第九章 恒星的秘密
533 計算臨近恒星的距離就像你眨眼睛一樣簡(jiǎn)單。恒星間距離有多遠呢？這是一個(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)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(lái)做個(gè)實(shí)驗。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)現你的食指在遠處不動(dòng)的背景中跳動(dòng)。這種現象叫做視差。視差現象是由于你用左眼和右眼分別單獨看食指時(shí)的視線(xiàn)方向有微小的不同。食指在背景中跳動(dòng)的大小或者說(shuō)是視差的大小是由食指到你的距離決定的。當你把食指靠近時(shí)，視差會(huì )增大；相反地，讓食指遠離，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。用望遠鏡拍攝進(jìn)出恒星在遙遠天體背景中的照片。6 個(gè)月后，當地球公轉到太陽(yáng)另一側時(shí)，在拍攝以此。對比兩次的照片，可以看出較近的目標星在背景中的移動(dòng)。目標離我們越近，移動(dòng)的量也就越大。地球軌道兩側的距離比你兩眼間的距離大得多了，這種方法可以用來(lái)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(yáng)外距地球最近的恒星系統，它的視差是 0.76 角秒，大概只有滿(mǎn)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(lái)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度。1 光年就是光走一年的距離，將近 6 萬(wàn)億英里。許多肉眼可見(jiàn)的恒星于我們的距離在幾十甚至數百光年。
537 秒差距也用來(lái)度量宇宙中的距離。除光年外，秒差距有時(shí)也用來(lái)作為宇宙中的長(cháng)度單位。1 秒差距等于 3.26 光年或 20 萬(wàn)億英里。
538 半人馬座α包含了除太陽(yáng)外距地球最近的恒星。它在南天的半人馬座中，看起來(lái)是一顆星，實(shí)際上是三顆相互繞轉的恒星。其中有兩顆星于太陽(yáng)很類(lèi)似，另一顆是個(gè)較小的紅色恒星。這些距太陽(yáng)最近的恒星與我們也有 4.3光年，即大約 25 萬(wàn)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。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(hù)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(zhù)從 Betelgeuse 進(jìn)入你眼中的光離開(kāi)它時(shí)，哥倫布還沒(méi)發(fā)現美洲大陸，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)家用測量機來(lái)測量恒星間的視差。這種測量?jì)x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。某一天區的圖像成像在放置在空洞中的一塊玻璃片上。當有光線(xiàn)穿過(guò)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）便成像于十字準絲處并被記錄下來(lái)。 經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后就可以得到同一天區的多塊感光板并同計算機的近似計算結果相比較。 測量機被放置在環(huán)境受一定控制的空間因為感光板和花崗巖板的膨脹和收縮會(huì )極大得影響觀(guān)測。
通過(guò)這種方式已經(jīng)有超過(guò) 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?xún)纫驗橐坏┏^(guò)這個(gè)范圍， 恒星的視差將變得非常小從而無(wú)法用這種方式測量到。對于超過(guò)這個(gè)范圍的恒星（在天文學(xué)家看來(lái)仍然是距地球很近的） ，需要利用其他的方法來(lái)測量。
541.天文學(xué)家采用星等來(lái)描述恒星的亮度。古希臘人依據他們肉眼觀(guān)測到的恒星的亮度把恒星分等。最亮的恒星稱(chēng)作一等星，肉眼能觀(guān)測到的最暗的星稱(chēng)作五等星，其它的星位于一等到五等之間。后來(lái)，當能準確測量亮度之間差別的靈敏觀(guān)測儀器發(fā)明之后，人們發(fā)現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)現并不是那些被古希臘人分到同一等級的恒星便具有相同的亮度， 因此最亮的恒星應該被重新指定為零等星甚至是具有負數的星等。
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識。
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)行了大的擴展。當天空中最亮的恒星-天狼星的亮度被準確測量出時(shí)，人們發(fā)現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 )達到-4.4 等，比天狼星還要高三個(gè)星等（或者說(shuō)亮度是天狼星的 2.5*2.5*2.5 倍） 。作為比較，滿(mǎn)月的星等是-12.7 等，太陽(yáng)的星等是-26.7。隨著(zhù)望遠鏡的發(fā)明，比人類(lèi)肉眼所能看到的暗得多的恒星相繼被發(fā)現，因此星表中也出現了比五等星還要暗的天體。實(shí)際上，今天的巨型望遠鏡已經(jīng)記錄下來(lái)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(shuō)太陽(yáng)的亮度要比一些新發(fā)現的恒星 和星系大數百萬(wàn)倍，僅僅是指在我們（在地球上）看來(lái)這些不同的天體的亮度如何而不是它 們的真實(shí)亮度?？紤]到這一點(diǎn)，天文學(xué)家用視星等來(lái)描述天體的視亮度的同時(shí)也用絕對星等 來(lái)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(yáng)被放在距地球 10pc 的地方，它的星 等會(huì )變?yōu)?4.84，這意味著(zhù)它將幾乎不能被肉眼觀(guān)測到。作為對比，參宿七，位于獵戶(hù)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)間內也可以被觀(guān)測到。
545.一般來(lái)講，一顆特定的恒星距離我們越近，它看起來(lái)越亮。就像我們離路燈越近它看起來(lái)越亮一樣，恒星也是如此。但具體是怎樣變化的呢？你或許認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(lái)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(chēng)這種關(guān)系為平方反比定律因為隨著(zhù)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?，亮度就變?yōu)?1/4。距離變?yōu)樗谋?，亮度就變?yōu)?1/16，依此類(lèi)推。
546.通常情況下，恒星的溫度越高看起來(lái)越亮。恒星的溫度越高，從每平方米輻射出來(lái)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)光是因為有能量從它的表面輻射到外層空間。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(zhù)他有更大的表面積來(lái)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(lái)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(yáng)大一點(diǎn)但卻呈現出我們所看到的那樣高的亮度， 這是因為天狼星的溫度較高同時(shí)又離地球較近的的緣故。一顆與太陽(yáng)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(hù)星座有兩顆同天狼星亮度相當的恒星。它們離我們的距離要比天狼星遠得多，但是卻呈現出相近的視亮度這是因為這兩顆星都是巨星因此具有更大的表面積來(lái)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，即認為除了行星，月亮還有恒星，其它就什么都沒(méi)有了，是這樣嗎？實(shí)際上不是的。在恒星之間也存在著(zhù)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)現的塵土， 但是實(shí)際上科學(xué)家也不能準 確指出這些星際塵埃的成分究竟是什么。但無(wú)論它們是什么構成的，它們分散在銀河系及其 它的星系盤(pán)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(lái)的汽車(chē) 的頭燈看起來(lái)不如正常天氣下那樣明亮因為霧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(guò)它的光線(xiàn)變得昏暗。
