恒星的生命歷程是怎樣的？

在晴朗無(wú)月的夜晚，當(dāng)你抬頭仰望天空，你會(huì)看到成千上萬(wàn)的恒星排列成各種形狀，或者說(shuō)是星座。這些恒星發(fā)出的光線(xiàn)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)途跋涉到達(dá)地球。那么，恒星是什么呢？它們距離我們有多遠(yuǎn)？恒星都是一樣的嗎？它們周?chē)€有其他行星嗎？

恒星是巨大且發(fā)光的熱氣球，氣體大多為氧氣和氦氣。有些恒星離我們很近，而另一些離我們則非常遙遠(yuǎn)。有些恒星是獨(dú)自?huà)煸谔焐?，另一些則有自己的伙伴（雙星），還有一些是擁有數(shù)千顆甚至數(shù)百萬(wàn)顆恒星的星群中的一分子。并非所有的恒星都是相同的，它們?cè)诖笮　囟取㈩伾土炼鹊确矫娌町惡艽蟆?/p>

恒星的特征

恒星有很多特征，可以通過(guò)研究恒星發(fā)出的光線(xiàn)進(jìn)行測(cè)定。這些特征包括以下幾點(diǎn)。

☆ 溫度和光譜。

☆ 亮度、光度和輻射。

☆ 質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)。

◎溫度和光譜

有些恒星溫度極高，而另一些則溫度較低。我們可以通過(guò)恒星發(fā)出的光線(xiàn)的顏色來(lái)判斷恒星的溫度。如果你注意觀察過(guò)炭火燒烤，你應(yīng)該知道發(fā)紅光的炭火比發(fā)白熱光的溫度低。恒星也是一樣，藍(lán)色或白色的恒星比黃色的恒星溫度高，而黃色的恒星又比紅色的恒星溫度高。如果你觀察一下恒星發(fā)出的最強(qiáng)烈的顏色（或波長(zhǎng)），你可以推測(cè)出它的溫度。通過(guò)恒星的光譜，你可以了解恒星內(nèi)部的化學(xué)元素，因?yàn)椴煌脑兀热缪酢⒑?、碳和鈣，吸收光線(xiàn)的波長(zhǎng)不同。

◎亮度、光度和輻射

當(dāng)你遙望夜空，你會(huì)發(fā)現(xiàn)一些恒星比另一些要亮。有兩個(gè)因素決定了一顆恒星的亮度。

◇ 光度：在一定時(shí)間內(nèi)釋放的能量總量。

◇ 距離：與我們距離有多遠(yuǎn)。

探照燈要比小手電筒發(fā)出的光線(xiàn)更強(qiáng)。也就是說(shuō)，探照燈亮度更高。不過(guò)，如果探照燈距離你有8千米，它就顯得沒(méi)那么亮了，因?yàn)殡S著距離的遞增，光的亮度會(huì)隨之減少。離你8千米遠(yuǎn)的探照燈看起來(lái)和離你15厘米遠(yuǎn)的小手電筒一樣亮。恒星也是一樣的道理。

天文學(xué)家可以通過(guò)在望遠(yuǎn)鏡的一端安裝光度計(jì)或CCD（電荷耦合器件），來(lái)計(jì)算一顆恒星的亮度。如果掌握了一顆恒星的亮度和與它的距離，人們就可以算出這顆恒星的光度[光度=亮度×12.57×（距離）2]。

同時(shí)，亮度也與恒星的大小有關(guān)。恒星越大，釋放的能量越多，也就越亮。從炭火燒烤爐里你也可以看到類(lèi)似的情況。在溫度相同的情況下，3塊發(fā)紅的炭塊比1塊發(fā)紅的炭塊釋放的能量多。同樣，如果兩顆恒星溫度相同而大小各異，則較大的那顆恒星比較小的那顆更亮。

◎質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)

