星旋转得要快。1972年，天文学家安德鲁·斯库曼尼奇(Andrew Skumanich)利用恒星的自转速率和表面活动，提出了一个简单的公式来估算恒星的年龄：恒星的自转速率等于其年龄乘以1/2。

几十年来，这种方法一直被用于研究单个恒星，但新的数据表明，它的实用性存在缺陷。事实证明，一些恒星在达到一定年龄后不会减速。相反，它们在余下的生命中保持同样的旋转速率。

梅特卡夫说:“比太阳年轻的恒星，旋转是最好的指示器。”

然而，比太阳更古老的恒星，用其他方法会更合适。

新的数据证实，旋转并不是估算一颗恒星年龄的最佳方法，用开普勒太空望远镜去寻找系外行星。开普勒望远镜不仅是系外行星研究的福音，它还将恒星地震学带到了前沿，因为它长时间盯着同一颗恒星。

观察恒星亮度的变化，可以收集年龄的线索。科学家们观察恒星如何闪烁，以此作为发生了什么事情的标志，并通过数学建模，大致计算出它的年龄。要做到这一点，他们需要一个非常大的恒星亮度数据集，开普勒望远镜可以提供这些数据。

随着NASA的TESS，还有欧洲航天局的CHEOPS等太空望远镜探索天空的新领域，天体物理学家将能够了解更多恒星的生命周期，并对更多恒星进行新的估算。