了解宇宙知識可以讓你更有見識，還能夠幫助我們轉變思考的角度

（本文的篇幅稍微有點長耐心看下去對你一定有幫助）

我們處在一個科學發達的時代，我們對身處的宇宙有了一些最基本的認識。雖然這些認識不完善，而且值得懷疑，但卻是人類助繼續認識宇宙的基石。了解這些知識，不僅僅能夠增加我們的知識，也能夠幫助我們轉變思考的角度。

天體

什麼是天體？辭書是這樣解釋的：天體是宇宙間各種物質客體的統稱。包括太陽、地球、月亮和其他恆星、衛星、著星、流星、宇宙塵埃等。

天體是人們可以看到的。到目前為止，人類目力可及的天體還是少而又少，欲識廬山真面目，我們還要努力。

人們從未放棄發現新天體的努力，從古到今，觀測手段越來越先進，但總有目力不及的地方。人類的技術能力總是落後於認識能力，只能腳踏實地，一來。

據國外媒體報道，有關「大爆炸」之後出現的最初物體的最新證據開始讓科學家們展開了熱烈討論，它們到底會是什麼。研究人員稱，充當最初的宇宙「焰火」角色的可能是恆星或是類星體，但是還不確定到底是哪一種。

利用美國國家航空航天局斯皮策太空望遠鏡，研究人員分析了來自太空深處的紅外線輻射。他們首先將前景中新生星系的明亮圖像去除掉，以便發現古老的背景光芒。這些研究人員在紅外線背景輻射中發現了一些色塊，他們相信這些色塊來自於「大爆炸」後的最初物體。卡什林斯基博士說：「觀測這些宇宙紅外線背景輻射就像是在一個明亮的城市中欣賞遠處的焰火。」研究人員說他們將把早期恆星發射出的光線分離出來。

同時，他們也指出，發出光芒的早期物體也可能是一些類星體一大型黑洞，它們消耗掉大量的氣體與碎片並重新以強烈的能量爆發形式噴發出物質。

卡什林斯基博士稱，「我們無法說明『火焰』中的每一個火花，我們只能夠看到大型的結構和它們的光芒。」澳大利亞國立大學的天體物理學家米歇爾·貝塞爾教授指出，這是因為他們缺乏具有足夠解析度的儀器。他指出，科學家們已經證實我們可以看到宇宙最早的恆星形成時期的景象，這是非常令人興奮的。但是，重要的問題是我們到底在看什麼物體。貝塞爾稱，「如果遙遠的『焰火』是類星體的話，那麼這意味著最初的恆星會形成得更早一些。類星體是星系的中心，而星系被認為是在最初的恆星形成的較晚階段才形成的。」天文學家認為，在宇宙早期，恆星變得非常之大，因為他們包含著更少的金屬成分。卡什林斯基博士及其團隊稱，如果他們看到的是恆星的話，這些恆星必定極其明亮，體積將超過我們太陽的一千倍。

卡什林斯基博士的問題是：「最大的恆星能是什麼樣呢·」找到答案將是十分令人興奮的事情。貝塞爾指出，下一代的斯皮策太空望遠鏡或是「平方千米望遠鏡陣列」將有助於破解這些遙遠目標的真相。

宇宙

宇宙，是我們所在的空間，「宇」字的本義就是指上下四方。地球是我們的家園，而地球僅是太陽系的第三顆行星。而太陽系又僅僅定居於銀河系巨大旋臂的一側，而銀河系，在宇宙所有星系中，也許很不起眼……這一切，組成了我們的宇宙。宇宙，是所有天體共同的家園；宇宙，又是我們所在的時間。「宙」的本意就是指古往今來。因為，我們的宇宙不是從來就有的，它也有著誕生和成長的過程。現代科學發現，我們的宇宙大概形成於200億年以前。在一次無比壯觀的大爆炸中，我們的宇宙誕生了！（這就是著名的「大爆炸」理論。）宇宙一經形成，就在不停地運動著。科學家發現，宇宙正在膨脹著，星體之間的距離越來越大。宇宙的明天會怎樣？許多的科學家正為此辛勤工作著。這也許永遠是一個謎，一個令人無限神往的謎。

黑洞

「黑洞」很容易讓人望文生義地想像成一個「大黑窟窿」，其實不然。所謂「黑洞」，就是這樣一種天體：它的引力場是如此之強，就連光也不能逃脫出來。

根據廣義相對論，引力場將使時空彎曲。當恆星的體積很大時，它的引力場對時空幾乎沒什麼影響，從恆星表面上某一點發的光可以朝任何方向沿直線射出。而恆星的半徑越小，它對周圍的時空彎曲作用就越大，朝某些角度發出的光就將沿彎曲空間返回恆星表面。

