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的恒星。恒星并不是隨機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\動之中。作為這種運動的結(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，因為引力是由于物質(zhì)的存在而產(chǎn)生。如果一個空間區(qū)域具有較多的物質(zhì)，這一區(qū)域引力的強度也就越大。
577. 當某一區(qū)域的引力達到足夠的強度的時候，一顆恒星講究誕生了。如果某一區(qū)域引力 足夠強，則這一區(qū)域的氣體跟塵埃會不斷向內(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） 。當加速過程不斷進行下去，區(qū)域中心的溫度會變得越來越高。當有足 夠多的物質(zhì)聚集使得中心溫度超過 18000000F 時，熱核反應(yīng)就會啟動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)以千計的恒星。許多星云包含有大量的 氣體跟塵埃——足夠形成幾百顆恒星。 有的時候幾顆恒星會在一個較小緊密的區(qū)域內(nèi)同時形 成，這樣的一個緊密的恒星聚集的區(qū)域被稱作星團。所有一個星團的恒星都具有相似的化學(xué) 組成，一起演化，此外還經(jīng)常作為一個團體在宇宙空間中運動。一段時間以后，同一個星云 還會產(chǎn)生其它的恒星和恒星團。
579.在冬季可以用肉眼看到一個巨大的美麗的星云。在冬季晴朗的夜空可以在獵戶座腰帶 下方不遠的地方看到一些模糊的斑點。 但利用雙筒望遠鏡和天文望遠鏡就可以把它展現(xiàn)成一 個天空的奇跡：獵戶座大星云。這個星云具有這么小的視面積是因為它的距離太遠——離地 球大約 1200 光年。實際上，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燃。獵戶座大星云大部分的光來源于一 個微小的區(qū)域的恒星，這就是我們熟知的獵戶座四邊形，用一個小望遠鏡就可以看到。它們 的強烈的藍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，但實際上它被認為應(yīng)該是一個三維的巨大洞窟，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。即使使用一個中等口徑的望 遠鏡也能夠展現(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)是由年輕的恒星強烈的輻射造成的。這些恒星的物質(zhì)以每小時 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這樣一種奇特的現(xiàn)象。
583.最近，哈勃太空望遠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)家們在很早的時候就已經(jīng)認識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鏡拍到星云內(nèi)部的 圖景發(fā)現(xiàn)了一些令人驚嘆的細節(jié)問題。 再由這些細節(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形成嬰兒期的恒星，有一些很可能會包 含成長中的行星。在某些情況下，這些圓盤外層區(qū)域的塵埃會開始聚集成塊使它們的引力足 夠強來繼續(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包含行星系 統(tǒng)。簡單一點說，我們可能會目擊一個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)。利用一臺裝有不透明 盤的紅外望遠鏡， 天文學(xué)家們便可以觀測到一個盤狀物體在圍繞繪架星座β星的軌道上運動。 這個圓盤的直徑是太陽系的十倍（到冥王星），約有 425000000 英里厚。因為圓盤剛好側(cè)對 著地球，看上去呈一個恒星在中央的線狀。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) 中有一項是一些估計質(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， 它們有一天會最終形成行星但卻不會繞一個近處的 “太陽” 運動。 這種天體還在其他星云發(fā)現(xiàn)嗎？目前有推測認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)亮僅僅是因為它能反射周圍的恒星的光芒。
591.恒星通過熱核反應(yīng)來產(chǎn)生能量。熱核反應(yīng)聽上去是一個非常奇特的名詞，但它的意思簡單點說其實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)常需要很高的壓強使他們聚集，很高的溫度使它們?nèi)酆稀：阈堑膬?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聯(lián)結(jié)。最近，天文學(xué)家們證實了被命名 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 運動。它被確認表面溫度約 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達不到能使熱核反應(yīng)得以 發(fā)生的溫度。
593.褐矮星并不真的是褐色的。褐矮星這個名字從某種程度上來說是會誤導(dǎo)人的，因為事 實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呈現(xiàn)褐色而更像是暗 紅色。幾年前的那次會議上這個名字的產(chǎn)生更像是一個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)。
594.一個天體要具備多大的質(zhì)量才能夠形成一顆恒星呢？當星云中的物質(zhì)從外向內(nèi)坍縮 時， 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 本身非常昏暗，但它的伴星卻要比它還要弱 25000 倍，這被科學(xué)家們證實是所發(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恒星產(chǎn)生的區(qū)域并發(fā)現(xiàn)了一些非常有價值的結(jié)構(gòu)。同 樣是利用哈勃太空望遠鏡，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 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。從這點來看，這種柱子有點像沙漠里孤立 的土丘，當花崗巖和其他一些致密的巖石保留下來的時候，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” 。