巨蟹座有几颗星？

恒星由星际物质组成。早在17世纪，牛顿就提出了散布在太空中的弥散物质在引力作用下可以凝聚成太阳和恒星的观点。经过天文学家的努力，这一思想逐渐发展成为一个相当成熟的理论。观测表明，星际空间中存在许多由气体和尘埃组成的巨大分子云。1969加拿大天体物理学家理查森·b·拉森(Richardson B. Larson)在他所在的加州理工学院写下了星际物质转化为恒星的过程。

拉森想象有一个球状星云，质量和太阳完全一样。他使用了一种计算过程，尽可能合理地反映了当时一种气体的坍缩，并探索了它的变化。他的出发点不是星际物质，而是密度增加的云，相当于大规模坍缩物质中的一个面包屑。因此，可以说这个云团的密度早已超过了星际物质:达到了每立方厘米6万个氢原子。拉森初始云的直径大约是这个质量后来形成的太阳半径的500万倍。下一个过程发生在天文学中很短的时间内，也就是50万年内。

起初，这种气体是透光的:每一个尘埃颗粒不断地发出光和热，完全不被周围的气体所包容，而是毫无阻碍地向外太空行进。这个光传输的初始模型也决定了气体小球未来的演化。气体以自由落体的形式落到中心，所以物质在中心区域堆积。一团原本均匀分布的物质，现在变成了密度越往里越大的气体球。这样中心附近的重力加速度越来越大，内部区域物质运动速度的增长最为突出。开始时，几乎所有的氢都结合成氢分子:成对的氢原子彼此形成分子。刚开始气体的温度很低，一直没有上升。此时由于还太薄，所有的辐射都可以向外穿透，坍缩气体的加热作用并不明显。再过几十万年，中心区域的密度才会变得如此之高，以至于那里的气体变得对辐射不透明，而辐射之前一直在消耗热量。因此，气体球内部的一个小核心将会升温。后者的直径只有原始气体球的1/250，原始气体球总是充满向中心下落的物质。随着温度的升高，压力会增加，最终坍缩过程会停止。这个致密的中心区域的半径与木星的轨道半径相近，其质量仅为整个坍缩过程中所有参与物质的0.5%。物质不断落在内核上，它带来的能量在撞击内核时就变成了辐射。与此同时，地核正在收缩，温度越来越高。

这个过程会一直持续到温度达到2000度左右。这时，氢分子开始分解，重新变成原子。这个变化对核心的影响很大。因此，核心再次收缩，当它收缩时，它释放能量将所有的氢再次变成原子。这样，新生成的核心只比今天的太阳稍大一点。所有不断向中心下落的外围物质最终都会落在这个核心上，形成一个与太阳质量相当的恒星。在以后的演变中，实际上只有这个核心起主导作用。

就像猎户座的发光星云。一个直径约为15光年的空间中含有浓缩的星际气体，其中物质密度达到每立方厘米10000个氢原子。虽然对于星际物质来说这是一个非常高的密度，但猎户座星云中的气体比地球上可以创造的最佳真空要稀薄得多。发光气体的总质量估计是太阳的700倍。星云中的气体被一群高光度的蓝星激发而发光。可以肯定的是，猎户座星云中有诞生于6.5438+0亿年前的恒星。在这个星云中发现的密集区域使我们能够推断这些区域仍然在产生恒星。

因为这样的核心正在逐渐转化为恒星，所以人们称之为“原恒星”。它的辐射消耗主要靠落在上面的物质的能量来补充。密度和温度在上升，原子正在失去外层电子。人们称它们为电离原子。由于下落的气体和尘埃在其周围形成了一层厚厚的外壳，使其可见光无法穿透，人们从外面看不到多少东西。原恒星从内部照亮外壳。直到越来越多的下落物质已经与核心融为一体，外壳才会变得透明，星星才会突然以可见光的形式出现。其余的云物质都在向它下落，密度在增加，所以内部温度也在上升，直到中心温度达到10万K，氢聚变开始。这时，原来与太阳质量相同的塌缩云变成了完全正常的主序星:原始太阳，一颗恒星诞生了。