等恆星的半徑小到一特定值（天文學上叫「史瓦西半徑」）時，就連垂直表面發射的光都被捕獲了。到這時，恆星就變成了黑洞。說它「黑」，是指它就像宇宙中的無底洞，任何物質一旦掉進去，似乎就再不能逃出。實際上真正的黑洞是「隱形」的。

那麼，黑洞是怎樣形成的呢？其實，跟白矮星和中子星一樣，黑洞很可能也是由恆星演化而來的。

當一顆恆星衰老時，它的熱核反應已經耗盡了中心的燃料（氫），由中心產生的能量已經不多了。這樣，它再也沒有足夠的力量來承擔起外殼巨大的重量。所以在外殼的重壓之下，核心開始坍縮，直到最後形成體積小、密度大的星體，重新有能力與壓力平衡。

質量小一些的恆星主要演化成白矮星，質量比較大的恆星則有可能形成中子星。而根據科學家的計算，中子星的總質量不能大於3倍太陽的質量。如果超過了這個值，那麼將再沒有什麼力能與自身重力相抗衡了，從而引發另一次大坍縮。

這次，根據科學家的猜想，物質將不可阻擋地向著中心點進軍，直至成為一個體積趨於零、密度趨向無限大的「點」。而當它的半徑一旦收縮到一定程度（史瓦西半徑），巨大的引力就使得即使光也無法向外射出，從而切斷了恆星與外界的一切聯繫一一「黑洞」誕生了。

與別的天體相比，黑洞是顯得太特殊了。例如，黑洞有「隱身術」，人們無法直接觀察到它，連科學家都只能對它內部結構提出各種猜想。那麼，黑洞是怎麼把自己隱藏起來的呢？答案就是一一彎曲的空間。我們都知道，光是沿直線傳播的，這是一個最基本的常識。可是根據廣義相對論，空間會在引力場作用下彎曲。

這時候，光雖然仍然沿任意兩點間的最短距離傳播，但走的已經不是直線，而是曲線。形象地講，好像光本來是要走直線的，只不過強大的引力把它拉得偏離了原來的方向。

在地球上，由於引力場作用很，這種彎曲是微乎其微的。而在黑洞周圍，空間的這種變形非常大。這樣，即使是被黑洞擋著的恆星發出的光，雖然有一部分會落人黑洞中消失，可另一部分光線會通過彎曲的空間繞過黑洞而到達地球。所以，我們可以毫不費力地觀察到黑洞背面的星空，就像黑洞不存在一樣，這就是黑洞的隱身術。

更有趣的是，有些恆星不僅是朝著地球發出的光能直接到達地球，它朝其他方向發射的光也可能被附近黑洞的強引力折射而能到達地球。這樣我們不僅能看見這顆恆星的「臉」，還同時看到它的側面，甚至後背！

「黑洞」無疑是21世紀最具有挑戰性、也最讓人激動的天文學說之一。許多科學家正在為揭開它的神秘面紗而辛勤工作著，新的理論也不斷地提出。不過，這些當代天體物理學的最新成果不是在這裡三言兩語能說清楚的。有興趣的朋友可以去參考專門的論著。

星雲

當我們提到宇宙空間時，我們往往會想到那裡是一無所有、黑暗寂靜的真空。其實，這不完全對。恆星之間廣闊無垠的空間也許是寂靜的，但遠不是真正的「真空」，而是存在著各種各樣的物質。這些物質包括星際氣體、塵埃和粒子流等，人們把它們叫做「星際物質」。

星際物質與天體的演化有著密切的聯繫。觀測證實，星際氣體主要由氫和氦兩種元素構成，這跟恆星的成分是一樣的。人們甚至猜想，恆星是由星際氣體「凝結」而成的。星際塵埃是一些很小的固態物質，成分包括碳合物、氧化物等。

星際物質在宇宙空間的分布並不均勻。在引力作用下，某些地方的氣體和塵埃可能相互吸引而密集起來，形成雲霧狀。人們形象地把它們叫做「星雲」。按照形態，銀河系中的星雲可以分為瀰漫星雲、行星狀星雲等種。

瀰漫星雲正如它的名稱一樣，沒有明顯的邊界，常常呈不規則形狀。

它們的直徑在幾十光年左右，密度平均為每立方厘米10—100個原子（事實上這比實驗室里得到的真空要低得多）。它們主要分布在銀道面附近。比較著名的瀰漫星雲有獵戶座大星雲、馬頭星雲等。

行星狀星雲的樣子有點像吐的煙圈，中心是空的，而且往往有一顆很亮的恆星。恆星不斷向外拋射物質，形成星雲。可見，行星狀星雲是恆星晚年演化的結果。比較著名的有寶瓶座耳輪狀星雲和天琴座環狀星雲。

