恒星
恒星是空间中一个非常大的发光热物质的球。这种物质被称为等离子体。恒星是由引力固定在一起的。它们发出热量和光,因为它们非常热。
恒星之所以热,是因为它们内部发生了核反应。这些反应被称为核聚变。核聚变产生光和热,并产生越来越大的化学元素。恒星有大量的氢。核聚变将氢变为氦。当恒星变老时,它开始把氦气变成其他更大的化学元素,如碳和氧。核聚变产生大量的能量。这些能量使恒星变得非常热。恒星产生的能量从它们身上移开(辐射)。大部分的能量以光的形式离开。其余的则以其他种类的电磁辐射形式离开。
大麦哲伦云中的一个恒星形成区。美国宇航局/欧空局图片
开放式星团Pismis 24位于星云NGC 6357中。它有一些已知的最大的恒星。Pismis 24-1的质量几乎是太阳的300倍。它是一个由至少三颗恒星组成的多重系统。 云层所呈现的奇怪形状是这些巨大的、热的恒星所发出的 巨大辐射的结果。 这张图片结合了智利ESO拉西拉天文台的1.5米丹麦望远镜在可见光下的三种不同滤镜的图像数据。
蟹状星云,是公元1050年左右首次出现的超新星的遗迹。
地球的太阳
离地球最近的恒星是太阳。来自太阳的能量通过为植物提供光,支持着地球上几乎所有的生命。在一个叫做光合作用的过程中,植物将光线转化为能量。太阳的能量也导致了地球上的天气和湿度。
当太阳下山时,我们可以看到夜空中的其他星星。像太阳一样,它们主要由氢和少量的氦以及其他元素组成。天文学家们经常将这些其他的恒星与太阳进行比较。例如,它们的质量是以太阳质量来表示的。一颗小星可能是0.2个太阳质量,一颗大星是4.0个太阳质量。
行星
地球和其他行星围绕着太阳运动(轨道)。太阳和所有围绕太阳运行的事物被称为太阳系。许多其他恒星都有行星围绕它们运行:这些行星被称为系外行星。如果你在系外行星上,我们的太阳看起来就像天空中的一颗星星,但你无法看到地球,因为它太远了。
数字,距离
半人马座是离我们太阳最近的恒星。它距离我们有39.9万亿公里。这相当于4.2光年的距离。这意味着来自半人马座的光线需要4.2年才能到达地球。
天文学家认为宇宙中存在着非常多的恒星。可观察到的宇宙包含超过2万亿(1012)个星系,总的来说,估计有多达1×2410颗恒星(比地球上所有的沙粒都多)。也就是说,1,000,000,000,000,000,000颗恒星,这比银河系(我们的星系)中的几千亿颗恒星多出许多倍。
大多数恒星都非常古老。它们通常被认为是在10亿到100亿年之间。最古老的恒星有137亿年的历史。这与宇宙的年龄相当。一些年轻的恒星只有几百万年的历史。年轻的恒星大多比老的恒星更亮。
恒星有不同的大小。最小的恒星是中子星,它实际上是死星。它们不比一个城市大。中子星在一个非常小的空间里有大量的质量。
超巨星是宇宙中最大的恒星。它们的直径比太阳大1500多倍。如果太阳是一颗超巨星,它的直径将达到木星那么远。
贝特宙斯星是一颗红色超巨星。虽然这些恒星非常大,但它们的密度也很低。
有些恒星看起来比其他恒星更亮。这种差异是以视亮度来衡量的。有两个原因导致恒星有不同的视星等。如果一颗恒星离我们很近,它就会显得更亮。这就像一支蜡烛。离我们近的蜡烛看起来更亮。另一个原因是,一颗恒星比另一颗较冷的恒星更热,所以它看起来更亮。
恒星会发出光,但也会发出太阳风和中微子。这些都是非常小的物质粒子。
恒星是由质量构成的,质量产生了引力。引力使行星围绕恒星运行。这就是地球绕着太阳运行的原因。两颗恒星的引力可以使它们互相绕行。互相绕行的恒星被称为双子星。科学家们认为有许多双星。甚至有三颗或更多的恒星组成的群组,它们互相绕行。半人马座是一颗围绕其他恒星运行的小恒星。
恒星并不是均匀地分布在所有的空间。它们被组合成星系。一个星系包含数以千亿计的恒星。
恒星有许多大小。行星PSR B1257+12 B所环绕的恒星只有20公里大,但大犬座VY却有28亿公里大。
看到星星的历史
在整个历史上,星星对全世界的人都很重要。星星一直是宗教活动的一部分。很久以前,人们相信星星永远不会死。
天文学家将恒星组织成称为星座的群体。他们利用这些星座来帮助他们看到行星的运动和猜测太阳的位置。太阳和星星的运动被用来制作日历。农民用这些日历来决定何时种植庄稼,何时收割庄稼。
