星海擷風

啟明星與長庚星　　有時候，在天剛朦朦亮時，東方的天空會出現一顆明亮的星星，它晶瑩透亮，光芒四射，美麗極了。這顆星古時稱為「啟明星」，意思是隨著它的出現，天就要亮了。而有的時候，在黃昏時，我們在西方的地平線上空，也會看到一顆特別明亮的星星。隨著天越來越黑，這顆星更顯得光輝燦爛，像一盞明燈高掛天宇，引人注目。這顆星古時稱為「長庚星」。　　啟明星與長庚星實際上是同一顆星，是九大行星之一的「金星」，西方稱為「維納斯」。維納斯是古羅馬神話中「愛與美」之神的名字。　　金星，在我國古代又稱為「太白金星」，這是由於她發射出白色的光輝。金星與其他幾顆行星（水星、木星、火星、土星）早在春秋戰國以前就發現了。由於它們在天空中沒有固定的位置，不停地遊盪著，故此稱為「行星」。以別於似乎固定不動的眾多的「恆星」。大約到了16世紀時，才確定我們人類居住的地球也是一顆行星。所有行星都圍繞太陽旋轉，旋轉的軌道是接近於圓形的橢圓形。　　金星的軌道在地球軌道以內，所以從地球上看去，當金星在太陽前面與背面時，都見不到。只有當金星離開太陽有一定角距時，才能看到。金星在太陽的西邊時，我們可以在日出前的東方看到。此時的金星為啟明星；而當金星在太陽的東邊時，我們可以在日落後的西方地平線上看到，此時的金星為長庚星。　　金星在距離太陽最大角距時，稱為東大距與西大距。東、西大距時，是觀察金星的最好時候。此時金星的高度大，在天空出現時間長。　　那麼，金星為什麼這麼明亮呢？　　金星是顆行星，它本身不發光。它的光輝是反射太陽光而來的。其他行星也是反射太陽光而發亮的。既然是反射光，那反射多少就取決於行星表面的反射本領了。比如太陽光以100份射入某顆行星，而某顆行星將其中的15份反射出來，就說這顆行星的反射率（或反照率）為15％或0．15。各行星表面的結構不同，它們各自的反射率就不一樣，比如，水星的反射率為0．05，火星的為0．15，木星為0．44，土星為0．42。而金星的反射率最大，為0．59即接近於60％。在我們地面上，只有新下的雪反射率才比金星大一些（為80％），而岩石、岩灰與木炭的反射率僅為0．07。　　由此可見，金星特別明亮，是由於它表面的反射率很大。原來，金星大小跟我們地球差不多（金星半徑為6096公里，地球平均半徑為6371公里），但它表面包著一層濃厚的大氣，而大氣的成分主要是二氧化碳（佔全部大氣的97％左右），靠著這層大氣反射、散射太陽光，因而顯得明亮。　　從我們地球上看去，金星特別明亮還有一個重要的條件，就是它離太陽及地球都不太遠。金星距離太陽，只有日地距離的70％，約1億零8百萬公墜。它所得的太陽光的輻射當然就比較大了。木星體積比地球大1300多倍，但木星離太陽遠（約為日地距離的5倍多），它所得太陽光就少，故此不如金星明亮。　　從地球上看去，金星是最近我們的一顆行星，它離地球最近時約有4干萬公里，比地球的另一個近鄰行星——火星，最近地球時的距離要近1千萬公里以上。同樣亮度的天體，有的離我們近些，看來就亮些：而有的離我們遠些，看來就暗些。金星離地球近些，所以看來就亮些。　　金星具有上述幾個得天獨厚的條件，使它成為全天最亮的星星。　　但是，金星最亮的時候，並不是在它距地球最近的時候。當金星位置在太陽和地球中間時，你為「下合」，其相對的一點為「上合」。在下合附近，太陽光照亮的金星的半球，恰巧背對著我們，所以我們是見不到金星的。只有在離下合有一段距離時，才可見到金星最亮。按時間算，在離下合之前與之後一個月多一點的時候為最亮。比如1994年11月2日金星下合，在此之前的9月29日金星最亮，亮度達—4．7等，在11月 2日之後的1994年12月 9日，又是金星最亮。到了1995年初，金星離地球越來越遠，它的亮度就逐漸降低了，年初為—4．7等，年中為—3．9等，1995年底為—4．0等。　　流星部落　　在晴朗的夜空中，常常會看到飛流而過的一道亮光，人們稱它為流星，民間也叫賊星。對此，常有人說：這是星星掉下來了。它們真是我們在天空看到的亮星掉下來了嗎？當然不是。那些亮星離我們非常遙遠，體積都比地球大得多，怎麼可能往地球上掉呢？我們知道，在行星際空間有許多塵埃物質和大小不等的破碎的固體物質。當它們和地球接近或地球穿過它們之中的時候，這些固體物質便以每秒十幾公里至幾十公里的速度撞入地球大氣層，與大氣產生激烈的摩擦，從而生熱發光，這就是我們看到的流星現象。流星現象通常都發生在離地面80至120公里的高空。每夜都可以看到一些流星。但是這些單個出現的流星的方位、亮度和時間是不同的。就一日而言，後半夜的流星要比前半夜多。　　流星體是圍繞太陽運行的塵粒和固體塊。流星體數量極多，形狀不規則，大小相差懸殊。大流星體像一座山丘，小流星體連肉眼也無法辨認，通常只有砂粒和小石子那樣大小。它們繞太陽轉圈子的時候，有時會跑到地球附近。當它們一旦闖入地球大氣層，就以極快的速度與空氣摩擦和碰撞，產生很高的溫度，因而燃燒發光，在夜空中留下一道燦爛的光輝，這就是流星有些明亮的流星過後，還會留下一條明亮的痕迹，叫做「流星余跡」。　　較大的流星體隕落時產生的流星現象叫火流星。這種流星體在稠密的地球低層大氣內高速運行時，由於它大量的物質在大氣中揮發燃燒，發出耀眼的光芒，看起來像一條巨大的火龍，常伴有雷鳴聲，這就是火流星。明亮的火流星能把廣大區域照得如月明之夜，甚至如同白晝。當天空中的流星余跡被掩沒時，又會出現煙柱似的塵埃余跡，可持續幾個小時。人們根據這一塵埃余跡可以推測出高層大氣內的風向和風速等。　　1930年，前蘇聯伏爾加河上空曾出現一次罕見的火流星。當年4月30日下午1時，人們突然看到天上飛來一個圓圓的「火球」，比月球稍小一些，後面拖著一條長長的「火鏈」，約飛行了5秒鐘就消逝了。在消失的地方升起一股煙雲，逐漸變濃，持續5分鐘，直到煙消雲散之後，人們還聽到劇烈的轟鳴聲，猶如發射火炮，一直延續了半分鐘之久。　　有時，夜空中出現的流星很多，仔細觀察會發現，它們好像都是從一個方向射出，構成令人心曠神怡的天象。這種天象稱為流星雨。　　1872年11月27日，歐洲一些地區曾遇到一場罕見的流星雨，人們看到大群大群的流星從仙女座中迸發出來，像節日焰火一般，壯麗非凡。這場流星雨從傍晚7時一直持續到午夜1時，流星總數達16萬顆之多，在流星隕落的高潮期間，每秒鐘隕落的流星竟達10～15顆之多。但通常的流星雨往往每秒鐘只隕落一兩顆流星。　　流星雨原本是某些彗星瓦解後遺留下來的碎片和冰決，當它們與地球相遇時，成群結隊的碎片和冰決在大氣層中因摩擦而燃燒和發光，便形成流星雨現象。每迴流星雨出現時，似乎所有的流星都是從天空中的某一點發射出來的，這一點叫「輻射點」。通常流星雨的名稱就用輻射點所在的星座名稱來命名的，如前面提到的流星雨是從仙女座迸發出來的，就叫它為「仙女座流星雨」，這個流星雨是由比拉彗星瓦解後的碎塊和冰決所形成的。　　星海中的路燈　　對我國廣大地區來說，北極星和北斗七星常年可見。在壯麗的恆星天空中，它們像指路燈塔，似報時鳴鐘，自古以來就是人們最熟悉的星星朋友。北極星現在在很靠近地球北極所指向的天空，因此，看起來它總在北方天空。正是因為它所處的位置重要，才大名鼎鼎。其實，按亮度它只是一顆普通的二等星，屬於「小字輩」。它離我們約400光年。北極星屬於小熊星座中最亮的恆星，也叫小熊座α星。中國古代稱它為「勾陳一」或「北辰」。在星座圖形上。它正處於小熊的尾巴尖端。