新星

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有時候，遙望星空，你可能會驚奇地發現：在某一星區，出現了一顆從來沒有見過的明亮星星！然而僅僅過了幾個月甚至幾天，它又漸漸消失了。

這種「奇特」的星星叫做新星或者超新星。在古代又被稱為「客星」，意思是這是一顆「前來做客」的恆星。

新星和超新星是變星中的一個類另一J。人們看見它們突然出現，曾經一度以為它們是剛剛誕生的恆星，所以取名叫「新星」。其實，它們不但不是新生的星體，相反，而是正走向衰亡的老年恆星。其實，它們就是正在爆發的紅巨星。我們曾經不止一次提到，當一顆恆星步入老年，它的中心會向內收縮，而外殼卻朝外膨脹』形成一顆紅巨星。紅巨星是很不穩定的，總有一天它會猛烈地爆發，拋掉身上的外殼，露出藏在中心的白矮星或中子星來。

在大爆炸中，恆星將拋射掉自己大部分的質量，同時釋放出巨大的能量。這樣，在短短几天內，它的光度有可能將增加幾十萬倍，這樣的星叫「新星」。如果恆星的爆發再猛烈些，它的光度增加甚至能超過1000萬倍，這樣的恆星叫做「超新星」。

超新星爆發的激烈程度是讓人難以置信的。據說它在幾天內傾瀉的能量，就像一顆青年恆星在幾億年里所輻射的那樣多，以至它看上去就像一整個星系那樣明亮！

新星或者超新星的爆發是天體演化的重要環節。它是老年恆星輝煌的葬禮，同時又是新生恆星的推動者。超新星的爆發可能會引發附近星雲中無數顆恆星的誕生。另一方面，新星和超新星爆發的灰燼，也是形成別的天體的重要材料。比如說，今天我們地球上的許多物質元素就來自目卩些早已消失的恆星。

白矮星

白矮星是一種很特殊的天體，它的體積小，亮度低，但質量大、密度極高。比如天狼星伴星（它是最早被發現的白矮星），體積比地球大不了多少，但質量卻和太陽差不多！也就是說，它的密度在1000萬噸/立方米左右。

根據白矮星的半徑和質量，可以算出它的表面重力等於地球表面的1000萬到10億倍。在這樣高的壓力下，任何物體都已不復存在，連原子都被壓碎了：電子脫離了原子軌道變為自由電子。

白矮星是一種晚期的恆星。根據現代恆星演化理論，白矮星是在紅巨星的中心形成的。

當紅巨星的外部區域迅速膨脹時，氦核受反作用力卻強烈向內收縮，被壓縮的物質不斷變熱，最終內核溫度將超過一億°c，於是氦開始聚變成碳。

經過幾百萬年，氦核燃燒殆盡，現在恆星的結構組成已經不那麼簡單了：外殼仍然是以氫為主的混合物，而在它下面有一個氦層，氦層內部還埋有一個碳球。核反應過程變得更加複雜，中心附近的溫度繼續上升，最終使碳轉變為其他元素。

與此同時，紅巨星外部開始發生不穩定的脈動振蕩：恆星半徑時而變大，時而又縮小，穩定的主星序恆星變為極不穩定的巨大火球，火球內部的核反應也越來越趨於不穩定，忽而強烈，忽而微弱。此時的恆星內部核心密度實際上已經增大到每立方厘米10噸左右，我們可以說，此時，在紅巨星內部，已經誕生了一顆白矮星。

白矮星的密度為什麼這樣大呢？

我們知道，原子是由原子核和電子組成的，原子的質量絕大部分集中在原子核上，而原子核的體積很小。

比如氫原子的半徑為一億分之一厘米，而氫原子核的半徑只有十萬億分之一厘米。

假如核的大小像一顆玻璃球，則電子軌道將在兩千米以外。

而在巨大的壓力之下，電子將脫離原子核，成自由電子。這種自由電子氣體將儘可能地佔據原子核之間的空隙，從而使單位空間內包含的物質大大增多，大大提高了密度。形象地說，這時原子核是「沉浸於」電子中。

一般把物質的這種狀態叫做「簡併態」。簡併電子氣體壓力與白矮星強大的重力平衡，維持著白矮星的穩定。順便提一下，當白矮星質量進一步增大，簡併電子氣體壓力就有可能抵抗不住自身的引力收縮，白矮星還會坍縮成密度更高的天體：中子星或黑洞。

對單星系統而言，由於沒有熱核反應來提供能量，白矮星在發出光熱的同時，也以同樣的速度冷卻著。經過100億年的漫長歲月，年老的白矮星將漸漸停止輻射而死去。它的軀體變成一個比鑽石還硬的巨大晶體一黑矮星而永存。