550.星際塵埃也對我們所觀(guān)測的恒星的顏色產(chǎn)生影響。除了“消光”之外，這些星際塵埃 也使得遙遠恒星的光線(xiàn)產(chǎn)生紅移因為相對于紅光，星際塵埃散射掉了更多的藍光。因此位于 我們跟恒星之間的星際塵埃越多，在我們看來(lái)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(yáng)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(lái)呈暗紅色。用溫度計會(huì )側出它的溫 度高達 5000F。重新把鐵棍放回火爐幾分鐘后取出你會(huì )發(fā)現它的頂端會(huì )呈亮黃色，溫度高達 11000F。如果將加熱的時(shí)間再延長(cháng)幾分鐘，頂端會(huì )呈白色，溫度將達到 20000F。如果用一 個(gè)非常炙熱的火爐并且有足夠長(cháng)的加熱時(shí)間， 鐵棍會(huì )呈現出像焊接時(shí)發(fā)出的那種明亮的藍白 色，溫度會(huì )達到驚人的 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，最高的呈藍色，像太陽(yáng)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不會(huì )拿一個(gè)溫度計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(shuō)成沒(méi) 有顏色。 但是如果你仔細的觀(guān)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(shuō)，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(chēng)‘大火’ ） ，因 其顯現出淡紅色，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(zhù)明亮的藍白色的織女星。在冬季，我們會(huì )看到獵戶(hù)座大星云中的位于獵戶(hù)肩膀位置的 一顆呈現出鮮明的紅色的亮星以及位于左腳位置的呈現出明顯的藍色的另一顆亮星——參 宿七。
554.雙筒望遠鏡和天文望遠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(lái)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(lái)幾乎都是白 色。天文望遠鏡和雙筒望遠鏡則把所有進(jìn)入鏡筒的聚集到眼睛里，從而使得恒星的顏色看起 來(lái)更明顯也明亮。比如說(shuō)，天鵝星座第二亮的恒星天鵝星，肉眼看起來(lái)幾乎是無(wú)色的。但若 用一臺適中一點(diǎn)的望遠鏡來(lái)觀(guān)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(lái)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(jiǎn)單的分光器。 它由一個(gè)一面有一條狹縫內部有一塊三角形 的普通玻璃（叫做棱鏡）的盒子構成。穿過(guò)狹縫的光射入盒中繼而經(jīng)過(guò)棱鏡北分解成為幾種 構成光的獨立的顏色（就像我們見(jiàn)到的陽(yáng)光傳過(guò)打碎的玻璃的情形） 。經(jīng)過(guò)幾年的時(shí)間，科 學(xué)家們發(fā)現通過(guò)對這些顏色進(jìn)行詳細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(lái)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。當然，用于現代天文望遠鏡的分光鏡要比這復雜一些，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。在十八世紀末十九世紀初，天文學(xué)家們開(kāi)始進(jìn)行 大量恒星的光譜測定工作。他們很快便發(fā)現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(xiàn)，這是不同于我們的太陽(yáng)的，其它有一些恒星的光譜則幾乎不含什么暗線(xiàn)。另 外，還有一些恒星的光譜則呈更多的線(xiàn)狀以致于看起來(lái)幾乎以暗帶的形式混雜在一起。
557.為了弄清光譜的機理，天文學(xué)家們開(kāi)始給恒星光譜分類(lèi)。科學(xué)研究中有一個(gè)非常重要 的方法是當你不清楚某一現象的機理時(shí)，你可以先利用觀(guān)測數據來(lái)進(jìn)行分類(lèi)比較，并試著(zhù)找 出為什么存在這些類(lèi)別。簡(jiǎn)單一點(diǎn)說(shuō)就是：當困惑的時(shí)候先給它分類(lèi)，然后考慮這些類(lèi)別意 味著(zhù)什么。天文學(xué)家就是這樣作的：根據光譜的圖像來(lái)分類(lèi)。更進(jìn)一步，天文學(xué)家們問(wèn)自己 是否這種圖像（類(lèi)別）反映恒星的某些物理性質(zhì)。后來(lái)的事實(shí)證明，的確是這樣的?？拷?譜類(lèi)別圖的頂端的恒星顏色是藍白色，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(lèi)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(jiǎn)單的字母和數字來(lái)給不同的光譜分類(lèi)。開(kāi)始的時(shí)候，溫度非常之高的 藍白星的光譜是用大寫(xiě)字母 A 來(lái)標記，其它隨著(zhù)恒星溫度的降低，依次采用字母表中的 A 之后的字母來(lái)標記， 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(lèi)別命名完了。后來(lái)，隨著(zhù)他們對恒星跟它們的光譜機理的認識的提高，原來(lái)被指定的一些字母的順 序被重新調整。一些字母被去掉了，就這樣演變成今天我們所見(jiàn)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(lèi)順序很容易，不過(guò)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(huà)：Oh ,Be a fine Girl, Kiss Me Right Now, Sweetheart.有許多天文學(xué)家已經(jīng)曾試過(guò)這個(gè)方法，其中有一些取得了成功，另外一些 人則沒(méi)有。由一個(gè)天文學(xué)教授曾經(jīng)舉辦了一次競賽看誰(shuí)能給出一個(gè)最好的方法來(lái)記住它，結 果優(yōu)勝者給出的答案顯示出他剛在宿舍經(jīng)歷了一場(chǎng)沖突： “Oh, Kill My Roommates Next Sunday！ ”
560.科學(xué)家們將不同類(lèi)型恒星的光譜線(xiàn)同它們的物質(zhì)組成聯(lián)系起來(lái)。意識到不同類(lèi)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的特征線(xiàn)的類(lèi)型是兩 碼事。但沒(méi)過(guò)多久，通過(guò)在實(shí)驗室中燃燒各種各樣的氣體，然后觀(guān)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(xiàn)并能推斷出這些特征譜線(xiàn)對 應的元素組成。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(xiàn)來(lái)自于氦元素。 而許多類(lèi)似于我們的太陽(yáng)的恒星的光譜中的特征譜線(xiàn)主要來(lái)源于一系列的金屬元素，從鐵， 鎂，鎳到鍶等。一些來(lái)自于紅色恒星的帶狀譜被確認是由于存在眾多的原子結合體，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(xiàn)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(xiàn)，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一無(wú)二的。 在實(shí)驗室中高溫燃燒特定 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(xiàn)，那么 你也就在那顆恒星中發(fā)現了一種元素。 很簡(jiǎn)單卻是一項被天文學(xué)家們公認的非常精彩和有意 義的探測工作， 它使科學(xué)家們僅僅坐在地球上的實(shí)驗室內就能夠了解到遙遠的恒星的物質(zhì)組 成。
