宇宙空间中的恒星

第二节　恒星和星云

当你在地球上遥望星空，便能看到一片恒星的世界。在晴朗无月的夜晚，一般人用肉眼大约可以看到3000多颗恒星。恒星并非不动，那它为何会有“恒星”一名呢？因为恒星离我们实在太远，不借助于特殊工具和方法，很难发现它们在天上的位置变化，因此古代的天文学家在他们所处的研究水平下认为恒星是固定不动的星体，所以把它们叫做恒星，意为“永恒不变的星球”。

恒星的结构从外往里分为星冕、色球和光球。最外层的星冕是类似日冕状的高温低密度区域，它常常与星风有关。有的恒星已在星冕内发现有产生某些发射线的色球层，其内层大气吸收更内层高温气体的连续辐射就会形成吸收线，而这层大气就叫做反变层，发射连续谱的高温层则叫做光球。光球与反变层不能截然分开。

对于恒星，我们之所以能够观察到它们，是由于它们由炽热气体组成，这些气体不停地燃烧散发出光亮。一般来说，恒星的体积和质量都是比较大的，燃烧所发射出来的光芒是非常耀眼的，只是由于距离地球太遥远的缘故，人们在地球上所看到的星光才显得那么微弱。

(上图)恒星的世界

(下图)疏散星团pismis24中的大质量恒星

由于恒星所发出的光的颜色是由其表面温度决定的，温度不同所发出的光的颜色也不同，这就决定了恒星燃烧发光所散发出来的光亮也是有强有弱的。质量大的恒星含氢多，中心的温度高，其蕴藏的能量消耗快，只能存活100万年，而小质量恒星的寿命要长达1万亿年。恒星可能也怕孤独，所以有半数以上的恒星不是独自存在的，它们往往组成大大小小的集团：有一对的，有三五成群的，有几十、几百甚至成千上万个彼此纠集成团的，也有联系比较松散的。人们根据恒星的这些组合特点，给它们分别取名叫双星、星团、聚星与星协。

天文学上，人们采用“光度”来具体化恒星所散发出来的光亮。所谓“光度”，就是指从恒星表面以光的形式辐射出的能量功率。具体地说，光度强也就是恒星所辐射出来的能量大。一般说来，恒星表面的温度越低，其光线的颜色就会偏红；温度越高，光线的颜色就越偏蓝。而表面温度越高，表面积越大，光度就越大。历史上，对光度颇有研究并绘制出图表的是天文学家赫茨普龙和哲学家罗素，他们首先提出恒星的分类与颜色及光度有关，并建立了“赫-罗图”的恒星演化关系图，揭示了恒星演化的秘密。

揭示恒星演化秘密的“赫-罗图”关系图

恒星和人类一样，有着从诞生、成长到衰老，最终走向死亡的生命史。因大小不同，色彩各异，它们的生命历程也有所不同。实际上构成行星和生命物质的重原子就是在某些恒星生命结束时发生的爆发过程中创造出来的。恒星和人类一样有着生命中最辉煌的“青年时代”。恒星的“青年时代”是主星序阶段，这阶段是它一生中最长的黄金阶段，占据了它整个寿命的90%。在这阶段当中，恒星以其几乎不变的恒定光度发光发热，照亮周围的宇宙空间，为生命的存在提供能量。过了这个阶段，能量的衰竭使它变得动荡不安，变为一颗红巨星。然后，红巨星爆发，爆发后所留下来的物质，主要依其质量、角动量以及它是否为密近双星的成员而定。对于单星来说，当红巨星的外壳消散掉了之后，残存质量就小于1.3个太阳质量，这样它将变成高密度的白矮星。倘若消散之后剩余的质量在1.3～2.0个太阳质量之间，则会进一步塌缩为致密的中子星。若残存的质量大于2.0个太阳质量，根据理论则将会塌缩到史瓦西奇点，形成一个黑洞。对于密近双星的两个子星，由于在演化过程中进行了物质交流，因此两子星各自的形态和结构都在迅速改变。当其中的一子星演变成为白矮星，又再吸积另一子星的物质时，白矮星就会爆发为新星或其他类型的激发变星。密近双星的演化也有可能会导致灾变爆发，即一子星会因失去平衡而变成超新星，塌缩的残核可能成为高速自转并向外发射光或X射线的脉冲星。

超新星爆炸

大质量恒星

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L_⊙

太阳式恒星白矮星

恒星的演变过程

当我们提到宇宙空间，想到的往往是一无所有的、黑暗寂静的真空。恒星之间广阔无垠的空间寂静固然是真，但并非就是真正的“真空”，而是存在着包括星际气体、尘埃和粒子流等各种物质。这些物质被人们称作“星际物质”。星际物质在宇宙空间的分布不是均匀的。在引力作用下，某些地方的气体和尘埃可能因相互吸引而密集起来，形成云雾状。人们形象地把它们叫做“星云”。其主要包含了除行星和彗星之外的几乎所有延展型天体。

银河系中的星云，按照形态，可以分为弥漫星云、行星状星云等几种。星云是由宇宙中的尘埃及气体所形成的，其主要是由氢和氦两种元素构成，这跟恒星的成分是一样的。人们甚至猜想，恒星是由星际气体“凝结”而成的。同恒星相比，星云具有质量大、体积大、密度小的特点。星云简单来说，可分为四类：发射星云、反射星云、暗黑星云及行星状星云。一个普通星云的质量至少相当于上千个太阳，半径大约为10光年。通常情况下，星云的命名是按其所在的位置或形状来命名的，如猎户座大星云，就是位于猎户星座的亮星云。

猎户座大星云

星云和恒星有着密切的关系。由于星云的物质密度十分稀薄，主要成分是氢，根据理论推算，当星云的密度超过一定限度时，就要在引力作用下收缩，体积变小，逐渐聚集成团。这个时候，经过收缩、聚集的星云就渐渐演化成为恒星了。恒星形成以后，又可以大量抛射物质到星际空间，成为星云的一部分原材料。因此，恒星与星云在一定条件下是可以互相转化的。

就这样，恒星来之于星云，又归之于星云，走完它辉煌的一生。绚丽的繁星，将永远是夜空中最美丽的一道风景。