說到這裡，或許你要問：小熊星座α星永遠享受北極星的尊稱？或者說，地球自轉軸的北極永遠指向這顆星嗎？首先應該指出，地球自轉軸也是在周期性的緩慢擺動。因此，地球自轉軸北極指向的天空位置自然也是變動的。可見，北極星的「皇位」也存在輪流坐莊的可能。天文學家們早已算出， 5000年前，北極星不是現在小熊座α星，而是天龍座α星，中國古代稱它為右樞。那時右樞獲得北極星的殊榮。到公元1000年，也就是中國北宋初年的時候，地球北極指向的天空離現在北極星——小熊座α星的角距還有6度。可見，那時它還遠遠不能作北極星。現在地球自轉軸北極指向的天空離小熊座α星的角距只有約1度。目前地球自轉軸北極指向的天空正以每年15角秒的速度接近小熊座α星。到公元2100年前後，地球自轉軸北極指向的天空和小熊座α星之間的角距最小，僅有約有28角分。似乎這時它的「地位」才達到北極星的頂峰。然而，從此以後，地球自轉軸北極指向的天空將逐漸遠離小熊座α星。到公元4000年前後，仙王座γ星將成為北極星。到公元14000年前後，天琴座α星——織女星將獲得北極星的美名。那時人們再談起牛郎和織女的故事來，織女星「入主北極星的皇位」身份，遠遠超過牛郎星。地球自轉軸這樣擺動一周的時間，大約是26000年。這說明一切事物都是在運動的，靜止只是相對的，運動變化才是永恆的。　　北斗七星屬於大熊星座的一部分，北斗七星位於大熊的背部和尾巴。這7顆星中有6顆是2等星，1顆是3等星。通過鬥口的兩顆星連線，朝鬥口方向延長約5倍遠，就找到了北極星。認星歌有：「認星稱從北斗來，由北往西再展開。」初學認星者可以從北斗七星依次來找其他星座了。　　古人把北斗七星作為一種永恆的神聖的象徵。難道北斗七星組成的圖形永遠不變嗎？它永遠是找北極星的「工具」嗎？當然不是這樣。宇宙間一切物體都在運動和變化之中，恆星也不例外。既然恆星也在運動，那麼，北斗七星組成的圖形當然也在變化。實際上，這7顆恆星離我們的距離不等，在60～200光年之間。它們各自運行的方向和速度也不一樣。7顆星大致朝兩個方向運行，搖光和天樞朝一個方向，其他5顆基本朝一個方向。根據它們運行的速度和方向，天文學家們已經算出，它們在 10萬年前。組成的圖形和10萬年後組成的圖形，都和今日的圖形大不一樣。　　天狼星的伴侶　　連接獵戶座腰帶上的3顆星，向東南延長到它們間距的約7倍長，就會看到青白色的天狼星。天狼星屬大犬座，正好在大獵犬嘴巴上。在古埃及，每當天狼星在黎明時從東方地平線升起的時候，正是一年一度尼羅河泛濫的季節，此時，大地回春，埃及人便開始了播種耕耘。由於天狼星的出沒和古埃及的農業生產息息相關，所以人們特別崇拜它。　　天狼星是除太陽外全天空中用肉眼看起來最亮的恆星，是距離我們較近的恆星之一，它的距離為8．7光年。它還是自行（在垂直視線方向移動的角度的大小）極快的恆星，平均每年自行稍大於1″。1834年德國天文學家貝塞爾開始研究天狼星的自行。1844年他發表文章指出，天狼星的運動很不規則，在大球上的軌跡不像其他恆星那樣沿一條直線運動，而是在天球上畫下一道波紋狀的路線。這種現象引出這樣一個結論：天狼星實際是一對雙星，天狼星的不規則運動，是由於它圍繞雙星系統的重心作軌道運動所造成的。　　貝塞爾的文章發表以後，由於當時並未找到天狼星的伴星，人們認為它可能是個暗黑的看不見的星，此後也就沒有人再注意這個問題了。19年以後，美國望遠鏡製造家克拉克製造了一架口徑為46厘米的折射望遠鏡，他在試驗這架望遠鏡時，終於發現天狼星附近的「看不見的伴侶」，這個雙星系統的轉動周期為50年。根據雙星的運動，進一步求出了伴星的質量，結果是天狼星的質量與太陽的質量差不多。但是，天狼伴星的亮度卻只有太陽的幾百分之一，它的溫度並不低，約為10000K左右。　　什麼原因使得天狼星的伴星這麼暗呢？原來它的體積太小了，只有太陽體積的百萬分之幾。因此，人們把這類恆星稱為白矮星。　　天狼伴星的體積比地球大不了多少，質量卻和太陽質量差不多，這意味　　10　　　　　 3著它的密度非常大，為10公斤／米，即每立方米的天狼伴星物質的質量約1000萬噸。白矮星上1噸重的材料可以放在火柴盒裡，可以想像它的密度之大！　　最早發現的另一顆白矮星是波江座40號星的伴星。現在已經發現白矮星1000顆左右。由於它們的亮度太小，使用大望遠鏡也只能看到距離較近的白矮星，實際上，白矮星的數目比現在知道的要多得多。白矮星的密度　　為什麼白矮星的密度如此之高？根據白矮星的半徑和質量可以算出它表　　7　　 9面的重力等於地球表面重力的10～10（1000萬～10億）倍。在這樣高的壓力下，組成白矮星的物質的原子都被壓碎了：電子脫離了它原來在原子中的軌道變成自由電子。我們知道，原子是由原子核和電子組成，原子的質量大　　-8部分集中在原子核上，而原子核占的空間很小，如氫原子核的半徑只10厘　　-13米（一厘米的一億分之一），而氫原子核（質子）的半徑只有10厘米（一厘米的十萬億分之一）。原子被壓碎，在強大的壓力下，原子核排得更緊密了，因此單位空間內包含更多的物質，即是說密度大大增高了。這種自由電子氣體叫作簡併電子氣體。簡併電子氣體壓力與白矮星強大的重力平衡，維持著白矮星的穩定。白矮星質量越大，重力越大，簡併電子氣體壓力就抵抗不住星體的引力收縮，白矮星就會進一步坍縮成密度更高的天體。印度出生的美國天體物理學家錢德拉塞卡研究了白矮星的物態，得出它的質量極限為1．4個太陽質量。當質量大於1．4個太陽質量時，白矮星是不穩定的，引力坍縮將使它變為密度更高的中子星或黑洞。白矮星的演變與壽命　　白矮星是恆星生命史的晚期天體，是快要死亡的天體。它是如何演變來的呢？　　現代恆星演化理論告訴我們：恆星是由星雲收縮而形成的，星雲中主要的成分是氫，星雲收縮，溫度不斷升高，密度不斷增大。當溫度升高到700萬K時，氫就會熔合在一起發生熱核聚變，產生大量的光和熱，這時恆星便誕生了。依靠氫聚變為氦的熱核反應，恆星度過一生的青壯年時期。當核心的氫燃料消耗光的時候，核心溫度升得更高，引發氦聚變反應，恆星膨脹變成一顆又紅（表面溫度較低）又大的紅巨星。紅巨星進一步演化，其外層氣體由於膨脹慢慢擴散到宇宙空間去，而星體核心部分演化成白矮星。當星核質量大於白矮星質量極限時，星核便會演化為中子星或黑洞。到了這個階段，恆星便進入老年垂死階段。這時氫、氦等熱核原料已經用光。此後，白矮星便依靠它的餘熱慢慢走向它生命的終點。　　不過，有時白矮星也會「死而復活」。當白矮星是密近雙星系統中的一個子星的時候，白矮星會吸積另外一顆子星的物質，吸積來的氫在白矮星表面堆積，形成氫氣包層，當溫度足夠高時，就會發生熱核反應而產生巨大能量。這種現象叫新星爆發。有的新星還會再度爆發，成為再發新星。　　新星爆發後白矮星的命運如何？一種理論認為，白矮星有可能由於吸積過多的物質，質量超過白矮星質量的極限而發生引力坍縮，演化為中子星。　　白矮星如何走完它的生命旅程？其最終結局到底如何？會不會演化成中子星？白矮星死亡之後的遺骸會成為形成新恆星的材料嗎？……一系列問題引起人們的思考和興趣。中子星　　在天文學史上，由理論家根據物理學規律預先推算出該天體的存在，再由天文觀測家實測從而得到證實的例子是不少見的。中子星也是這樣。1932年，英國物理學家查德威克發現組成原子的粒子除電子（帶負電荷）和帶正電荷的質子之外，還存在一種不帶電的粒子，定名為中子。