562.雖然我們不能在恒星光譜中看到很多證據，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論：A型星要比其它類(lèi)型的恒星含有更多的氧元素因為在它的 光譜中氧元素的特征譜線(xiàn)是最強的。但這個(gè)結論卻被證明是錯的。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)現氧的特征譜線(xiàn)在 A 型星中最強是因為這些 星大氣的溫度對于這種譜線(xiàn)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(xiàn)的形成。一般來(lái)說(shuō)，每一類(lèi)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(lèi)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(lái)說(shuō)，有兩顆星具有同我們 的太陽(yáng)相同的顏色，但是當其中某一顆的光譜中占有優(yōu)勢地位的特征線(xiàn)跟太陽(yáng)類(lèi)似的時(shí)候， 另一顆相應的特征線(xiàn)則可能要弱一些?？紤]到大部分這種特征線(xiàn)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
的章節中談到。
第十章 恒星的一生
575.宇宙間散落著(zhù)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(chēng)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(zhù)新的恒星。
576.引力在恒星的形成過(guò)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(dòng)之中。作為這種運動(dòng)的結果，星云中有一些區域周期性地具有比其它區域較高的氣體和塵埃密度。在某一區域，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(gè)空間區域具有較多的物質(zhì)，這一區域引力的強度也就越大。
577. 當某一區域的引力達到足夠的強度的時(shí)候，一顆恒星講究誕生了。如果某一區域引力 足夠強，則這一區域的氣體跟塵埃會(huì )不斷向內部坍縮，從而吸引更多的氣體和塵埃到坍縮區 域（稱(chēng)為加速過(guò)程） 。當加速過(guò)程不斷進(jìn)行下去，區域中心的溫度會(huì )變得越來(lái)越高。當有足 夠多的物質(zhì)聚集使得中心溫度超過(guò) 18000000F 時(shí)，熱核反應就會(huì )啟動(dòng)一顆新的恒星就將誕 生。
578.一些星云跨越數百光年的空間尺度能夠產(chǎn)生數以千計的恒星。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)較小緊密的區域內同時(shí)形 成，這樣的一個(gè)緊密的恒星聚集的區域被稱(chēng)作星團。所有一個(gè)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(gè)團體在宇宙空間中運動(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。
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(hù)座腰帶 下方不遠的地方看到一些模糊的斑點(diǎn)。 但利用雙筒望遠鏡和天文望遠鏡就可以把它展現成一 個(gè)天空的奇跡：獵戶(hù)座大星云。這個(gè)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(shí)際上，獵戶(hù)座大星云是一片廣大的華麗的地區，內部的恒星賴(lài)以產(chǎn)生 的氣體和塵埃散發(fā)出無(wú)數色彩的光芒。
580.獵戶(hù)座大星云被內部充滿(mǎn)的年輕的高溫恒星點(diǎn)燃。獵戶(hù)座大星云大部分的光來(lái)源于一 個(gè)微小的區域的恒星，這就是我們熟知的獵戶(hù)座四邊形，用一個(gè)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(zhù)我們的祖先看天空中的獵戶(hù)座的時(shí)候，這片星云還沒(méi) 有現在這樣的巨大的光芒。
581. 獵戶(hù)座大星云是一塊巨大的三維的光與色構成的織錦。我們在地球上是從兩維的角度 來(lái)看獵戶(hù)座大星云的，但實(shí)際上它被認為應該是一個(gè)三維的巨大洞窟，光的雕像或者稱(chēng)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部氣體和塵埃 的密度的變化，以及我們所觀(guān)測的恒星的位置還有我們觀(guān)察它的方向。
582. 獵戶(hù)座大星云內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 遠鏡也能夠展現出獵戶(hù)座大星云的令人驚奇的美麗。它的錯綜的結構，有現狀物，曲線(xiàn)環(huán)還有不規則的顏色構成的圍墻，是由恒星的光線(xiàn)穿越它的氣體和塵埃組成的織狀物形成的。在 很多情況下，這種復雜的結構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(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這樣一種奇特的現象。
583.最近，哈勃太空望遠鏡拍到了令人震撼的獵戶(hù)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)認識到恒星誕生于向獵戶(hù)座大星云那樣的氣體和塵埃中， 但是真 正得到恒星形成過(guò)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部的 圖景發(fā)現了一些令人驚嘆的細節問(wèn)題。 再由這些細節拼湊而成的圖景中他們發(fā)現了分別處于 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(wàn)年的年齡。
584.通過(guò)深入探測星云內部，哈勃甚至發(fā)現了尚未誕生恒星時(shí)的種子。深入獵戶(hù)座大星云 所看到的天體繁殖的壯闊場(chǎng)景被證明對天文學(xué)家們更有吸引力——超過(guò) 150 顆盤(pán)狀的物體， 并不少于嬰兒時(shí)期的恒星數，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(kāi)束縛在它周?chē)膲m埃，將圓盤(pán)消散掉第一次呈現出恒星的原貌。但現在，在明 亮的星云背景下，他們仍然是相對暗淡的。
585.在獵戶(hù)座大星云中的圓盤(pán)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(cháng)中的行星。在某些情況下，這些圓盤(pán)外層區域的塵埃會(huì )開(kāi)始聚集成塊使它們的引力足 夠強來(lái)繼續聚集過(guò)程。如果是這樣的話(huà)，這些圓盤(pán)將不僅包含形成中的恒星還會(huì )包含行星系 統。簡(jiǎn)單一點(diǎn)說(shuō)，我們可能會(huì )目擊一個(gè)完全的新太陽(yáng)系的形成，在它里面有一天也可能出現 生命。就現在而言，天文學(xué)家們已經(jīng)把這種物體稱(chēng)為原行星系統。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(yáng)系尺度，恒星母體具有大約 1/3 到 1.5 倍的太陽(yáng)質(zhì)量。
586.第一個(gè)可能形成的類(lèi)太陽(yáng)系系統在繪架星座β星的軌道上被發(fā)現。利用一臺裝有不透明 盤(pán)的紅外望遠鏡， 天文學(xué)家們便可以觀(guān)測到一個(gè)盤(pán)狀物體在圍繞繪架星座β星的軌道上運動(dòng)。 這個(gè)圓盤(pán)的直徑是太陽(yáng)系的十倍（到冥王星），約有 425000000 英里厚。因為圓盤(pán)剛好側對 著(zhù)地球，看上去呈一個(gè)恒星在中央的線(xiàn)狀。在圓盤(pán)內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(pán)的化學(xué)分析使天文學(xué)家得到要形成一個(gè)太陽(yáng)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(hù)座大星云的發(fā)現 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。 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(yáng)” 運動(dòng)。 這種天體還在其他星云發(fā)現嗎？目前有推測認為宇宙中可能充滿(mǎn)著(zhù)在陰冷黑暗的空間 中游蕩的“孤兒行星”。
590.恒星和行星的區別是什么？恒星是一種在它一生大部分時(shí)間里不斷發(fā)出通過(guò)核反應產(chǎn) 生的光以及其他種類(lèi)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?chē)暮阈堑墓饷ⅰ?