恒星的演化

(1)1926，爱丁顿指出，任何一颗恒星的内部一定非常热。由于恒星的巨大质量，它的引力非常强。如果这颗恒星没有坍缩，它必须有一个相等的内部压力来平衡这个巨大的引力。我们知道我们最熟悉的恒星是太阳。像大多数恒星一样，太阳看起来是不变的。但事实并非如此。事实上，太阳一直在与摧毁它的力量作斗争。所有的恒星都是由引力结合在一起的气体球。如果唯一起作用的力是引力，那么这颗恒星会因为巨大的重量而迅速坍缩，几个小时后就会死亡。之所以不会出现这种情况，是因为向内的引力被恒星内部压缩气体产生的巨大向外压力所平衡。

20世纪50年代中期，弗雷德·霍伊尔、威廉·福勒和伯比奇首先研究了恒星爆炸理论。

他们认为气体压力和温度之间存在简单的关系:当一定体积的气体被加热时，压力随温度成正比上升；反之，当温度下降时，压力也下降。恒星内部压力极高的原因是高温。这种热量是由核反应产生的。恒星的质量越大，平衡重力所需的中心温度就越高。为了维持这种高温，质量越大的恒星必须燃烧得越快，从而释放出更多的能量，因此它必须比较小的恒星更亮。

在恒星生命的大部分时间里，氢聚合成氦是为恒星提供能量的主要反应，这需要高温来克服原子核之间的排斥力。聚变能可以让一颗恒星存活数十亿年，但迟早核燃料会越来越少，导致恒星反应堆萎缩。当这种情况发生时，压力支撑平台已经岌岌可危，恒星在这种与引力的长期斗争中开始坍缩。本质上，恒星已经是有生命的，只有调整其核燃料储备，才能延缓引力坍缩。然而，从恒星表面流出并进入深空的能量正在加速恒星的死亡。

依靠氢气的燃烧，估计太阳可以存活约6543.8+000亿年。今天，太阳的年龄大约是50亿年，它消耗了大约一半的核燃料储备。今天我们完全不必惊慌。恒星消耗燃料的速度很大程度上取决于它的质量。毫无疑问，大质量恒星的核燃料消耗比小质量恒星快得多，因为大质量恒星又大又亮，所以辐射的能量越多。多余的重量把气体压缩得很紧，温度很高，从而加快了局部一侧的反应速度。例如，一颗有10个太阳的恒星，会在10万年这么短的时间内消耗掉大部分氢。

大多数恒星最初主要由氢组成。氢气“燃烧”使质子变成氦核，氦核由两个质子和两个中子组成。氢“燃烧”是最有效的能源，但不是唯一的核能来源。如果核心温度足够高，氦核可以凝聚成碳，进一步聚变可以产生氧、氖等元素。一颗大质量恒星可以产生必要的内部温度——高达654.38+0亿度，从而可以进行一系列的核反应。然而，随着每个新元素的逐渐出现，生产率下降。核燃料消耗越来越快，恒星的成分开始逐月变化，然后逐日变化，最后每小时变化。它的内部像一个洋葱。越往深处，每一层的化学元素越是以越来越疯狂的速度依次合成。从外面看，恒星像气球一样膨胀，体积变得非常巨大，甚至大于整个太阳系。这时，天文学家称之为红巨星。

这个核燃烧链最后以铁结束，因为铁的核结构特别稳定。核聚变合成比铁重的元素，实际上是消耗能量而不是释放能量。所以，当一颗恒星合成了一个铁芯，它的末日就来了。一旦恒星的中心区域不再能产生热能，引力将不可避免地占上风。这颗恒星在大灾难的边缘摇摇晃晃，最后跌入自己的重力深渊。