查德威克的發現公布後，當時正在瑞典作學術訪問的前蘇聯物理學家朗道作了一個有趣的預言：在宇宙中存在一種主要由中子組成的星，它的體積很小，質量接近太陽　　57質量，大體包含10（1O億億億億億億億）個中子，因此密度極高。　　那麼，中子星是怎樣形成的呢？一個正常的恆星經歷怎樣的物理過程被壓縮成如此高密度的中子星呢？巴德和茲維基於1934年作出了回答，他們計算了一個正常恆星（半徑約為100萬公里）經引力坍縮為大小約10公里的中子星時引力能的變化，發現和超新星釋放出的能量相等，因此提出：正常恆星過渡到中子星，是由於超新星爆發造成的。美國科學家奧本海默研究了引力坍縮過程，進一步肯定了中子星存在的可能性。此後相當長的一段時期，人們完全忽略了這些理論家的工作，沒有人認為會找到中子星。因為中子星太小，一個比地球還小的恆星發出的光畢竟太微弱了，何況連它是否發光還不清楚呢。直到30年後，人們才以意料不到的方式證實了中子星的存在。　　60年代，英國劍橋大學的休伊什和他的學生貝爾（現名伯娜爾），一起製造了一面很大的長波（3．7米）接收天線，用來研究星際電離氣體對宇宙射電波的折射效應，即星際閃爍。在這個波長上，只有角直徑非常小的射電源才會發生閃爍，較大的射電星系是不會閃爍的。1967年7月，剛開始啟用這具射電望遠鏡作觀測的幾天內，貝爾就記錄到有很強的無線電信號起伏。信號的特徵不像是星標閃爍，卻很像是地面上的無線電干擾。　　起初，休伊什把它當作摩托車打火之類的從地面來的無線電干擾而不予理會。以後，這種信號一再反覆出現，直到10月份，他們得出結論：這是來自天體的射電信號。他們又換用了一具更靈敏的接收機，11月份，他們第一次接收到清晰的、極其規則的無線電脈衝信號。這是人為的嗎？會是宇宙飛船發出的嗎？會不會是地外文明世界發來的無線電信號呢？這後一種可能性特別令人激動。有本科學幻想小說中曾描寫過地外文明世界有種「小綠人」的高級智慧生物，因此，當時有的科學家戲稱這種無線電信號為小綠人的信號。　　顯然，如果讓大家知道他們正在接收小綠人發來的信號，那是多麼轟動的新聞，記者就會大批地擁進天文台，從而影響科研工作。所以，直到1968年2月，休伊什才在英國《自然》雜誌上發表了他們觀測到來自宇宙的射電脈衝星的文章。文章分析了脈衝信號的性質後指出，脈衝星肯定在太陽系之外，可能是某種緻密天體，大概是白矮星或者中子星。消息傳開之後，各國的射電天文學家立即把注意力轉向天空，來證實這一引人注意的發現。兩周以後，英國焦德爾雷班克天文台就發表文章，證實了第一顆脈衝星的存在。到1968年，至少有8個射電天文台觀測到了脈衝星，到現在已發現了500多個脈衝星。　　脈衝星是什麼天體呢？人們紛紛提出各種理論，推測什麼天體能夠發生周期性的脈衝變化。最初，人們認為是白矮星的周期膨脹和收縮運動。但白矮星的脈動周期不會小於2秒，而多數脈衝星的脈衝周期都小於2秒。蟹狀星雲中的脈衝星，脈衝周期為0．033秒。於是，人們又進一步考慮白矮星雙星的公轉效應，計算表朋，即使是相接觸的雙白矮星，其公轉軌道周期也不會小於1．7秒。看來唯一的可能解釋脈衝星的物理機制是白矮星自轉。自轉周期為1秒以上的白矮星是穩定的，如果周期太短，快速自轉產生的離心力就會使白矮星解體。但不少脈衝星的周期都小於1秒，而且用光學望遠鏡觀測脈衝星竟沒有一個是白矮星！　　1968年，帕西尼和高爾德分別發表文章，論述脈衝星是具有磁場的快速自轉的中子星。這樣才使關於脈衝星的爭論告一段落。有兩顆脈衝星存在於超新星遺迹中，這一事實既證實了超新星爆發會產生中子星的科學預言，也證實脈衝星就是中子星。此外，帕西尼和高爾德預言，脈衝星由於輻射自轉應該減慢，不久就發現蟹狀星雲脈衝星的自轉周期果然正在減慢。於是，脈衝星即中子星就完全得到肯定。白矮星與中子星　　現代恆星演化理論告訴我們，中子星是恆星演化到晚期的產物，當恆星因耗盡能量而出現超新星爆發時，在引力作用下，星核就會坍縮成中子星。　　在銀河系中，雙星是很常見的，若是雙星中有中子星，中子星對雙星的演化會有什麼影響呢？　　1968年，一位前蘇聯天文學家發現，天蠍座X—l是一對雙星，其中之一是中子星，它的伴星是一紅巨星。紅巨星的氣體受到中子星的吸積，在中子星的周圍旋轉碰撞，而升溫到100萬K時，就會輻射出大量X射線。　　天文學家研究了由雙星組成的X射線源（X射線雙星）以後，發現供給X射線源物質的伴星可分兩類：一類是具有幾個太陽質量的大伴星，一類是不超過兩個太陽質量的小伴星。這兩類伴星的演化有所不同：前一類X射線雙星中的大質量伴星自然演化，並以超新星爆發而告終。爆發把雙星系統中的許多物質吹到宇宙空間，從而削弱了兩星間引力，若雙星系統喪失了一半以上的物質，它就瓦解，只留下一個孤單的中子星。若爆發出的物質不多，雙星系統保存下來，結果是留下一對中子星。1947年後，果然發現了雙脈衝星。而含有一個低質量的恆星和一顆中子星的X射線雙星，演化較溫和，由於伴星沒有足夠的物質引起超新星爆發，伴星流失到中子星的物質速率很緩慢，結果是形成一顆白矮星和一顆中子星。在已知的射電脈衝星中，雙星相對稀少，僅有9個為脈衝雙星，其中7個是屬於後一類的。　　然而，PSR0820—02脈衝星的發現給上述演化理論提出了難題：它是一個由白矮星和中子星組成的雙星。根據理論，它應該是磁場較弱、脈衝周期很短的脈衝雙星，但實際上它卻是磁場很強的一種特殊脈衝雙星，最新的理論認為，這類脈衝雙星中的中子星並非來自超新星爆發，而是來自白矮星的坍縮。按照這種理論，PSR0820—02原是一個普通的雙星，質量較大的伴星最後演化成白矮墾，但它繼續吸積質量較小的另一伴星的物質，最後超過白矮星的質量極限而坍縮為一個中子星。不過，一般說來，由伴星吸積來的氫在白矮星表面積聚起來後，大多數白矮星會由於氫聚變產生爆炸（新星爆發），又把積聚起來的物質拋出，是不會坍縮為中子星的。若使白矮星發生引力坍縮變成中子星，必須要求白矮星滿足兩個條件。（1）必須是特殊白矮星，是一種由氖、氦和鎂組成的白矮星，這樣的化學組成對氫聚變不起催化作用；（2）白矮星伴星的質量輸出必須十分緩慢，不易發生激烈的爆發。這種理論模型尚需觀測來檢驗。白矮星會按照這種方式演變為中子星嗎？中子星本身又將如何演化？天文學家正在努力尋找更多的脈衝星來驗證上述新理論是否正確，進一步理解中子星演化的來龍去脈。　　神秘的新星　　晴朗的夜空中，原來看不見有星的位置上突然間冒出一顆亮星，這種現象是多麼令人驚訝和興奮！人們往往認為這是顆新誕生的恆星，於是便把這種天體叫做新星。新星發亮一段時間之後，亮度逐漸減小，又慢慢地消失在夜空中，好像來去匆匆的過客，因此我國古代又把它叫做客星。新星的最古老的記錄是我國《漢書》上的記載，元光元年（公元前134年）六月「客星見於房」，「房」指二十八宿中的房宿，相當於現在的天蠍星座。到現在為止，在銀河系中總共記錄到的新星不過200顆左右。每年發現的新星並不多，多則三五個，少則一個也沒有，肉眼能看得到的亮新星就更為稀少了。根據推算，在我們銀河系中，平均每年可能出現50顆新星。但是，由於新星都分布在銀河平面附近，那裡的大量吸光星際物質吸收了新星的光，因此我們只能看到近距離的新星，這樣一來，就使新星成為一種少見的天象了。新星不是新的星　　長期以來，人們一直認為新星是從宇宙中新產生出來的天體。直到 19世紀末，這一想法才有所改變。那時，照相方法已經引入天文觀測，人們對整個天空進行了巡天照相。