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第十章 恒星的一生

575.宇宙间散落着众多受到星系母亲般呵护的恒星。恒星并不是随机的突然的在宇宙中产生的。相反的,他们是产生于被称作“星云”的巨型云中的。星云有气体跟尘埃组成,在星云里面不断产生着新的恒星。

576.引力在恒星的形成过程中扮演了主要的角色。星云中的气体跟尘埃总是在不停的运动之中。作为这种运动的结果,星云中有一些区域周期性地具有比其它区域较高的气体和尘埃密度。在某一区域,这种密度越高则引力越强,因为引力是由于物质的存在而产生。如果一个空间区域具有较多的物质,这一区域引力的强度也就越大。

577. 当某一区域的引力达到足够的强度的时候,一颗恒星讲究诞生了。如果某一区域引力 足够强,则这一区域的气体跟尘埃会不断向内部坍缩,从而吸引更多的气体和尘埃到坍缩区 域(称为加速过程) 。当加速过程不断进行下去,区域中心的温度会变得越来越高。当有足 够多的物质聚集使得中心温度超过 18000000F 时,热核反应就会启动一颗新的恒星就将诞 生。

578.一些星云跨越数百光年的空间尺度能够产生数以千计的恒星。许多星云包含有大量的 气体跟尘埃——足够形成几百颗恒星。 有的时候几颗恒星会在一个较小紧密的区域内同时形 成,这样的一个紧密的恒星聚集的区域被称作星团。所有一个星团的恒星都具有相似的化学 组成,一起演化,此外还经常作为一个团体在宇宙空间中运动。一段时间以后,同一个星云 还会产生其它的恒星和恒星团。

579.在冬季可以用肉眼看到一个巨大的美丽的星云。在冬季晴朗的夜空可以在猎户座腰带 下方不远的地方看到一些模糊的斑点。 但利用双筒望远镜和天文望远镜就可以把它展现成一 个天空的奇迹:猎户座大星云。这个星云具有这么小的视面积是因为它的距离太远——离地 球大约 1200 光年。实际上,猎户座大星云是一片广大的华丽的地区,内部的恒星赖以产生 的气体和尘埃散发出无数色彩的光芒。

580.猎户座大星云被内部充满的年轻的高温恒星点燃。猎户座大星云大部分的光来源于一 个微小的区域的恒星,这就是我们熟知的猎户座四边形,用一个小望远镜就可以看到。它们 的强烈的蓝白色光芒不仅反映出它们是温度极高的恒星还显示出它们非常年轻, 天文学上讲 ——很可能小于 100000 年。这意味着我们的祖先看天空中的猎户座的时候,这片星云还没 有现在这样的巨大的光芒。

581. 猎户座大星云是一块巨大的三维的光与色构成的织锦。我们在地球上是从两维的角度 来看猎户座大星云的,但实际上它被认为应该是一个三维的巨大洞窟,光的雕像或者称光与 色的织锦——越往深处越稠密,越往外越轻薄。它的外形很明显的取决于它内部气体和尘埃 的密度的变化,以及我们所观测的恒星的位置还有我们观察它的方向。

582. 猎户座大星云内部的光色织锦是由它的一些恒星织成的。即使使用一个中等口径的望 远镜也能够展现出猎户座大星云的令人惊奇的美丽。它的错综的结构,有现状物,曲线环还有不规则的颜色构成的围墙,是由恒星的光线穿越它的气体和尘埃组成的织状物形成的。在 很多情况下,这种复杂的结构是由年轻的恒星强烈的辐射造成的。这些恒星的物质以每小时 100000 英里的速度从表面喷涌到外部。就像五彩的水流射到水池形成漩涡,它们形成了在 我们眼中更像是一件艺术品而不是科研的目标这样一种奇特的现象。

583.最近,哈勃太空望远镜拍到了令人震撼的猎户座大星云中即将诞生恒星的情景。天文 学家们在很早的时候就已经认识到恒星诞生于向猎户座大星云那样的气体和尘埃中, 但是真 正得到恒星形成过程的图像则是另外一回事。 最近他们利用哈勃太空望远镜拍到星云内部的 图景发现了一些令人惊叹的细节问题。 再由这些细节拼凑而成的图景中他们发现了分别处于 恒星各个演化阶段的 700 多颗恒星。同“大四边形”中的恒星作对比,有些恒星的确可以被 看作处于婴儿时期,只有几万年的年龄。

584.通过深入探测星云内部,哈勃甚至发现了尚未诞生恒星时的种子。深入猎户座大星云 所看到的天体繁殖的壮阔场景被证明对天文学家们更有吸引力——超过 150 颗盘状的物体, 并不少于婴儿时期的恒星数,仍然被包裹在气体和尘埃形成的茧中。很快的,这些恒星的辐 射压力会推开束缚在它周围的尘埃,将圆盘消散掉第一次呈现出恒星的原貌。但现在,在明 亮的星云背景下,他们仍然是相对暗淡的。

585.在猎户座大星云中的圆盘状物体或许不仅仅会形成婴儿期的恒星,有一些很可能会包 含成长中的行星。在某些情况下,这些圆盘外层区域的尘埃会开始聚集成块使它们的引力足 够强来继续聚集过程。如果是这样的话,这些圆盘将不仅包含形成中的恒星还会包含行星系 统。简单一点说,我们可能会目击一个完全的新太阳系的形成,在它里面有一天也可能出现 生命。就现在而言,天文学家们已经把这种物体称为原行星系统。一些我们已经有相当了解 的这种物体具有两到八倍的太阳系尺度,恒星母体具有大约 1/3 到 1.5 倍的太阳质量。

586.第一个可能形成的类太阳系系统在绘架星座β星的轨道上被发现。利用一台装有不透明 盘的红外望远镜, 天文学家们便可以观测到一个盘状物体在围绕绘架星座β星的轨道上运动。 这个圆盘的直径是太阳系的十倍(到冥王星),约有 425000000 英里厚。因为圆盘刚好侧对 着地球,看上去呈一个恒星在中央的线状。在圆盘内部尺度从尘埃颗粒到巨型石头的物体在 它们共同的引力作用下被拉到一起形成小行星体,最终形成完整的行星。

587.绘架β星盘的化学分析使天文学家得到要形成一个太阳系所必需的物质组成。行星能够 以在空间自由游荡而不环绕其他恒星的方式存在吗?在最近一些有关猎户座大星云的发现 中有一项是一些估计质量在 0.1 到100 倍地球质量的昏暗的碎片被发现。 这些天体的尺度横 跨小行星到几倍木星质量的范围, 它们有一天会最终形成行星但却不会绕一个近处的 “太阳” 运动。 这种天体还在其他星云发现吗?目前有推测认为宇宙中可能充满着在阴冷黑暗的空间 中游荡的“孤儿行星”。

