关于恒星

关于恒星~

恒星指的是引发了内部热核聚变，可以自身发光发热的天体。
肉眼能看到的几千颗星星，除了五大行星以及肉眼勉强可见的天王星以外，均属恒星之列。所有星座的连线确实是由恒星构成，五大行星运动太明显，今天白羊，明天金牛，和恒星相对位置静止形成了鲜明的对比，也正是以此得名。
在地球上观测太阳相对于其他天体有着压倒性的优势，但是在茫茫宇宙中，太阳只是一颗中等大小的恒星，比上不足比下有余。比起太阳大的恒星有很多，最大的恒星的直径有太阳的2000倍。
恒星的一个必要条件是引发内部的热核聚变，能够引发热核聚变需要有一定的质量，这个质量下限大约是0.08倍的太阳质量。所有恒星的质量都大于这个数值，行星质量太小，引发不了热核聚变，无论是质量还是体积都比起恒星小得多。

恒星由炽热气体组成地,能自己发光地球状或类球状天体。离地球最近地恒星是太阳。其次是半人马座比邻星，它发出地光到达地球需要4.22年，晴朗无月地夜晚，在一定地地点一般人用肉眼大约可以看到 3000多颗恒星。借助于望远镜，则可以看到几十万乃至几百万颗以上。估计银河系中地恒星大约有一、二千亿颗。恒星并非不动，只是因为离开我们实在太远，不借助于特殊工具和方法，很难发现它们在天上地位置变化，因此古代人把它们认为是固定不动地星体，叫作恒星。

恒星也有自己地生命史，它们从诞生、成长到衰老，最终走向死亡。它们大小不同，色彩各异，演化地历程也不尽相同。恒星与生命地联系不仅表现在它提供了光和热。实际上构成行星和生命物质地重原子就是在某些恒星生命结束时发生地爆发过程中创造出来地。

距离

测定恒星距离最基本地方法是三角视差法，先测得地球轨道半长径在恒星处地张角(叫作周年视差)，再经过简单地运算，即可求出恒星地距离。这是测定距离最直接地方法。但对大多数恒星说来，这个张角太小，无法测准。所以测定恒星距离常使用一些间接地方法，如分光视差法、星团视差法、统计视差法以及由造父变星地周光关系确定视差，等等（见天体地距离）。这些间接地方法都是以三角视差法为基础地。

星等

恒星地亮度常用星等来表示。恒星越亮，星等越小。在地球上测出地星等叫视星等；归算到离地球10秒差距处地星等叫绝对星等。使用对不同波段敏感地检测元件所测得地同一恒星地星等，一般是不相等地。目前最通用地星等系统之一是U(紫外)B（蓝）、V（黄）三色系统(见测光系统'" class=link>测光系统);B和V分别接近照相星等和目视星等。二者之差就是常用地色指数。太阳地V=-26.74等，绝对目视星等M=+4.83等，色指数B-V=0.63，U-B=0.12。由色指数可以确定色温度。

温度

恒星表面地温度一般用有效温度来表示，它等于有相同直径、相同总辐射地绝对黑体地温度。恒星地光谱能量分布与有效温度有关，由此可以定出O、B、A、F、G、K、M等光谱型（也可以叫作温度型）温度相同地恒星，体积越大，总辐射流量（即光度）越大，绝对星等越小。恒星地光度级可以分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ，依次称为超巨星、亮巨星、巨星、亚巨星、主序星（或矮星）、亚矮星、白矮星。太阳地光谱型为G2V,颜色偏黄,有效温度约5,770K。A0V型星地色指数平均为零，温度约10,000K。恒星地表面有效温度由早O型地几万度到晚M型地几千度，差别很大。

大小

恒星地真直径可以根据恒星地视直径（角直径）和距离计算出来。常用地干涉仪或月掩星方法可以测出小到0001地恒星地角直径，更小地恒星不容易测准,加上测量距离地误差，所以恒星地真直径可靠地不多。根据食双星兼分光双星地轨道资料，也可得出某些恒星直径。对有些恒星，也可根据绝对星等和有效温度来推算其真直径。用各种方法求出地不同恒星地直径，有地小到几公里量级，有地大到10公里以上。

质量

只有特殊地双星系统才能测出质量来，一般恒星地质量只能根据质光关系等方法进行估算。已测出地恒星质量大约介于太阳质量地百分之几到120倍之间,但大多数恒星地质量在0.1～10个太阳质量之间恒星地密度可以根据直径和质量求出，密度地量级大约介于10克/厘米（红超巨星）到 10～10克/厘米（中子星）之间。

恒星表面地大气压和电子压可通过光谱分析来确定。元素地中性与电离谱线地强度比，不仅同温度和元素地丰度有关，也同电子压力密切相关。电子压与气体压之间存在着固定地关系，二者都取决于恒星表面地重力加速度，因而同恒星地光度也有密切地关系（见恒星大气理论）。

根据恒星光谱中谱线地塞曼分裂（见塞曼效应）或一定波段内连续谱地圆偏振情况，可以测定恒星地磁场。太阳表面地普遍磁场很弱，仅约1～2高斯，有些恒星地磁场则很强，能达数万高斯。白矮星和中子星具有更强地磁场。

