恒星的一生

当我们仰望天空的恒星时，往往会觉得它们没有变化。的确，我们今天看到的天空和我们的祖先5000 年前所见到的天空景象区别不大，那时，他们最初把恒星连接成星座：如大熊座、金牛座、巨蟹座等等。

但是恒星确实是变化的。正像我们人类一样，它们也经历诞生、生存和死亡的阶段。和人类相比，恒星的寿命很长——好几百万年，因此，我们人类的肉眼几乎觉察不到各个恒星的变化。

然而，天文学家们却能识别出处于不同生存阶段的恒星，编写出它们的履历。同样，天文学家们也能辨别出正在诞生的恒星、青壮年时期的恒星和行将灭亡的恒星。那么，他们又是怎样知道恒星处于一生中的哪一个阶段呢？答案来自以物理学定律为基础的恒星生命的详细理论。这种“恒星演化”理论是20 世纪最伟大的科学成就之一。

新星诞生在无限的太空

恒星是在充满稀薄气体的太空中诞生的。这种气体主要是由氢原子和少量氦构成的。在太空中的某些地方，气体凝集成相当密集的星际气云。

根据万有引力理论，气云靠本身的引力自我吸引。引力将气云往里吸引，然后将其压缩至更高密度。气云中心应是受压最甚的区域。天文学家认为在这种气体中，有的将凝聚成一个个的“圆团”，每个圆团靠自身引力吸引在一起。气体受压，温度便升高。因此，圆团的中心温度可高达1000 万摄氏度——这样高的温度足以引发核反应。核反应将氢转变为氦，并生成大量能量。于是，圆团开始发光，这时，便诞生了一颗新星。

遗憾的是，普通望远镜实际上并不能向我们揭示恒星在星际气云中的诞生。这主要是尘埃粒子所造成的。微小的尘埃粒子——其大小与纸烟烟雾粒子相似——在太空中与气体混合在一起。在较密的气云中，尘埃更集中，其粒子吸收了经过云层的光。结果，我们把这些气云看成是遥远恒星的背景之上的暗黑轮廓。最有名的暗云是“煤袋”，它在南半球用肉眼就能看到。尘埃还妨碍我们观察暗云内部——新星的诞生地——所发生的变化。

近些年来，天文学家已解决了这个难题。他们研制出了一种能探测红外辐射而不是光的望远镜。太空中的尘埃粒子不吸收红外辐射，因此，红外望远镜能探测来自密云内部的红外辐射，从而能“看”到那里孕育着的新星。最成功的红外望远镜安装在1983 年射入轨道的一颗人造卫星——红外天文卫星（IRAS）上，它已发现了成千上万深藏在星际气云里的年轻恒星。

天文学家们发现气团以一种相当奇异的方式塌陷。气团的中心部分迅速内落，而外部随之下落的速率则较慢。气团还相当缓慢地自转着。但随着外壳的内落，气团越转越快——就像溜冰者放下双臂，他们旋转加快一样。这样，内陷的气体就形成了一个环绕着位于中心的新生恒星的圆盘；而中心的气体越压越紧，足以引发核反应。在圆盘内部，混合在那里的气体和尘埃最终形成一系列环绕新恒星运行的行星。

新星一旦发光，就形成一股强劲的热气之“风”，在圆盘上下按相反方向夺路冲出。此风驱散了掩盖着新星、阻碍人们观察的大部分原生气云。这时，用普通望远镜就能观察到年轻的恒星了。它们照亮了残余的原生气云，使其熠熠发光，形成明亮的星云。

每个星云都围绕着年轻恒星的“保育室”，形成了天空中一些最为壮观的景色。最著名的是猎户星云，冬季在欧洲用肉眼就能看到：巨大的猎户座恒星区的一块薄雾状浅斑。

壮年时期：主序

恒星诞生时，是一个热的气体球，主要成分是氢，恒星之所以发光是因为在其中心进行的核反应将氢转变为氦。在这一点上，所有新生的恒星都相同。恒星互相区别的主要标志是其质量——它所包括的物质量。恒星的质量在其出生时就确定了，由质量又决定了恒星的寿命和最终的命运。

