第九章 恒星的秘密
533 計(jì)算臨近恒星的距離就像你眨眼睛一樣簡單。恒星間距離有多遠(yuǎn)呢？這是一個(gè)簡單的問題，但看上去似乎是不可能回答的。畢竟你不能用卷尺去兩處恒星間的距離。為了便于理解具體做法，我們來做個(gè)實(shí)驗(yàn)。舉起你的食指，伸直胳膊讓食指在你面前大概 1英尺處。用你的左眼和右眼交替去看它，從中你會(huì)發(fā)現(xiàn)你的食指在遠(yuǎn)處不動(dòng)的背景中跳動(dòng)。這種現(xiàn)象叫做視差。視差現(xiàn)象是由于你用左眼和右眼分別單獨(dú)看食指時(shí)的視線方向有微小的不同。食指在背景中跳動(dòng)的大小或者說是視差的大小是由食指到你的距離決定的。當(dāng)你把食指靠近時(shí)，視差會(huì)增大；相反地，讓食指遠(yuǎn)離，視差會(huì)減小。
534 天文學(xué)家把視差的概念延伸，并以此測量恒星的距離。用望遠(yuǎn)鏡拍攝進(jìn)出恒星在遙遠(yuǎn)天體背景中的照片。6 個(gè)月后，當(dāng)?shù)厍蚬D(zhuǎn)到太陽另一側(cè)時(shí)，在拍攝以此。對比兩次的照片，可以看出較近的目標(biāo)星在背景中的移動(dòng)。目標(biāo)離我們越近，移動(dòng)的量也就越大。地球軌道兩側(cè)的距離比你兩眼間的距離大得多了，這種方法可以用來測量許多恒星的距離。恒星間的距離太大了，所有恒星的視差都非常小。
535 即使是離得很近的恒星，視差也非常非常小。半人馬座α是除太陽外距地球最近的恒星系統(tǒng)，它的視差是 0.76 角秒，大概只有滿月直徑的 0.004%。
536 天文學(xué)家在描述恒星距離時(shí)通常以光年為單位。你可以用英寸來度量紐約到巴黎的距離，但是用一個(gè)大一點(diǎn)的單位如英里似乎更實(shí)際。同樣地恒星間距離是非常大的，以致英里也不再適用了。因而天文學(xué)家通常使用光年作為度量宇宙的標(biāo)度。1 光年就是光走一年的距離，將近 6 萬億英里。許多肉眼可見的恒星于我們的距離在幾十甚至數(shù)百光年。
537 秒差距也用來度量宇宙中的距離。除光年外，秒差距有時(shí)也用來作為宇宙中的長度單位。1 秒差距等于 3.26 光年或 20 萬億英里。
538 半人馬座α包含了除太陽外距地球最近的恒星。它在南天的半人馬座中，看起來是一顆星，實(shí)際上是三顆相互繞轉(zhuǎn)的恒星。其中有兩顆星于太陽很類似，另一顆是個(gè)較小的紅色恒星。這些距太陽最近的恒星與我們也有 4.3光年，即大約 25 萬億英里。 （目前哪顆星離我們最近？是那顆最小的恒星，叫做半人馬座αc，也叫半人馬座 Proxima，意思是“半人馬座中最近的星” 。 ）
539 一些亮星離我們很近，還有一些離得很遠(yuǎn)。夜空中最明亮的恒星是大犬座的天狼星，它是距地球較近的一顆恒星，與我們距離 8.8光年。大犬座旁邊的獵戶座中也有兩顆亮星，即 Betelgeuse 和 Rigel，與天狼星形成鮮明對比，Betelgeuse 的距離為 590 光年而 Rigel為 900 光年。這意味著從 Betelgeuse 進(jìn)入你眼中的光離開它時(shí)，哥倫布還沒發(fā)現(xiàn)美洲大陸，而 Rigel 的光發(fā)出時(shí)，歐洲剛剛脫離黑暗時(shí)代。在夏季星空中我們可以找到很明顯的夏季大三角，它由牛郎星、織女星和天鵝α（中名：天津四）組成?？椗窃诰辔覀?27 光年處，牛郎星在 16光年遠(yuǎn)處，而天津四卻又令人吃驚的 1600 光年的距離，我們看到的光早在羅馬帝國覆滅之前就出發(fā)了。
540.天文學(xué)家用測量機(jī)來測量恒星間的視差。這種測量儀器由一塊面積比較大的花崗巖板組成，在花崗巖板的中心有一個(gè)空洞。某一天區(qū)的圖像成像在放置在空洞中的一塊玻璃片上。當(dāng)有光線穿過這塊玻璃片時(shí)一張圖像便在屏幕上形成。于是被測量視差的恒星（團(tuán)）便成像于十字準(zhǔn)絲處并被記錄下來。 經(jīng)過一段時(shí)間后就可以得到同一天區(qū)的多塊感光板并同計(jì)算機(jī)的近似計(jì)算結(jié)果相比較。 測量機(jī)被放置在環(huán)境受一定控制的空間因?yàn)楦泄獍搴突◢弾r板的膨脹和收縮會(huì)極大得影響觀測。
通過這種方式已經(jīng)有超過 6000 顆的恒星的距離得以測量。這些恒星中的大部分位于距地球幾百光年的范圍以內(nèi)因?yàn)橐坏┏^這個(gè)范圍， 恒星的視差將變得非常小從而無法用這種方式測量到。對于超過這個(gè)范圍的恒星（在天文學(xué)家看來仍然是距地球很近的） ，需要利用其他的方法來測量。
541.天文學(xué)家采用星等來描述恒星的亮度。古希臘人依據(jù)他們?nèi)庋塾^測到的恒星的亮度把恒星分等。最亮的恒星稱作一等星，肉眼能觀測到的最暗的星稱作五等星，其它的星位于一等到五等之間。后來，當(dāng)能準(zhǔn)確測量亮度之間差別的靈敏觀測儀器發(fā)明之后，人們發(fā)現(xiàn)某一特定星等的恒星的亮度是比它高一個(gè)星等的恒星的 2.5 倍。 同時(shí)也發(fā)現(xiàn)并不是那些被古希臘人分到同一等級(jí)的恒星便具有相同的亮度， 因此最亮的恒星應(yīng)該被重新指定為零等星甚至是具有負(fù)數(shù)的星等。
542.用星等衡量恒星的亮度時(shí)，務(wù)必不要忘記恒星越亮星等越低。了解了這一點(diǎn)，除了能使你正確的理解星等外，或許還能讓你對天文學(xué)家是如何思考的有一些認(rèn)識(shí)。
543.今天，天文學(xué)家們相比古希臘人在兩個(gè)方面都對星等的尺度進(jìn)行了大的擴(kuò)展。當(dāng)天空中最亮的恒星-天狼星的亮度被準(zhǔn)確測量出時(shí)，人們發(fā)現(xiàn)它比被古希臘人一同列入一等星的其它恒星的亮度要大得多。實(shí)際上，天狼星的亮度足以使它劃入星等為-1.4 的恒星。一些行星有的時(shí)候看上去要比天狼星還要亮因此具有更低的星等。 金星的星等偶然情況下會(huì)達(dá)到-4.4 等，比天狼星還要高三個(gè)星等（或者說亮度是天狼星的 2.5*2.5*2.5 倍） 。作為比較，滿月的星等是-12.7 等，太陽的星等是-26.7。隨著望遠(yuǎn)鏡的發(fā)明，比人類肉眼所能看到的暗得多的恒星相繼被發(fā)現(xiàn)，因此星表中也出現(xiàn)了比五等星還要暗的天體。實(shí)際上，今天的巨型望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)記錄下來暗至+30 等的恒星和星系。
544.除了視星等外還有絕對星等的概念。顯然，我們說太陽的亮度要比一些新發(fā)現(xiàn)的恒星 和星系大數(shù)百萬倍，僅僅是指在我們（在地球上）看來這些不同的天體的亮度如何而不是它 們的真實(shí)亮度。考慮到這一點(diǎn)，天文學(xué)家用視星等來描述天體的視亮度的同時(shí)也用絕對星等 來描述天體本身的真實(shí)的亮度。 有一定的隨意性， 我們把天體如果移到距地球 10pc(32.5L.Y) 的地方所具有的視星等成為天體的絕對星等。如果太陽被放在距地球 10pc 的地方，它的星 等會(huì)變?yōu)?4.84，這意味著它將幾乎不能被肉眼觀測到。作為對比，參宿七，位于獵戶座右 手偏下位置的那顆星，絕對星等為-8.1。在距我們 900 光年的距離處，它是天空中最亮的恒星之一，但若放在距我們 32.5 光年處，它將變得即使在白天的大部分時(shí)間內(nèi)也可以被觀測到。
545.一般來講，一顆特定的恒星距離我們越近，它看起來越亮。就像我們離路燈越近它看起來越亮一樣，恒星也是如此。但具體是怎樣變化的呢？你或許認(rèn)為如果有兩顆完全相同的恒星其中一顆甲到我們的距離是另一顆恒星乙的兩倍，那么甲的亮度看起來會(huì)是乙的一半。而實(shí)際情況是，甲的視亮度是乙的 1/4。如果甲到我們的距離是乙的三倍，那么它的視亮度會(huì)變?yōu)橐业?1/9?？茖W(xué)家們稱這種關(guān)系為平方反比定律因?yàn)殡S著一個(gè)變量的增加（在這指恒星的距離）另一個(gè)變量是不是正比于距離下降而是正比于距離的平方下降。距離變?yōu)閮杀叮炼染妥優(yōu)?1/4。距離變?yōu)樗谋叮炼染妥優(yōu)?1/16，依此類推。
546.通常情況下，恒星的溫度越高看起來越亮。恒星的溫度越高，從每平方米輻射出來的能量就越多。因此，在其它條件等同的情況下，恒星越熱，它的溫度就越高。
547.其它條件等同，恒星的體積越大，亮度越高。恒星發(fā)光是因?yàn)橛心芰繌乃谋砻孑椛涞酵鈱涌臻g。如果兩顆恒星具有相同的顏色，那么它們的溫度也相同，因此每秒鐘從它們表面每平方公里都輻射出相同的能量。但是如果其中一顆比另一顆體積大，那么它也具有相對較大的表面積，這意味著他有更大的表面積來輻射能量。綜上，如果兩顆具有相同溫度的但大小不一的恒星到我們的距離相同，那么體積大的那顆將會(huì)看起來更亮一些。
548.并不是所有明亮的恒星離地球的距離都比較小。天空中最明亮的恒星-天狼星，會(huì)出現(xiàn)在冬季星空的南方。它屬于離我們 8.8 光年的大犬座的一員，是距地球較近的恒星之一。天狼星僅比太陽大一點(diǎn)但卻呈現(xiàn)出我們所看到的那樣高的亮度， 這是因?yàn)樘炖切堑臏囟容^高同時(shí)又離地球較近的的緣故。一顆與太陽具有相同亮度的恒星如果放在天狼星的位置，僅僅會(huì)呈現(xiàn)出天空中一顆非常普通的恒星的亮度。天狼星附近（指在天球上） ，在獵戶星座有兩顆同天狼星亮度相當(dāng)?shù)暮阈?。它們離我們的距離要比天狼星遠(yuǎn)得多，但是卻呈現(xiàn)出相近的視亮度這是因?yàn)檫@兩顆星都是巨星因此具有更大的表面積來向外層空間輻射能量。
