夜幕深垂，天穹上繁星 點點，亙古如斯。宇宙的 深遠無盡，引人遐思無限。然而那一顆顆閃爍的 星 星 ，果真永恒不滅嗎？科學(xué)的 答案是否定的 ，宇宙中形形色色的 各種天體，包括和太陽一樣發(fā)光發(fā)熱的 恒星 ，也都有它自己的 “生命”歷程。

一．恒星 搖籃

銀河系 是由上千億顆恒星 組成的 龐大天體集團，整個星 系 象一個扁平的 盤子，稱為星 系 盤，盤中則纏繞著幾條光亮的 “臂”，稱為旋臂。(圖：銀河系 之外一個遙遠而美麗的 星 系 M100，與我們所在的 銀河系 十分相似)

科學(xué)分析表明，旋臂和旋臂之間的 暗區(qū)域大多是熾熱而高度電離的 氣體，其中氣體壓力很大，可以抵制氣體在引力作用下的 收縮傾向，所以不易形成恒星 。而在旋臂中，離子、原子和塵埃顆粒之間的 碰撞相當(dāng)頻繁，能有效地使氣體“冷卻”，并產(chǎn)生氫分子構(gòu)成的 氣體云團――分子云。分子云的 溫度通常低至絕對溫度10度左右，質(zhì)量大約相當(dāng)于太陽的 數(shù)千倍。這些分子云進一步碎裂和坍縮導(dǎo)致一群群原始恒星 的 誕生。這些分子云又稱星 云，就是恒星 的 誕生地。(圖：M16星 云中的 恒星 形成區(qū))

二．星 胎初生

星 際氣體云團十分稀薄而且溫度極低，云團中與引力相抗衡的 氣體壓力很弱，云團在引力的 作用下緩慢地坍縮。超新星 爆炸產(chǎn)生的 沖擊波或云團周圍一些亮星 向外噴射的 高熱氣流（“星 風(fēng)”）都會使云團中出現(xiàn)不均勻的 密度分布，多個密度中心分別吸引周圍的 氣體向內(nèi)坍縮，形成一個個小云團。坍縮過程中，小云團中心溫度升高，旋轉(zhuǎn)加快，密度越來越大，演變成中心有核，周圍由盤狀物質(zhì)包圍的 形狀，云團的 表面溫度一般為絕對溫度2000－3000度，只發(fā)出紅外輻射，不發(fā)射可見光，因此還只是恒星 的 胚胎――“星 胎”。(圖：獵戶座中的 一個恒星 形成區(qū)，圖的 左上角是三顆新生恒星 的 放大像，這些恒星 周圍均可看到有星 云盤包圍著。)

不同大小的 云團演化快慢大不一樣，像太陽這樣典型大小的 恒星 ，其處于星 胎的 狀態(tài)可維持100多萬年，在復(fù)雜的 坍縮過程中，中心溫度持續(xù)升高，直到在700萬度以上的 極高溫度下出現(xiàn)由氫原子核變成氦原子核的 核聚變反應(yīng)，這是恒星 的 根本特征。星 球只有到了能由核聚變反應(yīng)而釋放能量，才真正進入了“成年恒星 ”的 階段，變得光華燦爛，耀眼奪目。此時恒星 中心的 密度和溫度都很高，巨大的 氣體壓力足以阻止引力坍縮，恒星 的 性質(zhì)變得十分穩(wěn)定，就像我們的 太陽一樣。恒星 一生中90％以上的 時間都處于這一階段。

三．成年，壯年與暮年

恒星 發(fā)光發(fā)熱的 源泉來自內(nèi)部的 核聚變反應(yīng)，維持穩(wěn)定熱核反應(yīng)的 階段就是恒星 的 壯年期，天文學(xué)上稱為主序星 階段。質(zhì)量不同的 恒星 維持核反應(yīng)的 時間大不一樣，雖然質(zhì)量大的 恒星 內(nèi)部有更多的 燃料，但是溫度和壓力也相應(yīng)更高，這使核反應(yīng)消耗氫的 速度比小質(zhì)量恒星 快得多，導(dǎo)致質(zhì)量大的 恒星 壽命反而要短得多，比如象10個太陽質(zhì)量那樣大的 恒星 只能維持一千萬年左右的 生命，而我們五十億歲的 太陽剛好度過了一生中一半的 歲月，它的 核燃料消耗速度還足夠維持剩下五十億年的 平靜日子。