590.恒星和行星的区别是什么?恒星是一种在它一生大部分时间里不断发出通过核反应产 生的光以及其他种类辐射的天体。相反地,行星或许会发出一些放射性衰变或者内部不断地 爆发产生的热辐射(比如木星)。但是一颗行星不能自己发光,而恒星却能发出自己产生的 光。行星发亮仅仅是因为它能反射周围的恒星的光芒。

591.恒星通过热核反应来产生能量。热核反应听上去是一个非常奇特的名词,但它的意思简单点说其实就是将几种原子的原子核聚集并熔合在在一起。 原子的原子核抵制这种作用因 此经常需要很高的压强使他们聚集,很高的温度使它们熔合。恒星的内部满足高温高压的条 件因此使许多热核反应发生的地方。 也恰恰是这种反应放出的是恒星发光的能量阻止了使恒 星继续向核心坍缩的过程。

592.在恒星和在空间中游荡的行星之间缺少了一个联结。最近,天文学家们证实了被命名 为褐矮星的天体。关于褐矮星存在的证据几经找寻了近三十年。褐矮星代表了没有足够质量 形成恒星的天体和相比已知的行星质量异常巨大的天体之间的一种联结。 第一个被发现的这 种天体是 Glise 229B(或缩写为 GL229B) ,它围绕一颗属于天兔座的距地球约 19 光年的质 量较小的红色恒星 GL229 运动。它被确认表面温度约 1300F并辐射出热量,这些热量来源于 在引力作用下仍在缓慢坍缩的内核。 但是褐矮星的核心温度却永远达不到能使热核反应得以 发生的温度。

593.褐矮星并不真的是褐色的。褐矮星这个名字从某种程度上来说是会误导人的,因为事 实上这类天体跟大多数的恒星相比是如此之小以至于它们看起来不会呈现褐色而更像是暗 红色。几年前的那次会议上这个名字的产生更像是一个笑话而不是其他的什么东西,但无论 如何,就已经这样定下来了。自第一颗褐矮星被发现以来已经又有一定数量的这类天体被相 继发现。

594.一个天体要具备多大的质量才能够形成一颗恒星呢?当星云中的物质从外向内坍缩 时, 如果最终核心区的温度超过 18000000F——热核反应发生的温度, 它便会形成一颗恒星。 越多的物质参与到这一过程中去,所形成的恒星温度就越高。但是具有多大的质量才能使其 能够在星云中坍缩聚集而又刚好不至于形成恒星呢也就是温度刚好不能触发热核反应呢? 根据理论计算的结果,答案是太阳质量的 8%左右。近来,天文学家利用哈勃太空望远镜刚 好排到了这样一张照片——一颗微小的红色的属于另一颗恒星的伴星叫做 GL105A。GL105A 本身非常昏暗,但它的伴星却要比它还要弱 25000 倍,这被科学家们证实是所发现的最暗的 几乎不能够形成恒星的恒星。

595.天文学家们最近又探测了另一个恒星产生的区域并发现了一些非常有价值的结构。同 样是利用哈勃太空望远镜,天文学家最近探测了离我们约 7000 光年的坐落在巨蛇座的鹰状 星云的内部结构。 在那里他们发现了复杂的手指状的高达 600 亿英里的由气体和尘埃组成的 “柱子” 。这种被称为像魔法城堡的尖顶以及大海蛇脖子的“创造之柱”实际上是由可见光 和紫外线辐射形成的巨大的塔状物。辐射来源于周围的高温恒星而它自身的压力却逐渐减 小,气体跟尘埃逐渐加入到恒星形成的过程中去。从这点来看,这种柱子有点像沙漠里孤立 的土丘,当花岗岩和其他一些致密的岩石保留下来的时候,那些质地较软的石块很早以前就 已经被风和水侵蚀掉了。

596.在鹰状星云的内部有“鹰之蛋” 。因为这种柱子会自己慢慢消逝掉,一些稍为致密一些 的气体和尘埃形成的小球会逐渐显露出来。这种小球被称作“蒸发的气状球体” (英文缩写 为 EGGs) 。然而因为它的英文缩写是 EGGs 的缘故,也被称为“鹰之蛋” 。简单一点说,他们 是要形成婴儿恒星的气体和尘埃聚集的区域。因此当我们观测这些令人惊奇的结构时,又将 会看到新的太阳新的行星或许还有新的生命诞生的过程。

597.既有亮星云又有暗星云。恒星照亮了星云内部的气体和尘埃,使得它们像广漠空间中

五彩缤纷的织锦。但是如果星云物质远离恒星,它们将会变得非常昏暗。在有些地方,一些 不发光的气体和尘埃刚好位于我们和会发光的天体之间, 结果是天体的光把这些气体和尘埃 的昏暗的轮廓呈现给我们,比如在猎户座中的马头星云。

598.不发光的尘埃也对“天空的洞穴”的形成有影响。从地球上看去,银河系并不是非常 规则的发光。相反的,它呈十字形并且有一些昏暗的斑点和碎片夹杂其中,这使得天文学家 们考虑这些“天空的洞穴”是否是因为这些地区恒星稀少所造成的。但后来的结果显示,这 些地区比较暗淡不是因为缺少恒星而是因为大量的不发光的尘埃将大部分的远处的恒星的 星光吸收掉了。

599.这种令人震撼的昏暗的尘埃云在北天和南天都可以看到。在温暖的夏季的傍晚,在北 半球天空较高的位置可以看到三颗明亮的恒星,它们是织女星、牛郎星和天津四,一起构成 了众所周知的夏季大三角。呈现弧形穿越夏季大三角的就是银河。但是在银河穿越天鹅座的 时候,它的光芒几乎被暗尘埃云吸收掉了一半。这种现象如果在远离城市灯光的一个晴朗的 没有月亮的夜晚会很容易被看到,我们称它为天鹅座的暗缝。 在南半球春季晚上 9 点的澳大利亚或新西兰,可以看到南十字座和一些南天银河泻中 最令人赞叹的恒星云在头顶散发出耀眼的光芒。作为对比,在十字座附近有一个跨越 5°的 漆黑的洞窟。这个洞窟是另一片昏暗尘埃聚集的区域,我们称它为“煤袋” 。

600.星际尘埃石油非常小的微粒组成的。对星际介质光谱的研究反映出它包含有非常微小 的颗粒,尺度从几千毫米到几乎两个紧挨在一起的原子的大小。尘埃怎样影响穿越他的星光 取决以它的组成。对星际介质光谱的研以及通过对它以其他方式影响星光的测量显示,它包 含有碳和硅原子。很明确的是,大部分的碳原子是以石墨和煤烟的形式存在的。简言之,空 间的一部分像是被煤烟熏黑的。