太阳是一个十分典型的恒星，现在正处于壮年期，因此，用太阳测量其他恒星是一个很方便的标准。例如，我们不说一颗星球重2万亿亿亿吨，却说其质量是太阳的10倍。按这个计量法，新生恒星的质量范围非常大，轻的是太阳的0.07倍，重的达到太阳的100倍。

在最重的恒星中核反应进行得最快，因为它们的中心温度最高，受压也最大。所以，较重的恒星较亮、表面也较热。我们可以把这类恒星归入一个确定的顺序，称为恒星类型的主序。一端是最轻的恒星，比太阳暗得多，表面的温度仅为3000℃。太阳位居中间，表面温度是6000℃。这个范围的顶端是最重的恒星，亮度相当于10万个太阳，表面温度高达30000℃或更高。

恒星一生中的大部分时间都用于将氢转变为氦，因此，主序阶段实际上是它的壮年期。恒星的寿命长短严格地取决于其重量。重的恒星迅速地消耗它的核燃料，因此也就很快地耗尽了氢气储备。轻的恒星尽管开始进行反应时的燃料储备很少，但却消耗得缓慢得多，因而可存在更长的时间。

恒星的寿命太长了，使我们不易说清楚，因此我们仍然用太阳来进行比较。理论推算，作为主序星的太阳将存在100 亿年，最重的恒星寿命只有太阳的1%，很轻的恒星寿命则比太阳长100倍。

像太阳这样的恒星灭亡时，不仅仅是熄灭，而要经历一种“中年扩散”，膨胀变成红巨星，约为原直径的100倍。

导致这个过程的原因在于恒星的中心，即其核心。这里的反应将氢转变为氦。就像火中的灰烬一样，该中心区域不产生能量。核反应继续在氦核周围的薄“壳”中进行，计算表明，这些反应所产生的能量比以前更多。当这股额外能量通过恒星推进时，就使得星球的外部胀大。当外层冷却下来，星球就发出红光，因而命名为“红巨星”。假如我们在红巨星中截取一个断面，就会发现它有一个既小又密的核心和一个稀薄气体组成的巨大的外层区域——比地球的大气层还要稀薄。

与主序相比，红巨星不很常见。然而，由于它们体积庞大，因此显得很明亮，在天空中鹤立鸡群。最有名的是猎户座中的参宿四；另一个则是天蝎座中的心宿二，由于其鲜明的红色，希腊名称的意思是“火星的匹敌者”。

红巨星很难保持其巨大的外层区域。这种恒星很不稳定，最终外层气体逸进宇宙空间。在完全消失之前，气体在灭亡中的恒星周围形成气泡——看上去就像太空中的发光烟圈。天文学家称这种气泡为“行星状星云”，因为用小型望远镜观察它们时，看起来很像一颗行星。

在恒星的外层区域消失以后，就能看见又小又热的星核。它只有太阳直径的1%（没有比地球大的），而且非常之热，以致发出白热状态的光，天文学家称之为“白矮星”。白矮星一般难以发现。

当白矮星是另一颗恒星的伴星时，天文学家就可以成功地对它们进行跟踪。第一颗发现的白矮星是天空中最亮的恒星——天狼星的伴星。由于天狼星被称为“狗星”，因此其小伴星常被叫做“小犬星”。

白矮星不再产生任何能量。它之所以发光仅仅是因为它诞生时就这么热。随着时间的推移，它逐渐冷却下来，变成黄色、桔红色、红色，直至——像火中的余烬一样——从视线中完全消失。

超新星！宇宙中的爆炸

特重的恒星的结局要戏剧化得多，正如天文学家1987年在南半球观察到的。一颗以前只能通过大功率望远镜看到的恒星突然爆炸了，发出的光非常明亮，以致用肉眼就能看到。这颗恒星作为超新星灭亡了。

重恒星结束了其主序阶段之后，开始逐步走向超新星。这颗恒星既然已用完其中心的氢气储备，于是便膨胀成具有密实中心氦核的红巨星。但事情并未结束。在如此沉重的恒星中心，压力、温度继续上升，直至氦原子开始聚变成较重的元素——碳。这种反应能产生额外的能量，使恒星继续发光。最后，持续上升的温度、压力又迫使碳变成更重的元素，诸如氖、硅和铁。