591.恒星通過(guò)熱核反應來(lái)產(chǎn)生能量。熱核反應聽(tīng)上去是一個(gè)非常奇特的名詞，但它的意思簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)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)常需要很高的壓強使他們聚集，很高的溫度使它們熔合。恒星的內部滿(mǎn)足高溫高壓的條 件因此使許多熱核反應發(fā)生的地方。 也恰恰是這種反應放出的是恒星發(fā)光的能量阻止了使恒 星繼續向核心坍縮的過(guò)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。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幾經(jīng)找尋了近三十年。褐矮星代表了沒(méi)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。 第一個(gè)被發(fā)現的這 種天體是 Glise 229B（或縮寫(xiě)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(dòng)。它被確認表面溫度約 1300F并輻射出熱量，這些熱量來(lái)源于 在引力作用下仍在緩慢坍縮的內核。 但是褐矮星的核心溫度卻永遠達不到能使熱核反應得以 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(lái)說(shuō)是會(huì )誤導人的，因為事 實(shí)上這類(lèi)天體跟大多數的恒星相比是如此之小以至于它們看起來(lái)不會(huì )呈現褐色而更像是暗 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(huà)而不是其他的什么東西，但無(wú)論 如何，就已經(jīng)這樣定下來(lái)了。自第一顆褐矮星被發(fā)現以來(lái)已經(jīng)又有一定數量的這類(lèi)天體被相 繼發(fā)現。
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？當星云中的物質(zhì)從外向內坍縮 時(shí)， 如果最終核心區的溫度超過(guò) 18000000F——熱核反應發(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(guò)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)熱核反應呢？ 根據理論計算的結果，答案是太陽(yáng)質(zhì)量的 8%左右。近來(lái)，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?；璋?，但它的伴星卻要比它還要弱 25000 倍，這被科學(xué)家們證實(shí)是所發(fā)現的最暗的 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)生的區域并發(fā)現了一些非常有價(jià)值的結構。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 星云的內部結構。 在那里他們發(fā)現了復雜的手指狀的高達 600 億英里的由氣體和塵埃組成的 “柱子” 。這種被稱(chēng)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(jiàn)光 和紫外線(xiàn)輻射形成的巨大的塔狀物。輻射來(lái)源于周?chē)母邷睾阈嵌陨淼膲毫s逐漸減 小，氣體跟塵埃逐漸加入到恒星形成的過(guò)程中去。從這點(diǎn)來(lái)看，這種柱子有點(diǎn)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(lái)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.在鷹狀星云的內部有“鷹之蛋” 。因為這種柱子會(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(lái)。這種小球被稱(chēng)作“蒸發(fā)的氣狀球體” （英文縮寫(xiě) 為 EGGs） 。然而因為它的英文縮寫(xiě)是 EGGs 的緣故，也被稱(chēng)為“鷹之蛋” 。簡(jiǎn)單一點(diǎn)說(shuō)，他們 是要形成嬰兒恒星的氣體和塵埃聚集的區域。因此當我們觀(guān)測這些令人驚奇的結構時(shí)，又將 會(huì )看到新的太陽(yáng)新的行星或許還有新的生命誕生的過(guò)程。
597.既有亮星云又有暗星云。恒星照亮了星云內部的氣體和塵埃，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(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， 結果是天體的光把這些氣體和塵埃 的昏暗的輪廓呈現給我們，比如在獵戶(hù)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”是否是因為這些地區恒星稀少所造成的。但后來(lái)的結果顯示，這 些地區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成 了眾所周知的夏季大三角。呈現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。這種現象如果在遠離城市燈光的一個(gè)晴朗的 沒(méi)有月亮的夜晚會(huì )很容易被看到，我們稱(chēng)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域，我們稱(chēng)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(guò)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(jiǎn)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(yáng)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。 當光波沒(méi)有特定的方向的時(shí)候， 我們稱(chēng)它為非偏振的。 但是考慮利用一根一端穿過(guò)尖樁籬柵另一端系在柱子上的繩子來(lái)制造 波動(dòng)?；h柵的開(kāi)口方向只能允許你在一個(gè)平面上制造波動(dòng)——就是沿開(kāi)口方向的那個(gè)平面。 類(lèi)似的，一副偏振太陽(yáng)鏡也是利用只允許通過(guò)某一振動(dòng)方向上的光的方式來(lái)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(guò)觀(guān)察光源時(shí)在鏡片前面旋轉一副偏振鏡片來(lái)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，旋轉時(shí)光的強度會(huì )發(fā)生變化。同樣的方式，天文學(xué)家通過(guò)旋轉望遠鏡內的偏 振濾波器來(lái)檢驗是否所接收的光是偏振的。在實(shí)際實(shí)行后，他們發(fā)現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(zhù)，類(lèi)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(xiàn)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(chǎng)中呈現的排列一樣） 。有證據表明一些星 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(yáng)）輻射出來(lái)的弱磁場(chǎng)作用下形成線(xiàn)性排列并擴散到整個(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(yáng)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(yáng)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(wú)數紅巨星在 他們生命某一階段“燃燒煤煙”的結果。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，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場(chǎng)所的環(huán)境使得它們能夠在引力作用下聚合并開(kāi)始膨脹或 者說(shuō)增長(cháng)，成為越來(lái)越大的“土塊” 。開(kāi)放的空間是非常不利于這一過(guò)程發(fā)生的，因為來(lái)自 于附近恒星光的壓力會(huì )在膨脹過(guò)程中瓦解掉。而充滿(mǎn)塵埃的區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(yáng)質(zhì)量。就是在這些區域，新誕生的恒星有一天會(huì )發(fā)出它們第一縷光線(xiàn)。
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(jiàn) 的星際氣體類(lèi)型是氫——宇宙中含量最豐富的元素。自 20 世紀 70 年代開(kāi)始，大約有 100 多種物質(zhì)在星際空間中被發(fā)現，包括水、氨、甲烷和一些復雜分子像甲醛，乙炔和乙醇等。
