哺育恒星的摇篮
古老的传说故事认为，天空中的每一颗星星，都代表着地上的一个人。这种说法虽然没有科学道理，但是，有一点可以肯定，天上的每一颗星星，都和我们人类一样，有过母体的孕育，痛苦的出生，也有过美好的童年。
恒星是怎么出生，又是怎样长大的呢？
宇宙中，有一种没有形状也没有明显边际的星云，它是宇宙间星际物质的积淀与聚合而产生的。在大约几十到上百光年的直径范围内，它们的平均密度只有每立方米10到100个原子。而这种被称为弥散星云的天体正是无数颗耀眼恒星被孕育和出生的场所。
弥散星云的质量非常大，因此弥散星云内部的引；力作用也异常强烈。强大的引力使星云中的气体急速坍缩，这种运动使体积巨大的星云在收缩的过程中碎裂成大小不一、形态也不规则的许多小星云。由于小星云的密度比较大，因此内部的坍缩并没有停止。
小星云坍缩时所产生和释放的能量都以红外线的方式，从近于透明的星云云体中悄悄溜走了，因此温度依然很低。但随着坍缩的继续，星云的密度逐渐变大，云体也开始变得不再透明，坍缩运动所发出的能量就都被越来越稠密的星云物质吸收了。这样一来，小星云的温度就开始慢慢上升。
随着密度的进一步增大，小星云的形状在引力的牵引下逐渐旋转成为一个个球状体，这种球状体便是恒星的“胚胎”了。经过几百万年到上千万年的演变，当温度达到能够引发原子反应的程度时，炽热而又明亮的恒星宝宝就诞生了。
跟人类一样，弥散星云中的众多小星云最终能不能发育成恒星，关键在于它们的质量是否够大。
质量较小的星云，在坍缩的过程中，内部只能发生一些低水平的原子反应。这一过程，虽然也能够产出一定的能量，但并不能长久维持。那些质量较小的星云即使能够坍缩成恒星，也会很快便在能量的不断流失中迅速消亡，就如母腹中未出生或者出生不久的小动物流产和夭折了一样。只有那些大质量星云形成的恒星才有可能在优胜劣汰的残酷法则中幸存下来。
弥散星云孕育并制造恒星的过程是漫长而艰辛的，因为除了引力作用外，星云内部的热运动与磁场作用都会对恒星的成长造成巨大的影响。哪一个环节都不允许出现丝毫的差错，否则就会使刚刚出现的恒星“胚胎”胎死腹中。
在恒星的诞生过程中，还有一个比较奇特的现象。科学家们发现，质量越大的恒星，从开始形成到最终诞生所需要的时间就越短；质量越小的恒星则正相反，需要的时间往往比较漫长。两者之间的差距常常会达到惊人的数亿到数十亿年之巨。
恒星先生的自传
一个人的一生，在整个宇宙的时光长河中往往显得微不足道。从出生到死亡，不过是几十年的岁月。而与我们人类相比，恒星一生所走过的历程显得无比漫长。
今天我们就来邀请一位年迈的恒星先生，谈一谈每颗恒星都会走过的一生。
大家好，我是来自牧夫座的大角星亚克多罗斯。
我虽然是一颗已到暮年的红巨星，但却是你们在地球上能够看到的最为明亮的星星之一。不过再过很多年，你们也许就再也见不到我了。因为到那时，我可能已经变成了一朵四处飘散的云彩。好了，言归正传，我希望能够在有生之年，和你们一同分享一颗恒星漫长的一生中所可能经历的事情。
同其他的许多兄弟姐妹一样，我出生在一片似有若无的弥散星云中。那个时候，我总是觉得很饿，于是就不停地将周围空间中所能遇到的东西都吸附到自己的身边来。后来我的身体越来越重，但是却总是感觉很冷很冷。我开始试着缩紧自己的身体，在这一过程中，我逐渐感觉到一股股热量在自己的体内快速地流动。后来我变得越来越胖，变成了一个圆圆的肉球，说实话，我讨厌那样的自己。