而對於多星系統，白矮星的演化過程則有可能被改變。

中子星

如果你為白矮星的巨大密度而驚嘆不已的話，這裡還有讓你更驚訝的呢！我們將在這裡介紹一種密度更大的恆星：中子星。

中子星的密度為1X1011千克/立方厘米，也就是每立方厘米的質量竟為一億噸之巨！對比起白矮星的幾十噸方厘，不值一提了。事實上，中子星的質量是如此之大，半徑10千米的中子星的質量就與太卩日的質量相當了。

同白矮星一樣，中子星是處於演化後期的恆星，它也是在老年恆星的中心形成的。只不過能夠形成中子星的恆星，其質量更大罷了。根據科學家的計算，當老年恆星的質量大於10個太陽的質量時，它就有可能最後變為一顆中子星，而質量小於10個太陽的恆星往往只能變化為一顆白矮星。

但是，中子星與白矮星的區別，絕不只是生成它們的恆星質量不同。它們的物質存在狀態是完全不同的。

簡單地說，白矮星的密度雖然大，但還在正常物質結構能達到的最大密度範圍內：電子還是電子，原子核還是原子核。而在中子星里，壓力是如此之大，白矮星中的簡併電子壓再也承受不起了：電子被壓縮到原子核中，同質子中和為中子，使原子變得僅由中子組成。而整個中子星就是由這樣的原子核緊挨在一起形成的。這，中子星就是一個巨大的原子核。中子星的就是原子的。

在形成的過程方面，中子星同白矮星是非常類似的。當恆星外殼向外膨脹時，它的核受反作用力而收縮。核在巨大的壓力和由此產生的高溫下發生一系列複雜的物理變化，最後形成一顆中子星內核。而整個恆星將以一次極為壯觀的爆炸來了結自己的生命。這就是天文學中著名的「超新星爆發」。

恆星

在地球上遙望夜空，宇宙是恆星的世界。

恆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……恆星是在熊熊燃燒著的星球。一般來說，恆星的體積和質量都比較大。只是由於距離地球太遙遠的緣故，星光才顯得那麼微弱。

古代的天文學家認為恆星在星空的位置是固定的，所以給它起名「恆星」，意思是「永恆不變的星」。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卩日系在繞銀河系的中心運動。但別的恆星離我們實在太遠了，以至我們難以覺察到它們位置的。

恆星發光的能力有強有弱。天文學上用「光度」來表示它。所謂「光度」，就是指從恆星表面以光的形式輻射出的功率。恆星表面的溫度也有高有低。一般說來，恆星表面的溫度越低，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。從恆星的顏色和光歷史上，天文學家赫茨普龍和哲學家羅素首先提出恆星分類與顏色和光度間的關係，建立了被稱為「赫一羅圖」的恆星演化關係，揭示了恆星演化的秘密。「赫一羅」圖中，從左上方的高溫和強光度區到右下的低溫和弱光區是一個狹窄的恆星密集區，我們的太陽也在其中；這一序列被稱為主星序，90%以上的恆星都集中於主星序內。

在主星序區之上是巨星和超巨星區。

恆星誕生於太空中的星際塵埃（科學家形象地稱之為「星雲」或者「星際雲」）。

恆星的「青年時代」是一生中最長的黃金階段一一主星序階段，這一階段佔據了它整個壽命的90%。在這度，科學家能提取出許多有用信息來。

段時間，恆星以幾乎不變的恆定光度發光發熱，照亮周圍的宇宙空間。

在此以後，恆星將變得動蕩不安，變成一顆紅巨星；然後，紅巨星將在爆發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，甚至是黑洞……就這樣，恆星來之於星雲，又歸之於星雲，走完了它輝煌的一生。

絢麗的繁星，將永遠是夜空中最美麗的一道景緻。

星團

恆星往往成群分布。一般地，我們把恆星數在10個以上而且在物理性質上相互聯繫的星群叫做「星團」。比如金牛座中的「昴星團」「畢星團」，巨蟹座的「蜂巢星團」等。

根據星團包含的恆星數、星團的形狀和在銀河系中位置分布的不同，星團又分為疏散星團和球狀星團。疏散星團一般由十幾到幾千顆恆星組成，結構鬆散、形狀也不規則。它們一般分布在銀道面附近，所以也被稱作「銀河星團」。在銀河系內發現的疏散星團目前有1000多個，其中包括剛提到的金牛座昴星團、畢星團。

球狀星團則由成千上萬、多至幾十萬的恆星組成。它們聚集成球形，越往中心越密集。球狀星團大多都分布在銀河系中心方向。一個球狀星團內的恆星差不多都是在同一時期形成的，它們的演化過程也大致相同。比較著名的如武仙座的球狀星團，它由大約250萬顆恆星組成，離我們大約2.5萬光年。

