探秘神奥的星海撷风，神奇撷取启明星与长庚星的奇景

星海撷风

启明星与长庚星

有时候，在天刚蒙蒙亮时，东方的天空会出现一颗明亮的星星，它晶莹透亮，光芒四射，美丽极了。这颗星古时称为“启明星”，意思是随着它的出现，天就要亮了。而有的时候，在黄昏时，我们在西方的地平线上空，也会看到一颗特别明亮的星星。随着天越来越黑，这颗星更显得光辉灿烂，像一盏明灯高挂天宇，引人注目。这颗星古时称为“长庚星”。

启明星与长庚星实际上是同一颗星，是九大行星之一的“金星”，西方称为“维纳斯”。维纳斯是古罗马神话中“爱与美”之神的名字。

金星，在我国古代又称为“太白金星”，这是由于她发射出白色的光辉。金星与其他几颗行星（水星、木星、火星、土星）早在春秋战国以前就发现了。由于它们在天空中没有固定的位置，不停地游荡着，故此称为“行星”。以别于似乎固定不动的众多的“恒星”。大约到了16世纪时，才确定我们人类居住的地球也是一颗行星。所有行星都围绕太阳旋转，旋转的轨道是接近于圆形的椭圆形。

金星的轨道在地球轨道以内，所以从地球上看去，当金星在太阳前面与背面时，都见不到。只有当金星离开太阳有一定角距时，才能看到。金星在太阳的西边时，我们可以在日出前的东方看到。此时的金星为启明星；而当金星在太阳的东边时，我们可以在日落后的西方地平线上看到，此时的金星为长庚星。

金星在距离太阳最大角距时，称为东大距与西大距。东、西大距时，是观察金星的最好时候。此时金星的高度大，在天空出现时间长。

那么，金星为什么这么明亮呢？

金星是颗行星，它本身不发光。它的光辉是反射太阳光而来的。其他行星也是反射太阳光而发亮的。既然是反射光，那反射多少就取决于行星表面的反射本领了。比如太阳光以100份射入某颗行星，而某颗行星将其中的15份反射出来，就说这颗行星的反射率（或反照率）为15%或0.15。各行星表面的结构不同，它们各自的反射率就不一样，比如，水星的反射率为0.05，火星的为0.15，木星为0.44，土星为0.42。而金星的反射率最大，为0.59即接近于60%。在我们地面上，只有新下的雪反射率才比金星大一些（为80%），而岩石、岩灰与木炭的反射率仅为0.07。

由此可见，金星特别明亮，是由于它表面的反射率很大。原来，金星大小跟我们地球差不多（金星半径为6096公里，地球平均半径为6371公里），但它表面包着一层浓厚的大气，而大气的成分主要是二氧化碳（占全部大气的97%左右），靠着这层大气反射、散射太阳光，因而显得明亮。

从我们地球上看去，金星特别明亮还有一个重要的条件，就是它离太阳及地球都不太远。金星距离太阳，只有日地距离的70%，约1亿零8百万公坠。它所得的太阳光的辐射当然就比较大了。木星体积比地球大1300多倍，但木星离太阳远（约为日地距离的5倍多），它所得太阳光就少，故此不如金星明亮。

从地球上看去，金星是离我们最近的一颗行星，它离地球最近时约有4千万公里，比地球的另一个近邻行星——火星，最近地球时的距离要近1千万公里以上。同样亮度的天体，有的离我们近些，看来就亮些：而有的离我们远些，看来就暗些。金星离地球近些，所以看来就亮些。

金星具有上述几个得天独厚的条件，使它成为全天最亮的星星。

但是，金星最亮的时候，并不是在它距地球最近的时候。当金星位置在太阳和地球中间时，称为“下合”，其相对的一点为“上合”。在下合附近，太阳光照亮的金星的半球，恰巧背对着我们，所以我们是见不到金星的。只有在离下合有一段距离时，才可见到金星最亮。按时间算，在离下合之前与之后一个月多一点的时候为最亮。比如1994年11月2日金星下合，在此之前的9月29日金星最亮，亮度达－4.7等，在11月2日之后的1994年12月9日，又是金星最亮。到了1995年初，金星离地球越来越远，它的亮度就逐渐降低了，年初为－4.7等，年中为－3.9等，1995年底为－4.0等。

