第七章 恒星的诞生、演变和衰亡

　　第一节 现代恒星演化的基本观测研究方法

　　宇宙演化至今，物质主要取恒星的形态。因为随着宇宙原始火球的不断膨胀和冷却，才得以相继产生出众多类型的星系，而星系则主要是由恒星组成的。今日宇宙中有千千万万颗恒星，虽然它们所占的总体积很小，但却集中了绝大部分可见的宇宙物质。而且宇宙中的重元素只有经过恒星内部的“千锤百炼”才能由轻元素锻造出来，并以恒星风乃至超新星爆发的形式喷洒出去，进而成为下一代恒星系统的组成成分。从太阳系的情况看来，行星总是与恒星相伴而生的，行星的状况和命运也主要取决于所伴的恒星；而只有在地球这样条件合适的行星上，生命才可能诞生和繁衍。因此，恒星是今日宇宙中最重要的天体，要认识宇宙必须了解恒星。对于生活在地球上的人类来说，尤其应当了解太阳。

　　除太阳的张角超过半度以外，其它所有的恒星的张角都小于千分之几角秒，可以看作理想的发光点。然而，通过现代天文望远镜的有效观测和据理归算，已能知道这种光点的一系列特性。例如，通过对星光亮度和光谱的观测分析，求得恒星的距离、光度、质量、半径、表面温度、视向速度和化学成分等重要参量。其中有些参量的基本测量情况已在第四章中作过扼要介绍。每颗恒星所具有的各个参量之间都存在一定的关系（类似人的身高和体重之间所存在的某种相关关系），其中代表总辐射功率的光度和代表光谱型的表面温度之间的关系最为密切。把不同恒星所具有的这两个参量都标点在同一张图上，就得到恒星的赫罗图。该图表明，恒星的表面温度和光度都不是随机分布的，而是具有一定的星序。大多数恒星都处在主星序上，这说明恒星在主星序停留的时间最长。主序星发光的能源是什么？主序星是怎样生成的？它的结局又怎样？这些都是涉及恒星演化的重大问题，而赫罗图则提供了回答这些问题的重要实测基础。

　　同宇宙学的研究方法相比，恒星演化的研究方法是既有相似之处，又有显著差别。监视法对于恒星演化研究来说，也是基本上不适用的。因为恒星一生的寿命一般都很长，年龄在100万年左右的恒星要算作很年轻的恒星，类似太阳这样年龄在50亿年左右的恒星则正当中年，所以人们不可能看到同一颗恒星的实际演化情况。然而，在恒星演化的某些特殊阶段，会出现脉动乃至爆发等现象，对这些快速变化现象进行监视观测和研究也是必要的和可能的，但这些都远不足以描绘恒星的全部演化情况。适合恒星演化研究的基本方法仍然是推演法，即以实测的恒星参量（如质量、温度等）为边条件，再根据有关的自然定律（如引力定律、核物理定律等）推演出该恒星过去和今后的可能状况。与宇宙学研究方法明显不同的是，对恒星演化的研究还可以使用类比法。因为供观测的宇宙只有一个，而宇宙中的恒星则有千千万万个。在望远镜视野所及的众多恒星中，一般都有处于不同年龄段的恒星，这类似于在广场上看到的众多人中一般都有长幼之别。所以当看到一颗中年恒星时，就可推知它年幼时会是怎样，年老时又会是怎样，这些都可以通过实例进行可靠的类比。总之，能够进行类比的推演法，才是恒星演化的主要研究方法。