由於照相底片能夠累積光線，所以較暗的星經過長時間曝光，在底片上也能顯現出來。在照相的星圖上人們發現，新星出現以前，在那個位置上早已存在著星星，只是由於它太暗，我們肉眼看不見罷了。當新星最為明亮期過後，在新星「消失」的位置上，用照相方法仍可觀測到那顆星星。這時，人們才正確地認識到新星並不是新誕生出來的星。　　新星出現時，極其明亮。1918年天鷹座出現一顆新星，亮度達-1．1等，在天空中，成為僅次於天狼星的第二亮星。一般的新星的亮度也達到1等星。新星出現前，它的亮度很暗，都在肉眼視力範圍之外，而肉眼能看到的最暗星是6等星。新星發亮前後，亮度變化可以達到7～16星等。像1975年天鵝座出現的新星，亮度變化達19個星等。星等相差1等，亮度相差2．5倍，新星發亮前後，亮度可以劇增幾百萬倍至幾千萬倍。究竟是什麼原因使恆星亮度劇增呢？　　人們用光譜分析的方法研究了新星的光譜，發現在新星亮度極大時，光譜線向紫端移動，表明新星外層大氣向觀測者方向移動。由譜線位移可以計算出，新星向外膨脹的速度為1000公里／秒以上。這樣巨大的膨脹速度說明什麼呢？說明新星在「爆炸」。由於新星的爆炸，使新星的亮度驟然劇增幾千倍。新星的爆發　　新星爆發，大量物質被拋射到宇宙空間里，星體會不會因爆炸而瓦解呢？人們研究了幾十個爆發後的新星光譜，發現這些光譜和一些演化到晚年的熱矮星的光譜非常相似。於是人們產生這樣一種認識，新星不是恆星的幼兒階段，而是恆星的暮年階段。新星爆發是恆星行將死亡的前奏曲，是恆星的「天鵝之歌」。　　本世紀50年代，由於天文觀測技術的進步，人們不但可以知道爆發後的新星的亮度，還能夠知道新星爆發前的亮度。對比兩者，竟發現了一個未曾意料到的結果。絕大多數的新星，爆發前後的亮度是相同的，經歷一次爆炸，新星又恢復到爆發前的狀態。新星爆發不是恆星的解體，而是一次「調整」。進一步研究新星爆發的能量和質量變化後發現，經過一次爆發，恆星的質量　　30僅僅損失萬分之幾到千分之幾個太陽質量（一個太陽質量為2×10公斤，即2000萬億億億噸），拋出的物質微乎其微。新星種類　　新星是爆髮型變星的一種，屬於爆髮型變星的還有再發新星、矮新星的和類新星等，它們或多或少都具有和新星類似的特徵。再發新星是指觀測到不止一次爆發的新星，大體上每10～100年就爆發一次，已觀測到十幾顆。羅盤座T星和人馬座V2005星已經記錄到了5次爆發。再發新星爆發時，亮星劇增的幅度比新星的光變幅度要小，為7～9星等。每次爆發拋出的質量僅有百萬分之幾個太陽質量。現在認為，再發新星和新星之間沒有根本的區別，新星可能是爆發周期長的再發新星，而再發新星可能是爆發周期短的新星。　　矮新星是爆發規模比新星小（亮度變幅2～6星等）、爆發周期很短（每隔幾十天就爆發一次）的爆髮型變星，它發亮的突然與快速和新星發亮的特徵有些類似。　　類新星是某些特徵與新星類似的變星，亮度變幅約3個星等。每隔數年發亮一次。新星爆發的原因　　新星爆發是一種物質拋射和能量釋放的不穩定的物理過程。爆發破壞了恆星的原有平衡狀態，經過能量釋放又重新達到新的平衡狀態。　　是什麼原因促使恆星爆發呢？這種爆發對恆星的生命演化史具有什麼作用呢？　　目前，有不少天文學家致力於研究新星爆發的物理原因。有種學說認為，恆星演化到晚期，中心溫度高到幾十億度，密度升高到水的密度的1億倍以上。這時，恆星核心內部由於熱核反應產生大量中微子。中微子是一種基本粒子，靜止質量等於零，不帶電，穿透力特彆強，不和其他物質粒子發生作用，因此產生出來以後能夠很快地跑到恆星外部去。它們帶走很大能量，恆星內部能量迅速減小，因而抵抗不住恆星引力的收縮。於是，恆星迅速坍縮。造成恆星爆發。不過，這種物理過程釋放出來的能量又太強了，大大超過新星爆發產生的能量，所以，用它來解釋新星爆發是缺乏說服力的。　　後來，人們發現有許多新星、再發新星、矮新星、類新星是雙星系統。1947年，觀測證實，再發新星北冕座T星是分光雙星；1952年，觀測到矮新星天鵝座SS也是分光雙星；1954年，證實類新星寶瓶座AE又是分光雙星；同年，證實武仙座DQ新星是食雙星的一個子星。四類爆發變星都與雙星有關。　　是不是所有新星都是雙星呢？雙星對新星爆發有什麼關係呢？　　現在有種理論認為，很多新星爆發的原因可能與它是密近雙星有關（密近雙星是指雙星的兩子星距離較近，由於引力作用，兩子星之間有物質交流的雙星系統）。當密近雙星的一個大質量子星演化為冷的紅巨星，另一個小質量子星演化為熱矮星的時候，冷星膨脹，外層氣體射向熱矮星，使熱矮星表面吸積起含有大量氫的氣體包層。當氣體包層之下溫度增高到足以引起氫的熱核聚變時，熱矮星就因熱核聚變反應而釋放能量，造成新爆發。這個理論是否正確？還待進一步觀測來驗證，理論本身也還有許多細節不清楚。如果說密近雙星是造成新星爆發的原因，那些不是雙星的新星爆發的原因又是什麼呢？再發新星一再爆發的物理機制又是什麼呢？近幾十年來，人們發現除了存在可見光波段上突然發亮的新星之外，還陸續發現射電能量劇增的射電新星，以及X射線能量突然劇增的X射線新星。這些新星爆發的原因又是什麼呢？新星爆發的秘密有待人們去揭露。　　罕見的超新星　　1987年2月23日，在大麥哲倫雲星系出現了一顆超新星。第二天，國際天文學聯合會便向全世界的天文台站和觀測機構發出電報和電傳，通報這一罕見的銀河系外天體爆發現象。這顆超新星被命名為 1987A。超新星是大質量恆星（質量大於或等於8～10個太陽質量）在晚年發生的崩潰、瓦解性的爆炸現象，一般質量較小的恆星並不以超新星爆發終了它的一生。超新星現象　　在晴朗的夜空中，人們有時會在原先看不到星星的地方發現一顆新出現的星星在閃耀，人們最早時稱它為新星。實際上它並不是一顆新出現的星，只是因為過去它太暗弱而不引人注意罷了。後來，天文學家把在短時間內亮度突然增大1萬倍甚至100萬倍的恆星稱為新星；把亮度突然增加比新星強　　7　　10得多，光度能達到太陽光度的10～10（1000萬～100億）倍的星稱之為超新星。　　現代天文學家統計分析了古代天文觀測記錄，特別是我國豐富的歷史資料，結果只確定了不足10個銀河系內的歷史超新星。天文學家們公認，公元1006年、1054年、1181年、1572和1604年諸年的中國古書中的「客星」記載，都是銀河系中的超新星（見下表）。離現在最近的兩顆超新星（1572年、1604年），著名天文學家第谷和開普勒曾觀測過，曾分別被稱為「第谷新星」和「開普勒新星」。　　歷史上的超新星 （銀河系內）　　爆發年份　　　　歷史年代　　　　客星專名 所在 星座 星等　肉眼可見時間　　公元185　 東漢 靈帝 中平二年　南門客星　半人馬　　 -8　　　20 個月　　386　 東晉 孝武帝 太元十一年 南斗客星　 人馬　　 ？　　 3 個月51　　續表　　爆發年份　　　　歷史年代　　　　客星專名 所在星座　星等　肉眼可見時間　　393　 東晉 孝武帝 太元十八年 尾中客星　　 天蠍　　　-1　　　8 個月　　1006　　北宋 真宗 景德三年　　 周伯星　　 狐狸　　 -9.5　　　數年　　1054　　北宋 仁宗 至和元年　無關客星　　　金牛　　　-5　　　22 個月　　1181　　南宋 孝宗 淳熙八年　傳舍客星　　 仙后　　　 0　　　 6 個月　　1408　　　　　　—　　　　　　　 —　　　 天鵝　　　-3　　　　？　　