流星部落

在晴朗的夜空中，常常会看到飞流而过的一道亮光，人们称它为流星，民间也叫贼星。对此，常有人说：这是星星掉下来了。它们真是我们在天空看到的亮星掉下来了吗？当然不是。那些亮星离我们非常遥远，体积都比地球大得多，怎么可能往地球上掉呢？我们知道，在行星际空间有许多尘埃物质和大小不等的破碎的固体物质。当它们和地球接近或地球穿过它们之中的时候，这些固体物质便以每秒十几公里至几十公里的速度撞入地球大气层，与大气产生激烈的摩擦，从而生热发光，这就是我们看到的流星现象。流星现象通常都发生在离地面80至120公里的高空。每夜都可以看到一些流星。但是这些单个出现的流星的方位、亮度和时间是不同的。就一日而言，后半夜的流星要比前半夜多。

流星体是围绕太阳运行的尘粒和固体块。流星体数量极多，形状不规则，大小相差悬殊。大流星体像一座山丘，小流星体连肉眼也无法辨认，通常只有砂粒和小石子那样大小。它们绕太阳转圈子的时候，有时会跑到地球附近。当它们一旦闯入地球大气层，就以极快的速度与空气摩擦和碰撞，产生很高的温度，因而燃烧发光，在夜空中留下一道灿烂的光辉，这就是流星过后，还会留下一条明亮的痕迹，叫做“流星余迹”。

较大的流星体陨落时产生的流星现象叫火流星。这种流星体在稠密的地球低层大气内高速运行时，由于它大量的物质在大气中挥发燃烧，发出耀眼的光芒，看起来像一条巨大的火龙，常伴有雷鸣声，这就是火流星。明亮的火流星能把广大区域照得如月明之夜，甚至如同白昼。当天空中的流星余迹被淹没时，又会出现烟柱似的尘埃余迹，可持续几个小时。人们根据这一尘埃余迹可以推测出高层大气内的风向和风速等。

1930年，前苏联伏尔加河上空曾出现一次罕见的火流星。当年4月30日下午1时，人们突然看到天上飞来一个圆圆的“火球”，比月球稍小一些，后面拖着一条长长的“火链”，约飞行了5秒钟就消逝了。在消失的地方升起一股烟云，逐渐变浓，持续5分钟，直到烟消云散之后，人们还听到剧烈的轰鸣声，犹如发射火炮，一直延续了半分钟之久。

有时，夜空中出现的流星很多，仔细观察会发现，它们好像都是从一个方向射出，构成令人心旷神怡的天象。这种天象称为流星雨。

1872年11月27日，欧洲一些地区曾遇到一场罕见的流星雨，人们看到大群大群的流星从仙女座中迸发出来，像节日焰火一般，壮丽非凡。这场流星雨从傍晚7时一直持续到午夜1时，流星总数达16万颗之多，在流星陨落的高潮期间，每秒钟陨落的流星竟达10～15颗之多。但通常的流星雨往往每秒钟只陨落一两颗流星。

流星雨原本是某些彗星瓦解后遗留下来的碎片和冰块，当它们与地球相遇时，成群结队的碎片和冰块在大气层中因摩擦而燃烧和发光，便形成流星雨现象。每回流星雨出现时，似乎所有的流星都是从天空中的某一点发射出来的，这一点叫“辐射点”。通常流星雨的名称就用辐射点所在的星座名称来命名的，如前面提到的流星雨是从仙女座迸发出来的，就叫它为“仙女座流星雨”，这个流星雨是由比拉彗星瓦解后的碎片和冰块所形成的。

星海中的路灯

对我国广大地区来说，北极星和北斗七星常年可见。在壮丽的恒星天空中，它们像指路灯塔，似报时鸣钟，自古以来就是人们最熟悉的星星朋友。北极星现在在很靠近地球北极所指向的天空，因此，看起来它总在北方天空。正是因为它所处的位置重要，才大名鼎鼎。其实，按亮度它只是一颗普通的二等星，属于“小字辈”。它离我们约400光年。北极星属于小熊星座中最亮的恒星，也叫小熊座α星。中国古代称它为“勾陈一”或“北辰”。在星座图形上。它正处于小熊的尾巴尖端。说到这里，或许你要问：小熊星座α星永远享受北极星的尊称？或者说，地球自转轴的北极永远指向这颗星吗？首先应该指出，地球自转轴也是在周期性的缓慢摆动。因此，地球自转轴北极指向的天空位置自然也是变动的。可见，北极星的“皇位”也存在轮流坐庄的可能。天文学家们早已算出，5000年前，北极星不是现在小熊座α星，而是天龙座α星，中国古代称它为右枢。那时右枢获得北极星的殊荣。到公元1000年，也就是中国北宋初年的时候，地球北极指向的天空离现在北极星——小熊座α星的角距还有6度。可见，那时它还远远不能作北极星。现在地球自转轴北极指向的天空离小熊座α星的角距只有约1度。目前地球自转轴北极指向的天空正以每年15角秒的速度接近小熊座α星。到公元2100年前后，地球自转轴北极指向的天空和小熊座α星之间的角距最小，仅有约28角分。似乎这时它的“地位”才达到北极星的顶峰。然而，从此以后，地球自转轴北极指向的天空将逐渐远离小熊座α星。到公元4000年前后，仙王座γ星将成为北极星。到公元14000年前后，天琴座α星——织女星将获得北极星的美名。那时人们再谈起牛郎和织女的故事来，织女星“入主北极星的皇位”身份，远远超过牛郎星。地球自转轴这样摆动一周的时间，大约是26000年。这说明一切事物都是在运动的，静止只是相对的，运动变化才是永恒的。