1924年，天文學(xué)家A.S.埃丁頓指出，恒星的光度和質(zhì)量有關(guān)。恒星的質(zhì)量越大，就會(huì)越亮。

我們周?chē)阈堑倪\(yùn)動(dòng)與太陽(yáng)系有關(guān)。一些恒星與我們做相背運(yùn)動(dòng)，而另一些則做相向運(yùn)動(dòng)。恒星的運(yùn)動(dòng)影響了它們發(fā)出的光線(xiàn)的波長(zhǎng)，這就像當(dāng)消防車(chē)從我們身旁駛過(guò)，高音汽笛的聲音變小一樣。這種現(xiàn)象就是多普勒效應(yīng)。通過(guò)測(cè)量恒星的光譜，并將其與標(biāo)準(zhǔn)光度燈的光譜進(jìn)行比較，科學(xué)家就可以測(cè)出多普勒頻移量。多普勒頻移量指出了恒星在與我們做相關(guān)運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度。如果一顆恒星的光譜移向藍(lán)端，表示這顆恒星正在朝我們的方向運(yùn)動(dòng)；而如果光譜移向紅端，則表示它與我們做相背運(yùn)動(dòng)。同樣，如果一顆恒星繞著自身的軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，可以通過(guò)光譜的多普勒頻移量計(jì)算出它旋轉(zhuǎn)的速度。

恒星的壽命

如前所述，恒星是體積巨大而且充滿(mǎn)氣體的球體。在星系的恒星間存在著由灰塵和氣體（大多為氫氣）組成的體積巨大而溫度很低的云層，這些云層會(huì)形成新的恒星。

通常，某種重力干擾，比如附近經(jīng)過(guò)的恒星或一顆超新星爆炸所發(fā)出的震蕩波，都會(huì)對(duì)云層產(chǎn)生影響，從而使其發(fā)生變化。具體過(guò)程如下。

（1）這種干擾使云層內(nèi)部結(jié)塊。

（2）塊狀物內(nèi)部發(fā)生坍縮，在重力的作用下，吸入氣體。

（3）坍縮的塊狀物壓縮變熱。

（4）坍縮的塊狀物開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，變成扁平的圓盤(pán)。

（5）這個(gè)圓盤(pán)繼續(xù)以更快的速度旋轉(zhuǎn)，吸入更多的氣體和灰塵，然后變熱。

（6）大約100萬(wàn)年后，在圓盤(pán)的中心形成了一個(gè)體積很小、溫度很高（1500℃）、結(jié)構(gòu)密實(shí)的內(nèi)核。這個(gè)內(nèi)核就是原恒星。

（7）更多的氣體和灰塵進(jìn)入圓盤(pán)內(nèi)部，它們的能量轉(zhuǎn)移到原恒星上，原恒星的溫度變得更高。

（8）當(dāng)原恒星的溫度達(dá)到大約700萬(wàn)℃時(shí)，氫氣開(kāi)始發(fā)生聚變，生成氦氣并釋放出能量。

（9）由于重力所造成的坍縮比核聚變施加的外力更大，在數(shù)百萬(wàn)年的時(shí)間里，物質(zhì)繼續(xù)落入年輕的恒星內(nèi)部。因此，原恒星的內(nèi)部溫度仍在繼續(xù)升高。

視差

（10）如果足夠的質(zhì)量（0.1個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量或更大）坍縮后進(jìn)入原恒星中，同時(shí)原恒星的溫度足夠高，可以持續(xù)進(jìn)行聚變，原恒星就會(huì)以“雙極流”的噴射方式釋放出大量的氣體。如果質(zhì)量不夠大，恒星就不會(huì)形成，這個(gè)塊狀物就會(huì)變成一顆棕矮星。

（11）雙極流吹走了年輕恒星上的氣體和灰塵。這些氣體和灰塵中的一部分可能會(huì)在以后形成行星。

由于氫聚變產(chǎn)生的向外的壓力與重力產(chǎn)生的向內(nèi)的拉力相互抵消，年輕的恒星此時(shí)非常穩(wěn)定。

達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的恒星與太陽(yáng)的結(jié)構(gòu)相同。