因為這種柱子會自己慢慢消逝掉，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） 。然而因為它的英文縮寫是 EGGs 的緣故，也被稱為“鷹之蛋” 。簡單一點說，他們 是要形成嬰兒恒星的氣體和塵埃聚集的區(qū)域。因此當我們觀測這些令人驚奇的結(jié)構(gòu)時，又將 會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)遠離恒星，它們將會變得非?；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”是否是因為這些地區(qū)恒星稀少所造成的。但后來的結(jié)果顯示，這 些地區(qū)比較暗淡不是因為缺少恒星而是因為大量的不發(fā)光的塵埃將大部分的遠處的恒星的 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)象如果在遠離城市燈光的一個晴朗的 沒有月亮的夜晚會很容易被看到，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跨越 5°的 漆黑的洞窟。這個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形成的波一樣。正常情況下，這種光波是每 個傳播方向都有的， 就像你用手沿不同的方向擺動繩子一樣。 當光波沒有特定的方向的時候， 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?；h柵的開口方向只能允許你在一個平面上制造波動——就是沿開口方向的那個平面。 類似的，一副偏振太陽鏡也是利用只允許通過某一振動方向上的光的方式來降低光的強度。 之所以能有這種效果是因為組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)時光的強度會發(fā)生變化。同樣的方式，天文學(xué)家通過旋轉(zhuǎn)望遠鏡內(nèi)的偏 振濾波器來檢驗是否所接收的光是偏振的。在實際實行后，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散到整個星系。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 會變成紅巨星它們的大氣的溫度會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，因為來自 于附近恒星光的壓力會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 個太陽質(zhì)量。就是在這些區(qū)域，新誕生的恒星有一天會發(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 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 70 年代，天文學(xué)家才相信這些復(fù)雜分子會存在于星際空間中。以前的普 遍看法人為來自于年輕的高溫恒星的強烈紫外輻射會把剛形成的復(fù)雜分子就分解掉了。 但是 當幾名天文學(xué)家首次決定探測這種分子并榮幸的找到的時候，事實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了它們免于紫外輻射的照射， 從而允許這些分則 達到一個可觀的數(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的事， 因為人們確信這些分子是 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)以百億計的類似于我們太陽的恒星。 但事實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。當我們抬頭仰望星空的時候，我們僅得到不同種 類處于生命特定階段的恒星的一個簡單印象。 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演化過程。 這相當于你是一名外星人帶著了解人類生 活的任務(wù)來對地球做一個短期訪問。 一個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， 你會注意到照片中有不同種類的地球生命： 小巧的細嫩有著皮膚的、大一點的皮膚也非常細膩的以及皮膚并不細嫩而且有白頭發(fā)的。為了了解這些生命， 你或許會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。當你觀測一種自己并不了解的現(xiàn)象時，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， 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的質(zhì)量。誕生時質(zhì)量最大的恒星確實壽命最短 的，相反地，出生時質(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 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一步的了解。
615.赫羅圖引導(dǎo)我們進入一個巨星和矮星的世界。赫羅圖最基本的一點是它說明了自然界 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，我們會看既有暗紅色的恒 星（在赫羅圖右下角的區(qū)域）同時也有發(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。這可能由兩個原因造成：一是自然可能因為某些原因 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，恒星沿赫羅圖運動，在那些我們 今天看到眾多恒星的區(qū)域停留較多的時間，而赫羅圖上那些空的地方停留的時間非常之短。 事實證明，這兩個原因都是正確的。
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它們一生中 的大部分時間（從青年到中年）的區(qū)域為主序。
618.主序代表了一個穩(wěn)定的區(qū)域。穩(wěn)定的恒星是指那些在很長一段時間內(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，恒星必須成功的達到微妙的平衡。在恒星內(nèi)的每一點， 向外的和向內(nèi)的力必須嚴格相等。一旦恒星進入主序階段，便會停止收縮因為引力此時在每 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.主序星是當恒星經(jīng)歷第一階段熱核反應(yīng)時居住的地方。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。在這個過程中，
四個氫原子熔合成一個氦原子同時釋放出大量的能量。天文學(xué)家稱氫被燒成了氦，即使這個 過程遠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)狀因為簡單一點說，它標志著各種不同恒 星因為燃燒氫轉(zhuǎn)化為氦從而停止塌縮變得穩(wěn)定的那條分界線。