北斗七星属于大熊星座的一部分，北斗七星位于大熊的背部和尾巴。这7颗星中有6颗是2等星，1颗是3等星。通过斗口的两颗星连线，朝斗口方向延长约5倍远，就找到了北极星。认星歌有：“认星称从北斗来，由北往西再展开。”初学认星者可以从北斗七星依次来找其他星座了。

古人把北斗七星作为一种永恒的神圣的象征。难道北斗七星组成的图形永远不变吗？它永远是找北极星的“工具”吗？当然不是这样。宇宙间一切物体都在运动和变化之中，恒星也不例外。既然恒星也在运动，那么，北斗七星组成的图形当然也在变化。实际上，这7颗恒星离我们的距离不等，在60～200光年之间。它们各自运行的方向和速度也不一样。7颗星大致朝两个方向运行，摇光和天枢朝一个方向，其他5颗基本朝一个方向。根据它们运行的速度和方向，天文学家们已经算出，它们在10万年前。组成的图形和10万年后组成的图形，都和今日的图形大不一样。

天狼星的伴侣

连接猎户座腰带上的3颗星，向东南延长到它们间距的约7倍长，就会看到青白色的天狼星。天狼星属大犬座，正好在大猎犬嘴巴上。在古埃及，每当天狼星在黎明时从东方地平线升起的时候，正是一年一度尼罗河泛滥的季节，此时，大地回春，埃及人便开始了播种耕耘。由于天狼星的出没和古埃及的农业生产息息相关，所以人们特别崇拜它。

天狼星是除太阳外全天空中用肉眼看起来最亮的恒星，是距离我们较近的恒星之一，它的距离为8.7光年。它还是自行（在垂直视线方向移动的角度的大小）极快的恒星，平均每年自行稍大于1″。1834年德国天文学家贝塞尔开始研究天狼星的自行。1844年他发表文章指出，天狼星的运动很不规则，在大球上的轨迹不像其他恒星那样沿一条直线运动，而是在天球上画下一道波纹状的路线。这种现象引出这样一个结论：天狼星实际是一对双星，天狼星的不规则运动，是由于它围绕双星系统的重心作轨道运动所造成的。

贝塞尔的文章发表以后，由于当时并未找到天狼星的伴星，人们认为它可能是个暗黑的看不见的星，此后也就没有人再注意这个问题了。19年以后，美国望远镜制造家克拉克制造了一架口径为46厘米的折射望远镜，他在试验这架望远镜时，终于发现天狼星附近的“看不见的伴侣”，这个双星系统的转动周期为50年。根据双星的运动，进一步求出了伴星的质量，结果是天狼伴星的质量与太阳的质量差不多。但是，天狼伴星的亮度却只有太阳的几百分之一，它的温度并不低，约为10000K左右。

什么原因使得天狼星的伴星这么暗呢？原来它的体积太小了，只有太阳体积的百万分之几。因此，人们把这类恒星称为白矮星。

天狼伴星的体积比地球大不了多少，质量却和太阳质量差不多，这意味着它的密度非常大，为1010公斤／米3，即每立方米的天狼伴星物质的质量约1000万吨。白矮星上1吨重的材料可以放在火柴盒里，可以想像它的密度之大！

最早发现的另一颗白矮星是波江座40号星的伴星。现在已经发现白矮星1000颗左右。由于它们的亮度太小，使用大望远镜也只能看到距离较近的白矮星，实际上，白矮星的数目比现在知道的要多得多。

白矮星与中子星

白矮星的密度

为什么白矮星的密度如此之高？根据白矮星的半径和质量可以算出它表面的重力等于地球表面重力的107～109（1000万～10亿）倍。在这样高的压力下，组成白矮星的物质的原子都被压碎了：电子脱离了它原来在原子中的轨道变成自由电子。我们知道，原子是由原子核和电子组成，原子的质量大部分集中在原子核上，而原子核占的空间很小，如氢原子核的半径只10－8厘米（一厘米的一亿分之一），而氢原子核（质子）的半径只有10－13厘米（一厘米的十万亿分之一）。原子被压碎，在强大的压力下，原子核排得更紧密了，因此单位空间内包含更多的物质，即是说密度大大增高了。这种自由电子气体叫作简并电子气体。简并电子气体压力与白矮星强大的重力平衡，维持着白矮星的稳定。白矮星质量越大，重力越大，简并电子气体压力就抵抗不住星体的引力收缩，白矮星就会进一步坍缩成密度更高的天体。印度出生的美国天体物理学家钱德拉塞卡研究了白矮星的物态，得出它的质量极限为1.4个太阳质量。当质量大于1.4个太阳质量时，白矮星是不稳定的，引力坍缩将使它变为密度更高的中子星或黑洞。