601.一些尘埃也像偏振太阳镜那样使星光发生偏振。光以波的形式传播可以想象为你把一 根绳子的一端系在柱子上右手将另一端上下摆动形成的波一样。正常情况下,这种光波是每 个传播方向都有的, 就像你用手沿不同的方向摆动绳子一样。 当光波没有特定的方向的时候, 我们称它为非偏振的。 但是考虑利用一根一端穿过尖桩篱栅另一端系在柱子上的绳子来制造 波动。篱栅的开口方向只能允许你在一个平面上制造波动——就是沿开口方向的那个平面。 类似的,一副偏振太阳镜也是利用只允许通过某一振动方向上的光的方式来降低光的强度。 之所以能有这种效果是因为组成镜片的分子整齐的排成列状就像组成篱栅的狭板。 你可以通 过观察光源时在镜片前面旋转一副偏振镜片来鉴别一副特定的镜片是否是偏振镜片。 如果两 副都是偏振的,旋转时光的强度会发生变化。同样的方式,天文学家通过旋转望远镜内的偏 振滤波器来检验是否所接收的光是偏振的。在实际实行后,他们发现穿越星际尘埃的星光是 有轻微偏振的。

602.有关星际介质具有一些偏振特性的发现告诉我们一些有关它们自身以及他们所在空间 的一些信息。星际介质使穿越它们的星光发生轻微偏振的事实意味着,类似于偏振镜片的分 子,组成星际尘埃的粒子一定程度上也是呈线状排列的。碳和硒的分子自身并不是这样的, 但是具有金属特性的物质却可以(就像铁屑在磁场中呈现的排列一样) 。有证据表明一些星 际尘埃的颗粒被包上了一层冰层外衣, 吸引那些游荡在空间中的铁原子, 最终在其他恒星 (包 括我们的太阳)辐射出来的弱磁场作用下形成线性排列并扩散到整个星系。从这一角度讲, 星际尘埃扮演了一副巨大的偏振太阳镜的角色。

603.煤烟还有其他星际尘埃的成分的圆头可以追溯到红巨星。在晚年,向太阳一样的恒星 会变成红巨星它们的大气的温度会降低从而使原子能够结合形成碳和硅的化合物。 恒星发出 的光的压力会将这些化合物推到外层空间。因此,我们所看到的星际尘埃云是无数红巨星在 他们生命某一阶段“燃烧煤烟”的结果。铁和水等其他一些组成部分也在这些低温恒星的大 气中被发现,因此它们也同时被释放到外层空间。

604.那么为什么这些尘埃如此重要呢?为了新恒星和行星的形成,自然界非常频繁的需要 一些能够给奇特和尘埃提供庇护场所的环境使得它们能够在引力作用下聚合并开始膨胀或 者说增长,成为越来越大的“土块” 。开放的空间是非常不利于这一过程发生的,因为来自 于附近恒星光的压力会在膨胀过程中瓦解掉。而充满尘埃的区域则可以遮蔽原恒星和原行. 星起到阻止这一压力瓦解的作用,因此就像是恒星和行星形成的催化剂。

605.像这种尘埃区广泛存在于弥漫在星系中的亮星云中。众所周知的博克球状体, (巴特搏 克是一名研究这一领域的丹麦天文学家)这些天体一般直径约有 5 到10光年包含有大约 10 到 100 个太阳质量。就是在这些区域,新诞生的恒星有一天会发出它们第一缕光线。

606.除了尘埃,在恒星之间还存在气体。大部分组成星云的物质是由气体组成的。最常见 的星际气体类型是氢——宇宙中含量最丰富的元素。自 20 世纪 70 年代开始,大约有 100 多种物质在星际空间中被发现,包括水、氨、甲烷和一些复杂分子像甲醛,乙炔和乙醇等。

607.直到 20 世纪 70 年代,天文学家才相信这些复杂分子会存在于星际空间中。以前的普 遍看法人为来自于年轻的高温恒星的强烈紫外辐射会把刚形成的复杂分子就分解掉了。 但是 当几名天文学家首次决定探测这种分子并荣幸的找到的时候,事实就被证明不是这样的了。 复杂分子的存在是由于伴随的星际尘埃保护了它们免于紫外辐射的照射, 从而允许这些分则 达到一个可观的数量。

608.复杂分子在星际空间的发现或许有更深刻的意义。发现这些分子大量的分布在星际空 间以及那些新的恒星和行星形成的区域是一件非常令人激动的事, 因为人们确信这些分子是 生命诞生的本质要素。简言之,如果建造生命大厦的分子广泛分布于宇宙空间,那么或许生 命也是这样分布的。

609.宇宙中往往某一类型的恒星数量相当巨大而另一些类型则相对较少。广漠的空间中有 数以百亿计的类似于我们太阳的恒星。 但事实上比太阳体积偏小颜色偏红的恒星数量更为巨 大。但是相反的方向,即比太阳体积大温度高的恒星的数量则越来越少。

610.像人类一样,恒星也有诞生、成长、老化和死亡的过程。不用多加解释,就是这么简 单。

611.试着理解恒星有些类似于理解人类。当我们抬头仰望星空的时候,我们仅得到不同种 类处于生命特定阶段的恒星的一个简单印象。 挑战在于要争取能够把这些证据组合起来从而 使我们能够了解一颗特定的恒星的整个演化过程。 这相当于你是一名外星人带着了解人类生 活的任务来对地球做一个短期访问。 一个精明的策略是你将飞碟停在轨道上快速的对人群拍 照。 回到你自己的星球后迅速检测你拍的的照片, 你会注意到照片中有不同种类的地球生命: 小巧的细嫩有着皮肤的、大一点的皮肤也非常细腻的以及皮肤并不细嫩而且有白头发的。为了了解这些生命, 你或许会试着重新组合这些图片来看是否能沿着一条非常逻辑的思路来分 出类型,并最终了解某一种类型的人类是随时间演化为另一种你所看到的类型的。逐渐逼近 是一种非常基本的科学研究方法。当你观测一种自己并不了解的现象时,可以先收集数据并 归类,试着找出它们的类型及变化趋势,并指出这些信息究竟意味着什么。具体到恒星时, 科学家们正是这样做的。

612.恒星的寿命很大程度上取决于它形成时的质量。诞生时质量最大的恒星确实寿命最短 的,相反地,出生时质量较小的恒星却非常长寿。

613.恒星比人类的寿命要长,但是也有一些恒星的寿命却达到其它一些恒星的上百万倍。 宇宙中质量最大的恒星作为一颗活跃的恒星其寿命只有不到 3000000年, 而质量最小的恒星 活跃期却可以持续数百亿年——比宇宙现在的年龄还大。

614.在早期为了试图更好的了解恒星的过程,天文学家们主要利用恒星温度和亮度的关系。 自然界制造了众多不同颜色的恒星,但是却并没有让所有颜色的恒星都具有相同的亮度。而 赫罗图(H-R diagram,这一用来描述恒星温度和亮度的关系)正是可以引导科学家们深入 了解恒星内部的工具,通过它,人们可以更深入的了解到自然界的工作是多么的杰出,同时 也包括对恒星发光的原因以及恒星寿命之间的差别的进一步的了解。

