在地球上遙望夜空,宇宙是恒星的世界.
恒星在宇宙中的分布是不均勻的.從誕生的那天起,它們就聚集成群,交映成輝,組成雙星、星團、星系……
恒星是在熊熊燃燒著的星球.一般來說,恒星的體積和質量都比較大.只是由于距離地球太遙遠的緣故,星光才顯得那么微弱.
古代的天文學家認為恒星在星空的位置是固定的,所以給它起名“恒星”,意思是“永恒不變的星”.可是我們今天知道它們在不停地高速運動著,比如太陽就帶著整個太陽系在繞銀河系的中心運動.但別的恒星離我們實在太遠了,以至我們難以覺察到它們位置的變動.
恒星發(fā)光的能力有強有弱.天文學上用“光度”來表示它.所謂“光度”,就是指從恒星表面以光的形式輻射出的功率.恒星表面的溫度也有高有低.一般說來,恒星表面的溫度越低,它的光越偏紅；溫度越高,光則越偏藍.而表面溫度越高,表面積越大,光度就越大.從恒星的顏色和光度,科學家能提取出許多有用信息來.
歷史上,天文學家赫茨普龍和哲學家羅素首先提出恒星分類與顏色和光度間的關系,建立了被稱為“赫-羅圖的”恒星演化關系,揭示了恒星演化的秘密.“赫-羅圖”中,從左上方的高溫和強光度區(qū)到右下的低溫和弱光區(qū)是一個狹窄的恒星密集區(qū),我們的太陽也在其中；這一序列被稱為主星序,90％以上的恒星都集中于主星序內(nèi).在主星序區(qū)之上是巨星和超巨星區(qū)；左下為白矮星區(qū).
恒星誕生于太空中的星際塵埃（科學家形象地稱之為“星云”或者“星際云”）.
恒星的“青年時代”是一生中最長的黃金階段——主星序階段,這一階段占據(jù)了它整個壽命的90％.在這段時間,恒星以幾乎不變的恒定光度發(fā)光發(fā)熱,照亮周圍的宇宙空間.
在此以后,恒星將變得動蕩不安,變成一顆紅巨星；然后,紅巨星將在爆發(fā)中完成它的全部使命,把自己的大部分物質拋射回太空中,留下的殘骸,也許是白矮星,也許是中子星,甚至黑洞……
就這樣,恒星來之于星云,又歸之于星云,走完它輝煌的一生.
絢麗的繁星,將永遠是夜空中最美麗的一道景致.
雙星
對于天體物理學家來說,雙星是能提供最多信息的天體,從雙星可以得到比單個恒星更多的信息和恒星演化的秘密.
在浩瀚的銀河系中,我們發(fā)現(xiàn)的半數(shù)以上的恒星都是雙星體,它們之所以有時被誤認為單個恒星,是因為構成雙星的兩顆恒星相距得太近了,它們繞共同的質量中心作圓形軌跡運動,以至于我們很難分辨它們,這其中包括著名的第一亮星天狼星. 天狼星主星天狼A的質量為2.3個太陽質量,其伴星天狼B是一顆質量僅為0.98個太陽質量的白矮星.按照恒星的演化理論,質量大的恒星將很快演化,將首先耗盡其氫燃料；質量小的則有著很長的壽命.而一顆質量小于太陽的恒星從其誕生到白矮星至少要經(jīng)過長達一百億年的歷史；而天狼星A有2.3個太陽質量,應該比其伴星更快演化,但事實上此星明顯正在進行氫燃燒,是一顆完全正常的恒星.質量大的恒星還沒有耗盡氫燃料,而質量小的相反卻已經(jīng)耗盡了氫而處于壽命的后期.這種情況不是唯一的,英仙座的大陵五雙星及其他很多恒星也有類似情況,這些對雙星中都有一顆是白矮星或是中子星,甚至有可能是一個黑洞.
下面我們假設我們可以觀測到一對雙星的演變過程,作一次實地跟蹤觀測：
最初,A星的質量大約為2至3個太陽質量,B星為1.5個太陽質量. 這以后,正如單個恒星演化過程一樣,質量較大的恒星演化得很快, A星首先消耗掉了大量的氫元素,其外層慢慢膨脹起來,很快膨脹為一顆紅巨星,其半徑不斷增大,而其內(nèi)部已經(jīng)形成了一個半徑約為太陽幾十分之一的白矮星氦核. 當A星外殼開始進入B星的引力范圍時,A星的表面物質開始受B星的引力離開A星表面流向B星表面.但由于兩星相互公轉以及B星的自轉,流來的物質并不立即落在表面,而是先在B星周圍隨B星自轉形成一個碟狀氣體盤,然后才能逐步降落在B星表面.于是A星不斷有物質轉移到B星,這使得A星的老化進程急劇加快,并以更快速度膨脹,甚至將B星的軌道吞沒. 這個過程將持續(xù)數(shù)萬年. 這以后,A星耗盡了它所有的剩余氫,而其巨大的外殼可以伸展到十幾個太陽半徑之外,但最終大部分將被B星所吸收.此刻,A星基本上全是由氦組成了,質量僅僅剩下原來的五分之一左右,而B星質量則增至原來的二倍多.這樣,質量對比發(fā)生了明顯變化：A星成了質量較小的致密的白矮星,而B星由于吸收了A星的大部分質量,體積增加了許多,成為雙星中質量較大的恒星.在A星周圍原來膨脹的外殼在失去膨脹力后一部分逐漸降落在小白矮星上；而B星正處于中年期,繼續(xù)其正常恒星的演化.這就是我們現(xiàn)在看到的天狼星及其伴星的情況.
