一．恒星是什么？

仰观夜空，繁星闪烁，银河在天。如此景象在大都市中已经难得一见了。城市人来到乡村，除了为山川的秀色而陶醉，到了夜晚，也常常会为有幸一睹久违的星空而兴奋。

恒星是夜空中的主角。肉眼可见的满天群星之中，除了少数几个大行星之外，绝大部分都是恒星。虽然我们用望远镜可以轻易看见月球、木星、土星等天体表面的特征，但是对于恒星，无论你用多大的望远镜，却永远是一个点，最多带一点色彩而已。那么，对于天上的繁星，是否除了亮度的差异，我们就无从了解其本质了呢？

 (图：望星空)

随着近现代天文观测技术的迅速发展，人们先后发明了照相术、分光观测技术和高分辨率测量系统等，伴随天体物理学的发展，我们终于得以窥识恒星的种种天机。

恒星究竟是什么？单从字面上看，恒星好像是指恒定不动的星。在古人心目中，恒星的确是不动的，他们把这作为区别恒星与行星的主要依据。然而，现代天文研究发现，所有的恒星在宇宙中都是不停地运动的，只不过它们距离我们实在太远，因而很难在短时间内辨别出它们相对位置的变化。而利用现代的高分辨率测量方法，天文学家已经测出了大量近距离恒星的准确运动速度。

恒星的本质在于它们是能够自己发光发热的天体，如同我们的太阳一样，是一团团熊熊燃烧的气态大火球，

散布于广袤的宇宙空间。而与之相对的是行星、卫星、彗星等天体，它们自身并不发光发热，而是靠反射太阳光才为我们所见。所以，恒星区别于行星的重要特征，就是恒星通过自身内部的热核反应而发热、发光。在浩瀚的繁星世界里，太阳只是一颗非常普通的恒星，只是因为离地球最近，才成了天空中最大最亮的天体。其他的恒星，因为离开我们极其遥远，看上去就成了一个个闪烁的亮点。

满天的恒星，其实就是满天的“太阳”。

二．恒星的大小

虽然我们用望远镜看不出恒星的大小差别，但是天文学家仍然有办法间接地推算出恒星的体积差异。

恒星之间的体积相差悬殊。太阳的直径将近140万千米，“身躯”内装得下130万个地球，但在恒星世界里，这样的个头实在算不了什么。很多恒星的体积都比太阳大，例如仙王VV星的半径就达到太阳的1600倍，堪称恒星世界的“巨人”。当然，也有不少恒星比太阳小，最小直径可小到太阳的十分之一。而若考察一种演化到末期的恒星遗骸－－中子星，其直径只有几十千米，堪称恒星“侏儒”了。

相对来说，恒星质量的差别要小得多。太阳的质量约2×10³⁰千克(2千亿亿亿吨)，是地球的33万倍，但在恒星中仅处于“中游”水平。恒星中质量最大的约为太阳的120倍，最小约为太阳质量的十分之一。

三．恒星的温度和颜色

恒星是有颜色的。如果对恒星进行照相，由于长时间的星光累积，不同恒星的色彩差异将更为显著。

其实，每一颗恒星都是一个炽热的气体球，其内部温度高达几千万度，进行着剧烈的热核反应。核心释放的巨额能量通过辐射、对流等过程向外输送，使星球的表面增温而发光。由于年龄和质量的不同，各恒星之间的表面温度差别很大。

恒星的颜色，反映的是恒星的表面温度。蓝色的恒星，表面温度高，可达3、4万摄氏度，而红色的恒星，表面温度要相对低很多，只有2、3千摄氏度。恒星的颜色和表面温度之间大体上有着以下的对应关系：

                  颜色         表面温度（摄氏度）

                   蓝            25000－40000

                  蓝白           12000－25000

                   白             7700－12000

                  黄白            6000－ 7700

                   黄             5000－ 6000

                   橙             3700－ 5000

                   红             2600－ 3700

四．恒星的光度与亮度

满天星斗，明暗悬殊。恒星的亮和暗，与什么有关？

研究表明，恒星的发光本领相差非常大。恒星单位时间辐射的总能量也就是恒星的发光强度，简称光度。它除了与恒星的表面积成正比之外，还与恒星表面温度的4次方成正比。通常以太阳光度为单位，光度最大的恒星，可达太阳光度的1百万倍；而光度最小的恒星，约只有太阳光度的1百万分之一。在天文学中，把光度小的恒星，称为矮星；光度大的恒星，称为巨星；光度特别大的恒星，则称为超巨星，它们的直径通常也很大。

实际观测到恒星的明暗程度称为亮度，亮度的大小取决于天体的实际发光本领和天体的距离两个因素。同样光度的天体，离开我们越远亮度就越小，亮度与天体距离的平方成反比。

为了比较恒星的真实发光能力，天文学家定义了一个绝对星等来表示恒星的光度。也就是假想把不同距离的恒星放在同一条“起跑线”上进行比较。恒星的这条“起跑线”就定义在离开我们32.6光年远的地方。把恒星放在这个标准距离处，它所显现的亮度用绝对星等来表示。而我们在地球上实际看到的恒星星等，则称为视星等。

因此，一颗恒星，它的视星等亮(即星等数值小)，它发出的光不一定真强，而绝对星等亮，它发出的光才真正的强。比如说，太阳的视星等是 -26.7等，绝对星等是4.85等；织女星的视星等是0.03等，绝对星等是0.6等。因此，织女星发出的光，实际上比太阳强50倍。