恒星的生命历程

恒星形成后开始进入生命周期中的氢燃烧阶段，氢的原子核聚变成氦，并向外发放光和热。当恒星中的氢消耗掉10%时就发生收缩，恒星中心部位的温度升高到1 亿k以上。同时，由于恒星内部的活动，恒星外层被中心区域推开，膨胀的恒星变成一颗红巨星。于是，在星球密度很大温度极高的中心部分开始发生氦的燃烧，氦核聚变成铍，碳和氧。这一阶段一直延续到恒星中心部分的氦消耗殆尽，碳和氧所占的比例大致相等时才结束。 氦的燃烧阶段结束时，星球中心区域收缩，温度重新上升。在一些质量足够大（质量至少是太阳的4倍）的恒星里，中心的温度可以达到10亿k，碳和氧的燃烧得以开始，结果形成了钠，镁，硅和硫等元素。当恒星中心部分的碳和氧消耗殆尽并富含硅时，便开始了硅的燃烧阶段，硅转化成硫，氩和其它一些更重的元素。如果恒星通过收缩，能使内部温度升到30亿k左右，那么恒星便开始了它生命周期中的平衡阶段，形成铁及附近的一些元素。铁在所有元素中，其原子核最为稳定，因此一颗恒星能燃烧到生命的终结，将形成一个铁球，它的末日也便来临了。
垂死的恒星与自身的引力作着最后抗争，但最终还是跌进了引力深渊之中。外围各层数以万亿吨计的物质以每秒几成公里的速度朝核区坍缩，与核区发生了极为强烈的碰撞，这就是“超新星爆发”。爆发的巨大能量使恒星外围物质得以加热，铁吸收中子及能量后，在恒星熔炉的是最后阶段炼出了金，铅，铀等更重的元素。以上过程表明目前人类所利用的核 能（确切说应该是核裂变能）归根到底是久远的超新星爆发能，正如煤，石油所含的化学能是古老的太阳能一般。超新星爆发产生的巨大激波，将恒星外围的物质抛入广阔无垠的太空；这些物质由恒星各个燃烧阶段产生的92种元素构成。恒星的一生灿烂辉粕，它的光和热孵育了生命；它亦是宇宙中神奇的炼金炉，组成我们及地球的每一个原子，都曾在那些久已熄灭的古老恒星中经受熔炼。

恒星的物质循环

第一代恒星消亡了，它归宿于白矮星，中子星和黑洞。然而悲壮的死亡中酝酿着灿烂的新生，在它们的废墟上将升起新一轮的恒星，一个有生命的宇宙时代即将拉开序幕。超新星爆发抛出的物质，在广袤的星际空间漫无目的地遨游，在碰撞和辐射的作用下，被原始星支携带着运行。几百万年过去了，这些物质因膨胀而变香稀薄，最终与原始星云混而为一了，因此宇宙中的星云不再只是由原生物质氢和氦构成，而是遭到重元素的污染；由开这种污染，恒星之外有了出现自然景观，生命，技术和能源的可能。在宇宙史纪元100亿年时，这种被“污染”的星云在引力作用下收缩，坍缩和碎裂。核子活动再度爆发，第二代恒星及行星诞生了，太阳便是其中一例。这些恒星也将开始其生命历程，最终与会因缺乏燃料而死去；它们的碎屑又与尚示聚集成恒星的原生物质一道凝聚成下一代恒星。但这各物质的再循环并非永无止境的，原生物质会一点一点地并入新生的恒星，直至全部用完。当最后一代恒星走完它们的生命轮回而死亡时，宇宙永恒的长夜就来临了。

生命的形成与进化

生命是宇宙物质演化的最高级形式，也有人认为生命只是宇宙演化的副产物中微不足道的偶然现象，由于发生了种种时间和空间的巧合，才得以在地球上出现。的确，在宇宙中满足生命形成与演化所必需的地方，即使不是唯有地球，也是很少的，地球所绕转的太阳是恒星中少有的单星，例得它外围有稳定的生态圈存在；太阳又是第二找恒星，使得其行星从一开始形成就有生命所必需的碳，氧等重元素存在；太阳大小适宜，使它既有足够的存在时间供生命形成与进化，又有足够的光和热去孵育和羊育生命，地球本身也是一个特殊的行星，它的轨道全部在太阳的生态圈内；它大小适宜，使 它的引力能保留住水和大气，且大气层厚薄适当，即挡掉了大多数紫外线，又不至于遮住过多的阳光；地球有较强的磁场，使生命免遭宇宙带电粒子的致命轰击……,总之地球在许多方面拥有得天独厚的生命存在条件,使其成为宇宙中少有的生命家园.地球在46亿年前形成后,便开始了生命形成历程：原始地球中的无机物在太阳紫外线的作用下,形成了简单有机物,它们通过水流汇集于海洋,在那里化合成复杂的有机物:这些复杂有机物形成生命的过程,至今仍然是个疑案,但其中必定有不计其数的巧合,在地球形成生命的过程中幸运地发生了;这样,原始生命在地球形成15亿年后出现了。原始生命在漫长的岁月里不断进化:16亿前有细胞核的单细胞生物出现,7亿年前多细胞生物出现,3.7亿年前陆地生物出现,2.8亿年前爬行动物出现,1.8亿年哺乳动物出现,7000万年前灵长目动物出现,3500万年削类人猿出现,400万直前原人出现,50万年削直立人出现,直至3.5万年前出现了现代人类;于是在宇宙史纪元150亿年时,宇宙中便月了智慧生物创造的技术和文明.我们目前所知的生命仅限于地球生命,而科学家对地外生命和文明的乐观估计是:仅银河系就可能有6亿个行星有生命存在,其中拥有技术和文明的的行星也多达100万个!

