双星和三合星在夜空的星群中,既有发出蓝色光芒的星,也有发出黄色和红色光芒的星.要是用望远镜仔细地观察、分辨,可以看到两个或者三个恒星相互绕转,构成了一个世界.这种恒星就称为双星或是三合星.例如,大犬座的天狼星(大犬座a星)就是著名的双星.其中一个大的直径是太阳的1.8倍,小的直径只有太阳的五十分之一,简直宛如大象和老鼠在一起跳舞.在这种情况下,大者称为主星,小者叫做伴星.
1985年底,苏联哈尔科夫一所大学的天文学家用他们研制的特殊的装置,处理了宇宙空间的天体照片,获得了御夫座五车二双星的像.双星在宇宙中分布广泛,在很遥远的古代,阿拉伯人注意到大熊星座一颗明亮的天体同距它不远的一颗暗淡的小星星的关系,从而首先发现了双星.在我们头顶的夜空中,能够用肉眼或一般望远镜分辨开的双星并不多,大多数双星由于角距太小,我们把它们看成了一个整体.五车二被确认是双星的事实是科学家根据其光谱才知道的,所以能直接看到这两颗黄色巨星的外貌,对天文学家来说是一件十分重要的事.
夜空中最亮的天狼星也有一个伴星,这个伴星的存在是由德国天文学家贝塞尔于1836年推算出来的.他发现天狼星的运动是不规则的,他推断有一个环绕天狼星转动的天体用引力干扰着它的运行.许多年来一直流传着有关天狼星的传说,1985年由于一份六世纪的手稿被发现,使这颗亮星变得更加神秘了.这份法国梅罗示加王朝(公元四世纪至七世纪)的手稿保存在联邦德国的一个图书馆里.在这份手稿里把天狼星描绘成是红色的,这说明天狼星是在不到一千四百年前,或者说是在比这更近的时候变成今天这种熠熠夺目的蓝白色的.
非洲的马里有一个多贡部族,该部族有一种世代口头相传的教义,这种
教义说天狼星有一个小伴星,小得难以看到,密度极大,这两颗星每五十年相互绕转一周.本世纪三十年代这个教义曾透露给一批法国人类学家.在多贡部族的教义中甚至谈到了木星有四个内卫星,土星有光环,包括地球在内的行星都在椭圆形轨道上绕着太阳运行.英国作家坦普尔在《天狼星的秘密》一书中说,多贡部族过着与世隔绝的生活,无法从现代来源获得这些知识.
他写道,多贡部族的传说来源于古代埃及,他解释说,"看来,这表明我们的行星——地球上的人类在遥远的过去曾和在宇宙中相距若干光年的另一个行星系上的先进的智能生物有过接触".但是美国波士顿大学的布雷彻博士不同意坦普尔的说法,他说,本世纪二十年代发现天狼星B(天狼星伴星)
具有超密度性质后,在全世界引起了轰动,并被报刊广泛刊载,到马里去的传教士当然会把这些告诉多贡部族人.坦普尔反驳他时引用了1931年到马里去的法国人得到的证据,这些证据证明多贡部族早在四百年前就知道天狼星有伴星.
至于在若干年前天狼星为什么是红色的,美国天文学家施洛塞尔和历史学家贝格曼认为:一个可能性极大的原因是这种红色来自一颗红巨星;当红巨星存在的时候,人类看到的光是从这颗红巨星和天狼星同时发出的,使天狼星看上去是红色的:后来这颗红巨星便坍缩成为一个绕天狼星飞行的白矮星,即今天的天狼星伴星.
如果不能克服人类活动造成的影响和大气层的扰动,今后要想观察像双星这样的遥远天体仍然是十分困难的.所幸的是,根据计划,美国宇航局将在1986年8月8日,利用航天飞机将一台巨型(足有五层楼高)太空望远镜送入太空.这架名为"哈勃"的太空望远镜如能按设计要求施展其能力,可以把人类的视野扩展到一百亿至二百亿光年之遥.它将成为人类研究宇宙起源和星系形成与进化的威力巨大的工具.
仙女座的λ星是人们熟知的三合星.在这三个类似太阳的恒星中,最亮的一个是3等星,它发出橙色的光芒.另外两个星中,一个是发出蓝白色光芒的5.4等星,另一个是发着浅紫色光辉的5.6等星.在这个世界上如有居住着高等生物的行星,那里的人必将欣然仰对三个色调相异的太阳.这真可以说是在地球上意想不到的神秘世界.