549.恒星的視星等還受介于我們和恒星之間的空間的“潔凈”程度的影響。大部分人會(huì)把外層空間想象成為絕對真空的，即認(rèn)為除了行星，月亮還有恒星，其它就什么都沒有了，是這樣嗎？實(shí)際上不是的。在恒星之間也存在著物質(zhì)-氣體以及天文學(xué)家所指的星際介質(zhì)。這些星際塵埃不同于人們通常在衣服表面或者床底所發(fā)現(xiàn)的塵土， 但是實(shí)際上科學(xué)家也不能準(zhǔn) 確指出這些星際塵埃的成分究竟是什么。但無論它們是什么構(gòu)成的，它們分散在銀河系及其 它的星系盤之間，扮演了一個(gè)陰暗夜晚的霧氣的角色。我們都知道在霧天向我們駛來的汽車 的頭燈看起來不如正常天氣下那樣明亮因?yàn)殪F氣把頭燈射向我們的一部分燈光散射掉了。 同 樣的，星際塵埃也使穿過它的光線變得昏暗。
550.星際塵埃也對我們所觀測的恒星的顏色產(chǎn)生影響。除了“消光”之外，這些星際塵埃 也使得遙遠(yuǎn)恒星的光線產(chǎn)生紅移因?yàn)橄鄬τ诩t光，星際塵埃散射掉了更多的藍(lán)光。因此位于 我們跟恒星之間的星際塵埃越多，在我們看來恒星會(huì)越暗并且顏色會(huì)越偏向紅色。
551.恒星具有多種多樣的顏色。我們的太陽是黃色的，但并不是所有的恒星都是如此，還 存在紅色，橙色，白色和藍(lán)色的恒星。
552.恒星的顏色可以告訴我們它的溫度。想象一下取一根鐵棍放到一個(gè)炙熱的火爐里，如 果你幾分鐘后把它取出，棍的頂端溫度之高會(huì)使它看起來呈暗紅色。用溫度計(jì)會(huì)側(cè)出它的溫 度高達(dá) 5000F。重新把鐵棍放回火爐幾分鐘后取出你會(huì)發(fā)現(xiàn)它的頂端會(huì)呈亮黃色，溫度高達(dá) 11000F。如果將加熱的時(shí)間再延長幾分鐘，頂端會(huì)呈白色，溫度將達(dá)到 20000F。如果用一 個(gè)非常炙熱的火爐并且有足夠長的加熱時(shí)間， 鐵棍會(huì)呈現(xiàn)出像焊接時(shí)發(fā)出的那種明亮的藍(lán)白 色，溫度會(huì)達(dá)到驚人的 30000F 甚至更高。同樣的道理，恒星的顏色也反映出它的表面溫度。 溫度最低的恒星呈紅色，最高的呈藍(lán)色，像太陽那樣呈黃色的恒星溫度位于兩者之間。將恒星的顏色根一根炙熱的鐵棒相比較使得你即使永遠(yuǎn)不會(huì)拿一個(gè)溫度計(jì)旅行到那顆恒星也可 以了解它的溫度。
553.部分恒星的顏色非常明顯。粗略看上去，所有的恒星幾乎都呈白色，或者可以說成沒 有顏色。 但是如果你仔細(xì)的觀察一些比較亮的恒星， 你就可能分辨出它們具有的不同的顏色。 比如說，在夏季星空很低的位置，你可以看到天蝎座最亮的恒星心宿二（俗稱‘大火’ ） ，因 其顯現(xiàn)出淡紅色，在希臘文中名字意為“火星的對手” 。同一時(shí)候的星空的高一點(diǎn)的位置還 閃耀著明亮的藍(lán)白色的織女星。在冬季，我們會(huì)看到獵戶座大星云中的位于獵戶肩膀位置的 一顆呈現(xiàn)出鮮明的紅色的亮星以及位于左腳位置的呈現(xiàn)出明顯的藍(lán)色的另一顆亮星——參 宿七。
554.雙筒望遠(yuǎn)鏡和天文望遠(yuǎn)鏡可以幫助你分辨出恒星的顏色。眼睛分辨顏色取決于有多少 光進(jìn)入眼睛。這就是為什么在晴天顏色看起來格外明亮而陰天則略顯暗弱的原因。我們用肉 眼基本上能分辨出天空中那些最亮的恒星們的顏色，但是比較暗的星則看起來幾乎都是白 色。天文望遠(yuǎn)鏡和雙筒望遠(yuǎn)鏡則把所有進(jìn)入鏡筒的聚集到眼睛里，從而使得恒星的顏色看起 來更明顯也明亮。比如說，天鵝星座第二亮的恒星天鵝星，肉眼看起來幾乎是無色的。但若 用一臺(tái)適中一點(diǎn)的望遠(yuǎn)鏡來觀測， 它就被分辨成了兩顆星， 一顆呈金黃色， 另一顆呈深青色。
555.分光器是一種具有難以致信的能力來告訴我們關(guān)于天體更多信息的工具。一個(gè)小孩兒 利用兩美元的材料就可以制成最簡單的分光器。 它由一個(gè)一面有一條狹縫內(nèi)部有一塊三角形 的普通玻璃（叫做棱鏡）的盒子構(gòu)成。穿過狹縫的光射入盒中繼而經(jīng)過棱鏡北分解成為幾種 構(gòu)成光的獨(dú)立的顏色（就像我們見到的陽光傳過打碎的玻璃的情形） 。經(jīng)過幾年的時(shí)間，科 學(xué)家們發(fā)現(xiàn)通過對這些顏色進(jìn)行詳細(xì)的分析可以得到大量令人驚奇的真實(shí)的關(guān)于發(fā)光物體 的信息——一切均來源于一塊棱鏡和一個(gè)一面有一條狹縫的盒子。 有的時(shí)候大自然就是這樣 的。當(dāng)然，用于現(xiàn)代天文望遠(yuǎn)鏡的分光鏡要比這復(fù)雜一些，但是它們工作的原理是一樣的。
556.不同顏色的恒星的光譜是不一樣的。在十八世紀(jì)末十九世紀(jì)初，天文學(xué)家們開始進(jìn)行 大量恒星的光譜測定工作。他們很快便發(fā)現(xiàn)這些光譜是各不相同的。有一些恒星的光譜中含 有大量的暗線，這是不同于我們的太陽的，其它有一些恒星的光譜則幾乎不含什么暗線。另 外，還有一些恒星的光譜則呈更多的線狀以致于看起來幾乎以暗帶的形式混雜在一起。
557.為了弄清光譜的機(jī)理，天文學(xué)家們開始給恒星光譜分類。科學(xué)研究中有一個(gè)非常重要 的方法是當(dāng)你不清楚某一現(xiàn)象的機(jī)理時(shí)，你可以先利用觀測數(shù)據(jù)來進(jìn)行分類比較，并試著找 出為什么存在這些類別。簡單一點(diǎn)說就是：當(dāng)困惑的時(shí)候先給它分類，然后考慮這些類別意 味著什么。天文學(xué)家就是這樣作的：根據(jù)光譜的圖像來分類。更進(jìn)一步，天文學(xué)家們問自己 是否這種圖像（類別）反映恒星的某些物理性質(zhì)。后來的事實(shí)證明，的確是這樣的?？拷?譜類別圖的頂端的恒星顏色是藍(lán)白色，低一點(diǎn)的是白色，再低一些的分別是黃色，橙色和紅 色。 因此， 不同恒星的不同光譜類型是與它們的顏色更進(jìn)一步是與它們的表面溫度相對應(yīng)的。 溫度高的恒星光譜跟溫度低的恒星是不一樣的， 同時(shí)二者跟溫度介于兩者之間的恒星的光譜 又是不一樣的。
558.天文學(xué)家們用簡單的字母和數(shù)字來給不同的光譜分類。開始的時(shí)候，溫度非常之高的 藍(lán)白星的光譜是用大寫字母 A 來標(biāo)記，其它隨著恒星溫度的降低，依次采用字母表中的 A 之后的字母來標(biāo)記， 這樣一直用到字母表中間的字母就把那時(shí)天文學(xué)家所分的光譜類別命名完了。后來，隨著他們對恒星跟它們的光譜機(jī)理的認(rèn)識(shí)的提高，原來被指定的一些字母的順 序被重新調(diào)整。一些字母被去掉了，就這樣演變成今天我們所見到的順序： O,B,A,F,G,K,M,R,N和 S.表面溫度最高的恒星的光譜被指定為 O 型， 而位于上述順序末尾的 字母則代表表面溫度最低的恒星的光譜型。
559.記住光譜的分類順序很容易，不過可能要讓你挨一個(gè)耳光。一種記住這個(gè)古怪的順序 （O,B,A,F,G,K,M,R,N,S）的方法是記住這樣一句話：Oh ,Be a fine Girl, Kiss Me Right Now, Sweetheart.有許多天文學(xué)家已經(jīng)曾試過這個(gè)方法，其中有一些取得了成功，另外一些 人則沒有。由一個(gè)天文學(xué)教授曾經(jīng)舉辦了一次競賽看誰能給出一個(gè)最好的方法來記住它，結(jié) 果優(yōu)勝者給出的答案顯示出他剛在宿舍經(jīng)歷了一場沖突： “Oh, Kill My Roommates Next Sunday！ ”
560.科學(xué)家們將不同類型恒星的光譜線同它們的物質(zhì)組成聯(lián)系起來。意識(shí)到不同類型恒星 的光譜和它們的表面溫度之間的聯(lián)系同在不同恒星看到的精確而詳細(xì)的特征線的類型是兩 碼事。但沒過多久，通過在實(shí)驗(yàn)室中燃燒各種各樣的氣體，然后觀察它們在不同溫度下發(fā)出 的特定的光譜， 科學(xué)家們便能夠證實(shí)不同恒星的光譜中的特征線并能推斷出這些特征譜線對 應(yīng)的元素組成。因此，在溫度極高的 O 型星和B 型星光譜中看到的特征譜線來自于氦元素。 而許多類似于我們的太陽的恒星的光譜中的特征譜線主要來源于一系列的金屬元素，從鐵， 鎂，鎳到鍶等。一些來自于紅色恒星的帶狀譜被確認(rèn)是由于存在眾多的原子結(jié)合體，以及一 些含有碳，矽和氧元素的分子。事實(shí)上，像 M，R，N 和S 型這些恒星由于溫度非常低時(shí)的分 子能夠存在于它們的大氣中。相反，在溫度高一些的恒星中，這些分子則被分解成分立的原 子。
561.光譜中的特征譜線就像一個(gè)指紋。自然界中的每一種元素都有自己的特征譜線，每一 種元素的光譜就像每個(gè)人的指紋對于他的意義一樣是獨(dú)一無二的。 在實(shí)驗(yàn)室中高溫燃燒特定 元素組成的物質(zhì)并拍下它的光譜，如果在恒星光譜中也能找出同元素光譜一樣的譜線，那么 你也就在那顆恒星中發(fā)現(xiàn)了一種元素。 很簡單卻是一項(xiàng)被天文學(xué)家們公認(rèn)的非常精彩和有意 義的探測工作， 它使科學(xué)家們僅僅坐在地球上的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)就能夠了解到遙遠(yuǎn)的恒星的物質(zhì)組 成。
562.雖然我們不能在恒星光譜中看到很多證據(jù)，但一顆恒星可能含有眾多的元素組成。表 面上看，或許能得出這樣的結(jié)論：A型星要比其它類型的恒星含有更多的氧元素因?yàn)樵谒?光譜中氧元素的特征譜線是最強(qiáng)的。但這個(gè)結(jié)論卻被證明是錯(cuò)的。理解這個(gè)佯謬的答案需要 對原子物理較深的理解， 但很快天文學(xué)家們就發(fā)現(xiàn)氧的特征譜線在 A 型星中最強(qiáng)是因?yàn)檫@些 星大氣的溫度對于這種譜線的形成起了推波助瀾的作用。同樣的，O 型星跟 B 型星的溫度也 促進(jìn)了光譜中氦線的形成。一般來說，每一類型的恒星氧跟氦的含量是一樣的。