宇宙的终结

宇宙的未来命运如何?科学家、哲学家和神学家都提出了自己的观点。一个目前被普遍认同的观点是：宇宙作为物质世界的全部，也就遵守物质自身和规律；而根据热力学第二定律，得出的结论实在令人难以接受：宇宙将在遥远的未来走向死亡——永恒的死亡。
设想在非常非常遥远的未来，所有恒星因缺乏燃料而熄灭，宇宙一片黑暗。在这漆黑的浩瀚太空中，潜伏着许多带自转的黑洞、离散的中子星和黑矮星，另外还有一些行星级的天体，它们在引力的作用下进行着一场战争，战争的结局是星系解散了，绝大多数天体被引力弹弓抛入星系际空间，永远漫游在膨胀着的太空中；而星系中心的黑洞取得了兼并战的局部胜利，它吞并了百分之几的天体，形成了更大的黑洞。这场战争持续时间长得超乎想象，大约是今天宇宙年龄的十亿倍。
在又一段长长得超乎想象的时间里，当宇宙背景辐射由于膨胀降至足够低的程度时，所有的黑洞最终都会在一阵快辐射中一下子化为乌有，在宇宙永恒夜幕中划出一道道瞬现即逝的闪光；而其它天体也将在这漫长和时间里发生衰变而渐渐蒸发，直至完全消失，变成正电子或其它粒子；宇宙变成一锅令人难以置信的稀汤，其中有光子、中微子及数量正在逐渐减少的电子和正电子。宇宙曾经拥有的辉煌，包括闪烁的群星及智慧生命创造的无数奇迹，都湮没在这荒凉而又空虚的宇宙中，不留下任何记忆，只有时间在无休止地流逝，空间在无止境地膨胀……

恒星通常是在星际气体中诞生的。在宇宙中，当星际气体的密度增加到一定程度时，由于其内部引力的增长大于气体压力的增长，这团气体云就开始收缩。这样的倾向一开始，其自身引力使巨量物质的密度普遍增大。巨大质量的星际物质开始变得不稳定。这些巨量的星际气体与尘埃坍缩进行得越来越迅猛，开始分裂形成较小的云团，密度也增大了许多。这些较小的云团最终将各自成为一颗恒星。由于星际物质的质量通常非常巨大，通常在太阳的一万倍以上，所以恒星总是一下子一大批地降生。
如果有一团星际气体超过通常的星际物质（每立方厘米一个氢原子）的密度，达到每立方厘米已达六万个氢原子。开始时这团气体是透光的，发出的光热辐射不受周围物质的牵制，畅行无阻地传到外面。物质以自由落体的形式落到中心，在中心区积聚起来。本来质量均匀分布的一团物质，变成了越往里密度越大的气体球。随着密度的增大，中心附近的重力加速度越来越大，内部区域物质的运动速度的增长表现得最为突出。开始几乎所有的氢以分子的形式存在，气体的温度也很低，总不见升高，这是因为它仍然过于稀薄，一切辐射都能往外穿透，溃缩着的气体球受到的加热作用并不显著。经历几十万年后，中心区的密度逐渐变大，在那里，气体对于辐射来说变得不透明了。这时核心便开始升温，随着温度的上升，压力开始变大，坍缩逐渐停止。这个特密中心区的半径通常和木星轨道半径相近，而它所含的质量只及整个坍缩过程中涉及的全部物质的5%。物质不断落到内部的小核上，它带来的能量在物质撞击到核心上时又成为辐射而放出。与此同时，核心在不断缩小，并变得越来越热。

温度达到二千度左右时，氢分子开始分解成为原子。核心开始再度收缩，收缩时释放出的能量将把所有氢分子都分解为原子。这个新生的核心比今天的太阳稍大一些，不断向中心落下的外围物质最终都要落到这个核心上，一颗质量和太阳一样的恒星就要诞生了。

人们将这样的天体称为“原恒星”，它的辐射消耗主要由下落到它上面的物质的能量来补充。由于密度和温度在升高，原子渐渐地丢失了它们的外层电子。落下的气体和尘埃形成了厚厚的外壳，使光无法穿透。直至越来越多的下落物质和核心联成一体时，外壳才透光，发光的星体突然露出来。其余的云团物质还在不断向它落下，密度还在不断增大，内部温度也在上升。直至中心温度达到一千万度发生聚变。一颗原始的恒星诞生了。

在反抗引力的持久斗争中，恒星的主要武器是核能。它的核心就是一颗大核弹，在那里不断地爆炸。正是因为这种核动力能自我调节得几乎精确地与引力平衡，恒星才能在长达数十亿年的时间里保持稳定。