紅巨星

當一顆恆星度過它漫長的青壯年期一主序星階段，步人老年期時，它將首先變為一顆紅巨星。

稱它為「巨星」，是突出它的體積巨大。在巨星階段，恆星的體積將膨脹到10億倍之多。

稱它為「紅」巨星，是因為在這恆星迅速膨脹的同時，它的外表面離中心越來越遠，所以溫度將隨之而降低，發出的光也就越來越偏紅。不過，雖然溫度降低了一些，可紅巨星的體積是如此之大，它的光度也變得很大，極為明亮。肉眼看到的最亮的星中，許多都是紅巨星。

在赫一羅圖中，紅巨星分布在主星序區的右上方的一個相當密集的區域內，差不多呈水平走向。

我們來較詳細地看看紅巨星的形成。我們已經知道，恆星依靠其內部的熱核聚變而熊熊燃燒著。核聚變的結果，是把每4個氫原子核結合成1個氦原子核，並釋放出大量的原子能，形成輻射壓。

處於主星序階段的恆星，核聚變主要在它的中心（核心）部分發生。輻射壓與它自身收縮的引力相平衡。

氫的燃燒消耗極快，並且中心形成的氦核不斷增大。隨著時間的延長，氦核周圍的氫越來越少，中心核產生的能量已經不足以維持其輻射，於是平衡被打破，引力佔了上風。有著氦核和氫外殼的恆星在引力作用下收縮，使其密度、壓強和溫度都升高。氫的燃燒向氦核周圍的一個殼層里推進。

這以後恆星演化的過程是：內核收縮、外殼膨脹一燃燒殼層內部的氦核向內收縮並變熱，而其恆星外殼則向外膨脹並不斷變冷，表面溫度大大降低。這個過程僅僅持續了數10萬年，這顆恆星在迅速膨脹中變為紅巨星。

紅巨星一旦形成，就朝恆星的下一階段一白矮星進發。當外部區域迅速膨脹時，氦核受反作用力卻強烈向內收縮，被壓縮的物質不斷變熱，最終內核溫度將超過一億c，點燃氦聚變。最後的結局將在中心形成一顆白矮星。

白洞

黑洞就像宇宙中的一個無底深淵，物質一旦掉進去，就再也逃不出來。根據我們熟悉的「矛盾」的觀點，科學家們大膽地猜想到：宇宙中會不會也同時存在一種物質只出不進的「泉」呢？並給它取了個同黑洞相反的名字，叫「白洞」。

科學家們猜想：白洞也有一個與黑洞類似的封閉的邊界，但與黑洞不同的是，白洞內部的物質和各種輻射只能經邊界向邊界外部運動，而白洞外部的物質和輻射卻不能進入其內部。形象地說，白洞好像一個不斷向外噴射物質和能量的源泉，它向外界提供物質和能量，卻不吸收外部的物質和量。

白洞到目前為止，還僅僅是科學家的猜想，還沒有觀察到任何能表明白洞可能存在的證據。在理論研究上也還沒有重大突破。不過，最新的研究可能會得出一個令人興奮的結論，即「白洞」很可能就是「黑洞」本身！也就是說黑洞在這一端吸收物質，而在另一端貝U噴射物質，就像一個巨大的時空隧道。

科學家們最近證明了黑洞其實有可能向外發射能量。而根據現代物理理論，能量和質量是可以互相轉化的。這就從理論上預言了「黑洞、白洞一體化」的。

要徹底弄清楚黑洞和白洞的奧秘，現在還為時過早。但是，科學家們每前進一點，所取得的成績都讓人激動不已。我們相信，打開宇宙之謎大門的鑰匙就藏在黑洞和白洞神秘的身後。

星系

當遙望星空時，橫貫天際、蔚為壯觀的銀河總能讓人們欣然神往，思緒萬千。仔細觀察的話，我們也能看出銀河實際上是由許許多多顆星星所組成的。在天文學中，我們把這種由千百億顆恆星以及分布在它們之間的星際氣體、宇宙塵埃等物質構成的，佔據了成千上萬億光年空間距離的天體系統叫做「星系」。我們的太陽就是銀河系中普通的一顆恆星。

銀河並不是宇宙中唯一的星系：通過各種方法，人們已經觀察到的星系已經有好幾萬個了！不過，由於距離太遙遠，它們看起來遠不如銀河那麼壯麗。藉助望遠鏡，它們看起來還只像朦朧的雲霧。離咱們銀河系最近的星系一大麥哲倫星雲和小麥哲倫星雲，距離我們銀河系也有十幾萬光年。一般地，我們把除銀河系以外的星系，統稱為「河外星系」。