1572　　 明 穆宗 陲慶六年　　 閣道客星　 仙后　　　 -4　　　18 個月　　1604　 明 神宗 萬曆三十二年 尾分客星　　 蛇夫　　　-2.5　　 12 個月　　1885年8月31日，有人觀測到仙女座大星雲中恆星的爆發，並認為是新星。直到1920年，天文學家才搞清楚仙女座大星雲是銀河系外的星系，其星光要經過200多萬年才能傳到地球。由此可算出1885年看到的那顆恆星爆發時，光度竟然是太陽的100億倍，使人們大吃一驚！從此以後，人們才把這種光能量極其巨大的恆星爆發現象，稱為超新星爆發。細心的天文學家們，還從20年代以前的天文照相底片中，陸續發現了13個河外星系超新星。隨著巨型精良的天文望遠鏡的問世，天文學家開展了超新星照相巡天觀測工作。從1885年～1987年2月底，人們一共發現了633個河外星系超新星。據估計，每個星系平均近300年才有一顆超新星出現。　　我國古代天文觀測者對觀測記錄超新星作出了傑出的貢獻，表中列出的1054年出現的那顆著名超新星，就是最突出的例子。《宋史》中記載：「宋至和元年五月乙丑客星出天關（即金牛座ζ星）東南，可數寸，歲余稍沒。」　　《宋會要》一書中也有記載：「至和元年，伏睹客星出現，其星上微有光彩，黃色。」著名美國天文學家哈勃於1928年根據金牛座「蟹狀星雲」的大小以及它約每秒900公里的膨脹速度，指出它就是中國史書上記載的那顆客星——超新星爆發後的遺迹。恆星的爆炸　　現代天文學家認為，恆星就是遙遠的太陽，只不過其大小與太陽不盡相同罷了。大質量的恆星在晚年為什麼會爆炸呢？要弄清這個問題，首先應該知道恆星的物質組成，或者說它靠什麼東西「燃燒而發光呢」？　　近代天文學家由光譜分析方法獲悉，太陽上含有大量的氫元素，其次還有少量的氦、碳、氧、硅等60多種元素。1939年，美國著名物理學家貝特認為，太陽的能量來自於氫原子核聚變反應，它類似於氫彈爆炸。當4個氫原子核聚變為1個氦原子核時，可釋放出巨大能量。實現熱核聚變反應的條件是高溫和高壓。科學家們通過觀測研究，由物理定律計算出太陽中心溫度約為1500萬度。也就是說，太陽是一座似氫原子核為燃料的核子爐！後來，人們把這一理論推廣應用於恆星演化研究。　　在恆星演化過程中，其內部的熱核反應是一個持續不斷的過程。人們逐漸弄清楚在任何恆星中氦約佔 25％左右，其餘的大多數是氫，而所有其他元素的總和才佔總成分的1％～2％。一般說來，恆星先是以氫為燃料。恆星的核心部分——星核的氫燃料耗盡後，星核中心收縮釋放的引力能使恆星的氫殼層燃燒，同時恆星外層向外膨脹。與此同時，星核的收縮還使這個「熱核反應爐」升溫（可達2億度），然後，氦開始燃燒，這時星核收縮停止。　　氦燃燒的灰燼是碳和氧。在氦燃料耗盡時，星核又開始收縮。這時候的恆星有點像是兩個套在一起的球殼——雙燃燒殼源，一個是氫殼源，另一個是氦殼源。當星核收縮到一定程度，星核內的溫度達到8億度，碳開始燃燒。碳燃燒的主要灰燼是氧，氧燃燒之後是硅；前者燃燒所需的溫度是20億度，後者所需的溫度是30億度。　　綜上所述，在核反應的每一個階段，當一種核燃料耗盡時，恆星的中心部分缺少能量輻射便開始收縮，在收縮過程中可釋放引力能，因而使星核內溫度上升，最終把另一種核燃料點燃。恆星在晚年變得越來越不穩定，熱核反應一輪接一輪地進行，熱核反應的溫度一輪比一輪高，反應的速率也進一步加快，最終導致整個恆墾爆炸即超新星爆發現象。在理論上具體一點說來，如果氧和硅的燃燒都未能使星體爆炸，那麼恆星內部最終就由鐵原子核和電子簡併氣體組成一個密度極大的核心，這時所有的核燃料就都耗盡了。因為鐵原子核的結合能最大，鐵核是很穩定的核。此時的恆星已接近「死亡」，伴隨恆星中心核反應的輪番進行，星核已被一個溫度低得多（不足10億度）的「幔」所包圍，在幔的外面還包有一層氫和氦的外殼。星幔中的化學成分佔優勢的是氧、氮和氖等輕元素，這些是恆星爆炸所需要的潛在核燃料。　　這時候由於上層物質的重量已經不再能被下面的氣體壓力所支撐，恆星的所有外層便向著中心陷落——坍縮，並在此過程中迅速升溫。當星核的密度接近每立方厘米3000萬噸，而溫度超過1000億度時，核心將停止收縮，包層由於不再向恆星中心坍塌而迅速被加熱，幔中的輕元素像「火藥庫」似地爆炸了。超新星爆發前，作為坍縮星的全部複雜的物理過程，僅僅是在異常短暫的、大約不到一秒的時間內發生的。中微子　　在現代天文學研究中，中微子——一種質量近乎為零的中性不帶電粒子，竟然涉及宇宙演化問題。中微子究竟有無質量？如果有，到底是多少？這是科學家們非常關心的問題。因為，從科學理論上來說，如果中微子確實具有質量的話，在數百億年後，我們的宇宙將會由膨脹轉化為收縮，即宇宙將經歷一個由冷卻而升溫的階段，最終將升到比現在的太陽溫度還要高很多的高溫狀態，人類建立起來的文明均將被毀滅。幾十年來，科學家們一直在千方百計地測量中微子的質量，但始終未得出明確的結果。　　1987年，大麥哲倫雲星系超新星爆發後，使關心一切中微子問題的科學家們興奮起來了！因為，人們設在地球上的幾台中微子探測器都探測到了來自超新星的中微子信號。　　前面提到，超新星爆發是由引力坍縮效應而引起的。恆星在坍縮過程中釋放的引力能中至少99％被中微子帶走，只有幾乎不到1％轉變成人們所觀測到的能量形式。中微子在一般情況下幾乎不與其他物質發生作用，然而在急劇坍縮的恆星核心附近，由於物質密度極高，大量的中微子形成一股高壓的中微子「風」，這股攜帶著大量能量的中微子束在向外衝擊時，必然對含有豐富鐵原子核的外殼產生強大壓力，並猛烈地推開它，繼續外沖，衝出星核和整個星體，從而形成超新星爆炸，這時約有幾個太陽質量的物質一齊被拋向星際空間。　　超新星1987A發射的中微子先後被義大利、日本、美國和前蘇聯的中微子探測器探測到。這顆星距離地球大約16萬光年。物理學家們說，如果中微子沒有質量，那麼它們將以光速飛行；如果中微子具有一定的、哪怕是微乎其微的靜止質量，則它們將產生一定的時間延遲。如果人們能準確地知道一個天體的距離、中微子能量和延遲的時間，則可以利用一個公式計算出中微子靜止質量來。原則上，若在實驗室中探測到引力坍縮時釋放出的引力波，到達地球時的信號和中做子信號之間的「時間差」數值，那麼，就能由此估計出中微子質量來。遺憾的是，現在人們還沒有這樣高靈敏度的引力波探測器，當然也沒有得到可信的信號。所以，至今中微子質量問題仍是一個謎，人們期望觀測到下一次的超新星爆發，但那也許是一二百年後的事了。　　來自1987A的中微子被地面探測器所接收到這件事，還意味著這樣一個問題，中微子在長達16萬光年的漫長路途中，並未衰變成別的粒子。在此之前有一種假說認為：太陽中微子在日地空間路途上衰變為某些別的粒子了，所以人們只探測到很少的中微子。然而，中微子從太陽到地球路上只需大約8分鐘，如果中微子平均壽命是16萬光年或者短一些，則不會有多少中微子損失在此途中的。這一情況正好否定了對「太陽中微子失蹤之謎」的那種所謂「衰變假說」的理論。　　科學家們正在建立更先進的全天運行的中微子探測器，這樣能對超新星所產生的中微子進行系統的觀測研究，這還有助於粒子物理學和天體物理學的協同研究。超新星爆發　　近年來，科學界對恐龍滅絕事件提出了幾種假說，其中有人提出，大約在6500萬年前，有一顆距太陽系較近的銀河系超新星爆發，其強烈的核輻射消滅了地球上大部分生命，恐龍作為那個時期的龐然大物自然也未能倖免。