热核反应发生在极高温度的原子核之间，因而涉及物质的基本结构。在太阳这样的恒星中心，温度达到一千五百万开氏度，压强则为地球大气压的三千亿倍。在这样的条件下，不仅原子失去了所有电子而只剩下核，而且原子核的运动速度也是如此之高，以至于能够克服电排斥力而结合起来，这就是核聚变。

恒星是在氢分子云的中心产生的，因而主要由氢组成。氢是最简单的化学元素，它的原子核就是一个带正电荷的质子，还有一个带负电荷的电子绕核旋转。恒星内部的温度高到使所有电子都与质子分离，而质子就像气体中的分子在所有方向上运动。由于同种电荷互相排斥，质子就被一种电“盔甲”保护着，从而与其他质子保持距离。但是，在年轻恒星核心的一千五百万开氏度的高温下，质子运动得如此之快，以至于当它们相互碰撞时就能够冲破“盔甲”而粘合在一起，而不是像橡皮球那样再弹开。

四个质子聚合，就成为一个氦核。氦是宇宙中第二位最丰富的元素。氦核的质量小于它赖以形成的四个质子质量之和。这个质量差只是总质量的千分之七，但是这一点质量损失转化成了巨大的能量。一公斤氢变成氦时所释放的能量，足以使一只一百瓦的灯泡长明一百万年。像太阳那样的恒星有一个巨大的核，在那里每秒钟有六亿吨氢变成氦。巨大的核能量朝向恒星外部猛烈冲击就能阻止引力收缩。

恒星中心释放的能量作为光子辐射出来，然而光子要经过漫长的路程才能到达太阳表面并逃逸到星际空间。虽然光子的速度将近每秒钟三十万公里，太阳的半径是七十万公里，但从太阳中心发出的光子到达太阳表面的时间却不是二点三秒。那些光子得花上约一千万年才能走完这段路程。我们地球上现在收到的阳光，是八分钟前离开太阳表面的，但是它从太阳核心产生时，猿类和早已灭绝的柱牙象还在非洲行走，而非洲与欧亚大陆还未相连。

然而，“恒定”的演化历程终将结束，熊熊烈焰熄灭后，恒星将化为余烬。当所有的氢都变成了氦时，核心的火就没有足够的燃料来维持，恒星在主序阶段的平静日子就到了尽头，大动荡的时期来到了。

一旦燃料用光，热核反应的速率立即剧减，引力与辐射压之间的平衡被打破了，引力占据了上风。有着氦核和氢外壳的恒星，在自身的重力下开始收缩，压强、密度和温度都随之升高，于是恒星外层尚未动用过的氢开始燃烧，外壳开始膨胀，而核心在收缩。

在大约一亿度的高温下，恒星核心的氦原子核聚变成为碳原子核。每三个氦核聚变成一个碳核，碳核再捕获另外的氦核而形成氧核。这些新反应的速度与缓慢的氢聚变完全不同。它们像闪电一样快地突然起爆（氦闪耀），而使恒星不得不尽可能地相应调整自己的结构。经历约一百万年后，核能量的外流渐趋稳定。此后的几亿年里，恒星处于暂时的平稳，核区的氦在渐渐消耗，氢的燃烧越来越向更外层推进。但是，调整是要付出代价的，这时的恒星将膨胀得极大，以使自己的结构适应于光度的增大。它的体积将增大十亿倍。这个过程中恒星的颜色会改变，因为其外层与高温的核心区相距很远，温度就低了下来。这种状态的恒星称为红巨星。

红巨星时期的恒星表面温度相对很低，但极为明亮，因为它们的体积非常巨大。肉眼能看到的最亮的星中有许多就是红巨星，如参宿四、毕宿五、大角、心宿二等。我们的太阳在五十亿或六十亿年后也将变成一个红色“巨人”。当核心的氢耗完时，太阳就开始膨胀，那时水星将化为蒸汽，金星的大气将被吹光，地球上的海洋将沸腾。然后太阳还会继续膨胀，并将地球纳入它的势力范围。地球被烧焦的残骸会继续在巨型太阳灼热而极稀薄的大气里转圈。红巨星外层物质的密度比地球实验室里能得到的最好真空还要低得多。

在恒星大膨胀成为红巨星，热核反应速率也不可逆转地衰减之后，恒星吹出气体并收缩到地球那样大小，即几千公里直径。物质的浓缩使得星体表面温度大为升高，以至真正成为白热。小尺度和高表面温度这两个特征，使这种星得名为白矮星。

白矮星是中等质量恒星演化的终点，在银河系中随处可见。它的质量越大，半径就越小。由于没有热核反应来提供能量，白矮星在发出辐射的同时，也以同样的速率冷却。但是，白矮星本性节俭，它在形成后要经过数十亿年的冷却时间。白矮星的变暗过程是如此之慢，自一百五十亿年前宇宙创生和第一批恒星出现以来，恐怕还没有一个黑矮星形成，这里需要极大的耐心。太阳正处在其主序阶段的中点，还要经过五十亿年才到行星状星云那样的“高龄”，它将再短暂地活跃十万年，然后成为一颗白矮星并在一百亿年中缓慢地死去，最后作为一颗黑矮星而永存。