563.有的時(shí)候即使是同種類型的恒星之間也是有差別的。個(gè)別時(shí)候，天文學(xué)家們會(huì)發(fā)現(xiàn)同 一顏色的也就是溫度相同的兩顆恒星的光譜確是不一樣的。舉例來說，有兩顆星具有同我們 的太陽相同的顏色，但是當(dāng)其中某一顆的光譜中占有優(yōu)勢地位的特征線跟太陽類似的時(shí)候， 另一顆相應(yīng)的特征線則可能要弱一些?？紤]到大部分這種特征線是源于金屬原子，因此這些 差別是一顆恒星具有比另一顆恒星更大的金屬元素豐度所造成的。 要回答為什么一些恒星比 另一些恒星具有更多的金屬元素含量，需要對恒星的形成有一個(gè)大致的了解，我們會(huì)在后面
的章節(jié)中談到。
第十章 恒星的一生
575.宇宙間散落著眾多受到星系母親般呵護(hù)的恒星。恒星并不是隨機(jī)的突然的在宇宙中產(chǎn)生的。相反的，他們是產(chǎn)生于被稱作“星云”的巨型云中的。星云有氣體跟塵埃組成，在星云里面不斷產(chǎn)生著新的恒星。
576.引力在恒星的形成過程中扮演了主要的角色。星云中的氣體跟塵?？偸窃诓煌５倪\(yùn)動(dòng)之中。作為這種運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，星云中有一些區(qū)域周期性地具有比其它區(qū)域較高的氣體和塵埃密度。在某一區(qū)域，這種密度越高則引力越強(qiáng)，因?yàn)橐κ怯捎谖镔|(zhì)的存在而產(chǎn)生。如果一個(gè)空間區(qū)域具有較多的物質(zhì)，這一區(qū)域引力的強(qiáng)度也就越大。
577. 當(dāng)某一區(qū)域的引力達(dá)到足夠的強(qiáng)度的時(shí)候，一顆恒星講究誕生了。如果某一區(qū)域引力 足夠強(qiáng)，則這一區(qū)域的氣體跟塵埃會(huì)不斷向內(nèi)部坍縮，從而吸引更多的氣體和塵埃到坍縮區(qū) 域（稱為加速過程） 。當(dāng)加速過程不斷進(jìn)行下去，區(qū)域中心的溫度會(huì)變得越來越高。當(dāng)有足 夠多的物質(zhì)聚集使得中心溫度超過 18000000F 時(shí)，熱核反應(yīng)就會(huì)啟動(dòng)一顆新的恒星就將誕 生。
578.一些星云跨越數(shù)百光年的空間尺度能夠產(chǎn)生數(shù)以千計(jì)的恒星。許多星云包含有大量的 氣體跟塵?！銐蛐纬蓭装兕w恒星。 有的時(shí)候幾顆恒星會(huì)在一個(gè)較小緊密的區(qū)域內(nèi)同時(shí)形 成，這樣的一個(gè)緊密的恒星聚集的區(qū)域被稱作星團(tuán)。所有一個(gè)星團(tuán)的恒星都具有相似的化學(xué) 組成，一起演化，此外還經(jīng)常作為一個(gè)團(tuán)體在宇宙空間中運(yùn)動(dòng)。一段時(shí)間以后，同一個(gè)星云 還會(huì)產(chǎn)生其它的恒星和恒星團(tuán)。
579.在冬季可以用肉眼看到一個(gè)巨大的美麗的星云。在冬季晴朗的夜空可以在獵戶座腰帶 下方不遠(yuǎn)的地方看到一些模糊的斑點(diǎn)。 但利用雙筒望遠(yuǎn)鏡和天文望遠(yuǎn)鏡就可以把它展現(xiàn)成一 個(gè)天空的奇跡：獵戶座大星云。這個(gè)星云具有這么小的視面積是因?yàn)樗木嚯x太遠(yuǎn)——離地 球大約 1200 光年。實(shí)際上，獵戶座大星云是一片廣大的華麗的地區(qū)，內(nèi)部的恒星賴以產(chǎn)生 的氣體和塵埃散發(fā)出無數(shù)色彩的光芒。
580.獵戶座大星云被內(nèi)部充滿的年輕的高溫恒星點(diǎn)燃。獵戶座大星云大部分的光來源于一 個(gè)微小的區(qū)域的恒星，這就是我們熟知的獵戶座四邊形，用一個(gè)小望遠(yuǎn)鏡就可以看到。它們 的強(qiáng)烈的藍(lán)白色光芒不僅反映出它們是溫度極高的恒星還顯示出它們非常年輕， 天文學(xué)上講 ——很可能小于 100000 年。這意味著我們的祖先看天空中的獵戶座的時(shí)候，這片星云還沒 有現(xiàn)在這樣的巨大的光芒。
581. 獵戶座大星云是一塊巨大的三維的光與色構(gòu)成的織錦。我們在地球上是從兩維的角度 來看獵戶座大星云的，但實(shí)際上它被認(rèn)為應(yīng)該是一個(gè)三維的巨大洞窟，光的雕像或者稱光與 色的織錦——越往深處越稠密，越往外越輕薄。它的外形很明顯的取決于它內(nèi)部氣體和塵埃 的密度的變化，以及我們所觀測的恒星的位置還有我們觀察它的方向。
582. 獵戶座大星云內(nèi)部的光色織錦是由它的一些恒星織成的。即使使用一個(gè)中等口徑的望 遠(yuǎn)鏡也能夠展現(xiàn)出獵戶座大星云的令人驚奇的美麗。它的錯(cuò)綜的結(jié)構(gòu)，有現(xiàn)狀物，曲線環(huán)還有不規(guī)則的顏色構(gòu)成的圍墻，是由恒星的光線穿越它的氣體和塵埃組成的織狀物形成的。在 很多情況下，這種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)是由年輕的恒星強(qiáng)烈的輻射造成的。這些恒星的物質(zhì)以每小時(shí) 100000 英里的速度從表面噴涌到外部。就像五彩的水流射到水池形成漩渦，它們形成了在 我們眼中更像是一件藝術(shù)品而不是科研的目標(biāo)這樣一種奇特的現(xiàn)象。
583.最近，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡拍到了令人震撼的獵戶座大星云中即將誕生恒星的情景。天文 學(xué)家們在很早的時(shí)候就已經(jīng)認(rèn)識(shí)到恒星誕生于向獵戶座大星云那樣的氣體和塵埃中， 但是真 正得到恒星形成過程的圖像則是另外一回事。 最近他們利用哈勃太空望遠(yuǎn)鏡拍到星云內(nèi)部的 圖景發(fā)現(xiàn)了一些令人驚嘆的細(xì)節(jié)問題。 再由這些細(xì)節(jié)拼湊而成的圖景中他們發(fā)現(xiàn)了分別處于 恒星各個(gè)演化階段的 700 多顆恒星。同“大四邊形”中的恒星作對比，有些恒星的確可以被 看作處于嬰兒時(shí)期，只有幾萬年的年齡。
584.通過深入探測星云內(nèi)部，哈勃甚至發(fā)現(xiàn)了尚未誕生恒星時(shí)的種子。深入獵戶座大星云 所看到的天體繁殖的壯闊場景被證明對天文學(xué)家們更有吸引力——超過 150 顆盤狀的物體， 并不少于嬰兒時(shí)期的恒星數(shù)，仍然被包裹在氣體和塵埃形成的繭中。很快的，這些恒星的輻 射壓力會(huì)推開束縛在它周圍的塵埃，將圓盤消散掉第一次呈現(xiàn)出恒星的原貌。但現(xiàn)在，在明 亮的星云背景下，他們?nèi)匀皇窍鄬Π档摹?
585.在獵戶座大星云中的圓盤狀物體或許不僅僅會(huì)形成嬰兒期的恒星，有一些很可能會(huì)包 含成長中的行星。在某些情況下，這些圓盤外層區(qū)域的塵埃會(huì)開始聚集成塊使它們的引力足 夠強(qiáng)來繼續(xù)聚集過程。如果是這樣的話，這些圓盤將不僅包含形成中的恒星還會(huì)包含行星系 統(tǒng)。簡單一點(diǎn)說，我們可能會(huì)目擊一個(gè)完全的新太陽系的形成，在它里面有一天也可能出現(xiàn) 生命。就現(xiàn)在而言，天文學(xué)家們已經(jīng)把這種物體稱為原行星系統(tǒng)。一些我們已經(jīng)有相當(dāng)了解 的這種物體具有兩到八倍的太陽系尺度，恒星母體具有大約 1/3 到 1.5 倍的太陽質(zhì)量。
586.第一個(gè)可能形成的類太陽系系統(tǒng)在繪架星座β星的軌道上被發(fā)現(xiàn)。利用一臺(tái)裝有不透明 盤的紅外望遠(yuǎn)鏡， 天文學(xué)家們便可以觀測到一個(gè)盤狀物體在圍繞繪架星座β星的軌道上運(yùn)動(dòng)。 這個(gè)圓盤的直徑是太陽系的十倍（到冥王星），約有 425000000 英里厚。因?yàn)閳A盤剛好側(cè)對 著地球，看上去呈一個(gè)恒星在中央的線狀。在圓盤內(nèi)部尺度從塵埃顆粒到巨型石頭的物體在 它們共同的引力作用下被拉到一起形成小行星體，最終形成完整的行星。
587.繪架β星盤的化學(xué)分析使天文學(xué)家得到要形成一個(gè)太陽系所必需的物質(zhì)組成。行星能夠 以在空間自由游蕩而不環(huán)繞其他恒星的方式存在嗎？在最近一些有關(guān)獵戶座大星云的發(fā)現(xiàn) 中有一項(xiàng)是一些估計(jì)質(zhì)量在 0.1 到100 倍地球質(zhì)量的昏暗的碎片被發(fā)現(xiàn)。 這些天體的尺度橫 跨小行星到幾倍木星質(zhì)量的范圍， 它們有一天會(huì)最終形成行星但卻不會(huì)繞一個(gè)近處的 “太陽” 運(yùn)動(dòng)。 這種天體還在其他星云發(fā)現(xiàn)嗎？目前有推測認(rèn)為宇宙中可能充滿著在陰冷黑暗的空間 中游蕩的“孤兒行星”。
590.恒星和行星的區(qū)別是什么？恒星是一種在它一生大部分時(shí)間里不斷發(fā)出通過核反應(yīng)產(chǎn) 生的光以及其他種類輻射的天體。相反地，行星或許會(huì)發(fā)出一些放射性衰變或者內(nèi)部不斷地 爆發(fā)產(chǎn)生的熱輻射（比如木星）。但是一顆行星不能自己發(fā)光，而恒星卻能發(fā)出自己產(chǎn)生的 光。行星發(fā)亮僅僅是因?yàn)樗芊瓷渲車暮阈堑墓饷ⅰ?