607.直到 20 世紀 70 年代，天文學(xué)家才相信這些復雜分子會(huì )存在于星際空間中。以前的普 遍看法人為來(lái)自于年輕的高溫恒星的強烈紫外輻射會(huì )把剛形成的復雜分子就分解掉了。 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(shí)候，事實(shí)就被證明不是這樣的了。 復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(gè)可觀(guān)的數量。
608.復雜分子在星際空間的發(fā)現或許有更深刻的意義。發(fā)現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域是一件非常令人激動(dòng)的事， 因為人們確信這些分子是 生命誕生的本質(zhì)要素。簡(jiǎn)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(lèi)型的恒星數量相當巨大而另一些類(lèi)型則相對較少。廣漠的空間中有 數以百億計的類(lèi)似于我們太陽(yáng)的恒星。 但事實(shí)上比太陽(yáng)體積偏小顏色偏紅的恒星數量更為巨 大。但是相反的方向，即比太陽(yáng)體積大溫度高的恒星的數量則越來(lái)越少。
610.像人類(lèi)一樣，恒星也有誕生、成長(cháng)、老化和死亡的過(guò)程。不用多加解釋?zhuān)褪沁@么簡(jiǎn) 單。
611.試著(zhù)理解恒星有些類(lèi)似于理解人類(lèi)。當我們抬頭仰望星空的時(shí)候，我們僅得到不同種 類(lèi)處于生命特定階段的恒星的一個(gè)簡(jiǎn)單印象。 挑戰在于要爭取能夠把這些證據組合起來(lái)從而 使我們能夠了解一顆特定的恒星的整個(gè)演化過(guò)程。 這相當于你是一名外星人帶著(zhù)了解人類(lèi)生 活的任務(wù)來(lái)對地球做一個(gè)短期訪(fǎng)問(wèn)。 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(lèi)的地球生命： 小巧的細嫩有著(zhù)皮膚的、大一點(diǎn)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(huì )試著(zhù)重新組合這些圖片來(lái)看是否能沿著(zhù)一條非常邏輯的思路來(lái)分 出類(lèi)型，并最終了解某一種類(lèi)型的人類(lèi)是隨時(shí)間演化為另一種你所看到的類(lèi)型的。逐漸逼近 是一種非?；镜目茖W(xué)研究方法。當你觀(guān)測一種自己并不了解的現象時(shí)，可以先收集數據并 歸類(lèi)，試著(zhù)找出它們的類(lèi)型及變化趨勢，并指出這些信息究竟意味著(zhù)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(cháng)壽。
613.恒星比人類(lèi)的壽命要長(cháng)，但是也有一些恒星的壽命卻達到其它一些恒星的上百萬(wàn)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 活躍期卻可以持續數百億年——比宇宙現在的年齡還大。
614.在早期為了試圖更好的了解恒星的過(guò)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(méi)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(lái)描述恒星溫度和亮度的關(guān)系）正是可以引導科學(xué)家們深入 了解恒星內部的工具，通過(guò)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(shuō)明了自然界 僅制造特定類(lèi)型的恒星。就某一特定顏色的恒星來(lái)說(shuō)，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域）同時(shí)也有發(fā)出明亮的紅色的恒星（在右上的區域） 。如果兩顆 恒星具有同樣的顏色，則意味著(zhù)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(lái)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(chēng)為矮星，而體積較大的恒星被稱(chēng)為巨星，體積更大的被稱(chēng)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(lèi)型的恒星也有極少其它類(lèi)型的恒星。這可能由兩個(gè)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(lèi)型的恒星；二是在恒星生命過(guò)程中，恒星沿赫羅圖運動(dòng)，在那些我們 今天看到眾多恒星的區域停留較多的時(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(xiàn)被稱(chēng)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(xiàn)上。 天文學(xué)家稱(chēng)這條大部分的恒星花費它們一生中 的大部分時(shí)間（從青年到中年）的區域為主序。
618.主序代表了一個(gè)穩定的區域。穩定的恒星是指那些在很長(cháng)一段時(shí)間內溫度大小都保持 不變的恒星。在每一顆恒星的內部都有兩種力量：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。要保持穩定，恒星必須成功的達到微妙的平衡。在恒星內的每一點(diǎn)， 向外的和向內的力必須嚴格相等。一旦恒星進(jìn)入主序階段，便會(huì )停止收縮因為引力此時(shí)在每 一層都與緩慢的穩定的核反應產(chǎn)生的壓力平衡。恒星成為一顆穩定的主序星。
619.主序星是當恒星經(jīng)歷第一階段熱核反應時(shí)居住的地方。恒星內的熱核反應的第一種也是最普通的類(lèi)型是將自然界含量最大的元素氫轉化成含量第二位的元素氦。在這個(gè)過(guò)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(chēng)氫被燒成了氦，即使這個(gè) 過(guò)程遠比正常情況下燃燒要復雜的多。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出明顯的現狀因為簡(jiǎn)單一點(diǎn)說(shuō)，它標志著(zhù)各種不同恒 星因為燃燒氫轉化為氦從而停止塌縮變得穩定的那條分界線(xiàn)。
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。當星云內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 塵埃團形成的恒星以一個(gè)巨大的質(zhì)量（恒星世界中的巨頭）開(kāi)始它們的生命并趨向于停留在 赫羅圖的頂部。換句話(huà)說(shuō)，他們是以白色或者藍白巨星或超巨星開(kāi)始它們的年輕時(shí)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(méi)有巨星那樣大。因此，對于 主序星來(lái)說(shuō)，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(wèn)題是有一些爭議的。一些觀(guān)測和理論計算認為 一顆具有 40到 50 倍太陽(yáng)質(zhì)量的恒星就不能保持穩定了。除這點(diǎn)外，自然界也可能在形成恒 星的氣體和塵埃團內制造不穩定性，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(chēng)作“隆突η” ，它的質(zhì)量很可能是太陽(yáng)的 100倍之多。
623.對于主序星來(lái)說(shuō)，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(jiǎn)易的關(guān)系。天文學(xué)家們稱(chēng)這為質(zhì)量—光度關(guān)系，它表明， 一般來(lái)說(shuō)，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(yáng)質(zhì)量 之間，這就意味著(zhù)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部也要 熱的多。恒星在星云中形成的過(guò)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(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(yáng)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(yáng)現在在 赫羅圖的位置大致在中部區域，是一顆黃色的穩定的主序星。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(yáng)絕不是什么特別的恒星，但我們應該對此感恩，因為正 是這種平庸才使它的第三顆行星上出現了生命。
626.我們的太陽(yáng)現在處于青年到中年期的交界處。太陽(yáng)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域停留 50 億年。也就是說(shuō)，太陽(yáng)不是一顆非常年輕的恒星更不是一個(gè)小孩兒，而是大致位于相當于人類(lèi) 30 幾歲的樣子。
627.所有的恒星都是從右側進(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(guò)程中越來(lái)越熱， 我們便可以推測嬰兒期恒星都是從右側或者說(shuō)溫度低 的那一側進(jìn)入如主序的，事實(shí)上也確實(shí)是這樣的。
