旅行到时空边缘：燃烧的群星、大爆炸和恒星的诞生

2023-09-17 理论教育版权反馈

【摘要】：第25章燃烧的群星大爆炸制造的氢和氦形成恒星，恒星用核聚变的光芒照亮宇宙“大爆炸”是宇宙创生之路的第一阶段，它为宇宙制造出来了氢原子和氦原子，接下来要进入第二个阶段，恒星接力“大爆炸”，为宇宙制造出更重的原子来。质量是太阳4倍的轩辕十四只能燃烧1亿年，质量是太阳八分之一的比邻星，寿命则超过1万亿年。红巨星与白矮星全体恒星中，除了主序星外，还有少部分不在主序的星，它们组成了赫罗图的另两个小群。

第25章　燃烧的群星

大爆炸制造的氢和氦形成恒星，恒星用核聚变的光芒照亮宇宙

“大爆炸”是宇宙创生之路的第一阶段，它为宇宙制造出来了氢原子和氦原子，接下来要进入第二个阶段，恒星接力“大爆炸”，为宇宙制造出更重的原子来。

恒星照亮太空

大爆炸制造的氢原子和氦原子弥漫在太空中，形成了一团团巨大的气体尘埃云。随着宇宙的膨胀和降温，38万年时迸发出来的光子很快消散开去，宇宙暗淡下来，进入了一个黑暗时代。

大爆炸5.5亿年后，气体云团形成的星系中孕育出了第一批恒星，恒星的光芒驱散由氢原子和氦原子组成的迷雾，重新照亮宇宙太空；大爆炸9亿年后，黑暗时代彻底终结，宇宙再一次走向光明，在星系群星的照耀下熠熠生辉。

由氢和氦组成的气体云团散布于星系盘各处，成为一朵朵绚丽的弥漫星云，它们持续为星系孕育出新的恒星。直到今天，银河系每年还会诞生十来颗恒星，它们主要分布在银盘的旋臂里。早在18世纪，德国哲学家康德就率先提出恒星由星云演化而来；在现代，天文望远镜可以清晰地看到恒星形成的过程，尤其是红外望远镜，甚至可以深入到星云内部，一窥那些正在形成的恒星风采。

恒星在气体云团中诞生，它们形成后，又用强烈的恒星风把周围剩余的气

　　欧洲南方天文台拍摄到了金牛座HL恒星及其周围行星形成的惊人细节：恒星盘包围多个同心圆环，相互之间被边界清晰的环缝隔开，毫无疑问，这些同心圆环就是未来的行星。金牛座HL是一颗类似太阳的恒星，距离地球大约450光年，其年龄不到100万年。

　　恒星在气体云团中诞生，它们形成后，又用强烈的恒星风把周围剩余的气体吹散出去，使自己的光芒闪耀在太空。图为NGC3603星云刚刚诞生的一群年轻恒星，从星云中显露出来。

体吹散出去，使自己的光芒闪耀在太空。因为恒星是在星云中成团孕育的，因而新生成的恒星都位于星团之中，经过久远的年代，一些星团会散开来，形成一个个孤立的恒星。

描述恒星的两个主要特征

恒星看上去是密密麻麻的光点，似乎很难理出一个头绪，但天文学家们发现，只要两个特征，就能把恒星大致准确地描述出来。

一个是颜色。恒星的颜色从蓝、白，到黄、橙、红都有，为什么会有不同呢？因为它们的温度不同，如同蓝色火焰温度比红色火焰温度高一样，蓝白色恒星的温度也比橙红色恒星的温度高，因为恒星的颜色就是它们表面火焰的颜色。

1890年前后，哈佛大学天文学家根据恒星颜色及其光谱线差异，把恒星分成了7个主要类型，依次为O、B、A、F、G、K、M。其中O型和B型是蓝色，A型是白色，F型是黄白色，G型黄色，K型橙色，最冷的M型是红色，太阳是一颗黄色的G型星。