这是恒星内部发生的事情，而且速度非常快。由于恒星的铁芯无法再通过核燃烧产生热量，无法支撑自身重量，因此在引力作用下被猛烈压缩，甚至原子也被压碎。最后恒星的核心达到原子的密度，然后一个顶针的体积可以容纳将近1万亿吨的物质。在这个阶段，恒星的典型直径是200公里，核物质的硬度会引起恒星核心区域的反弹。因为重力的强大吸引力，这个反弹力只需要几毫秒。当这一戏剧性的事件在恒星的中心区域展开时，恒星物质的外围层在朝鲜核区域突然灾难性地坍塌了。数百亿吨的物质正以每秒数万公里的速度向内收缩，与比钻石还坚硬的反弹致密星核碰撞，同时发出穿过恒星的巨大冲击波。

与冲击波一起的，还有一个巨大的中微子脉冲。这些中微子是在最后一次核裂变过程中突然从恒星内部区域释放出来的。在这种核裂变中，恒星中原子的电子和质子紧紧地堆叠在一起，形成中子，恒星的核区实际上变成了一个巨大的中子球。冲击波和中微子一起携带着巨大的能量穿过恒星的外层。压缩物质的密度如此之高，以至于即使是微小的中微子也不得不挣扎着寻找出路。冲击波和中微子携带的大部分能量被恒星外层吸收，导致恒星外层爆炸。接着发生了一场核灾难，其强度是不可想象的。几天后，恒星亮到1000亿倍太阳光，但几周后逐渐变暗。

像银河系这样的典型星系，平均每百年就有两到三颗超新星，这在历史上有天文学家的记录，深感惊讶。其中最著名的一个是中国和阿拉伯的观察者在1054年在巨蟹座发现的。今天，这颗被摧毁的恒星看起来像一个非常不规则的膨胀气体云，被称为蟹状星云。

(2)研究恒星演化的另一个进展来自于对球状星团中恒星的分析。星团中的恒星离我们的距离几乎相同，所以它们的视星等与绝对星等成正比。因此，只要知道它们的星等，就可以画出这些恒星的赫罗图。发现较冷的恒星在主序中，而较热的恒星似乎有脱离主序的趋势。它们按照燃烧速率和老化速度遵循一条确定的曲线，显示出进化的所有阶段:首先，它们走向红巨星，然后折回，再次穿过主序，最后向下走向白矮星。

基于这一发现和一些理论上的考虑，霍伊尔绘制了恒星演化的详细图景。根据霍伊尔的说法，在演化的早期阶段，恒星的大小或湿度变化很小。(我们的太阳现在就是这种状态，而且会持续很久。)由于恒星在其炽热的内部将氢转化为氦，氦在恒星中心积聚得越来越多。当氦核达到一定大小时，恒星的大小和温度开始发生剧烈变化，体积迅速膨胀，表面温度下降。换句话说，离开主序，向红巨星方向移动。恒星的质量越大，到达这个转折点的速度就越快。在球状星团中，较重的恒星沿着这条路径经历了不同的演化阶段。

膨胀的巨星虽然温度更低，但由于表面积大，释放的热量更多。在遥远的未来，当太阳离开主序时，或者在此之前，它可能对地球上的生命来说太热了。然而，这需要几十亿年的时间。

然而，氦核是如何膨胀成红巨星的呢？霍伊尔认为，氦核本身收缩，导致温度升高，使氦核聚合成碳，从而释放出更多的能量。这种反应确实会发生。这是非常罕见的，几乎不可能的反应。但是红巨星中的氦原子数量非常多，这种聚合反应足以提供必要的能量。

霍伊尔进一步指出，新的碳核继续升温，从而开始形成更复杂的原子，如氧和氖。当这种情况发生时，恒星正在收缩并再次变热，回到主序。这时候星星开始变得多层，就像洋葱一样。它有一个由氧和氖组成的内核，外面有一层碳，外面有一层氦，整个恒星被一层未转化的氢包围着。