628.在恒星還沒(méi)有完全形成之前，它們被稱(chēng)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(chēng)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 的內部 溫度。但是所有這些熱量都是直接來(lái)源于原恒星的塌縮。
629 當一個(gè)原恒星內部聚集足夠多的熱量時(shí)，它將產(chǎn)生巨大的變化。當一個(gè)原恒星內部溫 度高到足以使它通過(guò)熱核反應獨立制造新的能量時(shí)，它就變成了一個(gè)真正的恒星。在其變化 的過(guò)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(cháng)短還與它的質(zhì)量有關(guān)。這個(gè)關(guān)系很簡(jiǎn)單，當恒星演化到主 序時(shí)，它的質(zhì)量越大，則內部溫度越高；內部溫度越高，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(kāi)主序的時(shí)間就越早。
631 “內部問(wèn)題”最終迫使一個(gè)恒星結束它舒適的主序生活。這基本上是一種“內部領(lǐng)導 過(guò)多”的情況，在這里是太多的氦。當一個(gè)恒星在主序時(shí)，內部的氫燃燒從中心開(kāi)始，逐漸 向外擴散，形成一個(gè)被外部氫包圍著(zhù)的不斷增長(cháng)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，把光球層向外推。恒星的體積持續增長(cháng)直到重力和恒星內部向外的壓力重新平 衡。到這個(gè)階段，恒星已經(jīng)離開(kāi)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變是一個(gè)很快的過(guò)程。在主序上有 很多恒星， 在巨星區也有相當多的恒星， 但是在這兩個(gè)區域之間的地方卻基本上沒(méi)什么恒星。 這便意味著(zhù)恒星從圖上的一個(gè)區域移動(dòng)到另一個(gè)區域的過(guò)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(gè)變化過(guò)程中。
633 一些恒星還沒(méi)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 慢，以至于它們現在離它們的氦核塌縮的臨界點(diǎn)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(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(wàn)億年，比宇宙活得還長(cháng)！
634 恒星們離開(kāi)主序后，不同的質(zhì)量決定了它們不同的命運。恒星們離開(kāi)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，平穩的度過(guò)中老年，其他恒星則 要遭受悲慘的成長(cháng)的痛苦。
635 太陽(yáng)和其他大部分主序星每天（夜）看起來(lái)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(guān)測天象的人已經(jīng)知道一些特定的恒星的表現和其他的不一樣。在南天 的秋季天空中有一顆恒星，有時(shí)候看起來(lái)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(xiàn)中消失掉，只有等一年后再回來(lái)。它們把這顆星叫 Mira（鯨魚(yú)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(guò)這么多年發(fā)現了許多其他的變星。
636 恒星光度的隨時(shí)間的變化怎么用光變曲線(xiàn)表示出來(lái)。恒星的光變曲線(xiàn)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(xiàn)。不同類(lèi)型的變星有著(zhù)特有的不同表現的光變曲
線(xiàn)。
637 許多變星變化的原因是它們不穩定。太陽(yáng)每天在天空中看起來(lái)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，因為太陽(yáng)任何重大的變化都會(huì )對地球 的氣候造成破壞性的重大影響。 ） 太陽(yáng)現在這樣始終相同的表現是因為它是一顆穩定的恒星。 那是說(shuō)，在太陽(yáng)內部的任意一點(diǎn)，向內的重力被內部熱氣體的壓力和自轉產(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(méi)有平衡。這樣的話(huà)，那些恒星不但 不是穩定的，相反，他們是不穩定的，這意味著(zhù)它們會(huì )不停的變化。有時(shí)變化的周期很短，
有時(shí)很長(cháng)；有時(shí)變化很小，有時(shí)確實(shí)災難性的。
638 恒星內部特定的不平衡通常會(huì )導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 )向外擴散，隨之產(chǎn)生的向外的壓力最終到達恒星的表面?？赡艿慕Y果是 恒星的光球層被向外推，使恒星的體積增大。實(shí)際上，現在恒星內部向外的壓力超過(guò)了向內 的重力，所以恒星要膨脹。恒星的表面被向外推，但是它也開(kāi)始冷卻，因為膨脹的恒星會(huì )提 供給逃逸的輻射更大的表面積來(lái)逃逸。因為以上原因恒星和以前相比會(huì )變得更大更紅。
639 有時(shí)這個(gè)過(guò)程馬上反轉然后這個(gè)膨脹了一次的恒星開(kāi)始塌縮。有的恒星一旦膨脹了并 且冷卻下來(lái)時(shí)， 它們會(huì )持續那個(gè)狀態(tài)較長(cháng)的時(shí)間。 換句話(huà)說(shuō)， 他們到達了一個(gè)新的的平衡態(tài)， 因為整個(gè)恒星內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(guò)頭了” ， 它們膨脹的太大了，結果是它們的光球層變得太薄太透明，使得恒星向空間泄漏出更多的輻 射，超過(guò)了它們可以維持穩定的臨界量。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(lái)抵消重力，于是，恒星開(kāi)始塌縮。伴隨著(zhù)塌縮的是它的溫度再次升高，再次“飛 過(guò)頭” 。所以恒星震蕩起來(lái)，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(huì )兒亮一回兒暗，伴隨著(zhù)顏色也跟著(zhù)變化。
640 一些恒星的變化很規則。一些恒星的周期變化很規則，它們的亮度和顏色的變化規律就 像時(shí)鐘一樣很有規律的一圈一圈地。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(guān)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(lái)，月復一月，年復一年。有一批恒星有著(zhù)和仙王 δ ? 類(lèi)似的行為。 它們的變化周期長(cháng)短不一，短到一天長(cháng)到 50 天，變化的次數也各不相同。但是它們變化的
基本原理是相同的。作為一族星，它們被稱(chēng)為造父變星。
641 北極星也是一顆造父變星。你可能從來(lái)沒(méi)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(lái)說(shuō)，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(yáng)大一點(diǎn)，所以這個(gè) 10%大約是 250 萬(wàn)英里。在這個(gè) 變化過(guò)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(lái)。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(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(lèi)似的，它最暗的時(shí) 候是在它正在變小的過(guò)程中。 造成這個(gè)不同步的根本原因是因為在恒星內部發(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(zhù)和造父變星類(lèi)似的周期變化規律，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(gè)半星等。這一族星移第 一個(gè)被發(fā)現的這類(lèi)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。我們的銀河有一個(gè)被由恒星構成的銀暈包圍著(zhù)的大銀盤(pán)。經(jīng)典的造父變星是在一盤(pán)中發(fā) 現的，而室女座 W 型星是在銀暈中發(fā)現的。因為這個(gè)原因，造父變星和室女座 W 型星的主 要區別就是化學(xué)組成不同。銀盤(pán)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 )影響恒星運轉和演化。 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(gè)特定 的星團中的數量從幾百個(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)現了一個(gè)奇怪的現象。 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(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(cháng)。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(shí)際亮度成正比，所以 Leavitt 確定它觀(guān)測得到的關(guān)系是正確的。在同 一時(shí)間，類(lèi)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(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)新的測量宇宙的標尺，一個(gè)可以測量幾百億光年距離的標尺。