离开主序时质量超过八倍太阳的恒星能制造重原子核。在温度升到六亿开氏度时，碳保不住了，相互猛撞并聚合成氖和镁。一条“生产线”就此建立，因为每个新的热核反应都能释放更多的能量，使温度升得更高，从而导致新的转变。然而核转变并不能就无限制地继续，反应的洪流最后都朝着一个元素汇集：铁。铁是大质量恒星核心的最后灰烬。与此同时恒星还不断地膨胀其外壳以调节平衡，它会膨胀到一个异常巨大的尺度，成为红超巨星。红超巨星是宇宙中最大的恒星。如果把这样一个星放在太阳系中心，它将吞没包括远在五十亿公里外的冥王星在内的所有行星。

虽然铁核的温度在十亿度以上，却没有能量从中流出。它不足以使超巨星维持引力平衡，铁核就会被压得更紧密，使其中的电子处于简并态。当简并电子的巨大压力能暂时地支持外层的重量时，恒星活动会出现一个间歇。但是当核心里铁和简并电子的质量超过一点四个太阳质量时，电子已简并的核突然塌陷，剧烈收缩，在十分之一秒内温度猛升到五十亿度。涌出的光子带有的巨大能量将铁原子核炸开，蜕变成氦原子核。这个过程叫光致蜕变。光致蜕变使原子核破裂并吸收能量，恒星核心的平衡发生了前所未有的急剧变化，越来越不能抵挡无情的重压，温度持续上升，直到氦核本身也蜕变为其基本成分：质子、中子和电子。在高温下电子变得更不能阻挡压缩力，在零点一秒内，它们被挤压到与质子结合在一起。二者的电荷相中和，变成为中子，同时迸发出巨大的中微子流。中子的“占据体积”要小得多，两个中子之间的间隔，可以小到十的负十三次方厘米，也就是说，中子可以相互碰到。于是，中子化就伴随有一场物质的内向爆炸和密度朝着简并态的巨大增长。恒星的密度达到每立方厘米十的十四次方克，相当于在一只缝纫顶针里有一亿吨的质量。恒星核里再没有任何“真空”留下，恒星核就成了一种主要由中子组成的巨大原子核，这种远比白矮星紧密的新的物质简并态，就叫做中子星。

在某些质量远大于太阳的恒星的已简并的核心，继续发生着坍缩，但最终形成的并不是中子星，而是黑洞。

没有东西能从黑洞逃逸，包括光线在内。黑洞可从大质量恒星的死亡中产生。一颗大质量恒星坍缩后，当其引力大得无任何其他排斥力能与之相对抗时，恒星被压成了一个称为“奇点”的孤立点。有关黑洞结构的细节可用爱因斯坦解释引力使空间弯曲和时钟变慢的广义相对论来计算。奇点是黑洞的中心，在它周围引力极强。黑洞的表面通常称为视界，或叫事件地平(Event Horizon)、“静止球状黑洞的史瓦西半径”，它是那些能够和遥远事件相通的时空事件和那些因信号被强引力场捕获而不能传出去的时空事件之间的边界。在事件地平之下，逃逸速度大于光速。这是一种人类尚未得到直接观察证实的天体现象，但它已被一些著名的理论天文学家如霍金等在数学模型方面研究得相当完善

恒星通常是在星际气体中诞生的。在宇宙中，当星际气体的密度增加到一定程度时，由于其内部引力的增长大于气体压力的增长，这团气体云就开始收缩。这样的倾向一开始，其自身引力使巨量物质的密度普遍增大。巨大质量的星际物质开始变得不稳定。这些巨量的星际气体与尘埃坍缩进行得越来越迅猛，开始分裂形成较小的云团，密度也增大了许多。这些较小的云团最终将各自成为一颗恒星。由于星际物质的质量通常非常巨大，通常在太阳的一万倍以上，所以恒星总是一下子一大批地降生。

如果有一团星际气体超过通常的星际物质（每立方厘米一个氢原子）的密度，达到每立方厘米已达六万个氢原子。开始时这团气体是透光的，发出的光热辐射不受周围物质的牵制，畅行无阻地传到外面。物质以自由落体的形式落到中心，在中心区积聚起来。本来质量均匀分布的一团物质，变成了越往里密度越大的气体球。随着密度的增大，中心附近的重力加速度越来越大，内部区域物质的运动速度的增长表现得最为突出。开始几乎所有的氢以分子的形式存在，气体的温度也很低，总不见升高，这是因为它仍然过于稀薄，一切辐射都能往外穿透，溃缩着的气体球受到的加热作用并不显著。经历几十万年后，中心区的密度逐渐变大，在那里，气体对于辐射来说变得不透明了。这时核心便开始升温，随着温度的上升，压力开始变大，坍缩逐渐停止。这个特密中心区的半径通常和木星轨道半径相近，而它所含的质量只及整个坍缩过程中涉及的全部物质的5%。物质不断落到内部的小核上，它带来的能量在物质撞击到核心上时又成为辐射而放出。与此同时，核心在不断缩小，并变得越来越热。