星核很像一只洋葱，中部几层（从里向外）分别是铁、硅、氖、碳、氦和氢。但其反应过程不可能无限制地进行下去。如果你试图使铁原子核聚变，该反应并不产生能量，且事实上是消耗能量的，所以这种恒星的中心极不稳定。最后发生爆炸，将恒星外层炸开。仅仅几秒钟内，它就彻底崩溃了。在超新星的爆炸中，来自正在崩溃的星核的能量波将恒星分散。

中子星与黑洞

超新星崩溃后，其星核又发生了什么变化呢？20 世纪30 年代在美国工作的两位天文学家，费里茨·茨威基和沃尔特·拜得，认为它将塌缩成一颗比白矮星还小的小球，完全由称为中子的亚原子粒子构成。

几十年来，这仅仅是一个理论上的设想。直到1967 年秋季的一天，两位剑桥的射电天文学家，托尼·赫威希和乔西林·贝尔，检测到来自太空的有规律的信号。他们否定那可能是“小绿人”试图与地球联络的说法，而认为他们已经发现了太空中的某种天然灯塔。这种灯塔的信号灯发出光束，仿佛信号灯在旋转而闪烁。剑桥所接收到的信号一定是来自于正在发射无线电波束的宇宙灯塔，它大约每秒自转一周。根据现有的知识，仅有一种恒星能自转得如此之迅速，即“中子星”。

射电天文学家现已确定了几百颗正在自转的中子星（因其发射周期性无线电“脉冲”，故也称为“脉冲星”）。其中一颗位于蟹状星云中心，这种螺旋状的气云是900年前一颗超新星爆发时抛射出来的。

中子星的直径大约只有25米，内部的物质聚集得非常紧密，以致中子星上一个针尖大小的物质具有100万吨的质量。其引力如此之大，以致任何一位试图登上它表面的宇航员都将被撞得粉身碎骨，分散成只有一个原子那么厚的薄薄一层。

白矮星和中子星已经够稀奇的了，但理论上预言还有一种更古怪的“恒星尸体”——黑洞。如果崩溃中的超新星的核心质量太大（重于3 个太阳），那么它最后就不可能变成中子星。它自身的引力非常之大，以致星核继续塌缩，直至变成一个密度无穷大的根本没有大小的数学点。环绕着这种点的是几千米直径的区域，其引力如此强大，以致任何东西都不能逃脱——不仅仅是光。这个区域就是黑洞。它“黑”，是因为它不让光逃逸，即使你试图照亮它，黑洞也将吞噬手电发出的光束。它是一个“洞”，是因为你抛进去的东西不复再现，不论你驾上多么强大的火箭发动机也出不来。

天文学家第一次预言黑洞的存在是在20 世纪30 年代，只是过去几年才发现它存在的一些证据。在天鹅座中有一个被称为“Cg-gX-1”的强大X 光射线源，天文学家在天空中的该地点发现了一颗恒星。该恒星本身很普通，不产生X 射线。它围绕着一颗普通望远镜所观测不到的伴星摆动。仔细地观察这颗可见星，天文学家们发现其不可见的伴星对物体所施加的引力是太阳的10 倍。这个引力太强了，不可能是中子星，因此，唯一的可能是黑洞。

新元素的产生

超新星不仅仅代表灭亡或者毁灭。超新星的劲风横扫太空中的气体，将其压成密实的云层。这里引力便起作用使气云塌缩，凝聚成一颗新星。

当恒星作为行星状星云或超新星灭亡时，在太空中播下了它毕生或临终的阵痛中所产生的新元素，如碳、铁、金甚至铀和其他的放射性元素。

天文学家现在坚信，宇宙初开时，在大爆炸中，气体的成分几乎是氢和氦。灭亡中的恒星形成了新有的其他元素，包括组成地球的硅、氧、铁以及人体中的碳以及其他元素。因此，仅仅我们的生存就得归功于过去无数代恒星的生生灭灭。