更為有趣的是，80年代一些天文學家的研究認為，超新星爆發是太陽系形成的外力。　　1969年，墜落在墨西哥北部阿倫德村莊附近的一塊隕石（人們後來習慣上稱之為阿倫德隕石），它含有碳及其球粒形的包體，亦稱含碳質球粒隕石。1973年，美國一些科學家在阿倫德隕石中發現，氧-16同位素的含量比地球上氧-16的含量要高些，有些樣品中氧-16的含量竟高到正常氧的5％。隕石是帶有原始太陽系信息的珍貴的研究樣品。　　　啟明星與長庚星　　有時候，在天剛朦朦亮時，東方的天空會出現一顆明亮的星星，它晶瑩透亮，光芒四射，美麗極了。這顆星古時稱為「啟明星」，意思是隨著它的出現，天就要亮了。而有的時候，在黃昏時，我們在西方的地平線上空，也會看到一顆特別明亮的星星。隨著天越來越黑，這顆星更顯得光輝燦爛，像一盞明燈高掛天宇，引人注目。這顆星古時稱為「長庚星」。　　啟明星與長庚星實際上是同一顆星，是九大行星之一的「金星」，西方稱為「維納斯」。維納斯是古羅馬神話中「愛與美」之神的名字。　　金星，在我國古代又稱為「太白金星」，這是由於她發射出白色的光輝。金星與其他幾顆行星（水星、木星、火星、土星）早在春秋戰國以前就發現了。由於它們在天空中沒有固定的位置，不停地遊盪著，故此稱為「行星」。以別於似乎固定不動的眾多的「恆星」。大約到了16世紀時，才確定我們人類居住的地球也是一顆行星。所有行星都圍繞太陽旋轉，旋轉的軌道是接近於圓形的橢圓形。　　金星的軌道在地球軌道以內，所以從地球上看去，當金星在太陽前面與背面時，都見不到。只有當金星離開太陽有一定角距時，才能看到。金星在太陽的西邊時，我們可以在日出前的東方看到。此時的金星為啟明星；而當金星在太陽的東邊時，我們可以在日落後的西方地平線上看到，此時的金星為長庚星。　　金星在距離太陽最大角距時，稱為東大距與西大距。東、西大距時，是觀察金星的最好時候。此時金星的高度大，在天空出現時間長。　　那麼，金星為什麼這麼明亮呢？　　金星是顆行星，它本身不發光。它的光輝是反射太陽光而來的。其他行星也是反射太陽光而發亮的。既然是反射光，那反射多少就取決於行星表面的反射本領了。比如太陽光以100份射入某顆行星，而某顆行星將其中的15份反射出來，就說這顆行星的反射率（或反照率）為15％或0．15。各行星表面的結構不同，它們各自的反射率就不一樣，比如，水星的反射率為0．05，火星的為0．15，木星為0．44，土星為0．42。而金星的反射率最大，為0．59即接近於60％。在我們地面上，只有新下的雪反射率才比金星大一些（為80％），而岩石、岩灰與木炭的反射率僅為0．07。　　由此可見，金星特別明亮，是由於它表面的反射率很大。原來，金星大小跟我們地球差不多（金星半徑為6096公里，地球平均半徑為6371公里），但它表面包著一層濃厚的大氣，而大氣的成分主要是二氧化碳（佔全部大氣的97％左右），靠著這層大氣反射、散射太陽光，因而顯得明亮。　　從我們地球上看去，金星特別明亮還有一個重要的條件，就是它離太陽及地球都不太遠。金星距離太陽，只有日地距離的70％，約1億零8百萬公墜。它所得的太陽光的輻射當然就比較大了。木星體積比地球大1300多倍，但木星離太陽遠（約為日地距離的5倍多），它所得太陽光就少，故此不如金星明亮。　　從地球上看去，金星是最近我們的一顆行星，它離地球最近時約有4干萬公里，比地球的另一個近鄰行星——火星，最近地球時的距離要近1千萬公里以上。同樣亮度的天體，有的離我們近些，看來就亮些：而有的離我們遠些，看來就暗些。金星離地球近些，所以看來就亮些。　　金星具有上述幾個得天獨厚的條件，使它成為全天最亮的星星。　　但是，金星最亮的時候，並不是在它距地球最近的時候。當金星位置在太陽和地球中間時，你為「下合」，其相對的一點為「上合」。在下合附近，太陽光照亮的金星的半球，恰巧背對著我們，所以我們是見不到金星的。只有在離下合有一段距離時，才可見到金星最亮。按時間算，在離下合之前與之後一個月多一點的時候為最亮。比如1994年11月2日金星下合，在此之前的9月29日金星最亮，亮度達—4．7等，在11月 2日之後的1994年12月 9日，又是金星最亮。到了1995年初，金星離地球越來越遠，它的亮度就逐漸降低了，年初為—4．7等，年中為—3．9等，1995年底為—4．0等。　　流星部落　　在晴朗的夜空中，常常會看到飛流而過的一道亮光，人們稱它為流星，民間也叫賊星。對此，常有人說：這是星星掉下來了。它們真是我們在天空看到的亮星掉下來了嗎？當然不是。那些亮星離我們非常遙遠，體積都比地球大得多，怎麼可能往地球上掉呢？我們知道，在行星際空間有許多塵埃物質和大小不等的破碎的固體物質。當它們和地球接近或地球穿過它們之中的時候，這些固體物質便以每秒十幾公里至幾十公里的速度撞入地球大氣層，與大氣產生激烈的摩擦，從而生熱發光，這就是我們看到的流星現象。流星現象通常都發生在離地面80至120公里的高空。每夜都可以看到一些流星。但是這些單個出現的流星的方位、亮度和時間是不同的。就一日而言，後半夜的流星要比前半夜多。　　流星體是圍繞太陽運行的塵粒和固體塊。流星體數量極多，形狀不規則，大小相差懸殊。大流星體像一座山丘，小流星體連肉眼也無法辨認，通常只有砂粒和小石子那樣大小。它們繞太陽轉圈子的時候，有時會跑到地球附近。當它們一旦闖入地球大氣層，就以極快的速度與空氣摩擦和碰撞，產生很高的溫度，因而燃燒發光，在夜空中留下一道燦爛的光輝，這就是流星有些明亮的流星過後，還會留下一條明亮的痕迹，叫做「流星余跡」。　　較大的流星體隕落時產生的流星現象叫火流星。這種流星體在稠密的地球低層大氣內高速運行時，由於它大量的物質在大氣中揮發燃燒，發出耀眼的光芒，看起來像一條巨大的火龍，常伴有雷鳴聲，這就是火流星。明亮的火流星能把廣大區域照得如月明之夜，甚至如同白晝。當天空中的流星余跡被掩沒時，又會出現煙柱似的塵埃余跡，可持續幾個小時。人們根據這一塵埃余跡可以推測出高層大氣內的風向和風速等。　　1930年，前蘇聯伏爾加河上空曾出現一次罕見的火流星。當年4月30日下午1時，人們突然看到天上飛來一個圓圓的「火球」，比月球稍小一些，後面拖著一條長長的「火鏈」，約飛行了5秒鐘就消逝了。在消失的地方升起一股煙雲，逐漸變濃，持續5分鐘，直到煙消雲散之後，人們還聽到劇烈的轟鳴聲，猶如發射火炮，一直延續了半分鐘之久。　　有時，夜空中出現的流星很多，仔細觀察會發現，它們好像都是從一個方向射出，構成令人心曠神怡的天象。這種天象稱為流星雨。　　1872年11月27日，歐洲一些地區曾遇到一場罕見的流星雨，人們看到大群大群的流星從仙女座中迸發出來，像節日焰火一般，壯麗非凡。這場流星雨從傍晚7時一直持續到午夜1時，流星總數達16萬顆之多，在流星隕落的高潮期間，每秒鐘隕落的流星竟達10～15顆之多。但通常的流星雨往往每秒鐘只隕落一兩顆流星。　　流星雨原本是某些彗星瓦解後遺留下來的碎片和冰決，當它們與地球相遇時，成群結隊的碎片和冰決在大氣層中因摩擦而燃燒和發光，便形成流星雨現象。每迴流星雨出現時，似乎所有的流星都是從天空中的某一點發射出來的，這一點叫「輻射點」。通常流星雨的名稱就用輻射點所在的星座名稱來命名的，如前面提到的流星雨是從仙女座迸發出來的，就叫它為「仙女座流星雨」，這個流星雨是由比拉彗星瓦解後的碎塊和冰決所形成的。　　星海中的路燈　　對我國廣大地區來說，北極星和北斗七星常年可見。