615.赫罗图引导我们进入一个巨星和矮星的世界。赫罗图最基本的一点是它说明了自然界 仅制造特定类型的恒星。就某一特定颜色的恒星来说,比如红色,我们会看既有暗红色的恒 星(在赫罗图右下角的区域)同时也有发出明亮的红色的恒星(在右上的区域) 。如果两颗 恒星具有同样的颜色,则意味着它们也具有相同的温度,因此,它们每秒钟从单位面积辐射 出相同的能量。这种情况下如果一颗比另一颗本来就亮,那么它的体积肯定要大一些。因此 我们看到在赫罗图顶部的恒星是体积较大的恒星,而在底部的恒星的体积则较小。体积较小 的恒星被称为矮星,而体积较大的恒星被称为巨星,体积更大的被称为超巨星。

616.赫罗图使我们能深入了解恒星究竟是如何生活的。赫罗图显示在宇宙中有大量的某些 类型的恒星也有极少其它类型的恒星。这可能由两个原因造成:一是自然可能因为某些原因 恰好不能产生出某些类型的恒星;二是在恒星生命过程中,恒星沿赫罗图运动,在那些我们 今天看到众多恒星的区域停留较多的时间,而赫罗图上那些空的地方停留的时间非常之短。 事实证明,这两个原因都是正确的。

617.赫罗图上的主线被称作主序。在赫罗图上的很多位置都能找到恒星,但是绝大部分的 恒星都排列在从左上角延伸到右下角的线上。 天文学家称这条大部分的恒星花费它们一生中 的大部分时间(从青年到中年)的区域为主序。

618.主序代表了一个稳定的区域。稳定的恒星是指那些在很长一段时间内温度大小都保持 不变的恒星。在每一颗恒星的内部都有两种力量:向里拉的引力和恒星辐射以及高温气体的 产生的向外推的压力。要保持稳定,恒星必须成功的达到微妙的平衡。在恒星内的每一点, 向外的和向内的力必须严格相等。一旦恒星进入主序阶段,便会停止收缩因为引力此时在每 一层都与缓慢的稳定的核反应产生的压力平衡。恒星成为一颗稳定的主序星。

619.主序星是当恒星经历第一阶段热核反应时居住的地方。恒星内的热核反应的第一种也是最普通的类型是将自然界含量最大的元素氢转化成含量第二位的元素氦。在这个过程中,
四个氢原子熔合成一个氦原子同时释放出大量的能量。天文学家称氢被烧成了氦,即使这个 过程远比正常情况下燃烧要复杂的多。主序星是指那些在“氢燃烧”之下的处于能量产生的 第一阶段的恒星。主序在赫罗图上呈现出明显的现状因为简单一点说,它标志着各种不同恒 星因为燃烧氢转化为氦从而停止塌缩变得稳定的那条分界线。

620.恒星从哪个位置进入主序决定于它们的初始质量。当星云内部的气体和尘埃塌缩形成 恒星时,它们的中心温度不断升高。形成一颗恒星的气体和尘埃越多,中心的温度就越高, 因此在它演化成为稳定的恒星之前它的表面温度也会越高。由于这一原因,从巨大的气体和 尘埃团形成的恒星以一个巨大的质量(恒星世界中的巨头)开始它们的生命并趋向于停留在 赫罗图的顶部。换句话说,他们是以白色或者蓝白巨星或超巨星开始它们的年轻时代的。而 从小一些的气体和尘埃团形成的恒星则主要以橙色或红色矮星占据主序的末端。 而质量介于 两者之间的恒星则主要以中等大小、中等质量的黄色恒星居于主序的中部。

621.从不同恒星占据主序的位置可以看出,在恒星的质量和总亮度之间有非常重要的联系。 位于主序顶部的恒星时蓝巨星或者超巨星。它们具有非常高的温度和亮度以及非常大的质 量。而在主序低一些位置的恒星则相对冷合暗一些并且质量也没有巨星那样大。因此,对于 主序星来说,质量越大,亮度越高。

622.恒星最大能够有多大的质量呢?这个问题是有一些争议的。一些观测和理论计算认为 一颗具有 40到 50 倍太阳质量的恒星就不能保持稳定了。除这点外,自然界也可能在形成恒 星的气体和尘埃团内制造不稳定性,或者是形成迅速使恒星物质抛到外层空间的强压力。然 而,在南天有一颗非常特别的恒星被称作“隆突η” ,它的质量很可能是太阳的 100倍之多。
623.对于主序星来说,不需要很大的质量差别就可以形成很大的光度差别。人们已经证明 在主序星质量和光度之间有非常简易的关系。天文学家们称这为质量—光度关系,它表明, 一般来说,如果一颗恒星质量是另一颗的两倍,那么它的光度就是另一颗的 10 倍,但是如 果质量是 10倍,那么光度就是 3000 倍。因为主序性的质量一般在 0.08 到 50 倍的太阳质量 之间,这就意味着最亮的主序星的光度是最暗的 100 亿倍。

624.大质量主序星要比质量较小的光度大是因为它以更大的速度燃烧核燃料并且内部也要 热的多。恒星在星云中形成的过程中,中心温度一直不断升高。当气体和尘埃的原子和分子 都落入中心的时候, 它们将最终形成一颗恒星, 在核心的引力下, 它们的速度会越落越快 (就 像一个球从高楼落下一样) 。气体的温度其实就可作为组成它的原子、分子或离子的平均速 度的衡量。速度越快,温度越高。由此那些体积质量都较大的恒星是由更多的加速气体落入 核心形成的,因此它们的核心温度是主序星里最高的。

625.我们的太阳在赫罗图中的位置告诉我们它是一颗非常普通的恒星。我们的太阳现在在 赫罗图的位置大致在中部区域,是一颗黄色的稳定的主序星。同样的,它是一颗非常普通的 就像你平时看到的那些的恒星。太阳绝不是什么特别的恒星,但我们应该对此感恩,因为正 是这种平庸才使它的第三颗行星上出现了生命。

626.我们的太阳现在处于青年到中年期的交界处。太阳已经在主序阶段待了大约 46 亿年, 在它进入老年期前它还将在主序阶段或靠近这一阶段的区域停留 50 亿年。也就是说,太阳不是一颗非常年轻的恒星更不是一个小孩儿,而是大致位于相当于人类 30 几岁的样子。

627.所有的恒星都是从右侧进入主序阶段。既然所有的恒星都产生于温度相对较低的气体 和尘埃云并且在形成过程中越来越热, 我们便可以推测婴儿期恒星都是从右侧或者说温度低 的那一侧进入如主序的,事实上也确实是这样的。

628.在恒星还没有完全形成之前,它们被称作为原恒星。星云中要形成恒星但还未完全形 成的天体被称作原恒星。原恒星可能具有几百到几千度的表面温度,以及 15000000F 的内部 温度。但是所有这些热量都是直接来源于原恒星的塌缩。