591.恒星通過熱核反應(yīng)來產(chǎn)生能量。熱核反應(yīng)聽上去是一個(gè)非常奇特的名詞，但它的意思簡單點(diǎn)說其實(shí)就是將幾種原子的原子核聚集并熔合在在一起。 原子的原子核抵制這種作用因 此經(jīng)常需要很高的壓強(qiáng)使他們聚集，很高的溫度使它們?nèi)酆?。恒星的?nèi)部滿足高溫高壓的條 件因此使許多熱核反應(yīng)發(fā)生的地方。 也恰恰是這種反應(yīng)放出的是恒星發(fā)光的能量阻止了使恒 星繼續(xù)向核心坍縮的過程。
592.在恒星和在空間中游蕩的行星之間缺少了一個(gè)聯(lián)結(jié)。最近，天文學(xué)家們證實(shí)了被命名 為褐矮星的天體。關(guān)于褐矮星存在的證據(jù)幾經(jīng)找尋了近三十年。褐矮星代表了沒有足夠質(zhì)量 形成恒星的天體和相比已知的行星質(zhì)量異常巨大的天體之間的一種聯(lián)結(jié)。 第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的這 種天體是 Glise 229B（或縮寫為 GL229B） ，它圍繞一顆屬于天兔座的距地球約 19 光年的質(zhì) 量較小的紅色恒星 GL229 運(yùn)動(dòng)。它被確認(rèn)表面溫度約 1300F并輻射出熱量，這些熱量來源于 在引力作用下仍在緩慢坍縮的內(nèi)核。 但是褐矮星的核心溫度卻永遠(yuǎn)達(dá)不到能使熱核反應(yīng)得以 發(fā)生的溫度。
593.褐矮星并不真的是褐色的。褐矮星這個(gè)名字從某種程度上來說是會(huì)誤導(dǎo)人的，因?yàn)槭?實(shí)上這類天體跟大多數(shù)的恒星相比是如此之小以至于它們看起來不會(huì)呈現(xiàn)褐色而更像是暗 紅色。幾年前的那次會(huì)議上這個(gè)名字的產(chǎn)生更像是一個(gè)笑話而不是其他的什么東西，但無論 如何，就已經(jīng)這樣定下來了。自第一顆褐矮星被發(fā)現(xiàn)以來已經(jīng)又有一定數(shù)量的這類天體被相 繼發(fā)現(xiàn)。
594.一個(gè)天體要具備多大的質(zhì)量才能夠形成一顆恒星呢？當(dāng)星云中的物質(zhì)從外向內(nèi)坍縮 時(shí)， 如果最終核心區(qū)的溫度超過 18000000F——熱核反應(yīng)發(fā)生的溫度， 它便會(huì)形成一顆恒星。 越多的物質(zhì)參與到這一過程中去，所形成的恒星溫度就越高。但是具有多大的質(zhì)量才能使其 能夠在星云中坍縮聚集而又剛好不至于形成恒星呢也就是溫度剛好不能觸發(fā)熱核反應(yīng)呢？ 根據(jù)理論計(jì)算的結(jié)果，答案是太陽質(zhì)量的 8%左右。近來，天文學(xué)家利用哈勃太空望遠(yuǎn)鏡剛 好排到了這樣一張照片——一顆微小的紅色的屬于另一顆恒星的伴星叫做 GL105A。GL105A 本身非?；璋担陌樾菂s要比它還要弱 25000 倍，這被科學(xué)家們證實(shí)是所發(fā)現(xiàn)的最暗的 幾乎不能夠形成恒星的恒星。
595.天文學(xué)家們最近又探測了另一個(gè)恒星產(chǎn)生的區(qū)域并發(fā)現(xiàn)了一些非常有價(jià)值的結(jié)構(gòu)。同 樣是利用哈勃太空望遠(yuǎn)鏡，天文學(xué)家最近探測了離我們約 7000 光年的坐落在巨蛇座的鷹狀 星云的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 在那里他們發(fā)現(xiàn)了復(fù)雜的手指狀的高達(dá) 600 億英里的由氣體和塵埃組成的 “柱子” 。這種被稱為像魔法城堡的尖頂以及大海蛇脖子的“創(chuàng)造之柱”實(shí)際上是由可見光 和紫外線輻射形成的巨大的塔狀物。輻射來源于周圍的高溫恒星而它自身的壓力卻逐漸減 小，氣體跟塵埃逐漸加入到恒星形成的過程中去。從這點(diǎn)來看，這種柱子有點(diǎn)像沙漠里孤立 的土丘，當(dāng)花崗巖和其他一些致密的巖石保留下來的時(shí)候，那些質(zhì)地較軟的石塊很早以前就 已經(jīng)被風(fēng)和水侵蝕掉了。
596.在鷹狀星云的內(nèi)部有“鷹之蛋” 。因?yàn)檫@種柱子會(huì)自己慢慢消逝掉，一些稍為致密一些 的氣體和塵埃形成的小球會(huì)逐漸顯露出來。這種小球被稱作“蒸發(fā)的氣狀球體” （英文縮寫 為 EGGs） 。然而因?yàn)樗挠⑽目s寫是 EGGs 的緣故，也被稱為“鷹之蛋” 。簡單一點(diǎn)說，他們 是要形成嬰兒恒星的氣體和塵埃聚集的區(qū)域。因此當(dāng)我們觀測這些令人驚奇的結(jié)構(gòu)時(shí)，又將 會(huì)看到新的太陽新的行星或許還有新的生命誕生的過程。
597.既有亮星云又有暗星云。恒星照亮了星云內(nèi)部的氣體和塵埃，使得它們像廣漠空間中
五彩繽紛的織錦。但是如果星云物質(zhì)遠(yuǎn)離恒星，它們將會(huì)變得非?；璋?。在有些地方，一些 不發(fā)光的氣體和塵埃剛好位于我們和會(huì)發(fā)光的天體之間， 結(jié)果是天體的光把這些氣體和塵埃 的昏暗的輪廓呈現(xiàn)給我們，比如在獵戶座中的馬頭星云。
598.不發(fā)光的塵埃也對“天空的洞穴”的形成有影響。從地球上看去，銀河系并不是非常 規(guī)則的發(fā)光。相反的，它呈十字形并且有一些昏暗的斑點(diǎn)和碎片夾雜其中，這使得天文學(xué)家 們考慮這些“天空的洞穴”是否是因?yàn)檫@些地區(qū)恒星稀少所造成的。但后來的結(jié)果顯示，這 些地區(qū)比較暗淡不是因?yàn)槿鄙俸阈嵌且驗(yàn)榇罅康牟话l(fā)光的塵埃將大部分的遠(yuǎn)處的恒星的 星光吸收掉了。
599.這種令人震撼的昏暗的塵埃云在北天和南天都可以看到。在溫暖的夏季的傍晚，在北 半球天空較高的位置可以看到三顆明亮的恒星，它們是織女星、牛郎星和天津四，一起構(gòu)成 了眾所周知的夏季大三角。呈現(xiàn)弧形穿越夏季大三角的就是銀河。但是在銀河穿越天鵝座的 時(shí)候，它的光芒幾乎被暗塵埃云吸收掉了一半。這種現(xiàn)象如果在遠(yuǎn)離城市燈光的一個(gè)晴朗的 沒有月亮的夜晚會(huì)很容易被看到，我們稱它為天鵝座的暗縫。 在南半球春季晚上 9 點(diǎn)的澳大利亞或新西蘭，可以看到南十字座和一些南天銀河瀉中 最令人贊嘆的恒星云在頭頂散發(fā)出耀眼的光芒。作為對比，在十字座附近有一個(gè)跨越 5°的 漆黑的洞窟。這個(gè)洞窟是另一片昏暗塵埃聚集的區(qū)域，我們稱它為“煤袋” 。
600.星際塵埃石油非常小的微粒組成的。對星際介質(zhì)光譜的研究反映出它包含有非常微小 的顆粒，尺度從幾千毫米到幾乎兩個(gè)緊挨在一起的原子的大小。塵埃怎樣影響穿越他的星光 取決以它的組成。對星際介質(zhì)光譜的研以及通過對它以其他方式影響星光的測量顯示，它包 含有碳和硅原子。很明確的是，大部分的碳原子是以石墨和煤煙的形式存在的。簡言之，空 間的一部分像是被煤煙熏黑的。
601.一些塵埃也像偏振太陽鏡那樣使星光發(fā)生偏振。光以波的形式傳播可以想象為你把一 根繩子的一端系在柱子上右手將另一端上下擺動(dòng)形成的波一樣。正常情況下，這種光波是每 個(gè)傳播方向都有的， 就像你用手沿不同的方向擺動(dòng)繩子一樣。 當(dāng)光波沒有特定的方向的時(shí)候， 我們稱它為非偏振的。 但是考慮利用一根一端穿過尖樁籬柵另一端系在柱子上的繩子來制造 波動(dòng)。籬柵的開口方向只能允許你在一個(gè)平面上制造波動(dòng)——就是沿開口方向的那個(gè)平面。 類似的，一副偏振太陽鏡也是利用只允許通過某一振動(dòng)方向上的光的方式來降低光的強(qiáng)度。 之所以能有這種效果是因?yàn)榻M成鏡片的分子整齊的排成列狀就像組成籬柵的狹板。 你可以通 過觀察光源時(shí)在鏡片前面旋轉(zhuǎn)一副偏振鏡片來鑒別一副特定的鏡片是否是偏振鏡片。 如果兩 副都是偏振的，旋轉(zhuǎn)時(shí)光的強(qiáng)度會(huì)發(fā)生變化。同樣的方式，天文學(xué)家通過旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡內(nèi)的偏 振濾波器來檢驗(yàn)是否所接收的光是偏振的。在實(shí)際實(shí)行后，他們發(fā)現(xiàn)穿越星際塵埃的星光是 有輕微偏振的。
602.有關(guān)星際介質(zhì)具有一些偏振特性的發(fā)現(xiàn)告訴我們一些有關(guān)它們自身以及他們所在空間 的一些信息。星際介質(zhì)使穿越它們的星光發(fā)生輕微偏振的事實(shí)意味著，類似于偏振鏡片的分 子，組成星際塵埃的粒子一定程度上也是呈線狀排列的。碳和硒的分子自身并不是這樣的， 但是具有金屬特性的物質(zhì)卻可以（就像鐵屑在磁場中呈現(xiàn)的排列一樣） 。有證據(jù)表明一些星 際塵埃的顆粒被包上了一層冰層外衣， 吸引那些游蕩在空間中的鐵原子， 最終在其他恒星 （包 括我們的太陽）輻射出來的弱磁場作用下形成線性排列并擴(kuò)散到整個(gè)星系。從這一角度講， 星際塵埃扮演了一副巨大的偏振太陽鏡的角色。
603.煤煙還有其他星際塵埃的成分的圓頭可以追溯到紅巨星。在晚年，向太陽一樣的恒星 會(huì)變成紅巨星它們的大氣的溫度會(huì)降低從而使原子能夠結(jié)合形成碳和硅的化合物。 恒星發(fā)出 的光的壓力會(huì)將這些化合物推到外層空間。因此，我們所看到的星際塵埃云是無數(shù)紅巨星在 他們生命某一階段“燃燒煤煙”的結(jié)果。鐵和水等其他一些組成部分也在這些低溫恒星的大 氣中被發(fā)現(xiàn)，因此它們也同時(shí)被釋放到外層空間。
604.那么為什么這些塵埃如此重要呢？為了新恒星和行星的形成，自然界非常頻繁的需要 一些能夠給奇特和塵埃提供庇護(hù)場所的環(huán)境使得它們能夠在引力作用下聚合并開始膨脹或 者說增長，成為越來越大的“土塊” 。開放的空間是非常不利于這一過程發(fā)生的，因?yàn)閬碜?于附近恒星光的壓力會(huì)在膨脹過程中瓦解掉。而充滿塵埃的區(qū)域則可以遮蔽原恒星和原行. 星起到阻止這一壓力瓦解的作用，因此就像是恒星和行星形成的催化劑。
605.像這種塵埃區(qū)廣泛存在于彌漫在星系中的亮星云中。眾所周知的博克球狀體， （巴特搏 克是一名研究這一領(lǐng)域的丹麥天文學(xué)家）這些天體一般直徑約有 5 到10光年包含有大約 10 到 100 個(gè)太陽質(zhì)量。就是在這些區(qū)域，新誕生的恒星有一天會(huì)發(fā)出它們第一縷光線。
606.除了塵埃，在恒星之間還存在氣體。大部分組成星云的物質(zhì)是由氣體組成的。最常見 的星際氣體類型是氫——宇宙中含量最豐富的元素。自 20 世紀(jì) 70 年代開始，大約有 100 多種物質(zhì)在星際空間中被發(fā)現(xiàn)，包括水、氨、甲烷和一些復(fù)雜分子像甲醛，乙炔和乙醇等。