星的颜色和亮度星体的颜色体现着它的表面温度.发着蓝白色光辉的室女座大角星表面温度是18,000℃;发出黄色光芒的太阳表面温度是6,000℃;红色的天蝎座大火星表面温度是3,000℃.
星的亮度分为不同的等级.1等星是肉眼看上去最明亮的星,这种亮星大约有二十几个.
6等星是人用肉眼勉强能看到的星星.第一等级亮度之差是2.512倍,因此1等星比6等星亮一百倍.由于距离远近的关系,星的亮度大为不同,距离远的星亮度就急剧降低.所以,如果不能测定星体的距离并了解星体的目视亮度,就无法知道它的实在的亮度(即光度).
取那些离太阳较近的星为例,试估量它们的光度和温度,把这个光度与太阳的光度之比用纵轴表示,并把温度以横轴表示,制成坐标图表;每个星在这个称为赫罗图(亦称光谱—光度图)的图表上以点来表示.如果星体的真正亮度和温度之间没有某种关系,这些点在赫罗图中就会杂乱无章地分布.
可是实际上,我们发现大部分点都有规律地排列在一条清晰的狭长带内.
这种情况到底应当如何解释呢?
这说明在赫罗图上离太阳近的大部分星星,温度高的则亮,温度低的则暗,都是些极普通的星体.
我们把位于赫罗图清晰狭长带上的一些常见星称为"主序星".太阳也属于主序星,位于这条带靠上的位置,这是由于比太阳暗的星星多得很.
赫罗图是丹麦天文学家赫茨普龙和美国天文学家罗素共同创制的.
红巨星主序星可以说是恒星的代表,但夜空中的星星并不都是主序星.
在赫罗图上,有一些星不在主序星的范围内,而在右上方和左下方.
在赫罗图右上方的是温度虽低而光度却很亮的星,例如,天蝎座的心宿二就是这类星中较典型的一个.它的表面温度只有太阳的一半,大约3000℃,但它的光度比太阳大3500倍.
这是什么原因呢?
这是由于心宿二的直径比太阳大230倍的缘故.
与此类似,发着红色光芒的猎户座a星的直径也比太阳大千倍以上.
这些星星被称为红巨星或超巨星,它们体积虽大,然而温度却比较低,密度也小.太阳的密度是水的1.4倍左右,而红巨星的密度只有水的数千万分之一.
白矮星在赫罗图左下方的是与红巨星完全不同的星群,它们是一些温度虽较高而光度却甚低的星星.
这是由于这些星星的体积奇小,比如大犬座的天狼星的伴星就是这样的星.
这个伴星的温度达10000℃,将近太阳的两倍,发出密度更大的巨大云团.这些浓厚的宇宙云由于本身的引力作用,很快开始收缩,同时内部温度随之升高,最终导致了热核反应的发生.这样,一个光芒四射、像太阳一样的恒星就在冥冥宇宙之中宣告诞生了!
类似太阳那样大小的恒星,估计大约要从方圆900亿公里左右的暗星云中才能产生.
1.朝气蓬勃的发展如果在暗星云中存在星星,那个星云就会反射各方面的星光,不但不会黑暗,还会发出明亮的光辉,成为美丽的反射星云.
像猎户座大星云,以及麒麟座玫瑰星云那样的蔚然壮观的反射星云为数不少.在玫瑰星云当中,能看到一个球状的暗星云,估计将来它会演变成为一个新的恒星.反射星云中的气体和尘埃云,由于有时靠近恒星,也会反射恒星的光芒.
诞生不久的新恒星,发出蓝白色的光辉,生气勃勃的闪耀着.在恒星的内部进行着四个氢原子核聚变成一个氢原子核的核聚变反应.
一入深秋,昴星团——一簇美丽的星群便静悄悄地爬上东方的天空,这就是金牛座的七姐妹星团,其中包含100个以上的恒星.一般人们只能看到其中的6个星,视力甚好的人才可能看到7个以上.
中国古代把昴星团中的亮星列为昴宿.围绕着七姐妹星团,自古以来流
传着许多美妙的传说和神话故事.
昴星团距离我们410光年.我们把这种零散的恒星集团称为疏散星团.
根据疏散星团中恒星的温度和光度制成如前所述的赫罗图,可是它的直径只有太阳的五十分之一左右.这种星就叫做白矮星.
所谓"矮星"就是"身材矮小"的星的意思.天狼星的伴星大小是地球的两倍,而质量却与太阳相仿.就是说,这个星的密度超过了太阳密度的十万倍.