629 当一个原恒星内部聚集足够多的热量时,它将产生巨大的变化。当一个原恒星内部温 度高到足以使它通过热核反应独立制造新的能量时,它就变成了一个真正的恒星。在其变化 的过程中产生的压力能够抵消重力从而阻止其自身的塌缩。

630 恒星在主序上待的时间的长短还与它的质量有关。这个关系很简单,当恒星演化到主 序时,它的质量越大,则内部温度越高;内部温度越高,则它的核燃料燃烧得越快;恒星核 燃料消耗得越快,则它离开主序的时间就越早。

631 “内部问题”最终迫使一个恒星结束它舒适的主序生活。这基本上是一种“内部领导 过多”的情况,在这里是太多的氦。当一个恒星在主序时,内部的氢燃烧从中心开始,逐渐 向外扩散,形成一个被外部氢包围着的不断增长的致密的氦核。最终,氦核质量变得大到自 己也支撑不住时便在重力的作用下榻缩,恒星内部的温度立刻急剧上升。多余的能量扩散到 恒心的表面,把光球层向外推。恒星的体积持续增长直到重力和恒星内部向外的压力重新平 衡。到这个阶段,恒星已经离开了主序,移动到了赫罗图的右部,变成了一颗红巨星。

632 从赫罗图上我们可以看出,从主序星到红巨星的转变是一个很快的过程。在主序上有 很多恒星, 在巨星区也有相当多的恒星, 但是在这两个区域之间的地方却基本上没什么恒星。 这便意味着恒星从图上的一个区域移动到另一个区域的过程必须很快地完成, 因为我们只找 到很少一部分恒星还待在这个变化过程中。

633 一些恒星还没有移动到赫罗图上的巨星枝上。许多低质量的红矮星燃烧氢的速度相当 慢,以至于它们现在离它们的氦核塌缩的临界点还很远,所以它们还停留在主序上。这些恒 星有的很年轻,但还有的却很老了。事实上,那些低质量的红矮星燃烧氢的速度太慢了,以 至于它们可以平静的在主序上待上几千几万亿年,比宇宙活得还长!

634 恒星们离开主序后,不同的质量决定了它们不同的命运。恒星们离开了主序后,有许 多条可能的路摆在它们面前,一些恒星将面临温和的命运,平稳的度过中老年,其他恒星则 要遭受悲惨的成长的痛苦。

635 太阳和其他大部分主序星每天(夜)看起来基本上一样,但是对其他的恒星却并不是 这样的。古阿拉伯的观测天象的人已经知道一些特定的恒星的表现和其他的不一样。在南天 的秋季天空中有一颗恒星,有时候看起来和其他星的亮度差不多,但是在几个星期中又会从 视线中消失掉,只有等一年后再回来。它们把这颗星叫 Mira(鲸鱼星座中的) ,意思是“令 人惊奇的或惊异的” 。天文学家们经过这么多年发现了许多其他的变星。

636 恒星光度的随时间的变化怎么用光变曲线表示出来。恒星的光变曲线是一颗恒星辐射 出的光或亮度随时间的变化的轨迹或曲线。不同类型的变星有着特有的不同表现的光变曲
线。
637 许多变星变化的原因是它们不稳定。太阳每天在天空中看起来实质上是一样,同样的 颜色,同样的大小,同样的光彩照人。 (这是件好事,因为太阳任何重大的变化都会对地球 的气候造成破坏性的重大影响。 ) 太阳现在这样始终相同的表现是因为它是一颗稳定的恒星。 那是说,在太阳内部的任意一点,向内的重力被内部热气体的压力和自转产生的离心力完美 的平衡掉了。但是在其他各种的活动的恒星中这些力并没有平衡。这样的话,那些恒星不但 不是稳定的,相反,他们是不稳定的,这意味着它们会不停的变化。有时变化的周期很短,
有时很长;有时变化很小,有时确实灾难性的。
638 恒星内部特定的不平衡通常会导致其外表特定的变化。如果恒星核的温度突然升高, 额外产生的能量就会向外扩散,随之产生的向外的压力最终到达恒星的表面。可能的结果是 恒星的光球层被向外推,使恒星的体积增大。实际上,现在恒星内部向外的压力超过了向内 的重力,所以恒星要膨胀。恒星的表面被向外推,但是它也开始冷却,因为膨胀的恒星会提 供给逃逸的辐射更大的表面积来逃逸。因为以上原因恒星和以前相比会变得更大更红。
639 有时这个过程马上反转然后这个膨胀了一次的恒星开始塌缩。有的恒星一旦膨胀了并 且冷却下来时, 它们会持续那个状态较长的时间。 换句话说, 他们到达了一个新的的平衡态, 因为整个恒星内部的各种力又重新建立了平衡。 但是其它恒星不同, 显然, 它们 “飞过头了” , 它们膨胀的太大了,结果是它们的光球层变得太薄太透明,使得恒星向空间泄漏出更多的辐 射,超过了它们可以维持稳定的临界量。这使得它们的温度变得太低,不足以产生足够的向 外的压力来抵消重力,于是,恒星开始塌缩。伴随着塌缩的是它的温度再次升高,再次“飞 过头” 。所以恒星震荡起来,变大变小,变热变凉,一次又一次。因为恒星的大小和温度决 定了它的亮度和颜色,所以这些恒星看上去一会儿亮一回儿暗,伴随着颜色也跟着变化。
640 一些恒星的变化很规则。一些恒星的周期变化很规则,它们的亮度和颜色的变化规律就 像时钟一样很有规律的一圈一圈地。在北天的仙王座就有这样的一颗星——仙王δ ,用肉眼 就很容易看到,在秋季星空中很适合观测。仙王δ 每 5.37 天从比 4 等稍微亮点变到比 5 等 稍微暗点,然后再变回来,月复一月,年复一年。有一批恒星有着和仙王 δ ? 类似的行为。 它们的变化周期长短不一,短到一天长到 50 天,变化的次数也各不相同。但是它们变化的
基本原理是相同的。作为一族星,它们被称为造父变星。
641 北极星也是一颗造父变星。你可能从来没主意到北极星是一颗造父变星,它的亮度变化 很小,但是确实是在像钟表一样每 3.97 天变化一周。
642 平均起来说,造父变星的变化还是很实在的。一个造父变星变小时,它的直径缩小大 约 10%。这些恒星都稍微比我们的太阳大一点,所以这个 10%大约是 250 万英里。在这个 变化过程中,造父变星的平均表面温度变化范围从 9,000°F到 11,000°F,这样并不会引起 它颜色的太大的变化。大部分造父变星基本上都是从白色变到黄色然后再变回来。643 造父 变星的亮度和大小的变化在某种程度上是不同步的。具有讽刺意义的是,当造父变星到达 它最亮的时候时,它是在它从最小大最大的途中,并不是在它最大时。类似的,它最暗的时 候是在它正在变小的过程中。 造成这个不同步的根本原因是因为在恒星内部发生的变化传到表面让我们看到需要一定的时间。
644 一些其它恒星和造父变星很相似。这些恒星有着和造父变星类似的周期变化规律,变 化机理也基本上是一样的,但是它们平均比经典的造父变星暗约一个半星等。这一族星移第 一个被发现的这类恒星命名为室女座 W 型星。它们和造父变星分别在银河的不同部位被发 现。我们的银河有一个被由恒星构成的银晕包围着的大银盘。经典的造父变星是在一盘中发 现的,而室女座 W 型星是在银晕中发现的。因为这个原因,造父变星和室女座 W 型星的主 要区别就是化学组成不同。银盘中恒星的金属和其它重元素丰度比银晕中恒星高,这个有时
会影响恒星运转和演化。 645 还有一族很有名的变星,这族星虽然不怎么亮但是变化却很快。这族星以第一个被发 现的这种星命名为——天琴座 RR 星。这种星典型的处于银晕中的巨型星团中,在一个特定 的星团中的数量从几百个到零个各不相同。它们的变化周期很短,一般都不到一天,亮度的 变化量也很小。