607.直到 20 世紀(jì) 70 年代，天文學(xué)家才相信這些復(fù)雜分子會(huì)存在于星際空間中。以前的普 遍看法人為來自于年輕的高溫恒星的強(qiáng)烈紫外輻射會(huì)把剛形成的復(fù)雜分子就分解掉了。 但是 當(dāng)幾名天文學(xué)家首次決定探測這種分子并榮幸的找到的時(shí)候，事實(shí)就被證明不是這樣的了。 復(fù)雜分子的存在是由于伴隨的星際塵埃保護(hù)了它們免于紫外輻射的照射， 從而允許這些分則 達(dá)到一個(gè)可觀的數(shù)量。
608.復(fù)雜分子在星際空間的發(fā)現(xiàn)或許有更深刻的意義。發(fā)現(xiàn)這些分子大量的分布在星際空 間以及那些新的恒星和行星形成的區(qū)域是一件非常令人激動(dòng)的事， 因?yàn)槿藗兇_信這些分子是 生命誕生的本質(zhì)要素。簡言之，如果建造生命大廈的分子廣泛分布于宇宙空間，那么或許生 命也是這樣分布的。
609.宇宙中往往某一類型的恒星數(shù)量相當(dāng)巨大而另一些類型則相對較少。廣漠的空間中有 數(shù)以百億計(jì)的類似于我們太陽的恒星。 但事實(shí)上比太陽體積偏小顏色偏紅的恒星數(shù)量更為巨 大。但是相反的方向，即比太陽體積大溫度高的恒星的數(shù)量則越來越少。
610.像人類一樣，恒星也有誕生、成長、老化和死亡的過程。不用多加解釋，就是這么簡 單。
611.試著理解恒星有些類似于理解人類。當(dāng)我們抬頭仰望星空的時(shí)候，我們僅得到不同種 類處于生命特定階段的恒星的一個(gè)簡單印象。 挑戰(zhàn)在于要爭取能夠把這些證據(jù)組合起來從而 使我們能夠了解一顆特定的恒星的整個(gè)演化過程。 這相當(dāng)于你是一名外星人帶著了解人類生 活的任務(wù)來對地球做一個(gè)短期訪問。 一個(gè)精明的策略是你將飛碟停在軌道上快速的對人群拍 照。 回到你自己的星球后迅速檢測你拍的的照片， 你會(huì)注意到照片中有不同種類的地球生命： 小巧的細(xì)嫩有著皮膚的、大一點(diǎn)的皮膚也非常細(xì)膩的以及皮膚并不細(xì)嫩而且有白頭發(fā)的。為了了解這些生命， 你或許會(huì)試著重新組合這些圖片來看是否能沿著一條非常邏輯的思路來分 出類型，并最終了解某一種類型的人類是隨時(shí)間演化為另一種你所看到的類型的。逐漸逼近 是一種非?；镜目茖W(xué)研究方法。當(dāng)你觀測一種自己并不了解的現(xiàn)象時(shí)，可以先收集數(shù)據(jù)并 歸類，試著找出它們的類型及變化趨勢，并指出這些信息究竟意味著什么。具體到恒星時(shí)， 科學(xué)家們正是這樣做的。
612.恒星的壽命很大程度上取決于它形成時(shí)的質(zhì)量。誕生時(shí)質(zhì)量最大的恒星確實(shí)壽命最短 的，相反地，出生時(shí)質(zhì)量較小的恒星卻非常長壽。
613.恒星比人類的壽命要長，但是也有一些恒星的壽命卻達(dá)到其它一些恒星的上百萬倍。 宇宙中質(zhì)量最大的恒星作為一顆活躍的恒星其壽命只有不到 3000000年， 而質(zhì)量最小的恒星 活躍期卻可以持續(xù)數(shù)百億年——比宇宙現(xiàn)在的年齡還大。
614.在早期為了試圖更好的了解恒星的過程，天文學(xué)家們主要利用恒星溫度和亮度的關(guān)系。 自然界制造了眾多不同顏色的恒星，但是卻并沒有讓所有顏色的恒星都具有相同的亮度。而 赫羅圖（H-R diagram，這一用來描述恒星溫度和亮度的關(guān)系）正是可以引導(dǎo)科學(xué)家們深入 了解恒星內(nèi)部的工具，通過它，人們可以更深入的了解到自然界的工作是多么的杰出，同時(shí) 也包括對恒星發(fā)光的原因以及恒星壽命之間的差別的進(jìn)一步的了解。
615.赫羅圖引導(dǎo)我們進(jìn)入一個(gè)巨星和矮星的世界。赫羅圖最基本的一點(diǎn)是它說明了自然界 僅制造特定類型的恒星。就某一特定顏色的恒星來說，比如紅色，我們會(huì)看既有暗紅色的恒 星（在赫羅圖右下角的區(qū)域）同時(shí)也有發(fā)出明亮的紅色的恒星（在右上的區(qū)域） 。如果兩顆 恒星具有同樣的顏色，則意味著它們也具有相同的溫度，因此，它們每秒鐘從單位面積輻射 出相同的能量。這種情況下如果一顆比另一顆本來就亮，那么它的體積肯定要大一些。因此 我們看到在赫羅圖頂部的恒星是體積較大的恒星，而在底部的恒星的體積則較小。體積較小 的恒星被稱為矮星，而體積較大的恒星被稱為巨星，體積更大的被稱為超巨星。
616.赫羅圖使我們能深入了解恒星究竟是如何生活的。赫羅圖顯示在宇宙中有大量的某些 類型的恒星也有極少其它類型的恒星。這可能由兩個(gè)原因造成：一是自然可能因?yàn)槟承┰?恰好不能產(chǎn)生出某些類型的恒星；二是在恒星生命過程中，恒星沿赫羅圖運(yùn)動(dòng)，在那些我們 今天看到眾多恒星的區(qū)域停留較多的時(shí)間，而赫羅圖上那些空的地方停留的時(shí)間非常之短。 事實(shí)證明，這兩個(gè)原因都是正確的。
617.赫羅圖上的主線被稱作主序。在赫羅圖上的很多位置都能找到恒星，但是絕大部分的 恒星都排列在從左上角延伸到右下角的線上。 天文學(xué)家稱這條大部分的恒星花費(fèi)它們一生中 的大部分時(shí)間（從青年到中年）的區(qū)域?yàn)橹餍颉?
618.主序代表了一個(gè)穩(wěn)定的區(qū)域。穩(wěn)定的恒星是指那些在很長一段時(shí)間內(nèi)溫度大小都保持 不變的恒星。在每一顆恒星的內(nèi)部都有兩種力量：向里拉的引力和恒星輻射以及高溫氣體的 產(chǎn)生的向外推的壓力。要保持穩(wěn)定，恒星必須成功的達(dá)到微妙的平衡。在恒星內(nèi)的每一點(diǎn)， 向外的和向內(nèi)的力必須嚴(yán)格相等。一旦恒星進(jìn)入主序階段，便會(huì)停止收縮因?yàn)橐Υ藭r(shí)在每 一層都與緩慢的穩(wěn)定的核反應(yīng)產(chǎn)生的壓力平衡。恒星成為一顆穩(wěn)定的主序星。
619.主序星是當(dāng)恒星經(jīng)歷第一階段熱核反應(yīng)時(shí)居住的地方。恒星內(nèi)的熱核反應(yīng)的第一種也是最普通的類型是將自然界含量最大的元素氫轉(zhuǎn)化成含量第二位的元素氦。在這個(gè)過程中，
四個(gè)氫原子熔合成一個(gè)氦原子同時(shí)釋放出大量的能量。天文學(xué)家稱氫被燒成了氦，即使這個(gè) 過程遠(yuǎn)比正常情況下燃燒要復(fù)雜的多。主序星是指那些在“氫燃燒”之下的處于能量產(chǎn)生的 第一階段的恒星。主序在赫羅圖上呈現(xiàn)出明顯的現(xiàn)狀因?yàn)楹唵我稽c(diǎn)說，它標(biāo)志著各種不同恒 星因?yàn)槿紵龤滢D(zhuǎn)化為氦從而停止塌縮變得穩(wěn)定的那條分界線。
620.恒星從哪個(gè)位置進(jìn)入主序決定于它們的初始質(zhì)量。當(dāng)星云內(nèi)部的氣體和塵埃塌縮形成 恒星時(shí)，它們的中心溫度不斷升高。形成一顆恒星的氣體和塵埃越多，中心的溫度就越高， 因此在它演化成為穩(wěn)定的恒星之前它的表面溫度也會(huì)越高。由于這一原因，從巨大的氣體和 塵埃團(tuán)形成的恒星以一個(gè)巨大的質(zhì)量（恒星世界中的巨頭）開始它們的生命并趨向于停留在 赫羅圖的頂部。換句話說，他們是以白色或者藍(lán)白巨星或超巨星開始它們的年輕時(shí)代的。而 從小一些的氣體和塵埃團(tuán)形成的恒星則主要以橙色或紅色矮星占據(jù)主序的末端。 而質(zhì)量介于 兩者之間的恒星則主要以中等大小、中等質(zhì)量的黃色恒星居于主序的中部。
621.從不同恒星占據(jù)主序的位置可以看出，在恒星的質(zhì)量和總亮度之間有非常重要的聯(lián)系。 位于主序頂部的恒星時(shí)藍(lán)巨星或者超巨星。它們具有非常高的溫度和亮度以及非常大的質(zhì) 量。而在主序低一些位置的恒星則相對冷合暗一些并且質(zhì)量也沒有巨星那樣大。因此，對于 主序星來說，質(zhì)量越大，亮度越高。
622.恒星最大能夠有多大的質(zhì)量呢？這個(gè)問題是有一些爭議的。一些觀測和理論計(jì)算認(rèn)為 一顆具有 40到 50 倍太陽質(zhì)量的恒星就不能保持穩(wěn)定了。除這點(diǎn)外，自然界也可能在形成恒 星的氣體和塵埃團(tuán)內(nèi)制造不穩(wěn)定性，或者是形成迅速使恒星物質(zhì)拋到外層空間的強(qiáng)壓力。然 而，在南天有一顆非常特別的恒星被稱作“隆突η” ，它的質(zhì)量很可能是太陽的 100倍之多。
623.對于主序星來說，不需要很大的質(zhì)量差別就可以形成很大的光度差別。人們已經(jīng)證明 在主序星質(zhì)量和光度之間有非常簡易的關(guān)系。天文學(xué)家們稱這為質(zhì)量—光度關(guān)系，它表明， 一般來說，如果一顆恒星質(zhì)量是另一顆的兩倍，那么它的光度就是另一顆的 10 倍，但是如 果質(zhì)量是 10倍，那么光度就是 3000 倍。因?yàn)橹餍蛐缘馁|(zhì)量一般在 0.08 到 50 倍的太陽質(zhì)量 之間，這就意味著最亮的主序星的光度是最暗的 100 億倍。
624.大質(zhì)量主序星要比質(zhì)量較小的光度大是因?yàn)樗愿蟮乃俣热紵巳剂喜⑶覂?nèi)部也要 熱的多。恒星在星云中形成的過程中，中心溫度一直不斷升高。當(dāng)氣體和塵埃的原子和分子 都落入中心的時(shí)候， 它們將最終形成一顆恒星， 在核心的引力下， 它們的速度會(huì)越落越快 （就 像一個(gè)球從高樓落下一樣） 。氣體的溫度其實(shí)就可作為組成它的原子、分子或離子的平均速 度的衡量。速度越快，溫度越高。由此那些體積質(zhì)量都較大的恒星是由更多的加速氣體落入 核心形成的，因此它們的核心溫度是主序星里最高的。
625.我們的太陽在赫羅圖中的位置告訴我們它是一顆非常普通的恒星。我們的太陽現(xiàn)在在 赫羅圖的位置大致在中部區(qū)域，是一顆黃色的穩(wěn)定的主序星。同樣的，它是一顆非常普通的 就像你平時(shí)看到的那些的恒星。太陽絕不是什么特別的恒星，但我們應(yīng)該對此感恩，因?yàn)檎?是這種平庸才使它的第三顆行星上出現(xiàn)了生命。
626.我們的太陽現(xiàn)在處于青年到中年期的交界處。太陽已經(jīng)在主序階段待了大約 46 億年， 在它進(jìn)入老年期前它還將在主序階段或靠近這一階段的區(qū)域停留 50 億年。也就是說，太陽不是一顆非常年輕的恒星更不是一個(gè)小孩兒，而是大致位于相當(dāng)于人類 30 幾歲的樣子。
627.所有的恒星都是從右側(cè)進(jìn)入主序階段。既然所有的恒星都產(chǎn)生于溫度相對較低的氣體 和塵埃云并且在形成過程中越來越熱， 我們便可以推測嬰兒期恒星都是從右側(cè)或者說溫度低 的那一側(cè)進(jìn)入如主序的，事實(shí)上也確實(shí)是這樣的。
628.在恒星還沒有完全形成之前，它們被稱作為原恒星。星云中要形成恒星但還未完全形 成的天體被稱作原恒星。原恒星可能具有幾百到幾千度的表面溫度，以及 15000000F 的內(nèi)部 溫度。但是所有這些熱量都是直接來源于原恒星的塌縮。