白矮星的演变与寿命

白矮星是恒星生命史的晚期天体，是快要死亡的天体。它是如何演变来的呢？

现代恒星演化理论告诉我们：恒星是由星云收缩而形成的，星云中主要的成分是氢，星云收缩，温度不断升高，密度不断增大。当温度升高到700万K时，氢就会熔合在一起发生热核聚变，产生大量的光和热，这时恒星便诞生了。依靠氢聚变为氦的热核反应，恒星度过一生的青壮年时期。当核心的氢燃料消耗光的时候，核心温度升得更高，引发氦聚变反应，恒星膨胀变成一颗又红（表面温度较低）又大的红巨星。红巨星进一步演化，其外层气体由于膨胀慢慢扩散到宇宙空间去，而星体核心部分演化成白矮星。当星核质量大于白矮星质量极限时，星核便会演化为中子星或黑洞。到了这个阶段，恒星便进入老年垂死阶段。这时氢、氦等热核原料已经用光。此后，白矮星便依靠它的余热慢慢走向它生命的终点。

不过，有时白矮星也会“死而复活”。当白矮星是密近双星系统中的一个子星的时候，白矮星会吸积另外一颗子星的物质，吸积来的氢在白矮星表面堆积，形成氢气包层，当温度足够高时，就会发生热核反应而产生巨大能量。这种现象叫新星爆发。有的新星还会再度爆发，成为再发新星。

新星爆发后白矮星的命运如何？一种理论认为，白矮星有可能由于吸积过多的物质，质量超过白矮星质量的极限而发生引力坍缩，演化为中子星。白矮星如何走完它的生命旅程？其最终结局到底如何？会不会演化成中子星？白矮星死亡之后的遗骸会成为形成新恒星的材料吗？一系列问题引起人们的思考和兴趣。

中子星

在天文学史上，由理论家根据物理学规律预先推算出该天体的存在，再由天文观测家实测从而得到证实的例子是不少见的。中子星也是这样。1932年，英国物理学家查德威克发现组成原子的粒子除电子（带负电荷）和带正电荷的质子之外，还存在一种不带电的粒子，定名为中子。查德威克的发现公布后，当时正在瑞典作学术访问的前苏联物理学家朗道作了一个有趣的预言：在宇宙中存在一种主要由中子组成的星，它的体积很小，质量接近太阳质量，大体包含10亿亿亿亿亿亿亿个中子，因此密度极高。

那么，中子星是怎样形成的呢？一个正常的恒星经历怎样的物理过程被压缩成如此高密度的中子星呢？巴德和兹维基于1934年作出了回答，他们计算了一个正常恒星（半径约为100万公里）经引力坍缩为大小约10公里的中子星时引力能的变化，发现和超新星释放出的能量相等，因此提出：正常恒星过渡到中子星，是由于超新星爆发造成的。美国科学家奥本海默研究了引力坍缩过程，进一步肯定了中子星存在的可能性。此后相当长的一段时期，人们完全忽略了这些理论家的工作，没有人认为会找到中子星。因为中子星太小，一个比地球还小的恒星发出的光毕竟太微弱了，何况连它是否发光还不清楚呢。直到30年后，人们才以意料不到的方式证实了中子星的存在。

60年代，英国剑桥大学的休伊什和他的学生贝尔（现名伯娜尔），一起制造了一面很大的长波（3.7米）接收天线，用来研究星际电离气体对宇宙射电波的折射效应，即星际闪烁。在这个波长上，只有角直径非常小的射电源才会发生闪烁，较大的射电星系是不会闪烁的。1967年7月，刚开始启用这具射电望远镜作观测的几天内，贝尔就记录到有很强的无线电信号起伏。信号的特征不像是星标闪烁，却很像是地面上的无线电干扰。起初，休伊什把它当作摩托车打火之类的从地面来的无线电干扰而不予理会。以后，这种信号一再反复出现，直到10月份，他们得出结论：这是来自天体的射电信号。他们又换用了一具更灵敏的接收机，11月份，他们第一次接收到清晰的、极其规则的无线电脉冲信号。这是人为的吗？会是宇宙飞船发出的吗？会不会是地外文明世界发来的无线电信号呢？这后一种可能性特别令人激动。有本科学幻想小说中曾描写过地外文明世界有种“小绿人”的高级智慧生物，因此，当时有的科学家戏称这种无线电信号为小绿人的信号。(www.xing528.com)