假如仅取这个星的一立方厘米的碎块,其质量就达100千克,一个普通人根本拿不起来.
白矮星的确是一种出类拔萃的奇妙星星.白矮星上的所有物质都被紧紧地压缩在一起,所以就成了"矮子".
2.新星的诞生类似太阳那样的恒星的产生,源于星际物质,这些内容已在有关太阳的章节里谈过了.太阳正年复一年地衰老下去.银河系中的所有星星也在按照它们的生存规律,处在逐渐衰老的过程中.
星际物质就是一些非常稀薄的气体以及一些细小的尘埃状物质.它们在宇宙的各处构成了庞大的像云一样的集团.
这些云团有的叫做暗星云,有的称为反射星云,还有网状的纤维星云,以及看上去像炸面包圈那样的环状星云.
在暗星云中特别著名的是猎户座的"暗湾".它的形状宛如一匹披散着黑色鬃毛的马头,所以就叫做马头星云.
暗星云是相当厚的云层,由于它后面的星光被云层掩盖住了,所以看上去很黑.
3.从青年期步入中年期恒星从生成起就属于主序星,昂星团中的恒星证明了这一点.此后不久,疏散星团中的一个个恒星就拉开距离,向着茫茫宇宙空间各奔前程了.
类似太阳质量大小的恒星,其一生的大部分"生涯"可能是以主序星度过的.在这个阶段,恒星的中心部分是成为燃滓的氦核,并且在不断地越积越大.
与此同时,恒星的体积也在一点一点变大,还变得更亮.但是,要是这个恒星的质量比太阳大的话,由于氢元素激增,其演化的速度就异乎寻常地快了.
大犬座的主星天狼星,具有比太阳大2.3倍的质量,可是其演化的速度是太阳的20倍以上.由于演化速度快,所以作为一个恒星,它的发光寿命就短多了.天狼星诞生于大约5亿年前,比较起来已经算不上是一个新星了.
比天狼星质量更大的恒星,其寿命就更短了.在恒星的核心部分聚积的氦达到整个恒星质量的百分之十时,这个恒星就不再属于主序星的范畴了.
正像在"太阳的诞生和死亡"那一切所说的那样,恒星中心部分的温度越来越高,氢原子核聚变成氢原子核的反应加速进行,恒星亮度和体积也迅速增大.
当氦构成的核心的质量达到恒星全部质量的一半时,恒星就会剧烈的膨胀,变成了红巨星或超巨星.
恒星此时颜色发红是由于表面积很大而且温度降低的缘故.
4.晚年的变星
恒星演变成红巨星或超巨星后不久,恒星中心的氦核由于类似燃烧的过程,产生了碳、氧和氖等元素.与此同时,恒星开始收缩,恒星中心的温度虽然达到了1亿度,但整个恒星的亮度却暗淡下去.
在这个时期中,恒星的亮度并不稳定,时明时暗,比如猎户座的超巨星参宿四就是这样.
前面已经讲到,这个恒星的直径是太阳的1,000倍,可是不久以后,由于收缩,变到太阳的700倍左右.同时,它的亮度从0.4等变成1.4等.
这个恒星以大约5年零8个月的周期,时而膨胀,时而收缩,发光的强度也在变化.我们把这样的星叫做变星.
天蝎座的超巨星心宿二(大火星)也以4年零10个月的周期,从0.9等变成1.8等星.
在变星中有的与这些星不同,是以非常短的周期改变着亮度.例如武仙座的δ星就是其中之一,它仅以5.4天为周期,亮度从3.7等变成4.4等星.
还有天琴星的RR型变星,仅以12.5小时为周期,亮度变化于7等至8等之间.
5.超新星的大爆发恒星日趋衰老,其体积就越来越小.这时期,恒星内部温度超过10亿度,碳和氧复杂的反应,生成镁和钙元素.
这时,不清楚是哪里来的一股势头,垂然老矣的恒星发生了大爆炸,其中以被称为超新星的恒星的爆炸最猛,它一下子放射的能量抵得上太阳1亿年间放出的能量.
这种极为壮观的情景,装点了恒星一生的结局,倒是恰如其分的.
由于大爆炸,恒星周围的气体喷发殆尽,只剩下小小的恒星的内核.
这个小而凋萎的星核就是白矮星.
在金牛座有一个叫做蟹状星云的气体云,就是在1054年突然出现的、超新星爆炸后的遗迹.