星系在早期曾被歸到星雲中，直到1924年，在準確測定了仙女座星雲（現應嚴格稱為「仙女座河外星系」）的距離後，星系的存在才正式確立。

星系的形狀是多種多樣的。我們可以粗略地劃分出橢圓星系、透鏡星系、旋渦星系、棒旋星系和不規則星系這5種來。星系在太空中的分布也並不是均勻的，往往聚集成團。少的三兩成群，多的則可能好幾百個聚在一起。人們又把這種集團叫做「星系團」。

星系和它內部的恆星都在運動中。我們都知道地球繞著太陽旋轉，同時太陽也在繞銀河系的中心運動，而同時銀河系作為一個整體，本身也在運動著。在星系內部，恆星運動的方式有兩種：它一面繞著星系的核心旋轉，與此同時還在一定的範圍內隨機地運動（科學家稱之為「彌散運動」）。

星系的起源和演化，與宇宙誕生早期的演化密切相關。一般看法認為：當宇宙從猛烈的爆發中產生時，大量的物質被拋射到空間中。形成宇宙中的「氣體雲」。這些氣體雲本身處在平衡之中，但是在某種作用下，平衡被打破了，物質聚集在一起，質量高達今天太陽質量的上千億倍！這些物質團後來在運動中分裂開，並最終形成無數顆恆星。這樣，原始的星系就形成了。一般認為星系形成的時期在100億年前左右。

而關於星系的演化，歷史上一度曾把星系形態的序列當成演化的序列，即認為星系從橢圓形開始，再逐漸發展成透鏡型、旋渦型、棒旋型，最後變成不規則型。這種觀點今天已基本上被推翻。目前的看法認為這一過程與恆星形成的力學機理相關，但也仍然停留在假說的階段。

雙星

對於天體物理學家來說，雙星是能提供最多信息的天體，從雙星可以得到比單個恆星更多的信息和恆星演化的秘密。

在浩瀚的銀河系中，我們發現的半數以上的恆星都是雙星體，它們之所以有時被誤認為是單個恆星，是因為構成雙星的兩顆恆星相距得太近了。它們繞共同的質量中心作圓形軌跡運動，以至於我們很難分辨它們，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。按照恆星的演化理論，質量大的恆星將很快演化，將首先耗盡其氫燃料；質量小的則有著很長的壽命。而一顆質量小於太陽的恆星從其誕生到白矮星至少要經過長達100億年的歷史。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，是一顆完全正常的恆星。質量大的恆星還沒有耗盡氫燃料，而質量小的相反卻已經耗盡了氫而處於壽命的後期。這種情況不是唯一的，英仙座的大陵五雙星及其他很多恆星也有類似情況，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，作一次實地跟蹤觀狽扎最初，A星的質量為2·3個太陽質量，B星為1.5個太陽質量。這以後，正如單個恆星演化過程一樣，質量較大的恆星演化得很快，A星首先消耗掉了大量的氫元素，其外層慢慢膨脹起來，而其內部已經形成了一個半徑約為太陽幾十分之一的白矮星氦核。當A星外殼開始進人B星的引力範圍時，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。但由於兩星相互公轉以及B星的自轉，流來的物質並不立即落在表面，而是先在B星周圍隨B星自轉形成一個碟狀氣體盤，然後才能逐步降落在B星表面。於是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，並以更快速度膨脹，甚至將B星的軌道吞沒。這個過程將持續數萬年。這以後，A星耗盡了它所有的剩餘氫，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，很快膨脹為一顆紅巨星，其半徑不斷增大，質量僅僅剩下原來的1/5左右，而B星質量則增至原來的2倍多。這樣』質量對比發生了明顯變化：A星成了質量較小的緻密的白矮星，而B星由於吸收了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恆星。在A星周圍原來膨脹的外殼在失去膨脹力後一部分逐漸降落在小白矮星上，而B星正處於中年期，繼續其正常恆星的演化。這就是我們現在看到的天狼星及其伴星的情況。

這以後，這對雙星繼續演化，像原來一樣，質量較大的恆星將以很快的速度進行演化，並在耗盡其內核附近的氫燃料後開始了膨脹，進人紅巨星階段。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，並不斷降落在A星表面。以後的時間裡，B星由於丟失大量物質而缺少燃料迅速老化膨脹；A星則可能由於吸附了大量物質而塌陷成中子星甚至黑洞。B星將終於發生超新星爆發而結束其一生，把身體的大部分質量拋向宇宙，而在其中心留下一個緻密的白矮星或中子星。

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。由於其間複雜的引力作用，雙星的演化過程比單個恆星要短得多。這些特點，使我們有機會看到恆星演化的更多奇觀。