然而，与消耗氢气的漫长岁月相比，恒星消耗其他燃料的时间就像一架速度雪橇一样飞驰而过。它的寿命不会很长，因为氦聚变释放的能量只有氢聚变的1/20。在相对较短的时间内，抵抗自身重力场的强大引力以保持恒星膨胀所需的能量变得不足，从而使恒星收缩得更快。它不仅缩小到正常恒星的大小，还进一步缩小到白矮星的大小。

在收缩过程中，恒星的最外层会被收缩产生的热量留在原地或弹射出去。所以白矮星被膨胀的气体层包围着。当我们用望远镜观察时，边缘看起来最厚，因此气体最多。这颗白矮星似乎被“烟圈”包围着。因为它们周围的烟环似乎是可见的行星轨道，所以被称为行星状星云最后，烟环不断扩大，变得很薄，再也看不见了。没有类似天狼星b的白矮星周围存在星云状物质的迹象。

白矮星就是这样和平形成的；而这种相对平静的“死云”就是像我们太阳这样的恒星和更小的恒星未来的命运。而且，如果没有意外的干扰，白矮星会无限延长寿命，在此期间它们会冷却下来，直到最后没有足够的热量发光。

另一方面，如果白矮星是类似天狼星B或南河b的双星系统中的一个，另一个是主序的恒星，并且距离白矮星非常近，那么就会出现一些激动人心的时刻。当主序星在自身演化过程中膨胀时，它的一些物质可能会向外漂移，进入白矮星的轨道，受到白矮星强大引力场的吸引。偶尔会有一些轨道物质在白矮星表面向下自旋，在那里受到重力的压缩而引起聚变，从而释放出爆炸能量。如果一个特别大的物质落在白矮星的表面，发出的能量可能非常大，从地球的各个地方都可以看到，所以天文学家记录下了一颗新星的出现。当然，这种事情还会一再发生，“轮回新星”确实存在。

但这些不是超新星。超新星从何而来？要回答这个问题，我们必须从比我们的太阳大得多的恒星开始。这些巨星相当罕见(在各种天体中，大质量恒星的数量少于小质量恒星)，30颗恒星中只有约1的质量大于太阳。即便如此，我们的银河系中仍有大约70亿颗恒星。

大质量恒星的引力场大于小质量恒星的引力场。在这种强大引力的作用下，它的原子核也被挤压得很紧，所以原子核更热，在超过脚下恒星的氧-氖阶段后，聚变反应还能继续。氖进一步结合形成镁，镁可以结合形成硅，然后硅结合形成铁。在其寿命结束时，这颗恒星可能由六个以上的同心壳层组成。每一种消耗不同的燃料。此时中心温度可达30亿-40亿摄氏度。恒星一旦开始形成铁，就到了死亡的尽头，因为铁原子最稳定，含有的能量最少。无论铁原子转化为复杂原子还是简单原子，都要输入能量。

而且，当核心温度随着年龄的增长而增加时，辐射压力也随之增加，并且与温度的四次方成正比，即当温度上升到两倍时，辐射压力会增加到六倍，因此辐射压力与重力之间的平衡变得更加脆弱。根据霍伊尔的说法，最后，中心的温度升得非常高，这使铁原子变成了氦。但要做到这一点，正如刚才所说，能量必须输入铁原子。当恒星收缩时，它可以利用获得的能量将铁转化为氦。然而，所需的能量如此之大，以至于根据霍伊尔的假设，恒星必须在大约一秒钟内剧烈收缩到其原始体积的非常小的一部分。

当这颗恒星开始坍缩时，它的铁核仍然被大量尚未达到最大稳定性的原子所包围。随着外层的坍缩，原子的温度上升，这些还能结合的物质都在下面被“点燃”，产生大爆炸，把恒星的外层从恒星中喷射出去。这次爆炸是超新星。蟹状星云就是由这次爆炸形成的。