显然，如果让大家知道他们正在接收小绿人发来的信号，那是多么轰动的新闻，记者就会大批地拥进天文台，从而影响科研工作。所以，直到1968年2月，休伊什才在英国《自然》杂志上发表了他们观测到来自宇宙的射电脉冲星的文章。文章分析了脉冲信号的性质后指出，脉冲星肯定在太阳系之外，可能是某种致密天体，大概是白矮星或者中子星。消息传开之后，各国的射电天文学家立即把注意力转向天空，来证实这一引人注意的发现。两周以后，英国焦德尔雷班克天文台就发表文章，证实了第一颗脉冲星的存在。到1968年，至少有8个射电天文台观测到了脉冲星，到现在已发现了500多个脉冲星。

脉冲星是什么天体呢？人们纷纷提出各种理论，推测什么天体能够发生周期性的脉冲变化。最初，人们认为是白矮星的周期膨胀和收缩运动。但白矮星的脉动周期不会小于2秒，而多数脉冲星的脉冲周期都小于2秒。蟹状星云中的脉冲星，脉冲周期为0.033秒。于是，人们又进一步考虑白矮星双星的公转效应，计算表明，即使是相接触的双白矮星，其公转轨道周期也不会小于1.7秒。看来惟一的可能解释脉冲星的物理机制是白矮星自转。自转周期为1秒以上的白矮星是稳定的，如果周期太短，快速自转产生的离心力就会使白矮星解体。但不少脉冲星的周期都小于1秒，而且用光学望远镜观测脉冲星竟没有一个是白矮星！

1968年，帕西尼和高尔德分别发表文章，论述脉冲星是具有磁场的快速自转的中子星。这样才使关于脉冲星的争论告一段落。有两颗脉冲星存在于超新星遗迹中，这一事实既证实了超新星爆发会产生中子星的科学预言，也证实脉冲星就是中子星。此外，帕西尼和高尔德预言，脉冲星由于辐射自转应该减慢，不久就发现蟹状星云脉冲星的自转周期果然正在减慢。于是，脉冲星即中子星就完全得到肯定。

白矮星与中子星

现代恒星演化理论告诉我们，中子星是恒星演化到晚期的产物，当恒星因耗尽能量而出现超新星爆发时，在引力作用下，星核就会坍缩成中子星。在银河系中，双星是很常见的，若是双星中有中子星，中子星对双星的演化会有什么影响呢？

1968年，一位前苏联天文学家发现，天蝎座X—l是一对双星，其中之一是中子星，它的伴星是一红巨星。红巨星的气体受到中子星的吸积，在中子星的周围旋转碰撞，而升温到100万K时，就会辐射出大量X射线。

天文学家研究了由双星组成的X射线源（X射线双星）以后，发现供给X射线源物质的伴星可分两类：一类是具有几个太阳质量的大伴星，一类是不超过两个太阳质量的小伴星。这两类伴星的演化有所不同：前一类X射线双星中的大质量伴星自然演化，并以超新星爆发而告终。爆发把双星系统中的许多物质吹到宇宙空间，从而削弱了两星间引力，若双星系统丧失了一半以上的物质，它就瓦解，只留下一个孤单的中子星。若爆发出的物质不多，双星系统保存下来，结果是留下一对中子星。1947年后，果然发现了双脉冲星。而含有一个低质量的恒星和一颗中子星的X射线双星，演化较温和，由于伴星没有足够的物质引起超新星爆发，伴星流失到中子星的物质速率很缓慢，结果是形成一颗白矮星和一颗中子星。在已知的射电脉冲星中，双星相对稀少，仅有9个为脉冲双星，其中7个是属于后一类的。

然而，PSR0820—02脉冲星的发现给上述演化理论提出了难题：它是一个由白矮星和中子星组成的双星。根据理论，它应该是磁场较弱、脉冲周期很短的脉冲双星，但实际上它却是磁场很强的一种特殊脉冲双星，最新的理论认为，这类脉冲双星中的中子星并非来自超新星爆发，而是来自白矮星的坍缩。按照这种理论，PSR0820—02原是一个普通的双星，质量较大的伴星最后演化成白矮垦，但它继续吸积质量较小的另一伴星的物质，最后超过白矮星的质量极限而坍缩为一个中子星。不过，一般说来，由伴星吸积来的氢在白矮星表面积聚起来后，大多数白矮星会由于氢聚变产生爆炸（新星爆发），又把积聚起来的物质抛出，是不会坍缩为中子星的。若使白矮星发生引力坍缩变成中子星，必须要求白矮星满足两个条件。（1）必须是特殊白矮星，是一种由氖、氦和镁组成的白矮星，这样的化学组成对氢聚变不起催化作用；（2）白矮星伴星的质量输出必须十分缓慢，不易发生激烈的爆发。这种理论模型尚需观测来检验。白矮星会按照这种方式演变为中子星吗？中子星本身又将如何演化？天文学家正在努力寻找更多的脉冲星来验证上述新理论是否正确，进一步理解中子星演化的来龙去脉。