這以后,這對雙星繼續(xù)演化,象原來一樣,質量較大的恒星將以很快的速度進行演化,并在耗盡其內(nèi)核附近的氫燃料后開始了膨脹,進入紅巨星階段.此時,A星的強大引力將慢慢對B星不斷膨大的表面上的物質起作用,物質開始從B星表面迅速流向A星. 像從前一樣,流質在A星周圍形成氣體盤,并不斷降落在A星表面.以后的時間里,B星由于丟失大量物質而缺少燃料迅速老化膨脹；A星則可能由于吸附了大量物質而塌陷成中子星甚至黑洞.B星將終于發(fā)生超新星爆發(fā)而結束其一生,把身體的大部分質量拋向宇宙,而在其中心留下一個致密的白矮星或中子星.
這樣一對雙星就這樣轉化成一對仍然相互作用轉動的白矮星、中子星或黑洞.由于其間復雜的引力作用,雙星的演化過程比單個恒星要短得多.這些特點,使我們有機會看到恒星演化的更多奇觀.
脈沖星
人們最早認為恒星是永遠不變的.而大多數(shù)恒星的變化過程是如此的漫長,人們也根本覺察不到.然而,并不是所有的恒星都那么平靜.后來人們發(fā)現(xiàn),有些恒星也很“調(diào)皮”,變化多端.于是,就給那些喜歡變化的恒星起了個專門的名字,叫“變星”.
脈沖星,就是變星的一種.脈沖星是在1967年首次被發(fā)現(xiàn)的.當時,還是一名女研究生的貝爾,發(fā)現(xiàn)狐貍星座有一顆星發(fā)出一種周期性的電波.經(jīng)過仔細分析,科學家認為這是一種未知的天體.因為這種星體不斷地發(fā)出電磁脈沖信號,人們就把它命名為脈沖星.
脈沖星發(fā)射的射電脈沖的周期性非常有規(guī)律.一開始,人們對此很困惑,甚至曾想到這可能是外星人在向我們發(fā)電報聯(lián)系.據(jù)說,第一顆脈沖星就曾被叫做“小綠人一號”.
經(jīng)過幾位天文學家一年的努力,終于證實,脈沖星就是正在快速自轉的中子星.而且,正是由于它的快速自轉而發(fā)出射電脈沖.
正如地球有磁場一樣,恒星也有磁場；也正如地球在自轉一樣,恒星也都在自轉著；還跟地球一樣,恒星的磁場方向不一定跟自轉軸在同一直線上.這樣,每當恒星自轉一周,它的磁場就會在空間劃一個圓,而且可能掃過地球一次.
那么豈不是所有恒星都能發(fā)脈沖了?其實不然,要發(fā)出像脈沖星那樣的射電信號,需要很強的磁場.而只有體積越小、質量越大的恒星,它的磁場才越強.而中子星正是這樣高密度的恒星.
另一方面,當恒星體積越大、質量越大,它的自轉周期就越長.我們很熟悉的地球自轉一周要二十四小時.而脈沖星的自轉周期竟然小于一秒!要達到這個速度,連白矮星都不行.這同樣說明,只有高速旋轉的中子星,才可能扮演脈沖星的角色.
這個結論引起了巨大的轟動.因為雖然早在30年代,中子星就作為假說而被提了出來,但是一直沒有得到證實,人們也不曾觀測到中子星的存在.而且因為理論預言的中子星密度大得超出了人們的想象,在當時,人們還普遍對這個假說抱懷疑的態(tài)度.
直到脈沖星被發(fā)現(xiàn)后,經(jīng)過計算,它的脈沖強度和頻率只有像中子星那樣體積小、密度大、質量大的星體才能達到.這樣,中子星才真正由假說成為事實.這真是本世紀天文學上的一件大事.因此,脈沖星的發(fā)現(xiàn),被稱為二十世紀六十年代的四大天文學重要發(fā)現(xiàn)之一.