太陽這樣大小的 恒星 是宇宙中最為典型的 ，它們生命中80％－90％的 時間都處在穩(wěn)定的 主序階段，而當(dāng)中心的 氫逐漸燃燒完后，一顆恒星 的 生命就接近尾聲了。此時恒星 的 中心將形成一個氦核并且迅速坍縮，坍縮時產(chǎn)生的 熱又使氦核外尚未燃燒的 氫達到核反應(yīng)所需的 溫度。于是恒星 在其氦核的 周圍形成了一個氫燃燒的 “殼”，它推動著外層急劇膨脹，星 體的 體積大大增加，比如太陽這樣的 恒星 會膨脹數(shù)百倍，其結(jié)果是恒星 表面溫度下降，顏色變紅，成為一顆典型的 紅巨星 。雖然恒星 表面溫度下降，但由于發(fā)光表面積同時劇增，其總能量輸出和光亮度仍大幅增加。當(dāng)我們的 太陽處在這一階段時，它的 能量輸出將增強一千倍，而它膨脹的 外殼將越過水星 軌道，將水星 汽化。(圖：變成紅巨星 后的 太陽與主序星 階段的 太陽比較)

相對而言，紅巨星 階段是很短暫的 ，此后由于核心的 收縮導(dǎo)致溫度進一步升高而引發(fā)氦原子核聚變?yōu)樘荚雍说?反應(yīng)以及此后一系 列更為復(fù)雜的 核聚變反應(yīng)，恒星 快速地走向死亡。

【小資料】赫羅圖：是天文學(xué)家赫茨普龍和羅素共同提出，用以描述恒星 溫度（顏色）與光度之間關(guān)系 的 圖，也是用來研究天體演化的 重要指示圖。其橫軸為溫度，縱軸為絕對星 等（等價于恒星 的 光度）。熾熱明亮的 藍巨星 位于左上方，而比較冷且暗的 紅矮星 分布在圖的 右下角。大多數(shù)恒星 ，包括太陽都在從左上至右下的 一條對角線上，這條對角線被稱為主星 序，主星 序上的 恒星 稱為主序星 ，它們都處于一生中的 穩(wěn)定氫燃燒階段。              (圖：赫羅圖)

四．走向衰亡

恒星 走向死亡的 途徑因其質(zhì)量的 不同而有很大的 不同，象太陽這種中等質(zhì)量的 星 體其死亡是比較“溫和”的 ，在紅巨星 階段之后，恒星 的 外殼一直向外膨脹，核心則持續(xù)坍縮，發(fā)出紫外光或X射線，高能射線激發(fā)外層氣體發(fā)出熒光，形成美麗的 行星 狀星 云。外殼氣體逐漸消散在星 際空間，成為下一代恒星 的 原料，而中心部分在坍縮到一定程度后，停止了一切核反應(yīng)過程，變成一顆冷卻了的 、密度卻極大的 “白矮星 ”，其中1個方糖大小的 物質(zhì)，重量可與一輛卡車相當(dāng)。

質(zhì)量較大的 恒星 走向死亡的 過程往往十分壯烈，通常質(zhì)量大于太陽8倍以上的 恒星 ，不會平靜地演化為白矮星 ，而是引發(fā)一場震天動地的 大爆炸，這就是所謂的 “超新星 爆發(fā)”。超新星 爆發(fā)對恒星 來說是一場真正的 災(zāi)變，恒星 變得面目全非，其光度會增強千萬倍甚至上億倍，即使遠至幾十億光年以外，地球上用望遠鏡也能觀測到。超新星 爆發(fā)后，原來的 恒星 體粉身碎骨，其殘留核心質(zhì)量如果和太陽差不多，遺留下來的 天體將變成“中子星 ”，半徑僅有10千米左右，其密度更比白矮星 高得多。如果殘留的 核心質(zhì)量仍較大，則會形成密度更為驚人的 “黑洞”，任何物質(zhì)甚至連光線都無法逃脫它強大的 引力場，我們無法直接看到它，這也正是其名為“黑”的 由來。(圖：船帆座超新星 遺跡，由一顆超新星 的 遺跡擴散形成。)