时间就这样一分一秒地过去，我突然发现自己变成了一个全身发烫的大圆球。虽然我的身材已经十分臃肿，但是却依然觉得很饿，只能靠不断地吸食附近的物质来抵抗那令人沮丧的饥饿感。现在回忆起来还真是有些惭愧，婴儿时期的我的确是一个不折不扣的大胃王。
大约10万年的时光就在这样的不知不觉中过去了，大概是摄入的营养过于丰盛，我感觉越来越热。突然有一天，我惊奇地发现自己的身体冒起火来，我竟然变成了一个大火球！
在我的身体内部，也感觉到一种奇妙的变化，就像是出现了一个巨大的火炉，不断地燃烧并喷射出炽热的火焰。我觉得自己在那一刻彻底地脱胎换骨了，家族中的长辈们也微笑着告诉我：“亲爱的亚克多罗斯，恭喜你加入成年恒星的行列！”
从那时起，我开始了一段漫长而又难忘的生活。就像你们的太阳所做的那样，我努力地发出光和热，将周围冰冷黑暗的世界彻底笼罩在自己的光辉之下。
后来，我渐渐地感觉到了自己的衰老，因为我再也不能够像从前那样做一些剧烈的运动了。身体健康的每况愈下，使我的面色看上去也与年轻的时候大不一样了。终于，我不得不承认自己已经进入老年恒星的序列。随着氢的最终耗尽，我不得不将氦也投入到火炉中取暖。但是氦可并不像氢一样驯服，它们总是不停地捣乱，在火炉中四处乱窜。于是我的身体在这种内部的冲突中重新膨胀。
又过了很久，我就变成现在你们所看到的这个样子了。我的身体还在不断的膨胀之中，当氦也燃烧殆尽的时候，我也将结束自己这漫长的一生。
我的许多老朋友们已经先我而去了，而这样的事情，每天都在发生着。他们之中有的变成了白矮星，有的变成了中子星，还有一些坍缩成了可怕的黑洞。我也经常会想，自己最终将何去何从。
在我还是一个孩子的时候，家族里的长辈就曾告诉我，当我们恒星内部的燃料全部燃尽的时候，内部的压力会因为失去平衡而将内核中的原子不断地挤压在一起，这就是可怕的坍缩。
当坍缩进行到一定程度的时候，一种叫做强核力的东西会使引力失去优势，这时恒星就变成了一颗白矮星。而如果我们恒星自身的质量足够大，强大的引力可能会战胜这种抑制坍缩的强核力。这样就会形成更为致密的中子星或者黑洞。一般情况下，只有家族里的大块头才有可能变成中子星，小个子和普通成员的命运都是变成一颗会发出乳白色光芒的白矮星。
现在你们应该很清楚了，和人类的生老病死一样，从原恒星到成年恒星再到最后的白矮星、中子星或黑洞，这就是每颗恒星的一生都会经历的事情。作为一颗红巨星，我并不感到难过，因为在我爆炸的瞬间，将会是整个宇宙中最为辉煌灿烂的时刻之一。
再见吧，孩子们，希望你们都能够珍惜生命，这样就能够在有限中看到永恒的光芒。
恒星恒久远
我们已经知道，恒星是一个能够自己发光发热、不停燃烧着的大气球。为什么把它叫做恒星呢？这个“恒”字，是形容星星永恒不变？还是说它静止不动呢？
很久以前，我们人类是根据恒星的特点来命名的，在那时的命名中，“恒星”的“恒”字指的是稳定不变，“行星”的“行”字是指不停地改变位置；恒星位于中央静止不动，而行星围绕它们不停地运转，两者正好组成宇宙中的一个个星系。
现在，我们需要另外指出的是，所有恒星，连我们的太阳在内，都是在彼此作相对运动的。所以，原先的认为恒星静止不动的说法是不对的。
我们这样说，可能会有人感到疑惑，为什么我们会看不到恒星的运动呢？为什么自古以来的星图就和现在一样，好像永远不会改变呢？千百年来，我们看到的恒星都是稳定平静地漂浮在夜幕之上，显得规矩有礼貌。又如何让我们相信恒星是运动淘气的呢？