新星

神秘的新星

晴朗的夜空中，原来看不见有星的位置上突然间冒出一颗亮星，这种现象是多么令人惊讶和兴奋！人们往往认为这是颗新诞生的恒星，于是便把这种天体叫做新星。新星发亮一段时间之后，亮度逐渐减小，又慢慢地消失在夜空中，好像来去匆匆的过客，因此我国古代又把它叫做客星。新星的最古老的记录是我国《汉书》上的记载，元光元年（公元前134年）六月“客星见于房”，“房”指二十八宿中的房宿，相当于现在的天蝎星座。到现在为止，在银河系中总共记录到的新星不过200颗左右。每年发现的新星并不多，多则三五个，少则一个也没有，肉眼能看得到的亮新星就更为稀少了。根据推算，在我们银河系中，平均每年可能出现50颗新星。但是，由于新星都分布在银河平面附近，那里的大量吸光星际物质吸收了新星的光，因此我们只能看到近距离的新星，这样一来，就使新星成为一种少见的天象了。

新星不是新的星

长期以来，人们一直认为新星是从宇宙中新产生出来的天体。直到19世纪末，这一想法才有所改变。那时，照相方法已经引入天文观测，人们对整个天空进行了巡天照相。由于照相底片能够累积光线，所以较暗的星经过长时间曝光，在底片上也能显现出来。在照相的星图上人们发现，新星出现以前，在那个位置上早已存在着星星，只是由于它太暗，我们肉眼看不见罢了。当新星最为明亮期过后，在新星“消失”的位置上，用照相方法仍可观测到那颗星星。这时，人们才正确地认识到新星并不是新诞生出来的星。

新星出现时，极其明亮。1918年天鹰座出现一颗新星，亮度达－1.1等，在天空中，成为仅次于天狼星的第二亮星。一般的新星的亮度也达到1等星。新星出现前，它的亮度很暗，都在肉眼视力范围之外，而肉眼能看到的最暗星是6等星。新星发亮前后，亮度变化可以达到7～16星等。像1975年天鹅座出现的新星，亮度变化达19个星等。星等相差1等，亮度相差2.5倍，新星发亮前后，亮度可以剧增几百万倍至几千万倍。究竟是什么原因使恒星亮度剧增呢？

人们用光谱分析的方法研究了新星的光谱，发现在新星亮度极大时，光谱线向紫端移动，表明新星外层大气向观测者方向移动。由谱线位移可以计算出，新星向外膨胀的速度为1000公里／秒以上。这样巨大的膨胀速度说明什么呢？说明新星在“爆炸”。由于新星的爆炸，使新星的亮度骤然剧增几千倍。

新星的爆发

新星爆发，大量物质被抛射到宇宙空间里，星体会不会因爆炸而瓦解呢？人们研究了几十个爆发后的新星光谱，发现这些光谱和一些演化到晚年的热矮星的光谱非常相似。于是人们产生这样一种认识，新星不是恒星的幼儿阶段，而是恒星的暮年阶段。新星爆发是恒星行将死亡的前奏曲，是恒星的“天鹅之歌”。

20世纪50年代，由于天文观测技术的进步，人们不但可以知道爆发后的新星的亮度，还能够知道新星爆发前的亮度。对比两者，竟发现了一个未曾意料到的结果。绝大多数的新星，爆发前后的亮度是相同的，经历一次爆炸，新星又恢复到爆发前的状态。新星爆发不是恒星的解体，而是一次“调整”。进一步研究新星爆发的能量和质量变化后发现，经过一次爆发，恒星的质量仅仅损失万分之几到千分之几个太阳质量（一个太阳质量为2×10.30公斤，即2000万亿亿亿吨），抛出的物质微乎其微。

