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矮星，巨星，还是太阳？恒星到底如何定义？

来源：科普中国

什么是恒星？

恒星的定义和它本身一样丰富多彩


(资料图片)

（图解：我们的太阳是一颗中等质量的主序星，这张图片由NASA太阳动态观测站拍摄于2020年5月。）（图源：NASA/太阳动态观测站/Joy Ng）

要回答恒星是什么并不是一件难事，它不过就是那些在夜空中闪烁的亮点中的一员。但是在那之上，恒星的准确定义其实和恒星本身一样丰富多彩。

恒星的本质——恒星名称和星际演化的基础。

恒星的诞生

首先，恒星在天体物理学中的一个准确定义是：一个质量足够大，能够借助内部引力激发内部元素聚变反应的天体。

目前为止我们所知道的能完成这个任务的最小星体的质量只有太阳的百分之十左右。在遥远的未来，越来越多的重元素将会加入核反应过程并污染星际航道，小质量星体中的核聚变也将成为可能，不过这并不是现在的我们需要担心的事情。

体积最小的一类恒星被称为红矮星，因为它们体积很小且散发着微弱的红光。红矮星的内部只有微弱的氢核反应，而且它们发出的电磁辐射主要分布在电磁光谱的红外波段，因此呈现出一种暗红色。它们体积小、光线黯淡，哪怕是离我们最近的恒星——半人马座比邻星，都完全无法用肉眼看到，尽管如此，红矮星仍然是迄今为止银河系中最常见的一类恒星。

还有一类恒星是类太阳恒星，它们有着中等质量、中等亮度和中等寿命。这类恒星发出的电磁辐射覆盖了整个可见光谱，使得它们看起来漂亮洁白（没错，我们的太阳本身也是白色的，但经过地球蓝色大气的过滤，太阳的光线看起来就比较偏黄）。

再之后是巨星，这类恒星的体积有多大，它们在宇宙中就有多么罕见，但是由于它们极为明亮，所以很容易被发现。例如，我们之所以能看到星系的悬臂，并不是因为悬臂中星体的数量比其他位置多，而是因为那些悬臂就像圣诞树一样，被悬挂在其中的明亮的恒星照亮。

你在夜空中看到的几乎每一颗恒星都远大于太阳，在它们生命中的大部分时间里，最大的恒星会发出蓝光。这是因为它们产生的能量过于巨大，以至于它们发出的幅射实际上基本集中在紫外波段，还有一小部分幅射散落在可见光尾部的蓝光波段。

主星序

除了暗红的小型恒星，白色的中等大小恒星和发着蓝光的巨星之外，当然还有一些大小处于中间的恒星和一些体积大却呈现红色的奇异恒星。在一百多年以前，天文学家首次对恒星进行分类，那绝对可以说是一个非常混乱的局面，因为显然那时的人们在区分恒星颜色、大小与亮度的方面还没有形成公认的标准。

赫茨普鲁阁-罗素图（Hertzsprung-Russell Diagram）的发明解决了这一问题，直到今天它也依然是我们理解恒星生存原理的基础。赫罗图是一种表示恒星的温度（可以从恒星的颜色得到）和亮度的图。

如果你发现一群恒星并绘制出它们的温度和亮度图，在图上以每个点表示一颗恒星，你就会发现一个令人惊讶的结果——恒星并不具有所有颜色和亮度的组合。与之相对，你会得到一个沿对角线方向延伸的条纹，绝大多数的恒星都会出现在这个条纹上，它从暗红色的一端延伸到明亮的蓝光的一端。

这个条纹被称为“主星序”，那些内部不断发生着热核反应（恒星生命中大多时候的主要燃料来源）的恒星就处于这个条纹上的某个位置。随着恒星年龄的增长，它们将沿着主星序缓慢上移，在亿万年的时间流逝中，逐渐变得越来越亮、越来越蓝。

依靠恒星内部的聚变反应，它们能在主星序的轨迹上生存时间的长短，取决于恒星质量的大小。一颗小质量的红矮星可以在主星序上存在数万亿年，而一颗比太阳更大的巨星最多只能再维持几百万年。

一旦恒星内部的氢核聚变反应结束，它就会脱离主星序并向不同方向演化。大型恒星会变成红巨星，在赫茨普鲁阁-罗素图上占据自己的位置。其它恒星的状态则会更加的反复无常，重元素试图在它们内部发生聚变反应，于是这些恒星会在蓝色和红色之间不停地交替变化。

颜色编码

借助赫罗图，我们得到了恒星的最终定义：恒星是赫罗图中位于主星序上的天体。它不断燃烧氢气，沿着连接其亮度和温度的窄带稳定地进行演化。而在这个区域之外，则要么是尝试通过重元素聚变保持燃烧的巨星，要么是像白矮星或中子星一样死亡和衰变的天体残骸。

赫罗图是天体测量学的无名英雄，有了它，天文学家就能发现恒星，测量它的亮度和温度，并且准确得到它在生命周期中的位置，这使得预测恒星未来的演变成为可能。自然界很少向我们提供如此直接的见解，而恒星就是宇宙中真正的特例。

宇宙中绝大多数物质都是由纤细的星云组成的。恒星是一类特殊的、独特的品种——一种以聚变反应为能量来源的暂时物体。这种本质使得恒星更易于理解和预测。

BY:Paul Sutter

FY:赵若彤

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关键词： 聚变反应 天文学家

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