在解释前让我们先举一个例子：当你站在高处或远处，观察在地平线上飞驰的火车时，你可能会感觉到这辆快车正在乌龟般慢慢爬行，在近处看到的让人害怕、让人头晕的速度完全不复存在，这就是距离在作怪。
同样，对于人类来说，恒星离我们非常非常的远，远到不可思议，恒星的运动也同远处的火车一样，由于距离原因，飞驰的速度完全无法被人感知。如果用肉眼去看，是不会观察出什么不同的。就连天文学家，也是利用仪器做过了无数次辛勤测量，才得到了星体移动的结果。
所以，恒星虽然在运动，但因为恒星的这种运动并不破坏它们相互间的相对稳定的位置，所以看上去仍然是“恒定不动”的。也正由于这个原因，我们现在仍然把这些星星叫做“恒”星，先不给它们改名。
白天藏起来的星辰
在没有月光的晴朗夜晚，在远离灯光的地方，我们一般人用肉眼可以看到6000多颗恒星。
那么白天能不能看到恒星呢？
有人反应很快，会立即回答。白天当然能看到恒星，太阳就是一颗恒星啊。
是的，大家知道白天能够看到太阳这颗恒星，这是常识问题。那么其他恒星呢？能不能看到？
在历史上，这个问题有很多的人研究过，普遍的说法是，如果站在深的矿坑、深井和高高的烟囱的底下就可以在白天看见恒星。
事实上，矿坑或深井可以帮助我们在白天看到星星这一观点，在理论上是说不通的，白天之所以不能看到星星，是因为天空的光亮把它掩盖住了，地球上受太阳光照亮的大气妨碍我们看见它们，空气的微粒所漫射的太阳光比恒星照射过来的光还强。即使人们进入到深的矿坑或井中，这一条件仍然没有得到改变，空气中的微粒，仍然可以漫射光线，使我们看不见星星。
只要做一个很简单的实验，就可以说明上述问题。找一个硬纸匣，在侧壁上用针刺几个小孔，再在壁外贴一张白纸，把这纸匣放在一间黑屋子里，再在匣子里面装一盏灯。这时候，在那刺了孔的壁上就会出现一些明亮的光点，这和夜间天空的星星相似。然后，打开室中的电灯，这时象征着天亮了，尽管匣里的电灯还是亮的，但白纸上的人造星星，会立即消失得无踪无影。
随着科技的发展，人们可以利用望远镜在白天看到星星，许多人依然固执地认为那是由于“从管底”观察的结果，但这实际上也是错误的。真正的原因是，望远镜中玻璃透镜的折光作用和反射镜的反光作用，使被观察的那部分天空变暗，与此同时，光点状的恒星被望远镜加亮，这样，我们才看到了遥远的恒星。
看来，我们在白天用肉眼是看不到其他恒星的，很多人可能会因为这个结果感到沮丧，但凡事都有少许例外。我们虽然看不到恒星，但有一些特别明亮的行星，比如金星、木星、火星，它们的光比恒星亮得多，如果在太阳比较暗等条件合宜的时候，在白天也可以看得见。
上面的关于在深井中看到星星的理论，也许说的是这种情形，井壁挡住了强烈的太阳光，使我们的眼睛可以看得更清楚些，于是我们能够看到比较近的行星，但这是绝不可能帮助我们看见遥远的恒星的。
家族的弃儿
每个小婴儿呱呱落地的时候，医生会给它们称量一下体重。人类婴儿出生时的正常体重范围在2.5至4公斤左右，如果低于或者高出这个范围，婴儿的健康可能会存在问题，父母在抚养他们时，就需要花费更多的精力。
婴儿出生时的体重跟健康息息相关。恒星的命运和我们人类十分相像，它们的体重也会影响到恒星的成长历程和最终结局。而且，更加悲惨的是，有的星星因为体重不达标，竟然被恒星家族拒绝接收了。