◇ 內(nèi)核：核聚變反應(yīng)的發(fā)生地。

◇ 輻射層：在這個(gè)區(qū)域，光子把內(nèi)核的能量帶走。

◇ 對(duì)流層：在這個(gè)區(qū)域，對(duì)流氣流把能量帶到表面。

太陽(yáng)或比太陽(yáng)體積更小的恒星的球?qū)佣际前凑丈鲜龅捻樞蚍植嫉摹Ｄ切w積比太陽(yáng)大幾倍的恒星的對(duì)流層深入到了內(nèi)核和輻射層的外層。那些介于太陽(yáng)和巨大恒星之間的中等體積的恒星可能只有輻射層。

主星序階段

恒星在其青壯年時(shí)代（主星序階段）通過(guò)氫聚變形成氦來(lái)進(jìn)行燃燒。大恒星比小恒星的內(nèi)核溫度高。因此，大恒星的內(nèi)核中氫燃燒的速度快，而小恒星的燃燒速度慢。主星序階段的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短取決于氫耗盡的快慢，體積較大的恒星壽命較短。（作為一顆中等大小的恒星，太陽(yáng)會(huì)燃燒約100億年。）當(dāng)內(nèi)核的氫耗盡后，恒星會(huì)發(fā)生什么變化取決于恒星的質(zhì)量。

恒星的死亡

當(dāng)一顆恒星形成幾十億年后就會(huì)死亡。不過(guò)，恒星死亡的方式取決于恒星的類(lèi)型。

當(dāng)一顆恒星如太陽(yáng)耗盡了內(nèi)核的氫燃料后，就會(huì)在重力的作用下開(kāi)始收縮。不過(guò)，有些氫聚變發(fā)生在上層區(qū)域。當(dāng)內(nèi)核收縮時(shí)，溫度會(huì)升高，上層區(qū)域也會(huì)隨之變熱并開(kāi)始膨脹。外層區(qū)域膨脹時(shí)，恒星的半徑會(huì)變大，恒星會(huì)成為一個(gè)紅色的巨大物體。此后的某個(gè)時(shí)刻，當(dāng)內(nèi)核溫度足夠高時(shí)，氦發(fā)生聚變形成碳。當(dāng)氦燃料耗盡時(shí)，內(nèi)核會(huì)膨脹并冷卻。上層區(qū)域擴(kuò)大并噴射出物質(zhì)，這些物質(zhì)會(huì)在即將死亡的恒星周?chē)奂纬尚行菭钚窃?。最后，?nèi)核會(huì)冷卻形成白矮星，最終變成黑矮星。整個(gè)過(guò)程會(huì)持續(xù)幾十億年。對(duì)于體積大于太陽(yáng)的恒星，過(guò)程又有所不同。

當(dāng)內(nèi)核的氫耗盡后，體積大于太陽(yáng)的恒星就開(kāi)始發(fā)生氦聚變，生成碳。不過(guò)，當(dāng)碳耗盡后，由于這顆恒星的質(zhì)量足夠大，可以使碳聚變成為更重的元素如氧、氖、硅、鎂、硫和鐵。當(dāng)內(nèi)核里充滿(mǎn)鐵元素后，它就不再燃燒了。恒星由于其自身的重力發(fā)生收縮，鐵質(zhì)的內(nèi)核溫度升高。內(nèi)核結(jié)構(gòu)非常緊密，內(nèi)核中的質(zhì)子和電子混合形成中子。在不到1秒的時(shí)間內(nèi)，鐵質(zhì)內(nèi)核（與地球大小相近）就會(huì)收縮成為一個(gè)半徑約為10千米的中子核。恒星的外層向內(nèi)落在中子核上，進(jìn)一步擠壓中子核。當(dāng)內(nèi)核溫度升高到幾十億度，就會(huì)爆炸形成超新星，將大量的能量和物質(zhì)釋放到太空中。超新星發(fā)出的震蕩波會(huì)促使其他星際云層形成新的恒星。根據(jù)原來(lái)恒星質(zhì)量的不同，內(nèi)核的殘余部分會(huì)形成中子星或黑洞。