新星种类

新星是爆发型变星的一种，属于爆发型变星的还有再发新星、矮新星的和类新星等，它们或多或少都具有和新星类似的特征。再发新星是指观测到不止一次爆发的新星，大体上每10～100年就爆发一次，已观测到十几颗。罗盘座T星和人马座V2005星已经记录到了5次爆发。再发新星爆发时，亮星剧增的幅度比新星的光变幅度要小，为7～9星等。每次爆发抛出的质量仅有百万分之几个太阳质量。现在认为，再发新星和新星之间没有根本的区别，新星可能是爆发周期长的再发新星，而再发新星可能是爆发周期短的新星。矮新星是爆发规模比新星小（亮度变幅2～6星等）、爆发周期很短（每隔几十天就爆发一次）的爆发型变星，它发亮的突然与快速和新星发亮的特征有些类似。

类新星是某些特征与新星类似的变星，亮度变幅约3个星等。每隔数年发亮一次。

新星爆发的原因

新星爆发是一种物质抛射和能量释放的不稳定的物理过程。爆发破坏了恒星的原有平衡状态，经过能量释放又重新达到新的平衡状态。

是什么原因促使恒星爆发呢？这种爆发对恒星的生命演化史具有什么作用呢？

目前，有不少天文学家致力于研究新星爆发的物理原因。有种学说认为，恒星演化到晚期，中心温度高到几十亿度，密度升高到水的密度的1亿倍以上。这时，恒星核心内部由于热核反应产生大量中微子。中微子是一种基本粒子，静止质量等于零，不带电，穿透力特别强，不和其他物质粒子发生作用，因此产生出来以后能够很快地跑到恒星外部去。它们带走很大能量，恒星内部能量迅速减小，因而抵抗不住恒星引力的收缩。于是，恒星迅速坍缩。造成恒星爆发。不过，这种物理过程释放出来的能量又太强了，大大超过新星爆发产生的能量，所以，用它来解释新星爆发是缺乏说服力的。

后来，人们发现有许多新星、再发新星、矮新星、类新星是双星系统。

1947年，观测证实，再发新星北冕座T星是分光双星；1952年，观测到矮新星天鹅座SS也是分光双星；1954年，证实类新星宝瓶座AE又是分光双星；同年，证实武仙座DQ新星是食双星的一个子星。四类爆发变星都与双星有关。

是不是所有新星都是双星呢？双星对新星爆发有什么关系呢？现在有种理论认为，很多新星爆发的原因可能与它是密近双星有关（密近双星是指双星的两子星距离较近，由于引力作用，两子星之间有物质交流的双星系统）。当密近双星的一个大质量子星演化为冷的红巨星，另一个小质量子星演化为热矮星的时候，冷星膨胀，外层气体射向热矮星，使热矮星表面吸积起含有大量氢的气体包层。当气体包层之下温度增高到足以引起氢的热核聚变时，热矮星就因热核聚变反应而释放能量，造成新爆发。这个理论是否正确？还待进一步观测来验证，理论本身也还有许多细节不清楚。如果说密近双星是造成新星爆发的原因，那些不是双星的新星爆发的原因又是什么呢？再发新星一再爆发的物理机制又是什么呢？近几十年来，人们发现除了存在可见光波段上突然发亮的新星之外，还陆续发现射电能量剧增的射电新星，以及X射线能量突然剧增的X射线新星。这些新星爆发的原因又是什么呢？新星爆发的秘密有待人们去揭露。

罕见的超新星

1987年2月23日，在大麦哲伦云星系出现了一颗超新星。第二天，国际天文学联合会便向全世界的天文台站和观测机构发出电报和电传，通报这一罕见的银河系外天体爆发现象。这颗超新星被命名为1987A。超新星是大质量恒星（质量大于或等于8 ～10个太阳质量）在晚年发生的崩溃、瓦解性的爆炸现象，一般质量较小的恒星并不以超新星爆发终了它的一生。

超新星现象

在晴朗的夜空中，人们有时会在原先看不到星星的地方发现一颗新出现的星星在闪耀，人们最早时称它为新星。实际上它并不是一颗新出现的星，只是因为过去它太暗弱而不引人注意罢了。后来，天文学家把在短时间内亮度突然增大1万倍甚至100万倍的恒星称为新星；把亮度突然增加比新星强得多，光度能达到太阳光度的10.7～10.10（1000万～100亿）倍的星称之为超新星。

现代天文学家统计分析了古代天文观测记录，特别是我国丰富的历史资料，结果只确定了不足10个银河系内的历史超新星。天文学家们公认，公元1006年、1054年、1181年、1572和1604年诸年的中国古书中的“客星”记载，都是银河系中的超新星（见下表）。离现在最近的两颗超新星（1572年、1604年），著名天文学家第谷和开普勒曾观测过，曾分别被称为“第谷新星”和“开普勒新星”。