647 天文學(xué)家用一個(gè)簡(jiǎn)單的系統來(lái)命名變星。大體上來(lái)說(shuō)，對于在某個(gè)星座中發(fā)現的第一 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(hù)座(Orion)發(fā)現的 第一顆變星叫做 R Orionis(獵戶(hù)座 R),在天琴座（Lyra）發(fā)現的第一顆變星叫做 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(lèi)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(zhù)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(lèi)推到 QZ（跳過(guò) 字母 J，有點(diǎn)奇怪） ?，F在，如果你一直在數的話(huà)，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)現的話(huà)，我們就簡(jiǎn)單的命名為 V335，V336 等等。 （如 果有人當初直接就從 V1 開(kāi)始的話(huà)，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(lái)后，還有一類(lèi)星我們稱(chēng)其為長(cháng)周期變星。作為特 點(diǎn)，這類(lèi)變星很的變化周期長(cháng)度短到三個(gè)月長(cháng)到兩年。Mira(意思是令人驚奇的，鯨魚(yú)星座 中的)也是這類(lèi)星中的一員。這類(lèi)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(jiàn)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(lèi)星相比， 這類(lèi)變星中的恒星如果光變周期越長(cháng)，則對應的它的平均亮度也就越大，這只是個(gè)近似的關(guān) 系，并不嚴密。
649 一些恒星變化不按常規變化。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(wú)規律，有時(shí)甚至會(huì )有強烈的爆發(fā)。
650 在把這些不規則變星中，我們發(fā)現一些星有一些規律或者說(shuō)是半規則星，還有一些是 完全不規則的。顧名思義，半規則星就是說(shuō)這些恒星的行為有一些是可推測的，完全無(wú)規則 星就是說(shuō)這些恒星“似乎只按自己的規矩辦事” 。當然，它們不能違背物理規律，但是在這 些情況里， 我們也并沒(méi)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 現出的現象。
651 一種叫做質(zhì)量流失的現象導致了一些不規則變星的變化。 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(lái)亮度的五百分之一） ，然后再下面的幾個(gè)月內，它會(huì )慢慢的，不規 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(guò)程造成的。簡(jiǎn)單的說(shuō)，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?。 構成的煙狀物會(huì )暫時(shí)包裹著(zhù)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(kāi)，恒星的光又能夠重新暢行無(wú)阻。
652 船底座—η是另一顆著(zhù)名的流失質(zhì)量的無(wú)規律型變形。 這顆星不規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(shí)拍下了一張不尋常的照片，圖上顯示 了氣體和塵埃構成的云被一顆超巨星向外吹開(kāi)，波濤澎湃，這顆超巨星輻射的能量是我們太 陽(yáng)的 5 百萬(wàn)倍，是我們太陽(yáng)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(chēng)為耀星。我們的太陽(yáng)表面也會(huì )發(fā)生閃耀，但只不過(guò)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。耀星的閃耀機理現在還是未知的。
654 在對變星的研究中，不規則變星和長(cháng)周期變星對天文學(xué)來(lái)說(shuō)尤為重要，職業(yè)天文學(xué)家 時(shí)常不能用常規原則來(lái)研究這些恒星。在大型專(zhuān)業(yè)望遠鏡上的觀(guān)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鏡這類(lèi)設備的觀(guān)測時(shí)間的天文學(xué)家中，只有一個(gè)人能獲得 批準。因為長(cháng)周期變星和不規則變星的變化是一個(gè)很長(cháng)的周期，并且是難以預測的，所以很 難證明大型望遠鏡的大量的觀(guān)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的一個(gè)領(lǐng)域。因為業(yè)余天文學(xué)家比 專(zhuān)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(guān)測， 受過(guò)專(zhuān)業(yè)訓練的業(yè)余天文學(xué)家可以監視幾百顆變星。 由此提供的數據可以填補做長(cháng)周期變化 的變星數據的缺口，并且可以幫助那些留心這些變星行為的專(zhuān)業(yè)人士發(fā)現十分不尋常的情 況，從而可以申請大型望遠鏡或者哈勃太空望遠鏡（HST）來(lái)做更進(jìn)一步的觀(guān)測。
656 感興趣的天文愛(ài)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(chǎng)。顧名思義，這些恒星特征就是在很短 變換周期內亮度最少變化好幾個(gè)星等。 引發(fā)它們這么變化的機理是一個(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)家都認為布滿(mǎn)星星天國一個(gè)平 靜的從來(lái)不變的地方。中國古代的觀(guān)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(méi)有星的天空區域新出現的星編入編年史。在西方的傳統中，這些星被稱(chēng)作新星 （Nova，來(lái)自拉丁語(yǔ)，意思是“新的” ） 。最終人們發(fā)現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(lái)，變得比以前亮得多，并且在這個(gè)過(guò)程中它們第一次 被發(fā)現。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(shuō)，但是首先我們必須知道……
659 并不是所有的恒星都過(guò)著(zhù)單身生活。據我們所知，太陽(yáng)時(shí)顆單星。但是大約 60%的和 太陽(yáng)年齡相似的恒星，都處在雙星或多星系統中：兩個(gè)或更多的恒星相互繞轉的系統，彼此 之間靠萬(wàn)有引力聯(lián)系在一起。多那些比太陽(yáng)年輕的恒星，處在雙星或多星系統的恒星所占的 比例更高。
660 最近天文學(xué)家才弄懂多星系統是怎么形成的。天文學(xué)家知道大多數恒星并不是單獨的 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(lái)算出原因。這些超級計算機使得 天文學(xué)家可以用數學(xué)模擬出恒星誕生的區域都發(fā)生了什么， 第一次細致到能讓我們真正的看 到這個(gè)過(guò)程的細節。恒星形成的氣體和塵埃構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(shí)，就會(huì )產(chǎn)生一個(gè)由壓縮在一起的氣體構成的沖擊波。但是這個(gè)細長(cháng)的沖擊波 很快便得不穩定并且斷成許多節。 由原來(lái)的物質(zhì)和這些斷了的節構成的物質(zhì)盤(pán)是最初碰撞的 物質(zhì)的密度的十億倍，物質(zhì)盤(pán)最后依次塌縮形成恒星。
661 這些斷節和物質(zhì)盤(pán)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的形成。 因為構成成恒星的氣體和塵埃云在碰撞幾乎沒(méi)有正面的相碰，形成的絲狀物，斷節和物質(zhì)盤(pán) 經(jīng)常是歪斜的很厲害，一頭壓一頭。這樣的話(huà)，有時(shí)鄰近的斷節移動(dòng)速度很慢以至于在相互 的萬(wàn)有引力作用下相互靠近形成一個(gè)雙星系統。有時(shí)能夠形成單獨的物質(zhì)盤(pán)，但是由于它的 質(zhì)量太大，它繼續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(pán)越轉越快，直至它分裂成兩個(gè)甚至更多個(gè)盤(pán)，然后形成兩個(gè)或更多的相互繞轉的恒 星。在任何一種情況中，我們都有自然機制最終導致形成雙星或者多星系統。