在壯麗的恆星天空中，它們像指路燈塔，似報時鳴鐘，自古以來就是人們最熟悉的星星朋友。北極星現在在很靠近地球北極所指向的天空，因此，看起來它總在北方天空。正是因為它所處的位置重要，才大名鼎鼎。其實，按亮度它只是一顆普通的二等星，屬於「小字輩」。它離我們約400光年。北極星屬於小熊星座中最亮的恆星，也叫小熊座α星。中國古代稱它為「勾陳一」或「北辰」。在星座圖形上。它正處於小熊的尾巴尖端。說到這裡，或許你要問：小熊星座α星永遠享受北極星的尊稱？或者說，地球自轉軸的北極永遠指向這顆星嗎？首先應該指出，地球自轉軸也是在周期性的緩慢擺動。因此，地球自轉軸北極指向的天空位置自然也是變動的。可見，北極星的「皇位」也存在輪流坐莊的可能。天文學家們早已算出， 5000年前，北極星不是現在小熊座α星，而是天龍座α星，中國古代稱它為右樞。那時右樞獲得北極星的殊榮。到公元1000年，也就是中國北宋初年的時候，地球北極指向的天空離現在北極星——小熊座α星的角距還有6度。可見，那時它還遠遠不能作北極星。現在地球自轉軸北極指向的天空離小熊座α星的角距只有約1度。目前地球自轉軸北極指向的天空正以每年15角秒的速度接近小熊座α星。到公元2100年前後，地球自轉軸北極指向的天空和小熊座α星之間的角距最小，僅有約有28角分。似乎這時它的「地位」才達到北極星的頂峰。然而，從此以後，地球自轉軸北極指向的天空將逐漸遠離小熊座α星。到公元4000年前後，仙王座γ星將成為北極星。到公元14000年前後，天琴座α星——織女星將獲得北極星的美名。那時人們再談起牛郎和織女的故事來，織女星「入主北極星的皇位」身份，遠遠超過牛郎星。地球自轉軸這樣擺動一周的時間，大約是26000年。這說明一切事物都是在運動的，靜止只是相對的，運動變化才是永恆的。　　北斗七星屬於大熊星座的一部分，北斗七星位於大熊的背部和尾巴。這7顆星中有6顆是2等星，1顆是3等星。通過鬥口的兩顆星連線，朝鬥口方向延長約5倍遠，就找到了北極星。認星歌有：「認星稱從北斗來，由北往西再展開。」初學認星者可以從北斗七星依次來找其他星座了。　　古人把北斗七星作為一種永恆的神聖的象徵。難道北斗七星組成的圖形永遠不變嗎？它永遠是找北極星的「工具」嗎？當然不是這樣。宇宙間一切物體都在運動和變化之中，恆星也不例外。既然恆星也在運動，那麼，北斗七星組成的圖形當然也在變化。實際上，這7顆恆星離我們的距離不等，在60～200光年之間。它們各自運行的方向和速度也不一樣。7顆星大致朝兩個方向運行，搖光和天樞朝一個方向，其他5顆基本朝一個方向。根據它們運行的速度和方向，天文學家們已經算出，它們在 10萬年前。組成的圖形和10萬年後組成的圖形，都和今日的圖形大不一樣。　　天狼星的伴侶　　連接獵戶座腰帶上的3顆星，向東南延長到它們間距的約7倍長，就會看到青白色的天狼星。天狼星屬大犬座，正好在大獵犬嘴巴上。在古埃及，每當天狼星在黎明時從東方地平線升起的時候，正是一年一度尼羅河泛濫的季節，此時，大地回春，埃及人便開始了播種耕耘。由於天狼星的出沒和古埃及的農業生產息息相關，所以人們特別崇拜它。　　天狼星是除太陽外全天空中用肉眼看起來最亮的恆星，是距離我們較近的恆星之一，它的距離為8．7光年。它還是自行（在垂直視線方向移動的角度的大小）極快的恆星，平均每年自行稍大於1″。1834年德國天文學家貝塞爾開始研究天狼星的自行。1844年他發表文章指出，天狼星的運動很不規則，在大球上的軌跡不像其他恆星那樣沿一條直線運動，而是在天球上畫下一道波紋狀的路線。這種現象引出這樣一個結論：天狼星實際是一對雙星，天狼星的不規則運動，是由於它圍繞雙星系統的重心作軌道運動所造成的。　　貝塞爾的文章發表以後，由於當時並未找到天狼星的伴星，人們認為它可能是個暗黑的看不見的星，此後也就沒有人再注意這個問題了。19年以後，美國望遠鏡製造家克拉克製造了一架口徑為46厘米的折射望遠鏡，他在試驗這架望遠鏡時，終於發現天狼星附近的「看不見的伴侶」，這個雙星系統的轉動周期為50年。根據雙星的運動，進一步求出了伴星的質量，結果是天狼星的質量與太陽的質量差不多。但是，天狼伴星的亮度卻只有太陽的幾百分之一，它的溫度並不低，約為10000K左右。　　什麼原因使得天狼星的伴星這麼暗呢？原來它的體積太小了，只有太陽體積的百萬分之幾。因此，人們把這類恆星稱為白矮星。　　天狼伴星的體積比地球大不了多少，質量卻和太陽質量差不多，這意味　　10　　　　　 3著它的密度非常大，為10公斤／米，即每立方米的天狼伴星物質的質量約1000萬噸。白矮星上1噸重的材料可以放在火柴盒裡，可以想像它的密度之大！　　最早發現的另一顆白矮星是波江座40號星的伴星。現在已經發現白矮星1000顆左右。由於它們的亮度太小，使用大望遠鏡也只能看到距離較近的白矮星，實際上，白矮星的數目比現在知道的要多得多。白矮星的密度　　為什麼白矮星的密度如此之高？根據白矮星的半徑和質量可以算出它表　　7　　 9面的重力等於地球表面重力的10～10（1000萬～10億）倍。在這樣高的壓力下，組成白矮星的物質的原子都被壓碎了：電子脫離了它原來在原子中的軌道變成自由電子。我們知道，原子是由原子核和電子組成，原子的質量大　　-8部分集中在原子核上，而原子核占的空間很小，如氫原子核的半徑只10厘　　-13米（一厘米的一億分之一），而氫原子核（質子）的半徑只有10厘米（一厘米的十萬億分之一）。原子被壓碎，在強大的壓力下，原子核排得更緊密了，因此單位空間內包含更多的物質，即是說密度大大增高了。這種自由電子氣體叫作簡併電子氣體。簡併電子氣體壓力與白矮星強大的重力平衡，維持著白矮星的穩定。白矮星質量越大，重力越大，簡併電子氣體壓力就抵抗不住星體的引力收縮，白矮星就會進一步坍縮成密度更高的天體。印度出生的美國天體物理學家錢德拉塞卡研究了白矮星的物態，得出它的質量極限為1．4個太陽質量。當質量大於1．4個太陽質量時，白矮星是不穩定的，引力坍縮將使它變為密度更高的中子星或黑洞。白矮星的演變與壽命　　白矮星是恆星生命史的晚期天體，是快要死亡的天體。它是如何演變來的呢？　　現代恆星演化理論告訴我們：恆星是由星雲收縮而形成的，星雲中主要的成分是氫，星雲收縮，溫度不斷升高，密度不斷增大。當溫度升高到700萬K時，氫就會熔合在一起發生熱核聚變，產生大量的光和熱，這時恆星便誕生了。依靠氫聚變為氦的熱核反應，恆星度過一生的青壯年時期。當核心的氫燃料消耗光的時候，核心溫度升得更高，引發氦聚變反應，恆星膨脹變成一顆又紅（表面溫度較低）又大的紅巨星。紅巨星進一步演化，其外層氣體由於膨脹慢慢擴散到宇宙空間去，而星體核心部分演化成白矮星。當星核質量大於白矮星質量極限時，星核便會演化為中子星或黑洞。到了這個階段，恆星便進入老年垂死階段。這時氫、氦等熱核原料已經用光。此後，白矮星便依靠它的餘熱慢慢走向它生命的終點。　　不過，有時白矮星也會「死而復活」。當白矮星是密近雙星系統中的一個子星的時候，白矮星會吸積另外一顆子星的物質，吸積來的氫在白矮星表面堆積，形成氫氣包層，當溫度足夠高時，就會發生熱核反應而產生巨大能量。這種現象叫新星爆發。有的新星還會再度爆發，成為再發新星。　　新星爆發後白矮星的命運如何？一種理論認為，白矮星有可能由於吸積過多的物質，質量超過白矮星質量的極限而發生引力坍縮，演化為中子星。　　白矮星如何走完它的生命旅程？其最終結局到底如何？