恒星的真面目

□ 劉江凱 聞新

太陽的一生

科學(xué)家們推測，太陽迄今大約有46億歲了。太陽誕生于慢慢旋轉(zhuǎn)的塵埃和氣體組成的巨大云團(tuán)中，當(dāng)云團(tuán)中的一部分比它們周圍的云團(tuán)更濃密時(shí)，由于它自身的吸引力，云團(tuán)會(huì)逐漸縮小成一個(gè)球，旋轉(zhuǎn)的速度會(huì)越來越快，并開始發(fā)熱，溫度變得非常高。當(dāng)中心的溫度升到足夠高、密度變得足夠大時(shí)，核聚變開始發(fā)生，一顆恒星就形成了。

云核中有一個(gè)形成恒星的種子

恒星的組成

太陽和其他的大多數(shù)恒星都是由高溫氣體和等離子體組成的巨大的球狀物。恒星主要由氫元素組成，剩下的大部分是氦元素。此外，在恒星中還有少量的其他元素。

太陽核心里的氫大約能維持50多億年的輻射能量。一旦氫消失，太陽將在一段時(shí)間內(nèi)變得更大更明亮。在這個(gè)階段，它被稱為紅巨星。最終，太陽的外層將漂移到太空中，而剩下的核心，即白矮星，會(huì)慢慢褪變?yōu)榈蜏氐?、不再發(fā)光發(fā)熱的黑矮星。

由紅巨星誘導(dǎo)的超新星爆炸

恒星的分類

天文學(xué)家通過多種特征給恒星分類。這些特征包括大小和質(zhì)量（通常以太陽為標(biāo)桿，來進(jìn)行比較）。

這些表格表現(xiàn)了分類恒星的其他方法：顏色和表面溫度，還有光度，或者說亮度。第一個(gè)表格是根據(jù)恒星的表面溫度進(jìn)行的光譜（顏色）分類，它用字母來區(qū)分等級(jí)。從O、B、A、F、G、K、M和L分別代表溫度從最高到最低的八個(gè)等級(jí)。每個(gè)等級(jí)里又細(xì)分出10個(gè)級(jí)別，分別用數(shù)字0到9來表示，溫度最高的恒星被標(biāo)記為0，溫度最低的就是9了。

另外，恒星可以根據(jù)亮度從最亮到最不亮分類，分別標(biāo)記為：Ia、Ib、iII、III、IV和V。

通過這些標(biāo)記，我們可以方便地比較恒星。例如，太陽屬于等級(jí)G2V，這意味著它是黃色光譜（G）中的一顆溫度相對(duì)較高（2）的矮星（V代表主序星或矮星）。恒星半人馬阿爾法星（Alpha Centauri）也屬于等級(jí)G2V。因此，盡管這兩顆恒星有著明顯的差異，但是它們?nèi)詫儆谝粋€(gè)等級(jí)。

恒星的分類

什么是超新星？

超新星是一顆正在爆炸的恒星。它最終會(huì)變成一顆大質(zhì)量恒星。大質(zhì)量恒星溫度高而且是藍(lán)色的。在它死去后，恒星的溫度會(huì)緩慢上升，并膨脹成一顆明亮的、紅色的超巨星。在那之后，它會(huì)突然坍塌，然后猛烈爆炸成一顆超新星。

爆炸后的恒星在淡出視野之前，能變得比太陽亮幾十億倍。超新星爆炸會(huì)將大量的氣體和塵埃云拋入宇宙中，新的恒星可能就會(huì)從這里開始形成。

天文學(xué)家將超新星分成兩種類型，I型超新星可能由一對(duì)恒星形成，II型超新星是由一顆大質(zhì)量恒星形成的。

超新星

什么是中子星？

中子星是一個(gè)小型的、密集的物體，由大恒星爆炸后剩下的部分形成。中子星的質(zhì)量是太陽的3倍，這么大的質(zhì)量都被擠進(jìn)了一個(gè)半徑只有19千米的球內(nèi)。

中子星是大質(zhì)量恒星爆炸形成超新星后留下的旋轉(zhuǎn)核心部分，本質(zhì)上是質(zhì)子和電子互相融化形成中子星。中子星是如此之小，以至于它的可見光很難發(fā)現(xiàn)，但它會(huì)發(fā)出無線電波。能夠放射出周期脈沖的中子星被稱為脈沖星。

科學(xué)家在1938就預(yù)言了中子星的存在，然而，直到1967年，科學(xué)家才用可以檢測出無線電波的望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了中子星。

中子星

什么是雙星系統(tǒng)？

雙星系統(tǒng)是距離很近且不能逃脫的一對(duì)恒星。大多數(shù)雙星的距離是如此之近，以至于他們看起來像是一顆單獨(dú)的恒星。還有一些恒星似乎在圍繞著一個(gè)不可見的同伴旋轉(zhuǎn)，那個(gè)不可見的同伴也許是個(gè)黑洞。

當(dāng)雙星系統(tǒng)中兩顆恒星的引力不相等時(shí)，會(huì)發(fā)生多種形式的質(zhì)量傳輸。大約75%的恒星都處于雙星系統(tǒng)中。離地球最近的雙星系統(tǒng)由半人馬座阿爾法A星和半人馬座阿爾法B星組成，離地球4.4光年。

藝術(shù)家想象的雙星系統(tǒng)（左圖）和雙星系統(tǒng)進(jìn)行能量傳遞（右圖）

白矮星和黑矮星

白矮星和黑矮星是像太陽那樣的中等質(zhì)量恒星所需經(jīng)歷的生命歷程中的最后兩個(gè)階段。這兩個(gè)階段在紅巨星階段之后發(fā)生。

白矮星是一顆用盡自己所有燃料的恒星。這樣的恒星主要由留在核心處的碳元素和氧元素組成，它的外層將漂散太空中。實(shí)際上，白矮星并不是白色的。它的顏色是由它的溫度決定的，介于紫色和深紅色之間。白矮星因?yàn)樘等庋蹮o法看見，必須借助望遠(yuǎn)鏡。

在幾十億年之后，白矮星會(huì)停止發(fā)光而變成黑矮星。

白矮星

什么是紅巨星？

紅巨星是一類中等質(zhì)量的恒星，它發(fā)出明亮的紅色光芒。當(dāng)這類中等質(zhì)量恒星核心處的氫原子全部融合成氦原子時(shí)，恒星內(nèi)部就會(huì)迅速發(fā)生變化，體積劇烈膨脹，外層溫度降低，顏色變紅。因?yàn)檫@類恒星的表面區(qū)域膨脹得十分劇烈，又會(huì)變亮，最后這類恒星就成為了一顆紅巨星。

事實(shí)上，恒星走向生命盡頭所要經(jīng)歷的第一個(gè)階段就是紅巨星階段，這個(gè)階段會(huì)持續(xù)幾億年至幾十億年。

紅巨星

下期預(yù)告：通過前面幾期的介紹，您已經(jīng)知道距地球最近的恒星的特性，但對(duì)于太陽之外的恒星活動(dòng)和結(jié)構(gòu)卻介紹的甚少，下期名為“恒星探索”，將繼續(xù)從更深層的角度介紹其它恒星的特性、運(yùn)動(dòng)、類型和碎裂等問題。