共生星

共生星是較新發現的一種類型的天體。共生星是單星還是雙星，限於觀測技術的制約還不能有結論。科學家們正日夜監視著這些星座，以期獲得更多的信息。

那是20世紀30年代的事情。當時天文學家在觀測星空時發現了一種奇怪的天體，對它的光譜進行的分析表明，它既是「冷」的，只有兩三千攝氏度；同時又是十分熱的，達到幾萬攝氏度。也就是說，冷熱共生在一個天體上。1941年，天文學界把它定名為「共生星」。它是一種同時兼有冷星光譜特徵（低溫吸收線）和高溫發射星雲光譜（高溫發射線）的複合光譜的特殊天體。幾十年來已經發現了約100個這種怪星。許多天文學家為解開怪星之謎耗費了畢生精力。我國已故天文學家、北京天文台前台長和茂蘭早在20世紀四五十年代在法國就對美麗而又神秘的共生星星體進行過不少觀測研究，在國際上有一定影響。此後，我國另一些天文學家也參加了這項揭謎活動。

半個多世紀過去了，但它的謎底仍未完全揭開。

最初，一些天文學家提出了「單星」說。認為這種共生星中心是一個屬於紅巨星之類的冷星，周圍有一層高溫星雲包層。紅巨星是一處於比較晚期的恆星，它的密度很小，而體積比太陽大得多，表面溫度只有兩三千攝氏度。可是星雲包層的高溫是從何而來的呢？人們卻無法解釋。太陽表面溫度只有6000°C，而它周圍的包層——日冕的物質非常稀薄，完全不同於共生星的星雲包層。因此，太陽算不得共生星，也不能用來解釋共生星之謎。

也有人提出了「雙星」說，認為共生星是由一個冷的紅巨星和一個熱的矮星（密度大而體積相對較小的恆星）組成的雙星。但是，當時光學觀測所能達到的解析度不算太高，其他觀測手段尚未發展起來，人們通過光學觀測和紅外測量測不出雙星繞共同質心旋轉的現象。而這是確定是否為雙星的最基本特徵之。

在1981年所進行的學術討論會上，人們只是交流了共生星的光譜和光度特徵的觀測結果，從理論上探討了共生星現象的物理過程和演化問題。在那以後，觀測手段有了很大發展。天文學家用X射線、紫外線、可見光、紅外射電波段對共生星進行了大量觀測，積累了許多資料。共生星之謎的帷幕在逐漸揭開。

近些年，天文學家用可見光波段對冷星光譜進行的高精度視向速度測量證明，不少共生星的冷星有環繞它和熱星的公共質心運行的軌道運動，這有利於說明共生星是雙星。人們還通過具有高的空間解析度的射電波段進行探測，查明了許多共生星的星雲包層結構圖，並認為有些共生星上存在「雙極流」現象（從一個星的兩個極區向外噴射物質）。現在，大多數天文學家都認為，共生星可能是由一個低溫的紅巨星或紅超巨星和一個具有極高溫度看不見的極小的熱星以及環繞在它們周圍的公共熱星雲包層組成。它是一種處於恆星演化晚期階段的天體。

有的天文學家對共生星現象提出了這樣一種理論模型。共生星中的低溫巨星或超巨星體積不斷膨脹。其物質不斷外溢，並被鄰近的高溫矮星吸積，形成一個巨大的圓盤，即所謂的「吸積盤」。吸積過程中產生強烈的衝擊波和高溫。由於它們距離我們太遠，我們區分不出它們是兩個恆星，而看起來像熱星雲包在一個冷星的外圍。

有的共生星屬於類新星。類新星是一種經常爆發的恆星。所謂爆發是指恆星由於某種突然發生的十分激烈的物理過程而導致能量大量釋放和星的亮度驟增許多倍的現象。仙女座z型星是這類星中比較典型的由一個冷的巨星和一個熱的矮星外包激發態星雲組成的雙星系統，經常爆發，爆發時亮度可增大數10倍。它具有低溫吸線和發線存的典型生星光譜的特徵。但是雙星說並未能最後確立自己的陣地。

這其中一個重要原因是迄今為止未能觀測到共生星中的熱星。星體科學家只不過是根據激發星雲所屬的高溫間接推理熱星的存在，從理論上判斷它是表面溫度高達幾十萬°0的白矮星。許多天文學家都認為，對熱星本質的探索，應當是今後共生星研究的重點方向之一。

此外，他們認為，今後還要加強對雙星軌道的測量，進一步收集關於冷星的資料，以探討其穩定性。

天文學家們指出，對共生星亮度變化的監視有重要意義。通過不間斷的監視可以了解其變化的周期性，有沒有爆發，從而有助於揭開共生星之謎。但是共生星光變周期有的達到幾百天，專業天文工作者不可能連續幾百天盯住這些共生星，因此，他們特別希望天文愛好者能共同來監視。