历史上的超新星（银河系内）

1885年8月31日，有人观测到仙女座大星云中恒星的爆发，并认为是新星。直到1920年，天文学家才搞清楚仙女座大星云是银河系外的星系，其星光要经过200多万年才能传到地球。由此可算出1885年看到的那颗恒星爆发时，光度竟然是太阳的100亿倍，使人们大吃一惊！从此以后，人们才把这种光能量极其巨大的恒星爆发现象，称为超新星爆发。细心的天文学家们，还从20年代以前的天文照相底片中，陆续发现了13个河外星系超新星。随着巨型精良的天文望远镜的问世，天文学家开展了超新星照相巡天观测工作。从1885年～1987年2月底，人们一共发现了633个河外星系超新星。据估计，每个星系平均近300年才有一颗超新星出现。

我国古代天文观测者对观测记录超新星作出了杰出的贡献，表中列出的1054年出现的那颗著名超新星，就是最突出的例子。《宋史》中记载：“宋至和元年五月乙丑客星出天关（即金牛座ζ星）东南，可数寸，岁余稍没。”《宋会要》一书中也有记载：“至和元年，伏睹客星出现，其星上微有光彩，黄色。”著名美国天文学家哈勃于1928年根据金牛座“蟹状星云”的大小以及它约每秒900公里的膨胀速度，指出它就是中国史书上记载的那颗客星——超新星爆发后的遗迹。

恒星大爆炸

现代天文学家认为，恒星就是遥远的太阳，只不过其大小与太阳不尽相同罢了。大质量的恒星在晚年为什么会爆炸呢？要弄清这个问题，首先应该知道恒星的物质组成，或者说它靠什么东西“燃烧而发光呢”？

近代天文学家由光谱分析方法获悉，太阳上含有大量的氢元素，其次还有少量的氦、碳、氧、硅等60多种元素。1939年，美国著名物理学家贝特认为，太阳的能量来自于氢原子核聚变反应，它类似于氢弹爆炸。当4个氢原子核聚变为1个氦原子核时，可释放出巨大能量。实现热核聚变反应的条件是高温和高压。科学家们通过观测研究，由物理定律计算出太阳中心温度约为1500万度。也就是说，太阳是一座似氢原子核为燃料的核子炉！后来，人们把这一理论推广应用于恒星演化研究。

在恒星演化过程中，其内部的热核反应是一个持续不断的过程。人们逐渐弄清楚在任何恒星中氦约占25%左右，其余的大多数是氢，而所有其他元素的总和才占总成分的1%～2%。一般说来，恒星先是以氢为燃料。恒星的核心部分——星核的氢燃料耗尽后，星核中心收缩释放的引力能使恒星的氢壳层燃烧，同时恒星外层向外膨胀。与此同时，星核的收缩还使这个“热核反应炉”升温（可达2亿度），然后，氦开始燃烧，这时星核收缩停止。

氦燃烧的灰烬是碳和氧。在氦燃料耗尽时，星核又开始收缩。这时候的恒星有点像是两个套在一起的球壳——双燃烧壳源，一个是氢壳源，另一个是氦壳源。当星核收缩到一定程度，星核内的温度达到8亿度，碳开始燃烧。碳燃烧的主要灰烬是氧，氧燃烧之后是硅；前者燃烧所需的温度是20亿度，后者所需的温度是30亿度。

综上所述，在核反应的每一个阶段，当一种核燃料耗尽时，恒星的中心部分缺少能量辐射便开始收缩，在收缩过程中可释放引力能，因而使星核内温度上升，最终把另一种核燃料点燃。恒星在晚年变得越来越不稳定，热核反应一轮接一轮地进行，热核反应的温度一轮比一轮高，反应的速率也进一步加快，最终导致整个恒星爆炸即超新星爆发现象。在理论上具体一点说来，如果氧和硅的燃烧都未能使星体爆炸，那么恒星内部最终就由铁原子核和气体组成一个密度极大的核心，这时所有的核燃料就都耗尽了。因为铁原子核的结合能最大，铁核是很稳定的核。此时的恒星已接近“死亡”，伴随恒星中心核反应的轮番进行，星核已被一个温度低得多（不足10亿度）的“幔”所包围，在幔的外面还包有一层氢和氦的外壳。星幔中的化学成分占优势的是氧、氮和氖等轻元素，这些是恒星爆炸所需要的潜在核燃料。

这时候由于上层物质的重量已经不再能被下面的气体压力所支撑，恒星的所有外层便向着中心陷落——坍缩，并在此过程中迅速升温。当星核的密度接近每立方厘米3000万吨，而温度超过1000亿度时，核心将停止收缩，包层由于不再向恒星中心坍塌而迅速被加热，幔中的轻元素像“火药库”似的爆炸了。超新星爆发前，作为坍缩星的全部复杂的物理过程，仅仅是在异常短暂的、大约不到一秒的时间内发生的。