質(zhì)量小于0.08倍太陽質(zhì)量的 原恒星 ，坍縮時核心的 溫度達不到點燃氫燃燒核反應(yīng)所需要的 700萬度，因此不能成為主序星 ，而變成一顆褐矮星 ，只能發(fā)出微弱的 紅外光，慢慢冷卻并走向死亡。

 (圖：1987年在大麥哲倫云（一個位于銀河系 附近的 小星 系 ）中爆發(fā)的 一顆超新星 （箭頭所指）。)

【小資料]】脈沖星

1967年，英國劍橋大學(xué)的 研究生貝爾用射電望遠鏡發(fā)現(xiàn)了一種特別的 星 體，它以一種周期非常穩(wěn)定的 脈沖形式發(fā)出射電波，周期在1秒左右。后來證明，這種能發(fā)射脈沖波的 脈沖星 就是具有超強磁場、自轉(zhuǎn)極快的 中子星 。超強磁場使中子星 發(fā)出的 射電波只能沿兩個磁極方向射出，中子星 的 自轉(zhuǎn)軸與磁軸有一定交角，結(jié)果使得中子星 發(fā)射出的 射電波像燈塔的 光束一樣，只有掃過我們地球的 時候才能被我們接收到。脈沖的 周期，也就是中子星 的 自轉(zhuǎn)周期。（圖：脈沖星 示意圖。)

【思考與討論】

是什么決定了一顆恒星 的 壽命？如果一顆恒星 的 質(zhì)量是太陽的 2倍，它的 壽命比太陽長還是短 ？

五．生死循環(huán)

正如動植物的 死亡將成為下一代生命的 養(yǎng)料一樣，恒星 的 死亡也都有一個共同的 特征，即將其本體中的 大量物質(zhì)拋射到星 際空間中，這些物質(zhì)逐漸彌漫在宇宙空間中，以氣體或塵埃的 形式成為新一代恒星 的 原材料。根據(jù) 現(xiàn)行的 宇宙起源學(xué)說，宇宙在大爆炸之后，出現(xiàn)了電子、質(zhì)子和中子，由這些基本粒子結(jié)合形成的 元素，主要是氫和氦，前者約占3/4，后者約占1/4。此外，還有極微量的 輕元素，如鋰、鈹、硼等。其余的 所有元素，包括更多的 氦和鋰等輕元素，都是在恒星 內(nèi)部核反應(yīng)過程中形成的 。這種過程，自130多億年前宇宙中第一批恒星 誕生就已經(jīng)開始。(圖：恒星 的 世代循環(huán))

正是恒星 的 存在以及它們的 演化，產(chǎn)生了今天宇宙中除了氫和氦等最輕的 幾種元素之外的 100多種元素，宇宙從此變得豐富多彩，生命也賴以產(chǎn)生和發(fā)展，使整個世界生機勃勃。

【小資料】生命與“星 塵”

特別需要指出的 是，要產(chǎn)生像人類這樣的 智慧生命，沒有鐵元素是不行的 ?？墒?，太陽內(nèi)部進行中的 熱核聚變反應(yīng)不會制造鐵，因此，太陽和太陽系 里富含的 鐵元素，必定是在太陽形成之前就已經(jīng)存在了。這也就是說，太陽不應(yīng)該是銀河系 中的 第一代或第二代恒星 ，而應(yīng)該至少是第三代或第四代。銀河系 中，在太陽附近，本來應(yīng)該有一顆第一代或第二代的 恒星 ，在至少五十億年之前，走完了它的 生命歷程，變成一顆超新星 ，在爆發(fā)中把它所制造的 鐵拋到了銀河系 空間，混合在彌漫的 星 際介質(zhì)中。這種混合了鐵和其他各種重元素的 氣體，就成了后來形成太陽和太陽系 的 原料。請想象吧，正在你身體里流動的 血液中的 鐵元素，就是這顆超新星 在那時候制造的 ！ (圖：正在你身體里流動的 血液中的 鐵元素，是在至少五十億年之前爆發(fā)的 一顆超新星 制造的 )

追根溯源，組成生命的 元素物質(zhì)，包括我們?nèi)祟愖陨?，都由在恒?內(nèi)部的 核火爐中億萬載熔煉而就的 “星 塵”所組成。