我们已经知道，恒星在还是一个高温球状体的时候，会努力地提升自身的温度。因为如果温度不够高，就无法令氢核发生聚变而释放能量。那些出生体重比较大的火球轻而易举地实现了成为恒星的目标，然而对于那些体重偏小的火球来说，命运似乎就显得有些不太公平了。
体重小的球体始终不能达到使氢元素发生聚变的条件，最终便未能成为恒星家族的一员。更倒霉的是，由于长相、习惯等太多地方都显得有些格格不入，所以行星家族也将它们拒之门外。于是这些介于恒星与行星质量之间的可怜孩子们便成了没人认领的弃儿。它们就是被称为“失败恒星”的褐矮星。
褐矮星的热核反应异常微弱，以至于人们很难发现它们的存在。它们无法像恒星那样发出巨量的光和热能，而只能通过极弱的红外辐射来向外释放能量。大部分的红外辐射在到达太空之前就已经被它自身的外层大气吸收了，因此褐矮星看上去更像是一种不发光的天体。
在很长的一段时间里，人们都没能在实际的观测中捕捉到褐矮星的身影。直到1995年，天文学家才发现了第一颗褐矮星——GI229 B。由于它的亚恒星特征十分明显，因此看上去更像是一颗气态的巨行星。20世纪初，随着红外望远镜的广泛使用，大量的褐矮星才从宇宙的黑色背景中渐渐地浮现出来。
褐矮星的寿命通常都会很长，因为它们基本上不会消耗自身的物质与能量。某些褐矮星的表面温度能够使距它几百万公里内的行星上存在液态水，这便为生命的孕育提供了一些基础的条件。天文学家们还发现，褐矮星很有可能像恒星一样拥有围绕自己旋转的行星系统。这也就意味着，我们或许能够在褐矮星的周围发现和地球类似的行星存在。
有关褐矮星是如何形成的问题，现在还没有最终的结论。有人认为，它们是由还没有发生氢核聚变的原恒星与其他天体碰撞后所遗留的产物。对于褐矮星的研究，能够帮助我们更好地理解恒星与行星的关系，以及它们各自的形成之谜。因此，这个恒星家族的弃儿，实际上早已成为天文学家眼中的宠儿了。
华丽的退场
对于热爱观星的人来说，再没有比天空中突然出现一颗新的明星更让人激动的事情了。
公元1572年，丹麦天文学家第谷·布拉赫观测到了仙英座附近的一颗新星。他在一本名为《关于新星球》的小册子里将这种突然变亮的星星命名为“新星”。据他的描述，这颗新星比金星更为明亮，甚至在白天也能够看到，但是它在一年多后忽然消失不见了。
那些在夜空中从未出现过的明亮星星，总是会在不久后又悄悄地消失。古代的人们形象地把这种星星称之为“客星”，因为它们就像是到别人家里做客一样，轻轻地来了又匆匆而去。
现代天文学上，通常把这种奇怪的星星称为“新星”。其实这是一个并不确切的说法，因为新星实际上并不是新诞生的恒星，相反，这些所谓的新星，其实是老年恒星死亡时的爆炸现象。
红巨星在爆炸时，将自身的大部分物质全部抛射向四周，瞬间释放的能量能够使它的光度在短短的几天时间内就增加几十万倍乃至千万倍以上。除了变成一团行星状星云，红巨星在爆炸之后，往往还会留下一个质量很大但体积很小的白矮星。由于引力很强，白矮星的表面会不断吸积空间中的各种悬浮物。这些白矮星原本都十分昏暗，但是当其表面积聚的氢等可燃物质发生剧烈的爆炸时，就会突然间变得异常明亮。这就是我们所看到的新星爆发，它只发生在恒星的表面。
超新星的爆发一般都发生在质量比较大的恒星身上。其亮度比新星高很多，相当于2亿多个太阳或1000个新星的光度总和。超新星的爆发也不同于新星只在恒星表面的爆发模式，它是恒星深层次的内核大爆发。此外，超新星之所以不同于新星，还和恒星质量的大小有着密切的关系。
