星星方面的知识

星星方面的知识

在地球上遥望夜空,宇宙是恒星的世界.
恒星在宇宙中的分布是不均匀的.从诞生的那天起,它们就聚集成群,交映成辉,组成双星、星团、星系……
恒星是在熊熊燃烧着的星球.一般来说,恒星的体积和质量都比较大.只是由于距离地球太遥远的缘故,星光才显得那么微弱.
古代的天文学家认为恒星在星空的位置是固定的,所以给它起名“恒星”,意思是“永恒不变的星”.可是我们今天知道它们在不停地高速运动着,比如太阳就带着整个太阳系在绕银河系的中心运动.但别的恒星离我们实在太远了,以至我们难以觉察到它们位置的变动.
恒星发光的能力有强有弱.天文学上用“光度”来表示它.所谓“光度”,就是指从恒星表面以光的形式辐射出的功率.恒星表面的温度也有高有低.一般说来,恒星表面的温度越低,它的光越偏红；温度越高,光则越偏蓝.而表面温度越高,表面积越大,光度就越大.从恒星的颜色和光度,科学家能提取出许多有用信息来.
历史上,天文学家赫茨普龙和哲学家罗素首先提出恒星分类与颜色和光度间的关系,建立了被称为“赫-罗图的”恒星演化关系,揭示了恒星演化的秘密.“赫-罗图”中,从左上方的高温和强光度区到右下的低温和弱光区是一个狭窄的恒星密集区,我们的太阳也在其中；这一序列被称为主星序,90％以上的恒星都集中于主星序内.在主星序区之上是巨星和超巨星区；左下为白矮星区.
恒星诞生于太空中的星际尘埃（科学家形象地称之为“星云”或者“星际云”）.
恒星的“青年时代”是一生中最长的黄金阶段——主星序阶段,这一阶段占据了它整个寿命的90％.在这段时间,恒星以几乎不变的恒定光度发光发热,照亮周围的宇宙空间.
在此以后,恒星将变得动荡不安,变成一颗红巨星；然后,红巨星将在爆发中完成它的全部使命,把自己的大部分物质抛射回太空中,留下的残骸,也许是白矮星,也许是中子星,甚至黑洞……
就这样,恒星来之于星云,又归之于星云,走完它辉煌的一生.
绚丽的繁星,将永远是夜空中最美丽的一道景致.
双星

对于天体物理学家来说,双星是能提供最多信息的天体,从双星可以得到比单个恒星更多的信息和恒星演化的秘密.
在浩瀚的银河系中,我们发现的半数以上的恒星都是双星体,它们之所以有时被误认为单个恒星,是因为构成双星的两颗恒星相距得太近了,它们绕共同的质量中心作圆形轨迹运动,以至于我们很难分辨它们,这其中包括著名的第一亮星天狼星. 天狼星主星天狼A的质量为2.3个太阳质量,其伴星天狼B是一颗质量仅为0.98个太阳质量的白矮星.按照恒星的演化理论,质量大的恒星将很快演化,将首先耗尽其氢燃料；质量小的则有着很长的寿命.而一颗质量小于太阳的恒星从其诞生到白矮星至少要经过长达一百亿年的历史；而天狼星A有2.3个太阳质量,应该比其伴星更快演化,但事实上此星明显正在进行氢燃烧,是一颗完全正常的恒星.质量大的恒星还没有耗尽氢燃料,而质量小的相反却已经耗尽了氢而处于寿命的后期.这种情况不是唯一的,英仙座的大陵五双星及其他很多恒星也有类似情况,这些对双星中都有一颗是白矮星或是中子星,甚至有可能是一个黑洞.
下面我们假设我们可以观测到一对双星的演变过程,作一次实地跟踪观测：
最初,A星的质量大约为2至3个太阳质量,B星为1.5个太阳质量. 这以后,正如单个恒星演化过程一样,质量较大的恒星演化得很快, A星首先消耗掉了大量的氢元素,其外层慢慢膨胀起来,很快膨胀为一颗红巨星,其半径不断增大,而其内部已经形成了一个半径约为太阳几十分之一的白矮星氦核. 当A星外壳开始进入B星的引力范围时,A星的表面物质开始受B星的引力离开A星表面流向B星表面.但由于两星相互公转以及B星的自转,流来的物质并不立即落在表面,而是先在B星周围随B星自转形成一个碟状气体盘,然后才能逐步降落在B星表面.于是A星不断有物质转移到B星,这使得A星的老化进程急剧加快,并以更快速度膨胀,甚至将B星的轨道吞没. 这个过程将持续数万年. 这以后,A星耗尽了它所有的剩余氢,而其巨大的外壳可以伸展到十几个太阳半径之外,但最终大部分将被B星所吸收.此刻,A星基本上全是由氦组成了,质量仅仅剩下原来的五分之一左右,而B星质量则增至原来的二倍多.这样,质量对比发生了明显变化：A星成了质量较小的致密的白矮星,而B星由于吸收了A星的大部分质量,体积增加了许多,成为双星中质量较大的恒星.在A星周围原来膨胀的外壳在失去膨胀力后一部分逐渐降落在小白矮星上；而B星正处于中年期,继续其正常恒星的演化.这就是我们现在看到的天狼星及其伴星的情况.
这以后,这对双星继续演化,象原来一样,质量较大的恒星将以很快的速度进行演化,并在耗尽其内核附近的氢燃料后开始了膨胀,进入红巨星阶段.此时,A星的强大引力将慢慢对B星不断膨大的表面上的物质起作用,物质开始从B星表面迅速流向A星. 像从前一样,流质在A星周围形成气体盘,并不断降落在A星表面.以后的时间里,B星由于丢失大量物质而缺少燃料迅速老化膨胀；A星则可能由于吸附了大量物质而塌陷成中子星甚至黑洞.B星将终于发生超新星爆发而结束其一生,把身体的大部分质量抛向宇宙,而在其中心留下一个致密的白矮星或中子星.
这样一对双星就这样转化成一对仍然相互作用转动的白矮星、中子星或黑洞.由于其间复杂的引力作用,双星的演化过程比单个恒星要短得多.这些特点,使我们有机会看到恒星演化的更多奇观.
脉冲星