中国北宋的钦天监(掌管天文的官吏)在《宋会要》中记载:"至和元年五月晨出东方,守天关,昼见如太白,芒角四出,色赤白,凡见二十三日."
这是对1054年7月出现的这次特亮的超新星爆发事件的记载,看来这个超新星爆发时的亮度超过了金星.近代世界上称之为中国新星.
1942年荷兰天文学家奥尔特推证了蟹状星云就是900年前超新星爆发的产物.
此后,1572年在仙后座,1604年在蛇夫座都相继出现过超新星.近来,一年之中就发现了大约10个超新星.
6.恒星之死在银河系形同凸透镜的周围空间,到处散布着称为球状星团的恒星集团.
在北半球能看到的最漂亮的星团就是叫做M13的球状星团,在晴朗无月的晚上,用肉眼望去它的亮度也有5等.要是用望远镜观测,看到的是宛如在黑色的天鹅绒衬底上点缀着许多珍珠,真是美不胜收.这个球状星团与我们的距离大约是26000光年,由大约50万个恒星聚集而成.
类似这样的球状星团在银河系中已经发现了132个左右,实际上大约有500个.天空中最明亮的球状星团是半人马座ω.
通过对球状星团中的恒星分析来看,亮度高而温度低的是红巨星和超巨星,主序星则亮度越高,温度也越高,刚好与它们相反.
除了红巨星和超巨星之外,白矮星也多有发现.球状星团的恒星与昴星团那样的年轻的疏散星团不同,已经是一些衰老垂死的恒星了.
此外还有一些亚巨星和亚矮星也混迹其中,可是它们的韶华已付流年,即将蹈入红巨星和白矮星的末路.
白矮星再演变下去就到了失去发光能力的阶段,这就是恒星真正灭亡之时.
7.寓生于死恒星的一生说明了恒星并非青春永驻.刚刚诞生的恒星,先是一个生气勃勃的主序星,随着恒星内部核反应的不断进行,逐步从一个明亮的恒星步入巨星的路程.
巨星又渐渐缩小成为变星,变星又突然爆发成为超新星,最后只留下一个奇异的白矮星.
由于超新星爆发时喷射出的气体和细微尘埃,成为漂浮于宇宙空间的星际物质,它们在宇宙空间形成了一个又一个浓厚的宇宙云,成为再次诞生新星的母体.
就这样,恒星以银河系为舞台,从诞生而趋向衰老,由衰老而爆发,由爆发而再生,无休无止地循环于生与死的交替之途.
球状星团中的众多恒星的年龄在100亿年左右,它们可能是与银河系一同诞生的.
与此不同,太阳的年龄大约是50亿年,可能是第二代或第三代的恒星了.
如上所述,垂老的恒星和年轻的恒星一起构成了我们眼前的银河系.
8.发出电波的星在天体中,有一些能发射非常强的电波的恒星,它们的另一特点就是几乎不发光.我们把这种天体叫做射电星.到1979年为止,已经发现了几千个射电星.
第一个射电源是1948年发现的,发现者是澳大利亚天文学家波尔顿.他发现在天鹅座的一角发射出强烈的电波,他便给这个天体命名为天鹅座A.
不久,英国天文学家拉伊耳也发现了一个称为仙后座A的强射电源.到1980年,类似的射电源已发现了几万个.
那么,射电源到底是一种怎样的天体呢?
一种是我们银河系中发射电波的气体云,金牛座的蟹状星云就是这一类射电源.这是距今900多年前超新星发生大爆炸的遗迹.我们将这个射电源命名为金牛座A.
射电源与射电星有所不同,它指的是宇宙空间发射强烈无线电波的点源.
9.射电源的种种趣闻另一种是在银河系之外的射电源.1952年英国天文学家拉伊耳和史密斯,潜心观测到了天鹅座A的位置,并把结果告知了美国的帕洛马山天文台,委托他们研究射电波的发射源.
在帕洛马山天文台,天文学家巴德和明科夫斯基,用直径508厘米的大望远镜,对准了英国天文学家所说的天空位置.于是,他们在距离地球2亿
光年之远的地方发现了两个巨大的、正在互相碰撞的天体.两者都是拥有数以千亿计的恒星的巨大星团.它们一边猛烈地相撞,一边发出强烈的电波.
不久前,天文学家还发现了称为3C48、3C273的奇异的天体.这些都是银河系之外的天体,还发射着强烈的电波.它们与一般的恒星和星系相比,性质迥然不同,所以把它们命名为类星体.
虽然都称为射电源,但还是有各种各样的类型.
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