620.恒星從哪個位置進入主序決定于它們的初始質(zhì)量。當星云內(nèi)部的氣體和塵埃塌縮形成 恒星時，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越高。由于這一原因，從巨大的氣體和 塵埃團形成的恒星以一個巨大的質(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白巨星或超巨星開始它們的年輕時代的。而 從小一些的氣體和塵埃團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藍巨星或者超巨星。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？這個問題是有一些爭議的。一些觀測和理論計算認為 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。除這點外，自然界也可能在形成恒 星的氣體和塵埃團內(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。因為主序性的質(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為它以更大的速度燃燒核燃料并且內(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。當氣體和塵埃的原子和分子 都落入中心的時候， 它們將最終形成一顆恒星， 在核心的引力下， 它們的速度會越落越快 （就 像一個球從高樓落下一樣） 。氣體的溫度其實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，因為正 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小孩兒，而是大致位于相當于人類 30 幾歲的樣子。
627.所有的恒星都是從右側(cè)進入主序階段。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)進入如主序的，事實上也確實是這樣的。
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 當一個原恒星內(nèi)部聚集足夠多的熱量時，它將產(chǎn)生巨大的變化。當一個原恒星內(nèi)部溫 度高到足以使它通過熱核反應(yīng)獨立制造新的能量時，它就變成了一個真正的恒星。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間的長短還與它的質(zhì)量有關(guān)。這個關(guān)系很簡單，當恒星演化到主 序時，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，則它離開主序的時間就越早。
631 “內(nèi)部問題”最終迫使一個恒星結(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。當一個恒星在主序時，內(nèi)部的氫燃燒從中心開始，逐漸 向外擴散，形成一個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。到這個階段，恒星已經(jīng)離開了主序，移動到了赫羅圖的右部，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)變是一個很快的過程。在主序上有 很多恒星， 在巨星區(qū)也有相當多的恒星， 但是在這兩個區(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區(qū)域移動到另一個區(qū)域的過程必須很快地完成， 因為我們只找 到很少一部分恒星還待在這個變化過程中。
633 一些恒星還沒有移動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 慢，以至于它們現(xiàn)在離它們的氦核塌縮的臨界點還很遠，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。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，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，有時候看起來和其他星的亮度差不多，但是在幾個星期中又會從 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，因為太陽任何重大的變化都會對地球 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)是因為它是一顆穩(wěn)定的恒星。 那是說，在太陽內(nèi)部的任意一點，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，這意味著它們會不停的變化。有時變化的周期很短，
有時很長；有時變化很小，有時確實災(zāi)難性的。
638 恒星內(nèi)部特定的不平衡通常會導(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)生的能量就會向外擴散，隨之產(chǎn)生的向外的壓力最終到達恒星的表面。可能的結(jié)果是 恒星的光球?qū)颖幌蛲馔?，使恒星的體積增大。實際上，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，因為膨脹的恒星會提 供給逃逸的輻射更大的表面積來逃逸。因為以上原因恒星和以前相比會變得更大更紅。
639 有時這個過程馬上反轉(zhuǎn)然后這個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， 它們會持續(xù)那個狀態(tài)較長的時間。 換句話說， 他們到達了一個新的的平衡態(tài)， 因為整個恒星內(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。因為恒星的大小和溫度決 定了它的亮度和顏色，所以這些恒星看上去一會兒亮一回兒暗，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 等稍微亮點變到比 5 等 稍微暗點，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在的。一個造父變星變小時，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，所以這個 10%大約是 250 萬英里。在這個 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，當造父變星到達 它最亮的時候時，它是在它從最小大最大的途中，并不是在它最大時。類似的，它最暗的時 候是在它正在變小的過程中。 造成這個不同步的根本原因是因為在恒星內(nèi)部發(fā)生的變化傳到表面讓我們看到需要一定的時間。