温度达到二千度左右时，氢分子开始分解成为原子。核心开始再度收缩，收缩时释放出的能量将把所有氢分子都分解为原子。这个新生的核心比今天的太阳稍大一些，不断向中心落下的外围物质最终都要落到这个核心上，一颗质量和太阳一样的恒星就要诞生了。

人们将这样的天体称为“原恒星”，它的辐射消耗主要由下落到它上面的物质的能量来补充。由于密度和温度在升高，原子渐渐地丢失了它们的外层电子。落下的气体和尘埃形成了厚厚的外壳，使光无法穿透。直至越来越多的下落物质和核心联成一体时，外壳才透光，发光的星体突然露出来。其余的云团物质还在不断向它落下，密度还在不断增大，内部温度也在上升。直至中心温度达到一千万度发生聚变。一颗原始的恒星诞生了。

在反抗引力的持久斗争中，恒星的主要武器是核能。它的核心就是一颗大核弹，在那里不断地爆炸。正是因为这种核动力能自我调节得几乎精确地与引力平衡，恒星才能在长达数十亿年的时间里保持稳定。

热核反应发生在极高温度的原子核之间，因而涉及物质的基本结构。在太阳这样的恒星中心，温度达到一千五百万开氏度，压强则为地球大气压的三千亿倍。在这样的条件下，不仅原子失去了所有电子而只剩下核，而且原子核的运动速度也是如此之高，以至于能够克服电排斥力而结合起来，这就是核聚变。

恒星是在氢分子云的中心产生的，因而主要由氢组成。氢是最简单的化学元素，它的原子核就是一个带正电荷的质子，还有一个带负电荷的电子绕核旋转。恒星内部的温度高到使所有电子都与质子分离，而质子就像气体中的分子在所有方向上运动。由于同种电荷互相排斥，质子就被一种电“盔甲”保护着，从而与其他质子保持距离。但是，在年轻恒星核心的一千五百万开氏度的高温下，质子运动得如此之快，以至于当它们相互碰撞时就能够冲破“盔甲”而粘合在一起，而不是像橡皮球那样再弹开。

四个质子聚合，就成为一个氦核。氦是宇宙中第二位最丰富的元素。氦核的质量小于它赖以形成的四个质子质量之和。这个质量差只是总质量的千分之七，但是这一点质量损失转化成了巨大的能量。一公斤氢变成氦时所释放的能量，足以使一只一百瓦的灯泡长明一百万年。像太阳那样的恒星有一个巨大的核，在那里每秒钟有六亿吨氢变成氦。巨大的核能量朝向恒星外部猛烈冲击就能阻止引力收缩。

恒星中心释放的能量作为光子辐射出来，然而光子要经过漫长的路程才能到达太阳表面并逃逸到星际空间。虽然光子的速度将近每秒钟三十万公里，太阳的半径是七十万公里，但从太阳中心发出的光子到达太阳表面的时间却不是二点三秒。那些光子得花上约一千万年才能走完这段路程。我们地球上现在收到的阳光，是八分钟前离开太阳表面的，但是它从太阳核心产生时，猿类和早已灭绝的柱牙象还在非洲行走，而非洲与欧亚大陆还未相连。

然而，“恒定”的演化历程终将结束，熊熊烈焰熄灭后，恒星将化为余烬。当所有的氢都变成了氦时，核心的火就没有足够的燃料来维持，恒星在主序阶段的平静日子就到了尽头，大动荡的时期来到了。

一旦燃料用光，热核反应的速率立即剧减，引力与辐射压之间的平衡被打破了，引力占据了上风。有着氦核和氢外壳的恒星，在自身的重力下开始收缩，压强、密度和温度都随之升高，于是恒星外层尚未动用过的氢开始燃烧，外壳开始膨胀，而核心在收缩。

在大约一亿度的高温下，恒星核心的氦原子核聚变成为碳原子核。每三个氦核聚变成一个碳核，碳核再捕获另外的氦核而形成氧核。这些新反应的速度与缓慢的氢聚变完全不同。它们像闪电一样快地突然起爆（氦闪耀），而使恒星不得不尽可能地相应调整自己的结构。经历约一百万年后，核能量的外流渐趋稳定。此后的几亿年里，恒星处于暂时的平稳，核区的氦在渐渐消耗，氢的燃烧越来越向更外层推进。但是，调整是要付出代价的，这时的恒星将膨胀得极大，以使自己的结构适应于光度的增大。它的体积将增大十亿倍。这个过程中恒星的颜色会改变，因为其外层与高温的核心区相距很远，温度就低了下来。这种状态的恒星称为红巨星。

红巨星时期的恒星表面温度相对很低，但极为明亮，因为它们的体积非常巨大。肉眼能看到的最亮的星中有许多就是红巨星，如参宿四、毕宿五、大角、心宿二等。我们的太阳在五十亿或六十亿年后也将变成一个红色“巨人”。当核心的氢耗完时，太阳就开始膨胀，那时水星将化为蒸汽，金星的大气将被吹光，地球上的海洋将沸腾。然后太阳还会继续膨胀，并将地球纳入它的势力范围。地球被烧焦的残骸会继续在巨型太阳灼热而极稀薄的大气里转圈。红巨星外层物质的密度比地球实验室里能得到的最好真空还要低得多。