有人编了一句顺口溜来记忆它们：

Oh，Be A Fine Girl/Guy，Kiss Me.（啊，漂亮的姑娘/小伙，吻我吧。）

恒星的另一个特征是光度，也就是其真实亮度。夜空里的恒星看上去亮暗不同只是表面现象，因为距离各不相同。天文学家选定32.6光年（10秒差距）作为标准距离，一颗恒星在这个距离上显示的亮度就是它的真实亮度，称为绝对星等。恒星光度相差极大，最亮恒星比太阳亮百万倍以上，最暗弱恒星亮度不到太阳的百万分之一，但明亮的恒星数量极少，太阳的光度超过了95％的恒星。

赫罗图

天文学家们发现，对于多数恒星来说，其光度和温度存在着对应关系—温度越高的恒星，光度越大。如果以光度为纵坐标，以温度（颜色）为横坐标做一个图，90％的恒星都会落在从左上到右下的一个序列上，天文学家把这序列称为主序，其上的恒星称为主序星。这个规律最早由丹麦天文学家赫次普龙和美国天文学家罗素发现，称为赫次普龙-罗素图，简称赫罗图。如同化学中的元素周期表，赫罗图把看起来毫无关系的恒星有机地联系起来。

决定恒星的最关键因素

赫罗图主序里的恒星，从左上到右下，随着温度降低，亮度也变暗，表明它们有着共同的发光机制。这些恒星都是处于青壮年时期的恒星，它们通过核心的氢核聚变产生能量。

造成主序星温度和亮度巨大差异的关键因素只有一个—质量。一颗主序星质量越大，它内部压力就越大，核心温度就越高，氢核聚变速度也越快，燃烧得就更猛烈，因而更明亮。这样我们就知道，蓝色的O型和B型主序星比太阳的质量大，光度高；K型和M型主序星则比太阳的质量小，光度低。

相比体积的巨大差别，恒星质量差别范围小得多，质量最大的恒星，很少会超过太阳的150倍，质量太大很容易解体；质量最小的恒星只有太阳质量的8％，如果质量比这还小，它将永远不能点燃氢核聚变，因而不能成为一颗正常恒星。

质量还决定恒星的寿命。质量越大的恒星燃烧越猛烈，它们快速消耗完燃料而早早熄灭。质量是太阳4倍的轩辕十四只能燃烧1亿年，质量是太阳八分之一的比邻星，寿命则超过1万亿年。

在主序上，质量最大的恒星是最稀少的。最亮的主序星（光谱型O、B、A）不到银河系恒星总数的1％；数量最多的主序星是暗弱的M型星，就是红矮星，它们尽管又暗又冷又小，数量却超过银河系恒星的80％，大大超过所有其他类型恒星的总和。

综上所述，恒星的质量是决定其性质的最根本因素，对于主序星，也就是处于青壮年时期的恒星而言，其质量越大：

（1）它们的颜色越蓝；

（2）它们的温度越高；

（3）它们的亮度越大；

（4）它们的寿命越短；

（5）它们的数量越少。

红巨星与白矮星

全体恒星中，除了主序星外，还有少部分不在主序的星，它们组成了赫罗图的另两个小群。位于右上方的一群，温度低，颜色发红，光度很高，称为红巨星；左下方也有一群星，它们温度很高，颜色发白，光度却很低，称为白矮星，它们都是恒星演化的产物，是正常恒星熄灭后留下的残骸。

宇宙炼丹炉

恒星是宇宙的炼丹炉，它们把大爆炸创造的氢和氦聚变成更重的元素，并通过自身的演化，把重元素抛向太空，使宇宙的重元素渐渐丰富起来，为生命的诞生做好准备。这是大爆炸之后的第二次元素创造，是一场轰轰烈烈的天宫大炼金，无论过去、现在还是未来，都持续不断地上演着。

旅行到时空边缘：燃烧的群星、大爆炸和恒星的诞生

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