662 在大部分晴朗的夜晚你可以看到一個(gè)多星系統。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(guān) 星人和一些美洲的原住民都把能不能分辨開(kāi)著(zhù)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(guān)測揭示了更多問(wèn)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 望遠鏡對準這兩顆恒星，你會(huì )發(fā)現兩顆中亮的一顆（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：三顆星因為萬(wàn)有引力相互吸引，相互繞轉。
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成了一個(gè)等邊三 角形。仔細觀(guān)察第三顆星，如果你的實(shí)力足夠好的話(huà)，你會(huì )發(fā)現這顆星實(shí)際上是顆雙星（用 雙筒望遠鏡應該會(huì )有幫助） ?，F在用望遠鏡看這個(gè)雙星系統，你會(huì )發(fā)現，雙星中的每一顆星 又分別是兩顆星，也就是說(shuō)，你找到了一個(gè)四方星系統，或者說(shuō)是雙雙星系統，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(gè)適當的望遠鏡中，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(huà)，我 們會(huì )發(fā)現，我們在地球上看到的亮光實(shí)際上是六顆相互繞轉的星發(fā)出的。想象一下生活在一 個(gè)天空中有六個(gè)太陽(yáng)的行星上！
667 有些星看起來(lái)像雙星，但那只不過(guò)是錯覺(jué)而已。有時(shí)候我們看起來(lái)像是近密雙星的其 實(shí)并不是雙星，那只不過(guò)是兩顆星在地球上看剛好差不多幾乎在一條線(xiàn)上，所以看起來(lái)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(guān)察然后看他們怎么運動(dòng)，真 正的雙星因為引力的相互作用，會(huì )相互繞轉做曲線(xiàn)運動(dòng)。兩顆相互獨立的恒星只不過(guò)看上去 在一條直線(xiàn)上，它們的運動(dòng)軌跡基本上是直線(xiàn)并最終分開(kāi)運動(dòng)。
669 恒星相互繞轉和行星繞太陽(yáng)運動(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”這塊兒的規律同樣也 支配著(zhù)宇宙的那頭。宇宙可能曾經(jīng)更復雜，但現在不是。正如開(kāi)普勒的進(jìn)一步說(shuō)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(dòng)的速度就更快，如水星繞太陽(yáng)運動(dòng)的速度 比地球快，地球繞太陽(yáng)運動(dòng)的速度比冥王星快，所以?xún)深w恒星相距越近相互繞轉越快。
670 天文學(xué)家能夠跟蹤許多雙星隨時(shí)間的運動(dòng)。為了跟蹤某些星的運動(dòng)，天文學(xué)家對特定 天區持續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(wàn)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(dòng)。幾百對雙星的運動(dòng)就是用這種方法大量的測量出來(lái)。
671 雙星相互繞轉的周期是相當長(cháng)的。許多雙星的繞轉周期都在 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一圈。恒星在相互離的越遠當然繞裝一圈的 周期也就越長(cháng)，但是，即使天文學(xué)家們只能觀(guān)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，因為我們很好的掌握了這個(gè)物理規律。由武仙座—α 構成的雙星相互 繞轉一周需要 3600 年，由小熊座σ 2 組成的雙星繞轉一周需要 11000 年。后者兩顆星的距 離是地球離太陽(yáng)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分開(kāi)。當然這就有一個(gè)顯而易見(jiàn)的問(wèn)題： “那我們怎么知道它們是雙 星呢？”這個(gè)問(wèn)題的答案又是一個(gè)獨具匠心的天文學(xué)中的現代探測技術(shù)。分光儀又一次出來(lái) 解決了問(wèn)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(guò)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(dòng)的速度。
673 分光儀出來(lái)的光譜如果交替變換就意味著(zhù)這是一對雙星。設想一對雙星（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(huì )生成一個(gè)光譜，但是這個(gè)光譜看上去就像是兩顆獨立的星的光譜結合在一 起?，F在描繪這樣一個(gè)情景，兩顆星相互繞轉，起先星 A 可能是朝我們這個(gè)方向運動(dòng)星 B 是遠離我們運動(dòng)，半個(gè)周期后星 B 會(huì )朝向我們運動(dòng)而星 A 則遠離我們運動(dòng)。如果這個(gè)過(guò)程 一遍又一遍的重復， 那么天文學(xué)家在這條視線(xiàn)上看到這兩顆星的光譜就是一個(gè)紅移一個(gè)藍移 交替變換，這是由于兩束星光的多普勒效應交替變換造成的（見(jiàn)條目 791） 。交替變換的光 譜線(xiàn)就這樣不可思議的驗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的速 度和繞轉一周所需的時(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(zhù)它們之間連線(xiàn)的中點(diǎn)運動(dòng)，這個(gè)點(diǎn)叫做系統的質(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(zhù)它們的質(zhì)點(diǎn)運動(dòng)， 只不過(guò)這個(gè)質(zhì)點(diǎn)是在這個(gè)看不見(jiàn)的棒子上更靠近那個(gè)大質(zhì) 量恒星的這邊。因為相互繞轉，所以質(zhì)量小的恒星的運動(dòng)半徑就更大，而質(zhì)量大的恒星繞質(zhì) 心運動(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同伴相比就表現出相對較小 的多普勒效應。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(yú)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(guò)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(lái)。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(lái)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 星系統中的那顆小星開(kāi)始從大星前面穿過(guò)時(shí)， 兩顆星的總亮度不會(huì )立刻變小， 而會(huì )逐漸變化， 這是因為從地球上看，當小星緩慢的從大星前面穿過(guò)時(shí)，它是逐漸遮逐漸遮住大星越來(lái)越多的部分。因為小星整個(gè)進(jìn)入大星的圓盤(pán)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(kāi)始增加。知 道了小星繞大星運動(dòng)的速度和它穿過(guò)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的時(shí)間都相對較短。這種遮食通常只能持續幾小時(shí)到一天。
678 在北天，我們發(fā)現了一顆令人難以置信短遮食時(shí)間規律相違背的恒星。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(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(guò)一次，發(fā)生遮食時(shí)它藏在紅色的星的 后面長(cháng)達 1.2年。從這兩顆星相互繞轉的速度我們算出令人驚駭的是那顆紅色星的直徑是那 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(yáng)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(yáng)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(guò)。這個(gè)神秘天體被認為是一個(gè)巨大 的繞著(zhù)一對藍白色的星轉動(dòng)的氣體和塵埃盤(pán)，這個(gè)盤(pán)有好幾個(gè)太陽(yáng)系那么大，那兩顆藍白色 的星每一個(gè)都是太陽(yáng)大小的好幾倍。
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