646 造父变星,室女座—W 星和天琴座-RR 星,因为一项重要的共同之处,他们已经成 为了天文学家强有力的工具。 上溯到 1912 年哈佛大学的一位名叫 Henrietta Leavitt的天文学 家发现了一个奇怪的现象。 当她在研究一颗在我们临近星系小麦哲伦星云 (Small Magellanic Cloud-----SMC)的造父变星时,她注意到造父变星的亮度越大,则它从明到暗的变化所需 的时间就越长。因为小麦哲伦星云中的造父变星离我们的距离都基本上近似相等,所以它们 的视星等就和他们的实际亮度成正比,所以 Leavitt 确定它观测得到的关系是正确的。在同 一时间,类似的室女座 W 星和天琴座 RR 星的“周光关系”也得到了证实。如果你测得一 颗星的光变周期,那你就很自然的可以推算出它的绝对星等,那时再测出这颗星的视亮度在 结合已得出的它的绝对亮度, 就可以算出这颗星的距离还有他所在的星团或星系的距离。 (如 果你知道一束光看上去的亮度和它的真实的亮度,你就可以算出它的距离。 )天文学家手中 已经掌握一个新的测量宇宙的标尺,一个可以测量几百亿光年距离的标尺。

647 天文学家用一个简单的系统来命名变星。大体上来说,对于在某个星座中发现的第一 颗变星,她的名字就是在星座名的拉丁所有格前加上字母 R。例如,在猎户座(Orion)发现的 第一颗变星叫做 R Orionis(猎户座 R),在天琴座(Lyra)发现的第一颗变星叫做 R Lyrae(天琴 座 R)。第二颗变星就在星座前加字母 S,第三个加 T,依此类推到 Z。Z 以后的下一个变星就 在星座前加 RR,像 RR Lyrae(天琴座 RR),接着的就是 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,依此类推到 QZ(跳过 字母 J,有点奇怪) 。现在,如果你一直在数的话,你会知道我们已经用了 334 个字母组合, 如果在这个星座还有更多的变星被发现的话,我们就简单的命名为 V335,V336 等等。 (如 果有人当初直接就从 V1 开始的话,是不是更方便一点! )

648 把造父变星和它的表兄妹星全加起来后,还有一类星我们称其为长周期变星。作为特 点,这类变星很的变化周期长度短到三个月长到两年。Mira(意思是令人惊奇的,鲸鱼星座 中的)也是这类星中的一员。这类星的特点是光度的变化很小,但仍然很明显的从肉眼就能 很容易看见变化到要借助双筒甚至更大的望远镜才能看到。总体上和造父变星那类星相比, 这类变星中的恒星如果光变周期越长,则对应的它的平均亮度也就越大,这只是个近似的关 系,并不严密。

649 一些恒星变化不按常规变化。这些恒星的变化都是不确定的,爆发式的而且是剧烈的。 由以上特点我们可以看出这些恒星的便化趋向于无规律,有时甚至会有强烈的爆发。

650 在把这些不规则变星中,我们发现一些星有一些规律或者说是半规则星,还有一些是 完全不规则的。顾名思义,半规则星就是说这些恒星的行为有一些是可推测的,完全无规则 星就是说这些恒星“似乎只按自己的规矩办事” 。当然,它们不能违背物理规律,但是在这 些情况里, 我们也并没有真正了解发生了什么或者了解这些恒星的非周期性的亮度变化所表 现出的现象。

651 一种叫做质量流失的现象导致了一些不规则变星的变化。 北冕座—R 就是一个这种情况 的很好的例子。正常情况下在晴朗的夜晚能供看到北冕座 R,它会突然明显的一下变得暗到 12 等或者更暗(只有原来亮度的五百分之一) ,然后再下面的几个月内,它会慢慢的,不规 则的变回到它的正常亮度。在这种情况下,这颗恒星的表面上很奇怪的行为是有一个质量流 失过程造成的。简单的说,北冕座 R 是一颗大而冷的恒星,它最外层的物质正在慢慢的流失 到空间中去。 北冕座 R 的温度太低了, 以至于大部分它的物质都以微小的碳粒或烟状物存在。 构成的烟状物会暂时包裹着整个恒星,这就会使恒星的亮度变暗,直到恒星的辐射的压力最 终把烟状物推开,恒星的光又能够重新畅行无阻。

652 船底座—η是另一颗著名的流失质量的无规律型变形。 这颗星不规则变星位于南天的船 底座,也叫南船座(以 Jason 和它的船员所乘的亚尔古舟的龙骨命名) ,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 年却暗到肉眼已经看不到的程度。这 颗恒星今天也很难看到。最近,哈勃空间望远镜校准时拍下了一张不寻常的照片,图上显示 了气体和尘埃构成的云被一颗超巨星向外吹开,波涛澎湃,这颗超巨星辐射的能量是我们太 阳的 5 百万倍,是我们太阳质量的 100 倍。船底座—η是银河系中质量最大的恒星之一。
653 很小的恒星有时也会搞些恶作剧。一些红矮星偶尔也会有一些重大的爆发,在它们爆 发时它们被称为耀星。我们的太阳表面也会发生闪耀,但只不过是局部的,而耀星则是暂时 整个表面都爆发出明亮的闪耀。耀星的闪耀机理现在还是未知的。
654 在对变星的研究中,不规则变星和长周期变星对天文学来说尤为重要,职业天文学家 时常不能用常规原则来研究这些恒星。在大型专业望远镜上的观测时间是非常珍贵的。实 际上,每十个申请像哈勃太空望远镜这类设备的观测时间的天文学家中,只有一个人能获得 批准。因为长周期变星和不规则变星的变化是一个很长的周期,并且是难以预测的,所以很 难证明大型望远镜的大量的观测时间花在它们身上是明智的。然而,了解这些恒星对我们了 解整个宇宙有很大的帮助。
655 对变星的研究也是业余天文学家可以真正做出贡献的一个领域。因为业余天文学家比 专业天文学家多得多,而且许多变星用业余的望远镜甚至双筒望远镜就能够做很好的观测, 受过专业训练的业余天文学家可以监视几百颗变星。 由此提供的数据可以填补做长周期变化 的变星数据的缺口,并且可以帮助那些留心这些变星行为的专业人士发现十分不寻常的情 况,从而可以申请大型望远镜或者哈勃太空望远镜(HST)来做更进一步的观测。