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半星等。這一族星移第 一個被發(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。因為這個原因，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，這個有時
會影響恒星運轉(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中，在一個特定 的星團中的數(shù)量從幾百個到零個各不相同。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，因為一項重要的共同之處，他們已經(jīng)成 為了天文學(xué)家強有力的工具。 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)了一個奇怪的現(xiàn)象。 當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，她注意到造父變星的亮度越大，則它從明到暗的變化所需 的時間就越長。因為小麥哲倫星云中的造父變星離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。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)掌握一個新的測量宇宙的標尺，一個可以測量幾百億光年距離的標尺。
647 天文學(xué)家用一個簡單的系統(tǒng)來命名變星。大體上來說，對于在某個星座中發(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,第三個加 T，依此類推到 Z。Z 以后的下一個變星就 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，有點奇怪） ?，F(xiàn)在，如果你一直在數(shù)的話，你會知道我們已經(jīng)用了 334 個字母組合， 如果在這個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 果有人當初直接就從 V1 開始的話，是不是更方便一點！ ）
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，這類變星很的變化周期長度短到三個月長到兩年。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鏡才能看到?？傮w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，這只是個近似的關(guān) 系，并不嚴密。
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。 由以上特點我們可以看出這些恒星的便化趨向于無規(guī)律，有時甚至?xí)袕娏业谋l(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） ，然后再下面的幾個月內(nèi)，它會慢慢的，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?。 構(gòu)成的煙狀物會暫時包裹著整個恒星，這就會使恒星的亮度變暗，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，哈勃空間望遠鏡校準時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 很小的恒星有時也會搞些惡作劇。一些紅矮星偶爾也會有一些重大的爆發(fā)，在它們爆 發(fā)時它們被稱為耀星。我們的太陽表面也會發(fā)生閃耀，但只不過是局部的，而耀星則是暫時 整個表面都爆發(fā)出明亮的閃耀。耀星的閃耀機理現(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 時常不能用常規(guī)原則來研究這些恒星。在大型專業(yè)望遠鏡上的觀測時間是非常珍貴的。實 際上，每十個申請像哈勃太空望遠鏡這類設(shè)備的觀測時間的天文學(xué)家中，只有一個人能獲得 批準。因為長周期變星和不規(guī)則變星的變化是一個很長的周期，并且是難以預(yù)測的，所以很 難證明大型望遠鏡的大量的觀測時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的一個領(lǐng)域。因為業(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)余的望遠鏡甚至雙筒望遠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鏡或者哈勃太空望遠鏡（HST）來做更進一步的觀測。
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
你不需要一個大的望遠鏡（對一些星，你只需要一個雙筒就夠了） ，只需要很濃厚的興趣和 積極的投入時間。
657 爆發(fā)和大變動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星等。 引發(fā)它們這么變化的機理是一個頻繁發(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)家都認為布滿星星天國一個平 靜的從來不變的地方。中國古代的觀天人還好點兒，作為皇家天文學(xué)家，他們會定期把那些 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，那是因為“親近但麻煩的關(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)恒星并不是單獨的 已經(jīng)很多年了，但是他們需要靠最新的超級計算機的幫助來算出原因。這些超級計算機使得 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， 第一次細致到能讓我們真正的看 到這個過程的細節(jié)。恒星形成的氣體和塵埃構(gòu)成的星際云中似乎很騷亂，當不同的云塊和準 云塊相互碰撞時，就會產(chǎn)生一個由壓縮在一起的氣體構(gòu)成的沖擊波。但是這個細長的沖擊波 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。 因為構(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，有時鄰近的斷節(jié)移動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雙星系統(tǒng)。有時能夠形成單獨的物質(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)，但是因為絲狀物是歪斜的，所以它使 得物質(zhì)盤越轉(zhuǎn)越快，直至它分裂成兩個甚至更多個盤，然后形成兩個或更多的相互繞轉(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，你會看到那根本不是一顆星，而是兩顆挨得很近的星。實際上古阿拉伯的觀 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 的進一步觀測揭示了更多問題。