629 當(dāng)一個(gè)原恒星內(nèi)部聚集足夠多的熱量時(shí)，它將產(chǎn)生巨大的變化。當(dāng)一個(gè)原恒星內(nèi)部溫 度高到足以使它通過熱核反應(yīng)獨(dú)立制造新的能量時(shí)，它就變成了一個(gè)真正的恒星。在其變化 的過程中產(chǎn)生的壓力能夠抵消重力從而阻止其自身的塌縮。
630 恒星在主序上待的時(shí)間的長短還與它的質(zhì)量有關(guān)。這個(gè)關(guān)系很簡單，當(dāng)恒星演化到主 序時(shí)，它的質(zhì)量越大，則內(nèi)部溫度越高；內(nèi)部溫度越高，則它的核燃料燃燒得越快；恒星核 燃料消耗得越快，則它離開主序的時(shí)間就越早。
631 “內(nèi)部問題”最終迫使一個(gè)恒星結(jié)束它舒適的主序生活。這基本上是一種“內(nèi)部領(lǐng)導(dǎo) 過多”的情況，在這里是太多的氦。當(dāng)一個(gè)恒星在主序時(shí)，內(nèi)部的氫燃燒從中心開始，逐漸 向外擴(kuò)散，形成一個(gè)被外部氫包圍著的不斷增長的致密的氦核。最終，氦核質(zhì)量變得大到自 己也支撐不住時(shí)便在重力的作用下榻縮，恒星內(nèi)部的溫度立刻急劇上升。多余的能量擴(kuò)散到 恒心的表面，把光球?qū)酉蛲馔?。恒星的體積持續(xù)增長直到重力和恒星內(nèi)部向外的壓力重新平 衡。到這個(gè)階段，恒星已經(jīng)離開了主序，移動(dòng)到了赫羅圖的右部，變成了一顆紅巨星。
632 從赫羅圖上我們可以看出，從主序星到紅巨星的轉(zhuǎn)變是一個(gè)很快的過程。在主序上有 很多恒星， 在巨星區(qū)也有相當(dāng)多的恒星， 但是在這兩個(gè)區(qū)域之間的地方卻基本上沒什么恒星。 這便意味著恒星從圖上的一個(gè)區(qū)域移動(dòng)到另一個(gè)區(qū)域的過程必須很快地完成， 因?yàn)槲覀冎徽?到很少一部分恒星還待在這個(gè)變化過程中。
633 一些恒星還沒有移動(dòng)到赫羅圖上的巨星枝上。許多低質(zhì)量的紅矮星燃燒氫的速度相當(dāng) 慢，以至于它們現(xiàn)在離它們的氦核塌縮的臨界點(diǎn)還很遠(yuǎn)，所以它們還停留在主序上。這些恒 星有的很年輕，但還有的卻很老了。事實(shí)上，那些低質(zhì)量的紅矮星燃燒氫的速度太慢了，以 至于它們可以平靜的在主序上待上幾千幾萬億年，比宇宙活得還長！
634 恒星們離開主序后，不同的質(zhì)量決定了它們不同的命運(yùn)。恒星們離開了主序后，有許 多條可能的路擺在它們面前，一些恒星將面臨溫和的命運(yùn)，平穩(wěn)的度過中老年，其他恒星則 要遭受悲慘的成長的痛苦。
635 太陽和其他大部分主序星每天（夜）看起來基本上一樣，但是對其他的恒星卻并不是 這樣的。古阿拉伯的觀測天象的人已經(jīng)知道一些特定的恒星的表現(xiàn)和其他的不一樣。在南天 的秋季天空中有一顆恒星，有時(shí)候看起來和其他星的亮度差不多，但是在幾個(gè)星期中又會(huì)從 視線中消失掉，只有等一年后再回來。它們把這顆星叫 Mira（鯨魚星座中的） ，意思是“令 人驚奇的或驚異的” 。天文學(xué)家們經(jīng)過這么多年發(fā)現(xiàn)了許多其他的變星。
636 恒星光度的隨時(shí)間的變化怎么用光變曲線表示出來。恒星的光變曲線是一顆恒星輻射 出的光或亮度隨時(shí)間的變化的軌跡或曲線。不同類型的變星有著特有的不同表現(xiàn)的光變曲
線。
637 許多變星變化的原因是它們不穩(wěn)定。太陽每天在天空中看起來實(shí)質(zhì)上是一樣，同樣的 顏色，同樣的大小，同樣的光彩照人。 （這是件好事，因?yàn)樘柸魏沃卮蟮淖兓紩?huì)對地球 的氣候造成破壞性的重大影響。 ） 太陽現(xiàn)在這樣始終相同的表現(xiàn)是因?yàn)樗且活w穩(wěn)定的恒星。 那是說，在太陽內(nèi)部的任意一點(diǎn)，向內(nèi)的重力被內(nèi)部熱氣體的壓力和自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力完美 的平衡掉了。但是在其他各種的活動(dòng)的恒星中這些力并沒有平衡。這樣的話，那些恒星不但 不是穩(wěn)定的，相反，他們是不穩(wěn)定的，這意味著它們會(huì)不停的變化。有時(shí)變化的周期很短，
有時(shí)很長；有時(shí)變化很小，有時(shí)確實(shí)災(zāi)難性的。
638 恒星內(nèi)部特定的不平衡通常會(huì)導(dǎo)致其外表特定的變化。如果恒星核的溫度突然升高， 額外產(chǎn)生的能量就會(huì)向外擴(kuò)散，隨之產(chǎn)生的向外的壓力最終到達(dá)恒星的表面?？赡艿慕Y(jié)果是 恒星的光球?qū)颖幌蛲馔疲购阈堑捏w積增大。實(shí)際上，現(xiàn)在恒星內(nèi)部向外的壓力超過了向內(nèi) 的重力，所以恒星要膨脹。恒星的表面被向外推，但是它也開始冷卻，因?yàn)榕蛎浀暮阈菚?huì)提 供給逃逸的輻射更大的表面積來逃逸。因?yàn)橐陨显蚝阈呛鸵郧跋啾葧?huì)變得更大更紅。
639 有時(shí)這個(gè)過程馬上反轉(zhuǎn)然后這個(gè)膨脹了一次的恒星開始塌縮。有的恒星一旦膨脹了并 且冷卻下來時(shí)， 它們會(huì)持續(xù)那個(gè)狀態(tài)較長的時(shí)間。 換句話說， 他們到達(dá)了一個(gè)新的的平衡態(tài)， 因?yàn)檎麄€(gè)恒星內(nèi)部的各種力又重新建立了平衡。 但是其它恒星不同， 顯然， 它們 “飛過頭了” ， 它們膨脹的太大了，結(jié)果是它們的光球?qū)幼兊锰√该?，使得恒星向空間泄漏出更多的輻 射，超過了它們可以維持穩(wěn)定的臨界量。這使得它們的溫度變得太低，不足以產(chǎn)生足夠的向 外的壓力來抵消重力，于是，恒星開始塌縮。伴隨著塌縮的是它的溫度再次升高，再次“飛 過頭” 。所以恒星震蕩起來，變大變小，變熱變涼，一次又一次。因?yàn)楹阈堑拇笮『蜏囟葲Q 定了它的亮度和顏色，所以這些恒星看上去一會(huì)兒亮一回兒暗，伴隨著顏色也跟著變化。
640 一些恒星的變化很規(guī)則。一些恒星的周期變化很規(guī)則，它們的亮度和顏色的變化規(guī)律就 像時(shí)鐘一樣很有規(guī)律的一圈一圈地。在北天的仙王座就有這樣的一顆星——仙王δ ，用肉眼 就很容易看到，在秋季星空中很適合觀測。仙王δ 每 5.37 天從比 4 等稍微亮點(diǎn)變到比 5 等 稍微暗點(diǎn)，然后再變回來，月復(fù)一月，年復(fù)一年。有一批恒星有著和仙王 δ ? 類似的行為。 它們的變化周期長短不一，短到一天長到 50 天，變化的次數(shù)也各不相同。但是它們變化的
基本原理是相同的。作為一族星，它們被稱為造父變星。
641 北極星也是一顆造父變星。你可能從來沒主意到北極星是一顆造父變星，它的亮度變化 很小，但是確實(shí)是在像鐘表一樣每 3.97 天變化一周。
642 平均起來說，造父變星的變化還是很實(shí)在的。一個(gè)造父變星變小時(shí)，它的直徑縮小大 約 10%。這些恒星都稍微比我們的太陽大一點(diǎn)，所以這個(gè) 10%大約是 250 萬英里。在這個(gè) 變化過程中，造父變星的平均表面溫度變化范圍從 9,000°F到 11,000°F，這樣并不會(huì)引起 它顏色的太大的變化。大部分造父變星基本上都是從白色變到黃色然后再變回來。643 造父 變星的亮度和大小的變化在某種程度上是不同步的。具有諷刺意義的是，當(dāng)造父變星到達(dá) 它最亮的時(shí)候時(shí)，它是在它從最小大最大的途中，并不是在它最大時(shí)。類似的，它最暗的時(shí) 候是在它正在變小的過程中。 造成這個(gè)不同步的根本原因是因?yàn)樵诤阈莾?nèi)部發(fā)生的變化傳到表面讓我們看到需要一定的時(shí)間。
644 一些其它恒星和造父變星很相似。這些恒星有著和造父變星類似的周期變化規(guī)律，變 化機(jī)理也基本上是一樣的，但是它們平均比經(jīng)典的造父變星暗約一個(gè)半星等。這一族星移第 一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的這類恒星命名為室女座 W 型星。它們和造父變星分別在銀河的不同部位被發(fā) 現(xiàn)。我們的銀河有一個(gè)被由恒星構(gòu)成的銀暈包圍著的大銀盤。經(jīng)典的造父變星是在一盤中發(fā) 現(xiàn)的，而室女座 W 型星是在銀暈中發(fā)現(xiàn)的。因?yàn)檫@個(gè)原因，造父變星和室女座 W 型星的主 要區(qū)別就是化學(xué)組成不同。銀盤中恒星的金屬和其它重元素豐度比銀暈中恒星高，這個(gè)有時(shí)
會(huì)影響恒星運(yùn)轉(zhuǎn)和演化。 645 還有一族很有名的變星，這族星雖然不怎么亮但是變化卻很快。這族星以第一個(gè)被發(fā) 現(xiàn)的這種星命名為——天琴座 RR 星。這種星典型的處于銀暈中的巨型星團(tuán)中，在一個(gè)特定 的星團(tuán)中的數(shù)量從幾百個(gè)到零個(gè)各不相同。它們的變化周期很短，一般都不到一天，亮度的 變化量也很小。
646 造父變星，室女座—W 星和天琴座－RR 星，因?yàn)橐豁?xiàng)重要的共同之處，他們已經(jīng)成 為了天文學(xué)家強(qiáng)有力的工具。 上溯到 1912 年哈佛大學(xué)的一位名叫 Henrietta Leavitt的天文學(xué) 家發(fā)現(xiàn)了一個(gè)奇怪的現(xiàn)象。 當(dāng)她在研究一顆在我們臨近星系小麥哲倫星云 （Small Magellanic Cloud-----SMC）的造父變星時(shí)，她注意到造父變星的亮度越大，則它從明到暗的變化所需 的時(shí)間就越長。因?yàn)樾←溦軅愋窃浦械脑旄缸冃请x我們的距離都基本上近似相等，所以它們 的視星等就和他們的實(shí)際亮度成正比，所以 Leavitt 確定它觀測得到的關(guān)系是正確的。在同 一時(shí)間，類似的室女座 W 星和天琴座 RR 星的“周光關(guān)系”也得到了證實(shí)。如果你測得一 顆星的光變周期，那你就很自然的可以推算出它的絕對星等，那時(shí)再測出這顆星的視亮度在 結(jié)合已得出的它的絕對亮度， 就可以算出這顆星的距離還有他所在的星團(tuán)或星系的距離。 （如 果你知道一束光看上去的亮度和它的真實(shí)的亮度，你就可以算出它的距離。 ）天文學(xué)家手中 已經(jīng)掌握一個(gè)新的測量宇宙的標(biāo)尺，一個(gè)可以測量幾百億光年距離的標(biāo)尺。