656 感兴趣的天文爱好者在哪可以得到用于科研的变星资料。对用心从事变星监测感兴趣 的人可以联系下面的:
The American Association of Variable Star Observers
25 Birch Street Cambridge, MA 02138
你不需要一个大的望远镜(对一些星,你只需要一个双筒就够了) ,只需要很浓厚的兴趣和 积极的投入时间。

657 爆发和大变动的变星是宇宙中真正的烟花工厂。顾名思义,这些恒星特征就是在很短 变换周期内亮度最少变化好几个星等。 引发它们这么变化的机理是一个频繁发生的真正意义 上的猛烈事件。

658 新星,一些老了又再次变新的东西。许多古希腊的哲学家都认为布满星星天国一个平 静的从来不变的地方。中国古代的观天人还好点儿,作为皇家天文学家,他们会定期把那些 在以前没有星的天空区域新出现的星编入编年史。在西方的传统中,这些星被称作新星 (Nova,来自拉丁语,意思是“新的” ) 。最终人们发现这些星根本不是新的,相反,它们 实际上是一些年老的恒星突然闪耀起来,变得比以前亮得多,并且在这个过程中它们第一次 被发现。今天,天文学家已经知道了新星闪耀的原因,那是因为“亲近但麻烦的关系” ,更 多的我们在下一章说,但是首先我们必须知道……

659 并不是所有的恒星都过着单身生活。据我们所知,太阳时颗单星。但是大约 60%的和 太阳年龄相似的恒星,都处在双星或多星系统中:两个或更多的恒星相互绕转的系统,彼此 之间靠万有引力联系在一起。多那些比太阳年轻的恒星,处在双星或多星系统的恒星所占的 比例更高。

660 最近天文学家才弄懂多星系统是怎么形成的。天文学家知道大多数恒星并不是单独的 已经很多年了,但是他们需要靠最新的超级计算机的帮助来算出原因。这些超级计算机使得 天文学家可以用数学模拟出恒星诞生的区域都发生了什么, 第一次细致到能让我们真正的看 到这个过程的细节。恒星形成的气体和尘埃构成的星际云中似乎很骚乱,当不同的云块和准 云块相互碰撞时,就会产生一个由压缩在一起的气体构成的冲击波。但是这个细长的冲击波 很快便得不稳定并且断成许多节。 由原来的物质和这些断了的节构成的物质盘是最初碰撞的 物质的密度的十亿倍,物质盘最后依次塌缩形成恒星。

661 这些断节和物质盘在碰撞的云中一旦形成后,几种情况更偏好双星和多星系统的形成。 因为构成成恒星的气体和尘埃云在碰撞几乎没有正面的相碰,形成的丝状物,断节和物质盘 经常是歪斜的很厉害,一头压一头。这样的话,有时邻近的断节移动速度很慢以至于在相互 的万有引力作用下相互靠近形成一个双星系统。有时能够形成单独的物质盘,但是由于它的 质量太大,它继续从邻近的丝状物中吸以更多的物质,但是因为丝状物是歪斜的,所以它使 得物质盘越转越快,直至它分裂成两个甚至更多个盘,然后形成两个或更多的相互绕转的恒 星。在任何一种情况中,我们都有自然机制最终导致形成双星或者多星系统。

662 在大部分晴朗的夜晚你可以看到一个多星系统。如果你找到北斗七星,并注意看勺柄 的中间那颗星,你会看到那根本不是一颗星,而是两颗挨得很近的星。实际上古阿拉伯的观 星人和一些美洲的原住民都把能不能分辨开着两颗星的能力作为一个对视力的检测 (一幅天 空中的自然的视力表) 。 阿拉伯人为这对双星名的名字至今还在沿用, 它们叫做Mizar和Alcor, 意思是“马”和“骑手” 。

663 对 Mizar 和 Alcor 的进一步观测揭示了更多问题。一个拥有一双敏锐的眼睛的人能够 分辨出北斗七星的勺柄的中间一颗星实际上是天上两颗靠得很近的恒星。 但是即使用很小的 望远镜对准这两颗恒星,你会发现两颗中亮的一颗(Mizar)自己本身就是两颗星。因而, 北斗星柄上是一个三星系统:三颗星因为万有引力相互吸引,相互绕转。

664 在夏天高度较高的天空中,你可以找到一个四星。在晚夏的夜晚高高的头顶上的天空 中,你很容易可以找到织女星,在它旁边是一个暗一点的有天琴座构成的平行四边形。平行 四边形中离织女星最近的就是天琴座θ 。天琴座θ ,织女星还有另一颗星构成了一个等边三 角形。仔细观察第三颗星,如果你的实力足够好的话,你会发现这颗星实际上是颗双星(用 双筒望远镜应该会有帮助) 。现在用望远镜看这个双星系统,你会发现,双星中的每一颗星 又分别是两颗星,也就是说,你找到了一个四方星系统,或者说是双双星系统,它就是天琴 座ε 。

665 在邻近的天空中还有一些其他有趣的双星很值得去探索。在双双星不远的地方有两对 以鲜明的颜色对比而出名的双星。武仙座中最亮的星叫做武仙座α ,也叫做 Ras Algethi。 在一个适当的望远镜中,你可以看到它是一对非常漂亮双星——一颗是橙色,一颗是蓝色。 还有,在天鹅座我们又找到另一对。构成天鹅头部的星是天鹅β ,也叫 Albireo,实际上是 一对极好的双星——一颗是深蓝紫色,另一颗则是闪耀的金色

666 在冬季的天空中,我们找到了双子座α星,它的姊妹星比你一只手的指头还多。明亮 双子座α在冬季的天空中是在双子座右边的头部。如果我们能够坐飞船去双子座α的话,我 们会发现,我们在地球上看到的亮光实际上是六颗相互绕转的星发出的。想象一下生活在一 个天空中有六个太阳的行星上!