超新星爆炸的结果是物质被喷射到太空中，这对宇宙的演化有着重要的意义。在大爆炸中，只形成了氢和氦。在恒星的核中，其他更复杂的原子相继形成，一直到铁原子。如果没有超新星爆炸，这些复杂的原子将被锁在恒星的核心，一直到白矮星。通常只有极少数复杂原子通过行星状星云的光环进入宇宙。

在超新星爆炸过程中，恒星内层的物质会被强行喷射到外太空，爆炸的巨大能量甚至可以形成比铁原子更复杂的原子。

喷向太空的物质会形成现有的尘埃气体云，成为形成富含铁和金等其他元素的“第二代新星”的原料。我们的太阳可能是第二代恒星，比一些有无尘球状星团的老恒星年轻得多。那些“第一代恒星”金属含量低，氢含量高。地球是由孕育太阳的同一残骸形成的，因此它富含铁，铁可能曾经存在于数十亿年前爆发的一颗恒星的中心。

但是在超新星爆炸中已经爆炸的恒星的收缩部分呢？它们会形成白矮星吗？体积和质量较大的恒星是否只是形成体积和质量较大的白矮星？

1939年，在美国威斯康星州威廉姆斯湾附近的叶克石天文台工作的印度天文学家张·德拉塞卡计算出，质量超过太阳1.4倍的恒星不可能通过霍伊尔描述的正常过程变成白矮星，从而首次指出，我们不能期望白矮星越来越多。这个值现在被称为“张德拉塞卡极限”。事实上，事实证明，所有观测到的白矮星都低于张德拉塞卡极限。张德拉塞卡极限存在的原因是白矮星原子中所含的电子相互排斥，使白矮星无法再收缩。随着质量的增加，引力强度也增加；当它达到1.4倍太阳质量时，电子排斥力变得不足以克服白矮星的收缩力，白矮星将坍缩成更小更密的恒星，这样亚原子粒子实际上就相互接触了。这种恒星只有在发明了利用可见光以外的辐射探索宇宙的新方法后才能被探测到。

我们的太阳

太阳是典型的小质量恒星。它平稳地燃烧自己的氢燃料，并将其核区域转化为氦。目前就某些核反应而言，它的核心是不活跃的，因此核心无法提供足够高的热能来保持太阳的破坏性引力收缩。为了防止坍缩，太阳必须向外扩展核活动，寻找未反应的氢。与此同时，氦核逐渐收缩。因此，虽然在过去的几十亿年里，太阳内部发生了一些变化，但它的外观几乎没有变化。它的体积会膨胀，但表面温度会略有下降，颜色会变得更红。这种趋势会一直持续到太阳变成红巨星，那时它的直径可能会增加500倍。红巨星阶段标志着小恒星生命终结的开始。

随着红巨星阶段的到来，太阳这样的恒星稳定性不复存在。太阳等恒星在其职业生涯的每个阶段都是复杂、活跃和多变的。相对来说，它的行为和外貌会迅速改变。较老的恒星可能经历数百万年的脉冲，或者扔掉外层气体。恒星核心区域的氦可能会点燃，产生碳、氮和氧，并提供维持恒星长时间运行所必需的能量。一旦外壳被抛入太空，恒星就不会继续剥离，最后它的碳氧核心就会暴露出来。

经过这段复杂的活动期，中小质量的恒星不可能不可避免地屈服于引力而开始收缩。这种收缩是不可逆的，并将持续下去，直到恒星被压缩到一颗小行星的大小。这颗恒星变成了天文学家所说的白矮星。因为白矮星非常小，所以极其暗淡，尽管在时间上它们的表面温度比太阳高得多。只有在地球上用望远镜才能看到它们。

白矮星是遥远未来太阳的家园。但是当太阳到达那个阶段，她仍然可以保持几十亿年的热度。它的大部分密度非常高，结果是内部热量被有效封闭，其隔热性能比我们现在所知道的最好的隔热材料还要好。然而，热辐射在寒冷的外层空间缓慢泄漏，由于内部的核熔化炉是永久封闭的，因此不能再指望它有任何燃料储备来补充这种热辐射。我们曾经拥有的太阳现在是一颗白矮星的残骸，它会非常非常缓慢地冷却下来，变得越来越暗，直到进入最终的变化形式。在这个过程中，它逐渐变硬，成为刚性极好的晶体。最终会继续变暗，直到完全消失在黑暗的空间中。