人们最早认为恒星是永远不变的.而大多数恒星的变化过程是如此的漫长,人们也根本觉察不到.然而,并不是所有的恒星都那么平静.后来人们发现,有些恒星也很“调皮”,变化多端.于是,就给那些喜欢变化的恒星起了个专门的名字,叫“变星”.
脉冲星,就是变星的一种.脉冲星是在1967年首次被发现的.当时,还是一名女研究生的贝尔,发现狐狸星座有一颗星发出一种周期性的电波.经过仔细分析,科学家认为这是一种未知的天体.因为这种星体不断地发出电磁脉冲信号,人们就把它命名为脉冲星.
脉冲星发射的射电脉冲的周期性非常有规律.一开始,人们对此很困惑,甚至曾想到这可能是外星人在向我们发电报联系.据说,第一颗脉冲星就曾被叫做“小绿人一号”.
经过几位天文学家一年的努力,终于证实,脉冲星就是正在快速自转的中子星.而且,正是由于它的快速自转而发出射电脉冲.
正如地球有磁场一样,恒星也有磁场；也正如地球在自转一样,恒星也都在自转着；还跟地球一样,恒星的磁场方向不一定跟自转轴在同一直线上.这样,每当恒星自转一周,它的磁场就会在空间划一个圆,而且可能扫过地球一次.
那么岂不是所有恒星都能发脉冲了?其实不然,要发出像脉冲星那样的射电信号,需要很强的磁场.而只有体积越小、质量越大的恒星,它的磁场才越强.而中子星正是这样高密度的恒星.
另一方面,当恒星体积越大、质量越大,它的自转周期就越长.我们很熟悉的地球自转一周要二十四小时.而脉冲星的自转周期竟然小于一秒!要达到这个速度,连白矮星都不行.这同样说明,只有高速旋转的中子星,才可能扮演脉冲星的角色.
这个结论引起了巨大的轰动.因为虽然早在30年代,中子星就作为假说而被提了出来,但是一直没有得到证实,人们也不曾观测到中子星的存在.而且因为理论预言的中子星密度大得超出了人们的想象,在当时,人们还普遍对这个假说抱怀疑的态度.
直到脉冲星被发现后,经过计算,它的脉冲强度和频率只有像中子星那样体积小、密度大、质量大的星体才能达到.这样,中子星才真正由假说成为事实.这真是本世纪天文学上的一件大事.因此,脉冲星的发现,被称为二十世纪六十年代的四大天文学重要发现之一.