667 有些星看起来像双星,但那只不过是错觉而已。有时候我们看起来像是近密双星的其 实并不是双星,那只不过是两颗星在地球上看刚好差不多几乎在一条线上,所以看起来挨得 很近,但是实际上却可能相距好多光年。天文学家们把这种情况叫做光学双星。
668 那么你如何分辨出一对星到底是不是真正的双星?你要观察然后看他们怎么运动,真 正的双星因为引力的相互作用,会相互绕转做曲线运动。两颗相互独立的恒星只不过看上去 在一条直线上,它们的运动轨迹基本上是直线并最终分开运动。

669 恒星相互绕转和行星绕太阳运动服从相同的定律。这条定律是牛顿对科学最重要的贡 献之一,并且是一条基本原理,这条定律证明了支配宇宙我们“后院”这块儿的规律同样也 支配着宇宙的那头。宇宙可能曾经更复杂,但现在不是。正如开普勒的进一步说明,一颗行 星或恒星距离另一颗星越近,那么它绕这颗星运动的速度就更快,如水星绕太阳运动的速度 比地球快,地球绕太阳运动的速度比冥王星快,所以两颗恒星相距越近相互绕转越快。

670 天文学家能够跟踪许多双星随时间的运动。为了跟踪某些星的运动,天文学家对特定 天区持续拍照几年甚至几十年。 用一种叫做测量机的装置精确测量那些照片上恒星的相对位 置,然后找出位置的不同,精确到万分之一英寸或更高。将这些位置输入电脑计算出恒星的 视运动。几百对双星的运动就是用这种方法大量的测量出来。

671 双星相互绕转的周期是相当长的。许多双星的绕转周期都在 25 到100 年之间,还有一 些恒星的只需要不到 10 年就能绕它们的轨道转一圈。恒星在相互离的越远当然绕装一圈的 周期也就越长,但是,即使天文学家们只能观测和测量出整个轨道的一小部分,他们也可以 推算出剩下的部分,因为我们很好的掌握了这个物理规律。由武仙座—α 构成的双星相互 绕转一周需要 3600 年,由小熊座σ 2 组成的双星绕转一周需要 11000 年。后者两颗星的距 离是地球离太阳距离的 500 倍。

672 有一些双星因为两颗星之间的距离太近或这里我们的距离太远,即使用世界上最大的 望远镜也不能把它们区分开。当然这就有一个显而易见的问题: “那我们怎么知道它们是双 星呢?”这个问题的答案又是一个独具匠心的天文学中的现代探测技术。分光仪又一次出来 解决了问题。就像早期人们注意到的一样,分光仪可以把发光物体发出的光分解成五颜六色 光谱。通过分析这些光谱的颜色和暗纹,天文学家能够定出难以置信的大量天体的信息,包 括它们的温度,它们的化学组成还有它们远离或靠近我们运动的速度。

673 分光仪出来的光谱如果交替变换就意味着这是一对双星。设想一对双星(星 A和星 B) 相互距离太近或离我们太远,在望远镜中看上去就是一颗星,我们用带有分光仪的望远镜对 准这颗星,当然会生成一个光谱,但是这个光谱看上去就像是两颗独立的星的光谱结合在一 起。现在描绘这样一个情景,两颗星相互绕转,起先星 A 可能是朝我们这个方向运动星 B 是远离我们运动,半个周期后星 B 会朝向我们运动而星 A 则远离我们运动。如果这个过程 一遍又一遍的重复, 那么天文学家在这条视线上看到这两颗星的光谱就是一个红移一个蓝移 交替变换,这是由于两束星光的多普勒效应交替变换造成的(见条目 791) 。交替变换的光 谱线就这样不可思议的验证了那不是一颗星而是双星, 同时又给出了我们它们相互绕转的速 度和绕转一周所需的时间。

674 对变换的光谱的研究还可以得出有关双星质量的信息。若两颗星的质量相等,它们会 绕着它们之间连线的中点运动,这个点叫做系统的质点,在质点所有的东西都平衡,就像一 个巨大的指挥棒而你给棒子的两端系上两颗恒星。如果一颗恒星的质量比另一颗大得多,两 颗恒星还是绕着它们的质点运动, 只不过这个质点是在这个看不见的棒子上更靠近那个大质 量恒星的这边。因为相互绕转,所以质量小的恒星的运动半径就更大,而质量大的恒星绕质 心运动的轨道就小一些, 所以质量大的恒星的光谱与它的轻量级同伴相比就表现出相对较小 的多普勒效应。所以从光谱的变化情况我们可以得出两颗恒星包含的质量。

675 古阿拉伯人还关注一颗他们叫做魔鬼的恒星。除了他们叫做 Mira(鲸鱼星座中)的神 奇的红色变星外,它们还知道另一颗星也能够改变它的亮度,每过几个夜晚,这颗星魔鬼般 的白色光亮就会黯淡 5 个小时,然后又会再亮起来。他们把它叫做 Algo,魔鬼。今天我们 知道这颗星一点也不神奇只是它看起来那样而已。而且我们还知道这颗星的亮度变化和 Mira,仙王座δ 或天琴座 RR 的变化都不一样,它们亮度的变化是因为星体膨胀收缩。而 Algol 则是有两颗星组成的——两颗亮度稳定的恒星,它们的亮度虽然不变,但是在地球上 看它们每几天就相互遮光发生一次遮食。

676 恒星的相互遮光揭示了更多恒星的秘密。这种星有一个合适的名字——食双星,它们 可以告诉我们有关恒星大小的信息,虽然在地球上看它们都是很小的光点。例如,如果食双 星系统中的那颗小星开始从大星前面穿过时, 两颗星的总亮度不会立刻变小, 而会逐渐变化, 这是因为从地球上看,当小星缓慢的从大星前面穿过时,它是逐渐遮逐渐遮住大星越来越多的部分。因为小星整个进入大星的圆盘中,所以而后一段时间这对星的总亮度保持一个常量 不变。然后,小星缓慢的移动出大星的表面,我们看到的这两颗星的总亮度又开始增加。知 道了小星绕大星运动的速度和它穿过大星表面所需要的时间,我们就能算出大星的实际大 小。

677 通常恒星的遮食持续的时间都相对较短。这种遮食通常只能持续几小时到一天。
678 在北天,我们发现了一颗令人难以置信短遮食时间规律相违背的恒星。在仙王座离仙 王座δ 不远的地方有一颗变星——仙王座 VV,它实际上是由一颗红色的星和一颗白色的星 组成的双星。白色的星每 20 年就从红色的星后面穿过一次,发生遮食时它藏在红色的星的 后面长达 1.2年。从这两颗星相互绕转的速度我们算出令人惊骇的是那颗红色星的直径是那 颗白色星的二十亿倍。按那个比例,如果把这颗红色的星放在太阳这个位置,那么轨道上的 水星,金星,地球,火星,木星还有土星都会被它包进去。仙王座 VV中这颗红色的星就是 颗超巨星。

679 遮食超巨星御夫座—ε 的神秘天体。御夫座ε 是天空中奇特的天体之一,它包含一颗比 我们的太阳大 1000 倍的黄白色的超巨星, 而且每27 年这颗巨人般的恒星还会被一个天体遮 住,并且 714天后这个天体才能从地球和超巨星之间穿过。这个神秘天体被认为是一个巨大 的绕着一对蓝白色的星转动的气体和尘埃盘,这个盘有好几个太阳系那么大,那两颗蓝白色 的星每一个都是太阳大小的好几倍。

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