大多数恒星的亮度基本保持恒定不变，但有时由于恒星之间的互相遮掩，或恒星体积时胀时缩的周期性变化，或恒星在短时间内发生爆发，都会使其亮度发生明显的变化，这种发生明显亮度改变的恒星通称为变星。

【小资料]】

星等  早在公元前2世纪，古希腊天文学家依巴谷就已经把肉眼所见的恒星按亮度分成六个等级，最亮的是1等星，最暗的为6等星。到了19世纪，由于出现了可以测量恒星亮度的光度计，英国天文学家普森就提出，把1等星与6等星之间的亮度差别，严格地定义为100倍，也就是说，星等每增加1等，亮度就降低为原来的2.512分之一。根据这个定义，就可以有0等星（它比1等星亮2.512倍），还可以有负星等，小数星等等。

五．恒星的运动

古时候，人们观测发现，除了每天周而复始的东升西落，天上的绝大多数星星在几十年甚至几百年的时间里，相互之间的位置都没有什么变化，但也有少数几颗星会在这个恒定不变的背景中做相对运动。古人发现了这两类天体的不同，就将后者称为行星，而将前者称为恒星，这一名称沿用至今。然而，恒星这一名词其实是名不副实的，因为它们其实也在不停地运动着，速度甚至高达每秒几十千米以上，只是由于它们离我们极其遥远而不容易觉察到罢了。

天文学上通常把天体的运动速度沿两个方向分解，一个是沿观测者到天体的视线方向，称为视向速度；一个是与视线相垂直的方向，称为切向速度，切向速度在天球投影面上表现为自行，也就我们直观上所看到的天体在天球上位置的变化速度，自行与该天体的距离相乘，就可以得到切向速度的大小。

测定恒星自行的基本原理是，相隔一段比较长的时间，精确测定同一颗恒星在天球上的位置，并加以比较，从而确定该恒星每年在天球上移动的角度，称为恒星的年自行。肉眼可见恒星的年自行大多小于0.1角秒，目前所知自行最大的恒星是蛇夫座的巴纳德星，年自行为10.31角秒。即使是这颗星，也得经过170多年才移动一个月球直径那么大的一段距离，难怪古人要把它们当作是恒定不动的天体了。

恒星自行虽然很小，但是在漫长的岁月中，它会使恒星间的相对位置发生显著的变化。在天空中，由一些星星构成的图案，如北斗七星，是我们所熟悉的。由于恒星自行的缘故，在十万年前或十万年后它的形状和现在就完全不同了。

恒星自行的大小并不能反映恒星真实运动速度的大小。同样的切向运动速度，距离远就看上去移动缓慢。巴纳德星的自行较大，主要是因为它离我们较近（不到6光年），而其真实的切向运动速度（每秒88千米）在恒星的赛跑中其实并不快。

恒星的自行反映的是恒星在垂直于我们视线方向的运动，而在沿我们视线方向的运动，则用视向速度来表示。视向速度不能直接被观测到，但可以采用多普勒效应的原理，利用恒星光谱的特性来测定。巴纳德星的视向速度是每秒108千米并正向我们靠近。

恒星的真实空间速度是切向速度和视向速度的合成，例如巴纳德星的空间运动速度大小实际为每秒139千米。

 

六．恒星的距离

 

我们已经知道恒星距离我们十分遥远，但到底有多远？我们又怎样去测量其距离？测定天体的距离，是天文学研究中最基本、却也是最困难的问题之一。天文学家为解决这一难题可谓费尽心计。除了人们熟知的三角测量方法以外，还不断引入新的测距途径，如光度距离、速度距离、尺度距离、宇宙学距离等等。

 

测定天体距离最基本的方法是三角视差法。如图所示，相隔半年时间，在地球公转轨道直径的两端观测同一颗恒星，可以测量得到该恒星对地球轨道半径的张角，称为恒星的视差。已知地球轨道半径约为1.5亿千米，于是由几何关系就可以推算出恒星的距离。我们现已知道，最近的一颗恒星（比邻星）距离我们为4.2光年，相应的视差角小于1角秒，其它恒星距离更远，视差角当然也就更小，测定起来相当困难。目前人类借助空间观测手段，用三角视差法测定恒星距离的最远范围大致不超过500光年。银河系的尺度约为10万光年，其中绝大部分恒星的距离远远超出今天三角视差法的适用范围；为了测量更远恒星的距离，天文学家们必须另辟蹊径。

【小资料]】

光年：恒星离我们太遥远，用普通的长度单位表示很不方便。天文学家就发明了“光年”来量度恒星间的距离。1光年是光在一年中通过的距离，约等于10万亿千米。

 

同样光度的天体，离开我们越远亮度就越小，即亮度与天体距离的平方成反比。如果能通过其他途径确定天体的光度，那么根据同一天体的光度和亮度，也就可以确定它的距离。天文学家已经找到了好几种确定天体光度的方法，其中最著名的当推造父变星的“周光关系”，即利用这类变星光变周期和平均光度之间存在的确定关系，由光变周期来求得光度，适用范围可达500多万光年，远远超出三角视差的能力范围。(图：造父变星周光关系)

 

研究表明，某些特殊的天体具有确定的光度，它们可以用来作为宇宙中的“标准烛光”，并由此推算出天体的距离。这类天体包括新星(一种爆发型的变星)、超新星、天琴RR型变星、星系中某类球状星团的光度等等，其中适用范围最远的是Ia型超新星。这一类超新星爆发时极为明亮，最大光度又非常恒定，是一种很好的标准烛光，所测定的光度距离最远可超过100亿光年。

（来源：中国天文科普网）