Dans les premières années du 20ème siècle, les astronomes Ejnar Hertzsprung et Henry Norris Russell développés indépendamment un système de classification des étoiles. Ils ont classé la luminosité --- la puissance lumineuse totale --- des étoiles par rapport à l'autre caractéristique stellaire évidente: leur couleur. Le travail de ce Hertzsprung et Russell vit dans le «diagramme HR» qui positionne étoiles en fonction de leur couleur, allant dans les étoiles bleues, blanches, jaunes, oranges et rouges. Les couleurs sont intimement liées à des conditions à la surface de l'étoile.
La Fournaise
Une étoile est une masse grouillante d'hydrogène et d'hélium, si chaud à l'intérieur que les électrons ont été dépouillés loin des atomes. Les températures sont si élevés au cœur de l'étoile que les protons et les neutrons se brisent dans l'autre avec suffisamment d'énergie pour coller ensemble, éventuellement écraser encore et encore pour créer l'hélium, libérant de l'énergie de fusion le long du chemin.
Energy Makes It Out
L'énergie de fusion au cœur de l'étoile fait son chemin sur --- en milliers, voire des millions d'années --- aux couches extérieures plus froides de l'étoile. Ce qui commence comme les rayons gamma de haute énergie dans le centre de l'étoile se rebondi autour et redistribué dans une variété d'autres formes d'énergie. Les couches externes ont des atomes d'hydrogène intactes --- avec un électron en orbite autour d'un proton. L'énergie de l'intérieur de l'étoile finit par se retrouver dans les électrons autour des atomes d'hydrogène, et ils renoncer à cette énergie sous forme de lumière.
La distribution d'énergie
Les atomes d'hydrogène à la surface de l'étoile sont emprisonnés par la gravité, confinée à une sphère dans l'espace. Dans ce domaine, les atomes se brisent constamment dans l'autre. Certains atomes auront beaucoup d'énergie, mais ils vont se bloquer et rebondir sur d'autres. Avec chaque accident, une partie de cette énergie va à d'autres atomes. De cette manière, l'énergie est répartie entre les atomes d'hydrogène. L'énergie moyenne de tout ce mouvement est la température.
Radiation Blackbody
La façon dont l'énergie dans les couches externes de l'étoile est réparti entre les atomes est régie par les règles de la mécanique quantique. Qui réglemente la façon dont les atomes peuvent répartir l'énergie entre eux. Quand un atome obtient l'énergie supplémentaire, il se débarrasse de cette énergie supplémentaire en émettant de la lumière. L'énergie suit un modèle appelé rayonnement du corps noir. la lumière d'énergie différente est à différentes longueurs d'onde --- de sorte que la couleur de la lumière émise par l'étoile dépend de l'énergie des couches externes de l'étoile. La température est la mesure de cette énergie.
Retour au diagramme HR
Lorsque Hertzsprung et Russell ont fait leur classification stellaire en termes de couleur d'étoile, ils faisaient également une classification en termes de température. Les plus chaudes étoiles bleues ont une température de 40,000K (71500 ° F), les étoiles jaunes comme notre soleil ont une température d'environ 5,800K (10.000 ° F), et les plus cool des étoiles rouges ont une température de 3000K (5000 ° F) . Ni Hertzspung ni Russell avait la moindre idée de ce que les différentes couleurs représentées --- bien que nous savons maintenant que la couleur est liée à la taille et la scène de l'étoile de la vie.