揭開共生星之謎，對恆星物理和恆星演化的研究都有重要的意義。但要徹底揭開這個謎看來還需要付出許多艱苦的努力。

脈衝星

脈衝星就是高速旋轉的中子星。地球自轉一周是24小時，而脈衝星自轉一周只需0.001337秒，可見它轉得有多快。唯其如此，它才能發出被人類接收到的射電脈衝，從而被人類發現。如果人類沒有發明射電望遠鏡，這類星不是就「藏在深閨人未識」了嗎？

人們最早認為恆星是永遠不變的。而大多數恆星的變化過程是如此的漫長，人們也根本覺察不到。然而，並不是所有的恆星都那麼平靜。後來人們發現，有些恆星也很「調皮」，變化多端。於是，就給3卩些喜歡變化的恆星起了個專門的名字』叫「變星」。

脈衝星，就是變星的一種。脈衝星是在1967年首次被發現的。當時，還是一名女研究生的貝爾，發現狐狸星座有一顆星發出一種周期性的電波。經過仔細分析，科學家認為這是一種未知的天體。因為這種星體不斷地發出電磁脈衝信號，人們就把它命名為脈衝星。

脈衝星發射的射電脈衝的周期性非常有規律。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電報聯繫。據說，第一顆脈衝星就曾被叫做「小綠人一號」。

經過幾位天文學家一年的努力，終於證實，脈衝星就是正在快速自轉的中子星。而且，正是由於它的快速自轉而發出射電脈衝。

正如地球有磁場一樣，恆星也有磁場；也正如地球在自轉一樣，脈衝星恆星也都在自轉著；還跟地球一樣，恆星的磁場方向不一定跟自轉軸在同一直線上。這樣，每當恆星自轉一周，它的磁場就會在空間劃一個圓，而且可能掃過地球。

那麼豈不是所有恆星都能發脈衝了？其實不然，要發出像脈衝星那樣的射電信號，需要很強的磁場。而只有體積越小、質量越大的恆星，它的磁場才越強。而中子星正是這樣高密度的恆星。

另一方面，恆星體積越大、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24小時。而脈衝星的自轉周期竟然小到0.001337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，才可能扮演脈衝星的角色。

這個結論引起了巨大的轟動。因為雖然早在20世紀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像，在當時，人們還普遍對這個假說抱懷疑的態度。

直到脈衝星被發現後，經過計算，它的脈衝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20世紀天文學上的一件大事。因此，脈衝星的發現，被稱為20世紀60年代的四大天文學重要發現之一。

至今，脈衝星已被我們找到了不少於1620顆，並且已得知它們就是高速自轉著的中子星。

脈衝星有個奇異的特性一短而穩的脈衝周期。所謂脈衝就是像人的脈搏一樣，一下一下出現短促的無線電信號，如貝爾發現的第一顆脈衝星，每兩個脈衝間隔時間是1.337秒，其他脈衝還有短到0.0014秒的，最長的也不過11.765735秒。那麼，這樣有規則的脈衝究竟是怎樣產生的呢？天文學家已經探測、研究得出結論，脈衝的形成是由於脈衝星的高速自轉。那為什麼自轉能形成脈衝呢？原理就像我們乘坐輪船在海里航行，看到過的燈塔一樣。設想一座燈塔總是亮著且在不停地有規則運動，燈塔每轉一圈，由的燈就到們的船上一次。不斷旋轉，在我們看來，燈塔的光就連續地一明一滅。脈衝星也是一樣，當它每自轉一周，我們就接收到一次它輻射的電磁波，於是就形成一斷一續的脈衝。脈衝這種現象，也就叫「燈塔效應」。脈衝的周期其實就是脈衝星的。

然而燈塔的光只能從窗口射出來，是不是說脈衝星也只能從某個「窗口」射出來呢？正是這樣，脈衝星就是中子星，而中子星與其他星體（如太陽）發光不一樣，太陽表面到處發亮，中子星則只有兩個相對著的小區域才能輻射出來，其他地方輻射是跑不出來的。即是說脈衝星表面只有兩個亮斑，脈衝星別處都是暗的。這是什麼原因呢？原來，脈衝星本身存在著極大的磁場，強磁場把輻射封閉起來，使脈衝星輻射只能沿著磁軸方向，從兩個磁極區出來，這兩個磁極區就是中子星的「窗口」。

脈衝星的輻射從兩個「窗口」出來後』在空中傳播，形成兩個圓錐形的輻射束。若地球剛好在這束輻射的方向上，我們就能接收到輻射，且每轉一圈，這束輻射就掃過地球一次，也就形成我們接收到的有規則的脈衝信號。

燈塔模型是現在最為流行的脈衝星模型。另一種磁場振蕩模型還沒有被普遍接受。

脈衝星是高速自轉的中子星，但並不是所有的中子星都是脈衝星。因為當中子星的輻射束不掃過地球時，我們就接收不到脈衝信號，此時中子星就不表現為星。

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