名词解释

(1)颗星:

任何由热的气态物质组成的，能自身发热发光的球形或近球形天体，都可以称为恒星。自古以来，为了说明研究对象在天空中的位置，天空中的星星被划分为几个区域。我国春秋战国时期，星空分为三壁四像二十八宿。在西方，巴比伦和古希腊将较亮的星星分成几个星座，并以神话人物或动物命名。

早在16世纪，我国古代天文学家张衡、祖冲之、易航、郭守敬等就设计制造了精巧的观测仪器，通过观测恒星来改进历法。1928国际天文学联合会确定全天分为88个星座。据估计，太空中有上万颗恒星，看似大小相近的亮点，但它们之间的差异却很大。恒星的最小质量大约是太阳质量的百分之几，最大大约是太阳质量的几十倍。

因为每颗恒星的表面温度不同，所以它发出的光的颜色也不同。科学家根据光谱特征对恒星进行分类。光谱相同的恒星，表面温度和物质成分都是一样的。

明星的寿命也是千差万别。大质量恒星含氢量较多，其中心温度远高于小质量恒星，能量消耗也比小质量恒星快，因此衰老速度快，只能活654.38+0万年，而小质量恒星的寿命却长达654.38+0万亿年。

我们宇宙中的恒星是什么时候诞生的？一般认为宇宙形成于15亿年前。根据大多数天文学家的说法，恒星形成的高峰期是在70亿至80亿年前。天文学家的最新观测表明，宇宙中大量的恒星可能比以前认为的更早诞生。由爱丁堡大学、伦敦帝国理工学院和卡文迪什实验室的科学家组成的研究小组1999年在英国《自然》杂志上发表论文称，他们在一个遥远的尘埃星系中观察到年轻恒星快速形成的迹象。这些恒星形成的时间估计约为6543.8+0.2亿年前，比一般认为的要早约50亿年。天文学家是通过使用英国制造的水下呼吸器照相机获得这一发现的。

半数以上的明星并不是单个存在的，他们往往组成大大小小的群体。其中两颗称为双星，三五组称为多星，几十颗、几百颗甚至上千颗称为星团，连接松散的称为星系。恒星的结构可分为外层大气和内部结构。恒星大气可以直接观测到。从内到外分为光球、彩球、星冠。正常恒星的大气处于流体平衡状态。在光球层以下，直到核心的中心被称为恒星内部。内部结构用压力、温度、密度随深度的变化来表示。恒星的内核是由核反应产生的。

(2)主序列:

在我们附近的恒星中，根据亮度与温度的非常规律的比例来判断，明亮的似乎是热的，而暗淡的似乎是冷的。如果将各种恒星的指示温度与它们的绝对星等相对照作图，我们所熟悉的大多数恒星将落入一个从暗冷慢慢上升到亮热的窄带中。这个带称为主序。它最早是由美国天文学家H.N .罗素在1913年绘制的，随后天文学家hertzsprung也做了同样的工作。因此，表示主星序列的图形称为hertzsprung-Russell图。缩写为赫尔-罗托。

并非所有的恒星都属于主序。温度较高的白矮星和温度相对较低的红巨星不属于主序。虽然有些红巨星的表面温度相当低，但绝对星等很高。这是因为它们的物质以稀薄的方式扩散到大体积中。虽然单位面积热量不高，但是巨大的表面积还是相当热的。在这些红巨星中，参宿四和心宿二最为著名。1964年，科学家发现一些红巨星甚至冷到大气中含有大量水蒸气；在我们太阳的较高温度下，这些水蒸气会分解成氢气和氧气。

一* * *有四个。