在恒星大膨胀成为红巨星，热核反应速率也不可逆转地衰减之后，恒星吹出气体并收缩到地球那样大小，即几千公里直径。物质的浓缩使得星体表面温度大为升高，以至真正成为白热。小尺度和高表面温度这两个特征，使这种星得名为白矮星。

白矮星是中等质量恒星演化的终点，在银河系中随处可见。它的质量越大，半径就越小。由于没有热核反应来提供能量，白矮星在发出辐射的同时，也以同样的速率冷却。但是，白矮星本性节俭，它在形成后要经过数十亿年的冷却时间。白矮星的变暗过程是如此之慢，自一百五十亿年前宇宙创生和第一批恒星出现以来，恐怕还没有一个黑矮星形成，这里需要极大的耐心。太阳正处在其主序阶段的中点，还要经过五十亿年才到行星状星云那样的“高龄”，它将再短暂地活跃十万年，然后成为一颗白矮星并在一百亿年中缓慢地死去，最后作为一颗黑矮星而永存。

离开主序时质量超过八倍太阳的恒星能制造重原子核。在温度升到六亿开氏度时，碳保不住了，相互猛撞并聚合成氖和镁。一条“生产线”就此建立，因为每个新的热核反应都能释放更多的能量，使温度升得更高，从而导致新的转变。然而核转变并不能就无限制地继续，反应的洪流最后都朝着一个元素汇集：铁。铁是大质量恒星核心的最后灰烬。与此同时恒星还不断地膨胀其外壳以调节平衡，它会膨胀到一个异常巨大的尺度，成为红超巨星。红超巨星是宇宙中最大的恒星。如果把这样一个星放在太阳系中心，它将吞没包括远在五十亿公里外的冥王星在内的所有行星。

虽然铁核的温度在十亿度以上，却没有能量从中流出。它不足以使超巨星维持引力平衡，铁核就会被压得更紧密，使其中的电子处于简并态。当简并电子的巨大压力能暂时地支持外层的重量时，恒星活动会出现一个间歇。但是当核心里铁和简并电子的质量超过一点四个太阳质量时，电子已简并的核突然塌陷，剧烈收缩，在十分之一秒内温度猛升到五十亿度。涌出的光子带有的巨大能量将铁原子核炸开，蜕变成氦原子核。这个过程叫光致蜕变。光致蜕变使原子核破裂并吸收能量，恒星核心的平衡发生了前所未有的急剧变化，越来越不能抵挡无情的重压，温度持续上升，直到氦核本身也蜕变为其基本成分：质子、中子和电子。在高温下电子变得更不能阻挡压缩力，在零点一秒内，它们被挤压到与质子结合在一起。二者的电荷相中和，变成为中子，同时迸发出巨大的中微子流。中子的“占据体积”要小得多，两个中子之间的间隔，可以小到十的负十三次方厘米，也就是说，中子可以相互碰到。于是，中子化就伴随有一场物质的内向爆炸和密度朝着简并态的巨大增长。恒星的密度达到每立方厘米十的十四次方克，相当于在一只缝纫顶针里有一亿吨的质量。恒星核里再没有任何“真空”留下，恒星核就成了一种主要由中子组成的巨大原子核，这种远比白矮星紧密的新的物质简并态，就叫做中子星。

在某些质量远大于太阳的恒星的已简并的核心，继续发生着坍缩，但最终形成的并不是中子星，而是黑洞。

没有东西能从黑洞逃逸，包括光线在内。黑洞可从大质量恒星的死亡中产生。一颗大质量恒星坍缩后，当其引力大得无任何其他排斥力能与之相对抗时，恒星被压成了一个称为“奇点”的孤立点。有关黑洞结构的细节可用爱因斯坦解释引力使空间弯曲和时钟变慢的广义相对论来计算。奇点是黑洞的中心，在它周围引力极强。黑洞的表面通常称为视界，或叫事件地平(Event Horizon)、“静止球状黑洞的史瓦西半径”，它是那些能够和遥远事件相通的时空事件和那些因信号被强引力场捕获而不能传出去的时空事件之间的边界。在事件地平之下，逃逸速度大于光速。这是一种人类尚未得到直接观察证实的天体现象，但它已被一些著名的理论天文学家如霍金等在数学模型方面研究得相当完善

恒星的诞生－星卵

作为恒星诞生地的星际气体云团十分稀薄而且温度极低，云团中与引力相抗衡的气体压力很弱，引力的作用使得云团缓慢地收缩。超新星爆炸产生的冲击波或云团周围一些亮星向外喷射的高热气流（称为“星风“）都会使云团中出现不均匀的密度分布，造成云团中出现多个密度中心，这些密度中心周围的气体分别向这些中心收缩，形成一个个小云团。收缩过程中，小云团中心温度升高，旋转加快，密度越来越大，演变成中心有核，周围由盘状物质包围的形状，云团的表面温度一般为绝对温度2000－3000度，质量与太阳相仿，只发出红外辐射，不发射可见光，所以还只是恒星的胚胎，或形象地称之为“星卵”。