通常来说，8倍太阳质量以下的恒星，往往会爆炸成为星云与白矮星，这种程度的爆炸一般是新星爆发。8倍太阳质量以上的恒星爆发一般都比较剧烈，爆炸后的遗物会坍缩成一个致密的中子星。这一过程往往被称作超新星爆炸。而20倍太阳质量以上的恒星则会在爆炸后坍缩成黑洞，50倍以上的在理论上会直接变成黑洞从而跳过超新星爆发的阶段。
超新星出现的频率是难以估计的，按照瑞士天文学家兹维基的推测，每一个星系都会在至少300年的间隔期里发生一次超新星爆炸。历史上，人们曾多次观测到超新星爆炸事件，如中国宋朝周克明等人发现了周伯星；丹麦天文学家第谷发现了仙后座的超新星；德国天文学家开普勒发现了蛇夫座的超新星等。
新星与超新星的爆发是老年恒星的华丽退场，也是天体系统不断演化的必要环节。这种爆发会打破附近星云内部物质的平衡，加速星云中新的恒星的诞生。此外，死亡恒星内部重元素的抛射，也会为新生恒星与行星的诞生创造有利的条件。
超新星与宇宙中的重元素，以及新星和后代恒星的形成都有着极为密切的关系，然而我们现在对于它们的了解还十分有限。这些恒星巨人的灭身绝唱，并不意味着恒星宇宙的完结，相反，它们正是众多星辰诞生的新起点。
矮个子的传奇
恒星家族是个庞大的家庭，这个家庭中，有很多矮小的恒星，它们的个头一般比地球还小，有的甚至比月球还小；它们的表面温度很高，发白光。所以，人们一般称这一类恒星为“白矮星”。我们在前面已经多次讲到白矮星，下面就来详细地介绍一下它的成长史。
白矮星虽然矮小，却是恒星家族的老年人。恒星在演化后期，会抛射出大量的物质，损失很多体重，如果剩下的核的质量小于1．44个太阳质量，这颗恒星便可能演化成为白矮星。白矮星的表面温度非常高，能达到一万摄氏度以上，这是因为恒星在收缩的过程中释放出了巨大的能量。别看白矮星的温度很高，实际上中心的核反应已经停止了，所以白矮星是在逐渐变冷的，它用尽全部力气来发光，最终将成为不发光的残骸。
白矮星还有一个特点，就是密度大得惊人。一颗和地球一样大的白矮星，体重却比太阳还大。一般的白矮星，体重都是地球的几十万倍乃至几百万倍。天狼星的伴星是人们在1862年发现的第一颗白矮星，它虽然比地球大不了多少，体重却比地球大30万倍。在天狼星的伴星上面，一块像火柴盒那么大小的石头，就重5000千克。如果地球保持现有的体重，密度变得跟天狼星的伴星一样大，那么地球就会变成一个半径200米左右的小球体。
如果地球真的变成这样的小球体，那么人类很会存在吗？如果地球真的变成这样，那么地球的重力将变成现在重力的18万倍，人休想能够站得起来，因为人的骨骼早就被自己的体重给压碎了。
目前，个小体重大的白矮星，科学家们已经发现了1000多颗。
“双胞胎”和“三胞胎”
假如你有一个双胞胎的兄弟，你们从小就生长在不同的地方，突然有一天，你们见面了。
“咦？你是谁？”你问。
“咦？你是谁？”他也这样问。
你一定会糊涂，你以为自己在照镜子。
其实，看到你们在一起的人也会糊涂，因为根本分不清你和他的区别了。
人们通常在看到长得很像的双胞胎的时候，都分不清他们谁是谁。这不仅发生在人类世界当中，在大大小小的恒星家族中，也发生过。恒星家族里也有许多和人类社会中相类似的双胞胎，甚至多胞胎。