647 天文學(xué)家用一個(gè)簡單的系統(tǒng)來命名變星。大體上來說，對于在某個(gè)星座中發(fā)現(xiàn)的第一 顆變星，她的名字就是在星座名的拉丁所有格前加上字母 R。例如，在獵戶座(Orion)發(fā)現(xiàn)的 第一顆變星叫做 R Orionis(獵戶座 R),在天琴座（Lyra）發(fā)現(xiàn)的第一顆變星叫做 R Lyrae(天琴 座 R)。第二顆變星就在星座前加字母 S,第三個(gè)加 T，依此類推到 Z。Z 以后的下一個(gè)變星就 在星座前加 RR，像 RR Lyrae(天琴座 RR)，接著的就是 RS，RT 一直到 RZ，然后是 SS 到 SZ，在一直到 ZZ。ZZ之后，再回到 AA到 AZ，然后是 BB到 BZ，依此類推到 QZ（跳過 字母 J，有點(diǎn)奇怪） 。現(xiàn)在，如果你一直在數(shù)的話，你會(huì)知道我們已經(jīng)用了 334 個(gè)字母組合， 如果在這個(gè)星座還有更多的變星被發(fā)現(xiàn)的話，我們就簡單的命名為 V335，V336 等等。 （如 果有人當(dāng)初直接就從 V1 開始的話，是不是更方便一點(diǎn)！ ）
648 把造父變星和它的表兄妹星全加起來后，還有一類星我們稱其為長周期變星。作為特 點(diǎn)，這類變星很的變化周期長度短到三個(gè)月長到兩年。Mira(意思是令人驚奇的，鯨魚星座 中的)也是這類星中的一員。這類星的特點(diǎn)是光度的變化很小，但仍然很明顯的從肉眼就能 很容易看見變化到要借助雙筒甚至更大的望遠(yuǎn)鏡才能看到。總體上和造父變星那類星相比， 這類變星中的恒星如果光變周期越長，則對應(yīng)的它的平均亮度也就越大，這只是個(gè)近似的關(guān) 系，并不嚴(yán)密。
649 一些恒星變化不按常規(guī)變化。這些恒星的變化都是不確定的，爆發(fā)式的而且是劇烈的。 由以上特點(diǎn)我們可以看出這些恒星的便化趨向于無規(guī)律，有時(shí)甚至?xí)袕?qiáng)烈的爆發(fā)。
650 在把這些不規(guī)則變星中，我們發(fā)現(xiàn)一些星有一些規(guī)律或者說是半規(guī)則星，還有一些是 完全不規(guī)則的。顧名思義，半規(guī)則星就是說這些恒星的行為有一些是可推測的，完全無規(guī)則 星就是說這些恒星“似乎只按自己的規(guī)矩辦事” 。當(dāng)然，它們不能違背物理規(guī)律，但是在這 些情況里， 我們也并沒有真正了解發(fā)生了什么或者了解這些恒星的非周期性的亮度變化所表 現(xiàn)出的現(xiàn)象。
651 一種叫做質(zhì)量流失的現(xiàn)象導(dǎo)致了一些不規(guī)則變星的變化。 北冕座—R 就是一個(gè)這種情況 的很好的例子。正常情況下在晴朗的夜晚能供看到北冕座 R，它會(huì)突然明顯的一下變得暗到 12 等或者更暗（只有原來亮度的五百分之一） ，然后再下面的幾個(gè)月內(nèi)，它會(huì)慢慢的，不規(guī) 則的變回到它的正常亮度。在這種情況下，這顆恒星的表面上很奇怪的行為是有一個(gè)質(zhì)量流 失過程造成的。簡單的說，北冕座 R 是一顆大而冷的恒星，它最外層的物質(zhì)正在慢慢的流失 到空間中去。 北冕座 R 的溫度太低了， 以至于大部分它的物質(zhì)都以微小的碳?；驘煚钗锎嬖凇?構(gòu)成的煙狀物會(huì)暫時(shí)包裹著整個(gè)恒星，這就會(huì)使恒星的亮度變暗，直到恒星的輻射的壓力最 終把煙狀物推開，恒星的光又能夠重新暢行無阻。
652 船底座—η是另一顆著名的流失質(zhì)量的無規(guī)律型變形。 這顆星不規(guī)則變星位于南天的船 底座，也叫南船座（以 Jason 和它的船員所乘的亞爾古舟的龍骨命名） ，叫做船底座η。船 底座η在 1848年是天空第二明亮的恒星，但是在 1880 年卻暗到肉眼已經(jīng)看不到的程度。這 顆恒星今天也很難看到。最近，哈勃空間望遠(yuǎn)鏡校準(zhǔn)時(shí)拍下了一張不尋常的照片，圖上顯示 了氣體和塵埃構(gòu)成的云被一顆超巨星向外吹開，波濤澎湃，這顆超巨星輻射的能量是我們太 陽的 5 百萬倍，是我們太陽質(zhì)量的 100 倍。船底座—η是銀河系中質(zhì)量最大的恒星之一。
653 很小的恒星有時(shí)也會(huì)搞些惡作劇。一些紅矮星偶爾也會(huì)有一些重大的爆發(fā)，在它們爆 發(fā)時(shí)它們被稱為耀星。我們的太陽表面也會(huì)發(fā)生閃耀，但只不過是局部的，而耀星則是暫時(shí) 整個(gè)表面都爆發(fā)出明亮的閃耀。耀星的閃耀機(jī)理現(xiàn)在還是未知的。
654 在對變星的研究中，不規(guī)則變星和長周期變星對天文學(xué)來說尤為重要，職業(yè)天文學(xué)家 時(shí)常不能用常規(guī)原則來研究這些恒星。在大型專業(yè)望遠(yuǎn)鏡上的觀測時(shí)間是非常珍貴的。實(shí) 際上，每十個(gè)申請像哈勃太空望遠(yuǎn)鏡這類設(shè)備的觀測時(shí)間的天文學(xué)家中，只有一個(gè)人能獲得 批準(zhǔn)。因?yàn)殚L周期變星和不規(guī)則變星的變化是一個(gè)很長的周期，并且是難以預(yù)測的，所以很 難證明大型望遠(yuǎn)鏡的大量的觀測時(shí)間花在它們身上是明智的。然而，了解這些恒星對我們了 解整個(gè)宇宙有很大的幫助。
655 對變星的研究也是業(yè)余天文學(xué)家可以真正做出貢獻(xiàn)的一個(gè)領(lǐng)域。因?yàn)闃I(yè)余天文學(xué)家比 專業(yè)天文學(xué)家多得多，而且許多變星用業(yè)余的望遠(yuǎn)鏡甚至雙筒望遠(yuǎn)鏡就能夠做很好的觀測， 受過專業(yè)訓(xùn)練的業(yè)余天文學(xué)家可以監(jiān)視幾百顆變星。 由此提供的數(shù)據(jù)可以填補(bǔ)做長周期變化 的變星數(shù)據(jù)的缺口，并且可以幫助那些留心這些變星行為的專業(yè)人士發(fā)現(xiàn)十分不尋常的情 況，從而可以申請大型望遠(yuǎn)鏡或者哈勃太空望遠(yuǎn)鏡（HST）來做更進(jìn)一步的觀測。
656 感興趣的天文愛好者在哪可以得到用于科研的變星資料。對用心從事變星監(jiān)測感興趣 的人可以聯(lián)系下面的：
The American Association of Variable Star Observers
25 Birch Street Cambridge, MA 02138
你不需要一個(gè)大的望遠(yuǎn)鏡（對一些星，你只需要一個(gè)雙筒就夠了） ，只需要很濃厚的興趣和 積極的投入時(shí)間。
657 爆發(fā)和大變動(dòng)的變星是宇宙中真正的煙花工廠。顧名思義，這些恒星特征就是在很短 變換周期內(nèi)亮度最少變化好幾個(gè)星等。 引發(fā)它們這么變化的機(jī)理是一個(gè)頻繁發(fā)生的真正意義 上的猛烈事件。
658 新星，一些老了又再次變新的東西。許多古希臘的哲學(xué)家都認(rèn)為布滿星星天國一個(gè)平 靜的從來不變的地方。中國古代的觀天人還好點(diǎn)兒，作為皇家天文學(xué)家，他們會(huì)定期把那些 在以前沒有星的天空區(qū)域新出現(xiàn)的星編入編年史。在西方的傳統(tǒng)中，這些星被稱作新星 （Nova，來自拉丁語，意思是“新的” ） 。最終人們發(fā)現(xiàn)這些星根本不是新的，相反，它們 實(shí)際上是一些年老的恒星突然閃耀起來，變得比以前亮得多，并且在這個(gè)過程中它們第一次 被發(fā)現(xiàn)。今天，天文學(xué)家已經(jīng)知道了新星閃耀的原因，那是因?yàn)椤坝H近但麻煩的關(guān)系” ，更 多的我們在下一章說，但是首先我們必須知道……
659 并不是所有的恒星都過著單身生活。據(jù)我們所知，太陽時(shí)顆單星。但是大約 60%的和 太陽年齡相似的恒星，都處在雙星或多星系統(tǒng)中：兩個(gè)或更多的恒星相互繞轉(zhuǎn)的系統(tǒng)，彼此 之間靠萬有引力聯(lián)系在一起。多那些比太陽年輕的恒星，處在雙星或多星系統(tǒng)的恒星所占的 比例更高。
660 最近天文學(xué)家才弄懂多星系統(tǒng)是怎么形成的。天文學(xué)家知道大多數(shù)恒星并不是單獨(dú)的 已經(jīng)很多年了，但是他們需要靠最新的超級(jí)計(jì)算機(jī)的幫助來算出原因。這些超級(jí)計(jì)算機(jī)使得 天文學(xué)家可以用數(shù)學(xué)模擬出恒星誕生的區(qū)域都發(fā)生了什么， 第一次細(xì)致到能讓我們真正的看 到這個(gè)過程的細(xì)節(jié)。恒星形成的氣體和塵埃構(gòu)成的星際云中似乎很騷亂，當(dāng)不同的云塊和準(zhǔn) 云塊相互碰撞時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)由壓縮在一起的氣體構(gòu)成的沖擊波。但是這個(gè)細(xì)長的沖擊波 很快便得不穩(wěn)定并且斷成許多節(jié)。 由原來的物質(zhì)和這些斷了的節(jié)構(gòu)成的物質(zhì)盤是最初碰撞的 物質(zhì)的密度的十億倍，物質(zhì)盤最后依次塌縮形成恒星。
661 這些斷節(jié)和物質(zhì)盤在碰撞的云中一旦形成后，幾種情況更偏好雙星和多星系統(tǒng)的形成。 因?yàn)闃?gòu)成成恒星的氣體和塵埃云在碰撞幾乎沒有正面的相碰，形成的絲狀物，斷節(jié)和物質(zhì)盤 經(jīng)常是歪斜的很厲害，一頭壓一頭。這樣的話，有時(shí)鄰近的斷節(jié)移動(dòng)速度很慢以至于在相互 的萬有引力作用下相互靠近形成一個(gè)雙星系統(tǒng)。有時(shí)能夠形成單獨(dú)的物質(zhì)盤，但是由于它的 質(zhì)量太大，它繼續(xù)從鄰近的絲狀物中吸以更多的物質(zhì)，但是因?yàn)榻z狀物是歪斜的，所以它使 得物質(zhì)盤越轉(zhuǎn)越快，直至它分裂成兩個(gè)甚至更多個(gè)盤，然后形成兩個(gè)或更多的相互繞轉(zhuǎn)的恒 星。在任何一種情況中，我們都有自然機(jī)制最終導(dǎo)致形成雙星或者多星系統(tǒng)。
662 在大部分晴朗的夜晚你可以看到一個(gè)多星系統(tǒng)。如果你找到北斗七星，并注意看勺柄 的中間那顆星，你會(huì)看到那根本不是一顆星，而是兩顆挨得很近的星。實(shí)際上古阿拉伯的觀 星人和一些美洲的原住民都把能不能分辨開著兩顆星的能力作為一個(gè)對視力的檢測 （一幅天 空中的自然的視力表） 。 阿拉伯人為這對雙星名的名字至今還在沿用， 它們叫做Mizar和Alcor, 意思是“馬”和“騎手” 。
663 對 Mizar 和 Alcor 的進(jìn)一步觀測揭示了更多問題。一個(gè)擁有一雙敏銳的眼睛的人能夠 分辨出北斗七星的勺柄的中間一顆星實(shí)際上是天上兩顆靠得很近的恒星。 但是即使用很小的 望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)這兩顆恒星，你會(huì)發(fā)現(xiàn)兩顆中亮的一顆（Mizar）自己本身就是兩顆星。因而， 北斗星柄上是一個(gè)三星系統(tǒng)：三顆星因?yàn)槿f有引力相互吸引，相互繞轉(zhuǎn)。