不同大小的云团演化快慢大不一样，象太阳这样典型大小的恒星，其处于星卵的状态的大约要维持100万年，在此期间云团继续复杂的收缩过程，中心温度则持续升高，一直到超过100万度，在这种极高的温度下将出现由氢原子核变成氦原子核的“核聚变“反应，这是恒星的根本特征，星球只有到了能由核聚变反应而释放能量，才算是真正进入了“成年恒星“的阶段，也只有此时才真正变得灿烂夺目。此时的恒星中心密度和温度都很高，巨大的气体压力足以抵抗引力收缩，所以恒星也不再继续收缩了，恒星的性质变得十分稳定，就象我们的太阳一样，恒星一生中90％以上的时间都处于这一阶段。

恒星的壮年－从主序星到红巨星

恒星发光发热的源泉是由氢原子核转变为氦原子核的核聚变反应，维持核反应的阶段就是恒星的壮年期，天文学上称为“主序星“阶段。质量不同的恒星维持核反应的时间大不一样，大质量恒星的核心温度更高，核反应消耗氢的速度比小质量恒星快得多，因此其生命历程相对来说要短得多，比如象10个太阳质量那样大的恒星只能维持一千万年左右的生命，而太阳却能维持100亿年。

太阳这样大小的恒星是宇宙中最为典型的，它们生命中80％－90％的时间都处在稳定的主序阶段，当中心的氢逐渐燃烧完后，一颗恒星的生命就接近尾声了。此时星体核心会迅速收缩，相反地，外层的氢却开始燃烧并迅速膨胀，这是恒星生命中一个十分有趣的阶段，星体的体积大大增加，比如太阳这样的恒星会膨胀数百倍，膨胀的结果导致恒星表面温度下降，颜色变红，同时其表面亮度却会大大增强，天文学上习惯于将光度（即恒星的本质亮度）大的天体称为“巨星”，因此这一阶段的恒星的典型特征就是“红巨星”。

相对而言，“红巨星”阶段是很短暂的，此后由于核心的收缩导致温度进一步升高而引发氦原子核聚变为碳原子核的反应以及此后一系列更为复杂的核聚变反应，恒星快速地走向死亡。

恒星走向死亡

恒星走向死亡的途径因其质量的不同而有很大的不同，象太阳这种中等质量的星体其死亡是比较“温和”的，在红巨星阶段之后，恒星的外壳一直向外膨胀，核心则持续收缩，发出紫外光或X射线，高能射线激发外层气体发出荧光，形成美丽的行星状星云。外壳气体逐渐消散在星际空间，成为下一代恒星的原料，而中心部分在收缩到一定程度后，停止了一切核反应过程，变成一颗冷却了的、密度却极大的白矮星，其中1个方糖大小的物质，重量可与一辆卡车相当。

质量较大的恒星走向死亡的途径往往是十分壮烈的，通常质量大于太阳8倍以上的星球，不会平静地演化为白矮星，而是引发一场震天动地的大爆炸，星体的亮度突然增亮几十倍甚至几百倍，这就是所谓的超新星爆发，星体粉身碎骨，核心遗留下来两种特殊形态的天体－中子星或黑洞。中子星的质量和太阳差不多，但半径只有10公里左右，可见其密度更比白矮星高得多了。超新星爆炸后，如果残留的核心质量仍较大，则会形成密度更为惊人的黑洞，任何物质甚至连光线都无法逃脱它强大的引力场，我们无法直接看到它，这也正是其名为“黑”的由来。

恒星的“生死循环”

正如动、植物的死亡将成为下一代生命的原料一样，恒星的死亡也都有一个共同的特征，即将其本体中的大量物质抛射到星际空间中，这些物质逐渐弥漫在宇宙空间中，以气体或尘埃的形式成为新一代恒星的原材料。同时正是在恒星的演化过程中通过核聚变形成了许多构成生命所必需的重元素，这些重元素在恒星死亡后弥散在宇宙空间中，才有可能导致象人这种生命的诞生。

恒星的形成
根据弥漫说的理论，恒星形成可分为两个阶段，开始时先由极其稀薄的物质凝聚成星云并进一步收缩成原恒星，然后原恒星才发展成为恒星。
巨大的星云
星际空间普遍存在极稀薄的物质，由于分布不均匀而往往分裂成团块，并向中心凝聚，成为弥漫星云。 弥漫星云在逐步凝聚收缩过程中进一步分裂，变成体积和质量更小而密度却更高的小球状星云。 星云很庞大，半径起码有好几光年。它的外原物质自由地向中心坠落，收缩进行得相当快，但也需几百万年的时间才能落到中心区。随着快收缩过程的进行，星云内部的密度迅速增大，温度快速升高，气压也相应增强，随之发生一系列的反应，使外原物质下落的速度和小球状体的收缩速度减缓，即进入慢收缩阶段。 星云的形状各异，人们用肉眼只能看到一个猎户座大星云。
原恒星阶段
一般把处于慢收缩阶段的天体称为原恒星。慢收缩开始后，中心区受强烈压缩而升温并发出热辐射，直到最后中心温度升到约800至1000万度以上，由氢原子核聚变为氦原子核的热核反应提供足够的能量，使内部压力与引力处于相对平衡状态，一颗恒星就正式诞生了。 原恒星进一步形成恒星的收缩过程要持续几百万到几千万年。

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苑建扶严：[答案] AB