很久以前,人们就看到了星星上的图案。这是1690年的作品,是约翰内斯-赫维利乌斯所想象的狮子座。
恒星的生命
恒星是在星云中产生的。这些是比正常空间有更多气体的区域。星云中的气体在重力作用下被拉到一起。猎户座星云就是一个气体聚集形成恒星的例子。
恒星一生中大部分时间都在将氢与氢结合(融合)以制造能量。当氢气被融合时,它就会产生氦气,并产生大量的能量。要将氢融合成氦,它必须非常热,压力必须非常高。聚变发生在恒星的中心,称为 "核心"。
最小的恒星(红矮星)缓慢地融合它们的氢气,并活了1000亿年。红矮星的寿命比任何其他类型的恒星都长。在它们生命的最后阶段,它们变得越来越暗淡。红矮星不会发生爆炸。
当非常重的恒星死亡时,它们会发生爆炸。这种爆炸被称为超新星。当超新星发生在星云中时,爆炸会把星云中的气体推到一起。这使得星云中的气体变得非常稠密(密集)。重力和爆炸的恒星都有助于将气体聚集在一起,在星云中形成新的恒星。
大多数恒星用完了它们核心的氢。当它们这样做时,它们的核心变得更小,变得更热。它变得如此之热,推开了恒星的外部。外层部分膨胀,成为一颗红巨星。天体物理学家认为,在大约50亿年后,太阳将成为一个红巨星。我们的太阳将变得如此之大,会吃掉地球。在我们的太阳停止使用氢来制造能量之后,它将在其非常热的核心使用氦。它的温度将比它融合氢气时更高。重型恒星也会制造比氦气更重的元素。当一颗恒星制造越来越重的元素时,它制造的能量也越来越少。铁是在重星中制造的一种重元素。
我们的恒星是一颗普通的恒星。一般的恒星会推走它们外面的气体。它推走的气体会形成一个叫做行星星云的云。恒星的核心部分会保留下来。它将是一个和地球一样大的球,称为白矮星。它将在很长一段时间内消退成黑矮星。
后来在大型恒星中,更重的元素通过核聚变制成。最后,恒星会发生超新星爆炸。宇宙中大多数事情发生得很慢,我们没有注意到。但是超新星的爆炸只发生在100秒内。当一颗超新星爆炸时,它的闪光就像1000亿颗恒星一样明亮。垂死的恒星如此之亮,在白天也能看到。超新星的意思是 "新星",因为人们曾经认为它是一颗新星的开始。今天我们知道,超新星是一颗老恒星的死亡。恒星的气体被爆炸推开了。它形成了一个巨大的气体云,叫做行星状星云。蟹状星云就是一个很好的例子。剩下的就是一颗中子星了。如果这颗恒星非常重,这颗恒星就会形成一个黑洞。黑洞中的重力是非常强大的。它是如此强大,以至于连光都无法从黑洞中逃脱。
最重的元素是在超新星的爆炸中产生的。在太空中漂浮数十亿年后,气体和尘埃聚集在一起,形成新的恒星和新的行星。太空中的大部分气体和尘埃来自超新星。我们的太阳、地球和所有生物都是由星尘构成的。
颜色
几个世纪以来,天文学家们都知道,恒星有不同的颜色。在看电磁波谱时,紫外线波最短,红外线最长。可见光谱的波长在这两个极端之间。
现代仪器可以非常精确地测量一颗恒星的颜色。这使天文学家能够确定该恒星的温度,因为一颗较热的恒星的黑体辐射具有较短的波长。最热的恒星是蓝色和紫色,然后是白色,然后是黄色,而最冷的是红色。知道了颜色和绝对星等,天文学家就可以把这颗恒星放在赫兹普朗-罗素图上,并估计它的宜居区和其他有关它的事实。
例如,我们的太阳是白色的,而地球是生命的最佳距离。然而,如果我们的太阳是一颗更热的蓝色恒星,地球就必须离得更远,否则它就会太热而无法有水和维持生命。
问题和答案
问:什么是恒星?答:恒星是太空中一个非常大的发光热物质球,由等离子体组成,靠引力固定在一起。
问:恒星是如何放出热量和光的?
答:恒星放出热量和光,是因为它们内部发生的核反应使它们非常热。
问:恒星内部发生的是什么核反应?
答:在恒星内部发生的核反应被称为核聚变,它将氢气变成氦气,并以光和热的形式产生能量。
问:这种核聚变过程会产生哪些元素?
答:核聚变产生较大的化学元素,如氦,还有微量的较重元素。
问:恒星有大量的什么元素?
答:恒星有大量的氢。
问:恒星产生的能量是如何远离它们的?
答:恒星产生的能量以电磁辐射的形式离开它们,包括光。
问:太阳变老后会发生什么?
答:当太阳变老时,它的体积会扩大,成为一颗红巨星,这将在大约10亿年后(109年)发生。