在满天的繁星中，有的恒星紧紧地靠在一起。这其实有两种可能：一种可能是，这两颗恒星实际上距离非常远，但是从地球上看上去，它们仿佛是关系亲密的兄弟，事实上这是我们人类的一厢情愿。还有一种可能是，这两颗恒星确实是靠在一起，而且，它们同时出生，彼此之间还存在着引力作用，很难分开，就像是“双胞胎”一样。后一种情况，天文学家称其为双星。除了双星系统，还有众多不超过十颗星的多星系统，如三合星、四合星等。
我们如果把望远镜对准十字星座末端的天鹅β星，就可以看到在一颗明亮的黄色星星之下，悬挂着一颗发着幽幽蓝光的小星。这就是一对美丽的双星。双星中的两颗恒星称为子星，其中，较亮的子星为主星，较暗的子星为伴星。
多星系统的成员其实并不像双胞胎兄弟那样是同时诞生的，它们常常处于不同的年龄阶段，更像是一个老中青三代结合的大家族。一个晚年恒星与几个比较年轻的恒星共同生活，是常见的事情。像三合星、四合星这样的恒星“多胞胎”，天文学家称其为聚星。
科学家估计，银河系的恒星中，大约有一半以上是双星或聚星。
指明方向的星
在沿海或内河沿岸的许多地方，我们总能看到一些高高耸立的灯塔。一到傍晚，这些灯塔就会发出辐射很远的光束，远远望去十分美丽。对于夜晚出航的行船来说，灯塔是重要的航标，它会通过不同颜色或频闪的光束来告诉水手们，哪里有危险，哪里适合航行。
浩瀚的星海中，也有一些恒星担当了灯塔的角色。它们的光亮忽明忽暗，有着规律性的变化，于是人们给它们起了一个简洁而形象的名字——变星。
1596年，德国天文学家达·法布里休斯在鲸鱼座内发现了一颗亮度有周期性变化的3等星。后来，德国天文学家海威留斯将这颗恒星命名为鲸鱼怪星。这是被人们所发现的除新星之外的第一颗变星。
1784年，人们在仙王座发现了一颗变星，即仙王座的仙王座δ星，由于这是这种类型变星中被确认的第一颗，而中国古代又称其为造父一，因此被叫做造父变星。1908--1912年，美国天文学家勒维特在研究大麦哲伦星云和小麦哲伦星云时，在小麦哲伦星云中发现了25颗变星，它们的亮度越大，光变周期越大，非常有规律。于是，科学家经过研究最终发现，造父变星的亮度变化与它们变化的周期之间存在着确定的关系，即光变周期越长，平均光度越大，他们把这叫做周光关系，并得到了周光关系曲线。
宇宙中，在测量不知距离的星团、星系时，只要能观测到其中的造父变星，就可以利用周光关系将星团、星系的距离确定出来。因此，造父变星也被称为宇宙的“量天尺”。
据观测，造父一最亮时的星等是3.5，最暗时星等是4.4，它的光变周期非常准确，为5天8小时47分钟28秒。通常，造父变星的光变周期有长有短，但大多都处于1～50天之内，并且以5～6天最多当然也有长达一二百天的。此外，造父变星都属于巨星、超巨星，一颗30天周期的造父变星就要比太阳明亮4000倍，1天周期的也要比太阳明亮100倍，因此很容易利用它们的周光关系来测量其所在的星系的距离。
目前，造父变星通常分为几个子类，表现出截然不同的质量、年龄和演化历史，即经典造父变星、第二型造父变星、异常造父变星和矮造父变星。经典造父变星，也称为第一型造父变星或仙王座δ型变星，以几天至数个月的周期非常有规律地脉动，常被用来测量本星系群内和河外星系的距离。著名的北极星就是一颗经典造父变星，光变周期约为4天，亮度变化幅度约为0.1个星等。
由于造父变星本身亮度巨大，用它来测量遥远天体的距离非常方便。而除了造父变星，其他的测量遥远天体的方法还有利用天琴座RR变星以及新星等方法。不过，天琴座亮度远小于造父变星，测量范围比造父变星还小得多，精确性也不如造父变星，因此比较少用。