一個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際上是天上兩顆靠得很近的恒星。 但是即使用很小的 望遠鏡對準這兩顆恒星，你會發(fā)現(xiàn)兩顆中亮的一顆（Mizar）自己本身就是兩顆星。因而， 北斗星柄上是一個三星系統(tǒng)：三顆星因為萬有引力相互吸引，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，在它旁邊是一個暗一點的有天琴座構(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)成了一個等邊三 角形。仔細觀察第三顆星，如果你的實力足夠好的話，你會發(fā)現(xiàn)這顆星實際上是顆雙星（用 雙筒望遠鏡應(yīng)該會有幫助） 。現(xiàn)在用望遠鏡看這個雙星系統(tǒng)，你會發(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。 在一個適當?shù)耐h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，實際上是 一對極好的雙星——一顆是深藍紫色，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 們會發(fā)現(xiàn)，我們在地球上看到的亮光實際上是六顆相互繞轉(zhuǎn)的星發(fā)出的。想象一下生活在一 個天空中有六個太陽的行星上！
667 有些星看起來像雙星，但那只不過是錯覺而已。有時候我們看起來像是近密雙星的其 實并不是雙星，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動，真 正的雙星因為引力的相互作用，會相互繞轉(zhuǎn)做曲線運動。兩顆相互獨立的恒星只不過看上去 在一條直線上，它們的運動軌跡基本上是直線并最終分開運動。
669 恒星相互繞轉(zhuǎn)和行星繞太陽運動服從相同的定律。這條定律是牛頓對科學(xué)最重要的貢 獻之一，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，那么它繞這顆星運動的速度就更快，如水星繞太陽運動的速度 比地球快，地球繞太陽運動的速度比冥王星快，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間的運動。為了跟蹤某些星的運動，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算出恒星的 視運動。幾百對雙星的運動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當然繞裝一圈的 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軌道的一小部分，他們也可以 推算出剩下的部分，因為我們很好的掌握了這個物理規(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 有一些雙星因為兩顆星之間的距離太近或這里我們的距離太遠，即使用世界上最大的 望遠鏡也不能把它們區(qū)分開。當然這就有一個顯而易見的問題： “那我們怎么知道它們是雙 星呢？”這個問題的答案又是一個獨具匠心的天文學(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)組成還有它們遠離或靠近我們運動的速度。
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，在望遠鏡中看上去就是一顆星，我們用帶有分光儀的望遠鏡對 準這顆星，當然會生成一個光譜，但是這個光譜看上去就像是兩顆獨立的星的光譜結(jié)合在一 起?，F(xiàn)在描繪這樣一個情景，兩顆星相互繞轉(zhuǎn)，起先星 A 可能是朝我們這個方向運動星 B 是遠離我們運動，半個周期后星 B 會朝向我們運動而星 A 則遠離我們運動。如果這個過程 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紅移一個藍移 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證了那不是一顆星而是雙星， 同時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 繞著它們之間連線的中點運動，這個點叫做系統(tǒng)的質(zhì)點，在質(zhì)點所有的東西都平衡，就像一 個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)點運動， 只不過這個質(zhì)點是在這個看不見的棒子上更靠近那個大質(zhì) 量恒星的這邊。因為相互繞轉(zhuǎn)，所以質(zhì)量小的恒星的運動半徑就更大，而質(zhì)量大的恒星繞質(zhì) 心運動的軌道就小一些， 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，每過幾個夜晚，這顆星魔鬼般 的白色光亮就會黯淡 5 個小時，然后又會再亮起來。他們把它叫做 Algo，魔鬼。今天我們 知道這顆星一點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為星體膨脹收縮。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。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， 兩顆星的總亮度不會立刻變小， 而會逐漸變化， 這是因為從地球上看，當小星緩慢的從大星前面穿過時，它是逐漸遮逐漸遮住大星越來越多的部分。因為小星整個進入大星的圓盤中，所以而后一段時間這對星的總亮度保持一個常量 不變。然后，小星緩慢的移動出大星的表面，我們看到的這兩顆星的總亮度又開始增加。知 道了小星繞大星運動的速度和它穿過大星表面所需要的時間，我們就能算出大星的實際大 小。
677 通常恒星的遮食持續(xù)的時間都相對較短。這種遮食通常只能持續(xù)幾小時到一天。
678 在北天，我們發(fā)現(xiàn)了一顆令人難以置信短遮食時間規(guī)律相違背的恒星。在仙王座離仙 王座δ 不遠的地方有一顆變星——仙王座 VV，它實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)生遮食時它藏在紅色的星的 后面長達 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。按那個比例，如果把這顆紅色的星放在太陽這個位置，那么軌道上的 水星，金星，地球，火星，木星還有土星都會被它包進去。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被一個天體遮 住，并且 714天后這個天體才能從地球和超巨星之間穿過。這個神秘天體被認為是一個巨大 的繞著一對藍白色的星轉(zhuǎn)動的氣體和塵埃盤，這個盤有好幾個太陽系那么大，那兩顆藍白色 的星每一個都是太陽大小的好幾倍。
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