664 在夏天高度較高的天空中，你可以找到一個(gè)四星。在晚夏的夜晚高高的頭頂上的天空 中，你很容易可以找到織女星，在它旁邊是一個(gè)暗一點(diǎn)的有天琴座構(gòu)成的平行四邊形。平行 四邊形中離織女星最近的就是天琴座θ 。天琴座θ ，織女星還有另一顆星構(gòu)成了一個(gè)等邊三 角形。仔細(xì)觀察第三顆星，如果你的實(shí)力足夠好的話，你會(huì)發(fā)現(xiàn)這顆星實(shí)際上是顆雙星（用 雙筒望遠(yuǎn)鏡應(yīng)該會(huì)有幫助） 。現(xiàn)在用望遠(yuǎn)鏡看這個(gè)雙星系統(tǒng)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，雙星中的每一顆星 又分別是兩顆星，也就是說，你找到了一個(gè)四方星系統(tǒng)，或者說是雙雙星系統(tǒng)，它就是天琴 座ε 。
665 在鄰近的天空中還有一些其他有趣的雙星很值得去探索。在雙雙星不遠(yuǎn)的地方有兩對 以鮮明的顏色對比而出名的雙星。武仙座中最亮的星叫做武仙座α ，也叫做 Ras Algethi。 在一個(gè)適當(dāng)?shù)耐h(yuǎn)鏡中，你可以看到它是一對非常漂亮雙星——一顆是橙色，一顆是藍(lán)色。 還有，在天鵝座我們又找到另一對。構(gòu)成天鵝頭部的星是天鵝β ，也叫 Albireo，實(shí)際上是 一對極好的雙星——一顆是深藍(lán)紫色，另一顆則是閃耀的金色
666 在冬季的天空中，我們找到了雙子座α星，它的姊妹星比你一只手的指頭還多。明亮 雙子座α在冬季的天空中是在雙子座右邊的頭部。如果我們能夠坐飛船去雙子座α的話，我 們會(huì)發(fā)現(xiàn)，我們在地球上看到的亮光實(shí)際上是六顆相互繞轉(zhuǎn)的星發(fā)出的。想象一下生活在一 個(gè)天空中有六個(gè)太陽的行星上！
667 有些星看起來像雙星，但那只不過是錯(cuò)覺而已。有時(shí)候我們看起來像是近密雙星的其 實(shí)并不是雙星，那只不過是兩顆星在地球上看剛好差不多幾乎在一條線上，所以看起來挨得 很近，但是實(shí)際上卻可能相距好多光年。天文學(xué)家們把這種情況叫做光學(xué)雙星。
668 那么你如何分辨出一對星到底是不是真正的雙星？你要觀察然后看他們怎么運(yùn)動(dòng)，真 正的雙星因?yàn)橐Φ南嗷プ饔?，?huì)相互繞轉(zhuǎn)做曲線運(yùn)動(dòng)。兩顆相互獨(dú)立的恒星只不過看上去 在一條直線上，它們的運(yùn)動(dòng)軌跡基本上是直線并最終分開運(yùn)動(dòng)。
669 恒星相互繞轉(zhuǎn)和行星繞太陽運(yùn)動(dòng)服從相同的定律。這條定律是牛頓對科學(xué)最重要的貢 獻(xiàn)之一，并且是一條基本原理，這條定律證明了支配宇宙我們“后院”這塊兒的規(guī)律同樣也 支配著宇宙的那頭。宇宙可能曾經(jīng)更復(fù)雜，但現(xiàn)在不是。正如開普勒的進(jìn)一步說明，一顆行 星或恒星距離另一顆星越近，那么它繞這顆星運(yùn)動(dòng)的速度就更快，如水星繞太陽運(yùn)動(dòng)的速度 比地球快，地球繞太陽運(yùn)動(dòng)的速度比冥王星快，所以兩顆恒星相距越近相互繞轉(zhuǎn)越快。
670 天文學(xué)家能夠跟蹤許多雙星隨時(shí)間的運(yùn)動(dòng)。為了跟蹤某些星的運(yùn)動(dòng)，天文學(xué)家對特定 天區(qū)持續(xù)拍照幾年甚至幾十年。 用一種叫做測量機(jī)的裝置精確測量那些照片上恒星的相對位 置，然后找出位置的不同，精確到萬分之一英寸或更高。將這些位置輸入電腦計(jì)算出恒星的 視運(yùn)動(dòng)。幾百對雙星的運(yùn)動(dòng)就是用這種方法大量的測量出來。
671 雙星相互繞轉(zhuǎn)的周期是相當(dāng)長的。許多雙星的繞轉(zhuǎn)周期都在 25 到100 年之間，還有一 些恒星的只需要不到 10 年就能繞它們的軌道轉(zhuǎn)一圈。恒星在相互離的越遠(yuǎn)當(dāng)然繞裝一圈的 周期也就越長，但是，即使天文學(xué)家們只能觀測和測量出整個(gè)軌道的一小部分，他們也可以 推算出剩下的部分，因?yàn)槲覀兒芎玫恼莆樟诉@個(gè)物理規(guī)律。由武仙座—α 構(gòu)成的雙星相互 繞轉(zhuǎn)一周需要 3600 年，由小熊座σ 2 組成的雙星繞轉(zhuǎn)一周需要 11000 年。后者兩顆星的距 離是地球離太陽距離的 500 倍。
672 有一些雙星因?yàn)閮深w星之間的距離太近或這里我們的距離太遠(yuǎn)，即使用世界上最大的 望遠(yuǎn)鏡也不能把它們區(qū)分開。當(dāng)然這就有一個(gè)顯而易見的問題： “那我們怎么知道它們是雙 星呢？”這個(gè)問題的答案又是一個(gè)獨(dú)具匠心的天文學(xué)中的現(xiàn)代探測技術(shù)。分光儀又一次出來 解決了問題。就像早期人們注意到的一樣，分光儀可以把發(fā)光物體發(fā)出的光分解成五顏六色 光譜。通過分析這些光譜的顏色和暗紋，天文學(xué)家能夠定出難以置信的大量天體的信息，包 括它們的溫度，它們的化學(xué)組成還有它們遠(yuǎn)離或靠近我們運(yùn)動(dòng)的速度。
673 分光儀出來的光譜如果交替變換就意味著這是一對雙星。設(shè)想一對雙星（星 A和星 B） 相互距離太近或離我們太遠(yuǎn)，在望遠(yuǎn)鏡中看上去就是一顆星，我們用帶有分光儀的望遠(yuǎn)鏡對 準(zhǔn)這顆星，當(dāng)然會(huì)生成一個(gè)光譜，但是這個(gè)光譜看上去就像是兩顆獨(dú)立的星的光譜結(jié)合在一 起?，F(xiàn)在描繪這樣一個(gè)情景，兩顆星相互繞轉(zhuǎn)，起先星 A 可能是朝我們這個(gè)方向運(yùn)動(dòng)星 B 是遠(yuǎn)離我們運(yùn)動(dòng)，半個(gè)周期后星 B 會(huì)朝向我們運(yùn)動(dòng)而星 A 則遠(yuǎn)離我們運(yùn)動(dòng)。如果這個(gè)過程 一遍又一遍的重復(fù)， 那么天文學(xué)家在這條視線上看到這兩顆星的光譜就是一個(gè)紅移一個(gè)藍(lán)移 交替變換，這是由于兩束星光的多普勒效應(yīng)交替變換造成的（見條目 791） 。交替變換的光 譜線就這樣不可思議的驗(yàn)證了那不是一顆星而是雙星， 同時(shí)又給出了我們它們相互繞轉(zhuǎn)的速 度和繞轉(zhuǎn)一周所需的時(shí)間。
674 對變換的光譜的研究還可以得出有關(guān)雙星質(zhì)量的信息。若兩顆星的質(zhì)量相等，它們會(huì) 繞著它們之間連線的中點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，這個(gè)點(diǎn)叫做系統(tǒng)的質(zhì)點(diǎn)，在質(zhì)點(diǎn)所有的東西都平衡，就像一 個(gè)巨大的指揮棒而你給棒子的兩端系上兩顆恒星。如果一顆恒星的質(zhì)量比另一顆大得多，兩 顆恒星還是繞著它們的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)， 只不過這個(gè)質(zhì)點(diǎn)是在這個(gè)看不見的棒子上更靠近那個(gè)大質(zhì) 量恒星的這邊。因?yàn)橄嗷ダ@轉(zhuǎn)，所以質(zhì)量小的恒星的運(yùn)動(dòng)半徑就更大，而質(zhì)量大的恒星繞質(zhì) 心運(yùn)動(dòng)的軌道就小一些， 所以質(zhì)量大的恒星的光譜與它的輕量級(jí)同伴相比就表現(xiàn)出相對較小 的多普勒效應(yīng)。所以從光譜的變化情況我們可以得出兩顆恒星包含的質(zhì)量。
675 古阿拉伯人還關(guān)注一顆他們叫做魔鬼的恒星。除了他們叫做 Mira（鯨魚星座中）的神 奇的紅色變星外，它們還知道另一顆星也能夠改變它的亮度，每過幾個(gè)夜晚，這顆星魔鬼般 的白色光亮就會(huì)黯淡 5 個(gè)小時(shí)，然后又會(huì)再亮起來。他們把它叫做 Algo，魔鬼。今天我們 知道這顆星一點(diǎn)也不神奇只是它看起來那樣而已。而且我們還知道這顆星的亮度變化和 Mira，仙王座δ 或天琴座 RR 的變化都不一樣，它們亮度的變化是因?yàn)樾求w膨脹收縮。而 Algol 則是有兩顆星組成的——兩顆亮度穩(wěn)定的恒星，它們的亮度雖然不變，但是在地球上 看它們每幾天就相互遮光發(fā)生一次遮食。
676 恒星的相互遮光揭示了更多恒星的秘密。這種星有一個(gè)合適的名字——食雙星，它們 可以告訴我們有關(guān)恒星大小的信息，雖然在地球上看它們都是很小的光點(diǎn)。例如，如果食雙 星系統(tǒng)中的那顆小星開始從大星前面穿過時(shí)， 兩顆星的總亮度不會(huì)立刻變小， 而會(huì)逐漸變化， 這是因?yàn)閺牡厍蛏峡矗?dāng)小星緩慢的從大星前面穿過時(shí)，它是逐漸遮逐漸遮住大星越來越多的部分。因?yàn)樾⌒钦麄€(gè)進(jìn)入大星的圓盤中，所以而后一段時(shí)間這對星的總亮度保持一個(gè)常量 不變。然后，小星緩慢的移動(dòng)出大星的表面，我們看到的這兩顆星的總亮度又開始增加。知 道了小星繞大星運(yùn)動(dòng)的速度和它穿過大星表面所需要的時(shí)間，我們就能算出大星的實(shí)際大 小。
677 通常恒星的遮食持續(xù)的時(shí)間都相對較短。這種遮食通常只能持續(xù)幾小時(shí)到一天。
678 在北天，我們發(fā)現(xiàn)了一顆令人難以置信短遮食時(shí)間規(guī)律相違背的恒星。在仙王座離仙 王座δ 不遠(yuǎn)的地方有一顆變星——仙王座 VV，它實(shí)際上是由一顆紅色的星和一顆白色的星 組成的雙星。白色的星每 20 年就從紅色的星后面穿過一次，發(fā)生遮食時(shí)它藏在紅色的星的 后面長達(dá) 1.2年。從這兩顆星相互繞轉(zhuǎn)的速度我們算出令人驚駭?shù)氖悄穷w紅色星的直徑是那 顆白色星的二十億倍。按那個(gè)比例，如果把這顆紅色的星放在太陽這個(gè)位置，那么軌道上的 水星，金星，地球，火星，木星還有土星都會(huì)被它包進(jìn)去。仙王座 VV中這顆紅色的星就是 顆超巨星。
679 遮食超巨星御夫座—ε 的神秘天體。御夫座ε 是天空中奇特的天體之一，它包含一顆比 我們的太陽大 1000 倍的黃白色的超巨星， 而且每27 年這顆巨人般的恒星還會(huì)被一個(gè)天體遮 住，并且 714天后這個(gè)天體才能從地球和超巨星之間穿過。這個(gè)神秘天體被認(rèn)為是一個(gè)巨大 的繞著一對藍(lán)白色的星轉(zhuǎn)動(dòng)的氣體和塵埃盤，這個(gè)盤有好幾個(gè)太陽系那么大，那兩顆藍(lán)白色 的星每一個(gè)都是太陽大小的好幾倍。
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