什么是恒星？

恒星的定義和它本身一樣豐富多彩

（圖解：我們的太陽是一顆中等質(zhì)量的主序星，這張圖片由NASA太陽動態(tài)觀測站拍攝于2020年5月。）（圖源：NASA/太陽動態(tài)觀測站/Joy Ng）

要回答恒星是什么并不是一件難事，它不過就是那些在夜空中閃爍的亮點中的一員。但是在那之上，恒星的準(zhǔn)確定義其實和恒星本身一樣豐富多彩。

恒星的本質(zhì)——恒星名稱和星際演化的基礎(chǔ)。

恒星的誕生

首先，恒星在天體物理學(xué)中的一個準(zhǔn)確定義是：一個質(zhì)量足夠大，能夠借助內(nèi)部引力激發(fā)內(nèi)部元素聚變反應(yīng)的天體。

目前為止我們所知道的能完成這個任務(wù)的最小星體的質(zhì)量只有太陽的百分之十左右。在遙遠的未來，越來越多的重元素將會加入核反應(yīng)過程并污染星際航道，小質(zhì)量星體中的核聚變也將成為可能，不過這并不是現(xiàn)在的我們需要擔(dān)心的事情。

體積最小的一類恒星被稱為紅矮星，因為它們體積很小且散發(fā)著微弱的紅光。紅矮星的內(nèi)部只有微弱的氫核反應(yīng)，而且它們發(fā)出的電磁輻射主要分布在電磁光譜的紅外波段，因此呈現(xiàn)出一種暗紅色。它們體積小、光線黯淡，哪怕是離我們最近的恒星——半人馬座比鄰星，都完全無法用肉眼看到，盡管如此，紅矮星仍然是迄今為止銀河系中最常見的一類恒星。

還有一類恒星是類太陽恒星，它們有著中等質(zhì)量、中等亮度和中等壽命。這類恒星發(fā)出的電磁輻射覆蓋了整個可見光譜，使得它們看起來漂亮潔白（沒錯，我們的太陽本身也是白色的，但經(jīng)過地球藍色大氣的過濾，太陽的光線看起來就比較偏黃）。

再之后是巨星，這類恒星的體積有多大，它們在宇宙中就有多么罕見，但是由于它們極為明亮，所以很容易被發(fā)現(xiàn)。例如，我們之所以能看到星系的懸臂，并不是因為懸臂中星體的數(shù)量比其他位置多，而是因為那些懸臂就像圣誕樹一樣，被懸掛在其中的明亮的恒星照亮。

你在夜空中看到的幾乎每一顆恒星都遠大于太陽，在它們生命中的大部分時間里，最大的恒星會發(fā)出藍光。這是因為它們產(chǎn)生的能量過于巨大，以至于它們發(fā)出的幅射實際上基本集中在紫外波段，還有一小部分幅射散落在可見光尾部的藍光波段。

主星序

除了暗紅的小型恒星，白色的中等大小恒星和發(fā)著藍光的巨星之外，當(dāng)然還有一些大小處于中間的恒星和一些體積大卻呈現(xiàn)紅色的奇異恒星。在一百多年以前，天文學(xué)家首次對恒星進行分類，那絕對可以說是一個非?；靵y的局面，因為顯然那時的人們在區(qū)分恒星顏色、大小與亮度的方面還沒有形成公認的標(biāo)準(zhǔn)。

赫茨普魯閣-羅素圖（Hertzsprung-Russell Diagram）的發(fā)明解決了這一問題，直到今天它也依然是我們理解恒星生存原理的基礎(chǔ)。赫羅圖是一種表示恒星的溫度（可以從恒星的顏色得到）和亮度的圖。

如果你發(fā)現(xiàn)一群恒星并繪制出它們的溫度和亮度圖，在圖上以每個點表示一顆恒星，你就會發(fā)現(xiàn)一個令人驚訝的結(jié)果——恒星并不具有所有顏色和亮度的組合。與之相對，你會得到一個沿對角線方向延伸的條紋，絕大多數(shù)的恒星都會出現(xiàn)在這個條紋上，它從暗紅色的一端延伸到明亮的藍光的一端。

這個條紋被稱為“主星序”，那些內(nèi)部不斷發(fā)生著熱核反應(yīng)（恒星生命中大多時候的主要燃料來源）的恒星就處于這個條紋上的某個位置。隨著恒星年齡的增長，它們將沿著主星序緩慢上移，在億萬年的時間流逝中，逐漸變得越來越亮、越來越藍。

依靠恒星內(nèi)部的聚變反應(yīng)，它們能在主星序的軌跡上生存時間的長短，取決于恒星質(zhì)量的大小。一顆小質(zhì)量的紅矮星可以在主星序上存在數(shù)萬億年，而一顆比太陽更大的巨星最多只能再維持幾百萬年。

一旦恒星內(nèi)部的氫核聚變反應(yīng)結(jié)束，它就會脫離主星序并向不同方向演化。大型恒星會變成紅巨星，在赫茨普魯閣-羅素圖上占據(jù)自己的位置。其它恒星的狀態(tài)則會更加的反復(fù)無常，重元素試圖在它們內(nèi)部發(fā)生聚變反應(yīng)，于是這些恒星會在藍色和紅色之間不停地交替變化。

顏色編碼

借助赫羅圖，我們得到了恒星的最終定義：恒星是赫羅圖中位于主星序上的天體。它不斷燃燒氫氣，沿著連接其亮度和溫度的窄帶穩(wěn)定地進行演化。而在這個區(qū)域之外，則要么是嘗試通過重元素聚變保持燃燒的巨星，要么是像白矮星或中子星一樣死亡和衰變的天體殘骸。

赫羅圖是天體測量學(xué)的無名英雄，有了它，天文學(xué)家就能發(fā)現(xiàn)恒星，測量它的亮度和溫度，并且準(zhǔn)確得到它在生命周期中的位置，這使得預(yù)測恒星未來的演變成為可能。自然界很少向我們提供如此直接的見解，而恒星就是宇宙中真正的特例。

宇宙中絕大多數(shù)物質(zhì)都是由纖細的星云組成的。恒星是一類特殊的、獨特的品種——一種以聚變反應(yīng)為能量來源的暫時物體。這種本質(zhì)使得恒星更易于理解和預(yù)測。

BY:Paul Sutter

FY:趙若彤

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