會不會演化成中子星？白矮星死亡之後的遺骸會成為形成新恆星的材料嗎？……一系列問題引起人們的思考和興趣。中子星　　在天文學史上，由理論家根據物理學規律預先推算出該天體的存在，再由天文觀測家實測從而得到證實的例子是不少見的。中子星也是這樣。1932年，英國物理學家查德威克發現組成原子的粒子除電子（帶負電荷）和帶正電荷的質子之外，還存在一種不帶電的粒子，定名為中子。查德威克的發現公布後，當時正在瑞典作學術訪問的前蘇聯物理學家朗道作了一個有趣的預言：在宇宙中存在一種主要由中子組成的星，它的體積很小，質量接近太陽　　57質量，大體包含10（1O億億億億億億億）個中子，因此密度極高。　　那麼，中子星是怎樣形成的呢？一個正常的恆星經歷怎樣的物理過程被壓縮成如此高密度的中子星呢？巴德和茲維基於1934年作出了回答，他們計算了一個正常恆星（半徑約為100萬公里）經引力坍縮為大小約10公里的中子星時引力能的變化，發現和超新星釋放出的能量相等，因此提出：正常恆星過渡到中子星，是由於超新星爆發造成的。美國科學家奧本海默研究了引力坍縮過程，進一步肯定了中子星存在的可能性。此後相當長的一段時期，人們完全忽略了這些理論家的工作，沒有人認為會找到中子星。因為中子星太小，一個比地球還小的恆星發出的光畢竟太微弱了，何況連它是否發光還不清楚呢。直到30年後，人們才以意料不到的方式證實了中子星的存在。　　60年代，英國劍橋大學的休伊什和他的學生貝爾（現名伯娜爾），一起製造了一面很大的長波（3．7米）接收天線，用來研究星際電離氣體對宇宙射電波的折射效應，即星際閃爍。在這個波長上，只有角直徑非常小的射電源才會發生閃爍，較大的射電星系是不會閃爍的。1967年7月，剛開始啟用這具射電望遠鏡作觀測的幾天內，貝爾就記錄到有很強的無線電信號起伏。信號的特徵不像是星標閃爍，卻很像是地面上的無線電干擾。　　起初，休伊什把它當作摩托車打火之類的從地面來的無線電干擾而不予理會。以後，這種信號一再反覆出現，直到10月份，他們得出結論：這是來自天體的射電信號。他們又換用了一具更靈敏的接收機，11月份，他們第一次接收到清晰的、極其規則的無線電脈衝信號。這是人為的嗎？會是宇宙飛船發出的嗎？會不會是地外文明世界發來的無線電信號呢？這後一種可能性特別令人激動。有本科學幻想小說中曾描寫過地外文明世界有種「小綠人」的高級智慧生物，因此，當時有的科學家戲稱這種無線電信號為小綠人的信號。　　顯然，如果讓大家知道他們正在接收小綠人發來的信號，那是多麼轟動的新聞，記者就會大批地擁進天文台，從而影響科研工作。所以，直到1968年2月，休伊什才在英國《自然》雜誌上發表了他們觀測到來自宇宙的射電脈衝星的文章。文章分析了脈衝信號的性質後指出，脈衝星肯定在太陽系之外，可能是某種緻密天體，大概是白矮星或者中子星。消息傳開之後，各國的射電天文學家立即把注意力轉向天空，來證實這一引人注意的發現。兩周以後，英國焦德爾雷班克天文台就發表文章，證實了第一顆脈衝星的存在。到1968年，至少有8個射電天文台觀測到了脈衝星，到現在已發現了500多個脈衝星。　　脈衝星是什麼天體呢？人們紛紛提出各種理論，推測什麼天體能夠發生周期性的脈衝變化。最初，人們認為是白矮星的周期膨脹和收縮運動。但白矮星的脈動周期不會小於2秒，而多數脈衝星的脈衝周期都小於2秒。蟹狀星雲中的脈衝星，脈衝周期為0．033秒。於是，人們又進一步考慮白矮星雙星的公轉效應，計算表朋，即使是相接觸的雙白矮星，其公轉軌道周期也不會小於1．7秒。看來唯一的可能解釋脈衝星的物理機制是白矮星自轉。自轉周期為1秒以上的白矮星是穩定的，如果周期太短，快速自轉產生的離心力就會使白矮星解體。但不少脈衝星的周期都小於1秒，而且用光學望遠鏡觀測脈衝星竟沒有一個是白矮星！　　1968年，帕西尼和高爾德分別發表文章，論述脈衝星是具有磁場的快速自轉的中子星。這樣才使關於脈衝星的爭論告一段落。有兩顆脈衝星存在於超新星遺迹中，這一事實既證實了超新星爆發會產生中子星的科學預言，也證實脈衝星就是中子星。此外，帕西尼和高爾德預言，脈衝星由於輻射自轉應該減慢，不久就發現蟹狀星雲脈衝星的自轉周期果然正在減慢。於是，脈衝星即中子星就完全得到肯定。白矮星與中子星　　現代恆星演化理論告訴我們，中子星是恆星演化到晚期的產物，當恆星因耗盡能量而出現超新星爆發時，在引力作用下，星核就會坍縮成中子星。　　在銀河系中，雙星是很常見的，若是雙星中有中子星，中子星對雙星的演化會有什麼影響呢？　　1968年，一位前蘇聯天文學家發現，天蠍座X—l是一對雙星，其中之一是中子星，它的伴星是一紅巨星。紅巨星的氣體受到中子星的吸積，在中子星的周圍旋轉碰撞，而升溫到100萬K時，就會輻射出大量X射線。　　天文學家研究了由雙星組成的X射線源（X射線雙星）以後，發現供給X射線源物質的伴星可分兩類：一類是具有幾個太陽質量的大伴星，一類是不超過兩個太陽質量的小伴星。這兩類伴星的演化有所不同：前一類X射線雙星中的大質量伴星自然演化，並以超新星爆發而告終。爆發把雙星系統中的許多物質吹到宇宙空間，從而削弱了兩星間引力，若雙星系統喪失了一半以上的物質，它就瓦解，只留下一個孤單的中子星。若爆發出的物質不多，雙星系統保存下來，結果是留下一對中子星。1947年後，果然發現了雙脈衝星。而含有一個低質量的恆星和一顆中子星的X射線雙星，演化較溫和，由於伴星沒有足夠的物質引起超新星爆發，伴星流失到中子星的物質速率很緩慢，結果是形成一顆白矮星和一顆中子星。在已知的射電脈衝星中，雙星相對稀少，僅有9個為脈衝雙星，其中7個是屬於後一類的。　　然而，PSR0820—02脈衝星的發現給上述演化理論提出了難題：它是一個由白矮星和中子星組成的雙星。根據理論，它應該是磁場較弱、脈衝周期很短的脈衝雙星，但實際上它卻是磁場很強的一種特殊脈衝雙星，最新的理論認為，這類脈衝雙星中的中子星並非來自超新星爆發，而是來自白矮星的坍縮。按照這種理論，PSR0820—02原是一個普通的雙星，質量較大的伴星最後演化成白矮墾，但它繼續吸積質量較小的另一伴星的物質，最後超過白矮星的質量極限而坍縮為一個中子星。不過，一般說來，由伴星吸積來的氫在白矮星表面積聚起來後，大多數白矮星會由於氫聚變產生爆炸（新星爆發），又把積聚起來的物質拋出，是不會坍縮為中子星的。若使白矮星發生引力坍縮變成中子星，必須要求白矮星滿足兩個條件。（1）必須是特殊白矮星，是一種由氖、氦和鎂組成的白矮星，這樣的化學組成對氫聚變不起催化作用；（2）白矮星伴星的質量輸出必須十分緩慢，不易發生激烈的爆發。這種理論模型尚需觀測來檢驗。白矮星會按照這種方式演變為中子星嗎？中子星本身又將如何演化？天文學家正在努力尋找更多的脈衝星來驗證上述新理論是否正確，進一步理解中子星演化的來龍去脈。　　神秘的新星　　晴朗的夜空中，原來看不見有星的位置上突然間冒出一顆亮星，這種現象是多麼令人驚訝和興奮！人們往往認為這是顆新誕生的恆星，於是便把這種天體叫做新星。新星發亮一段時間之後，亮度逐漸減小，又慢慢地消失在夜空中，好像來去匆匆的過客，因此我國古代又把它叫做客星。新星的最古老的記錄是我國《漢書》上的記載，元光元年（公元前134年）六月「客星見於房」，「房」指二十八宿中的房宿，相當於現在的天蠍星座。到現在為止，在銀河系中總共記錄到的新星不過200顆左右。每年發現的新星並不多，多則三五個，少則一個也沒有，肉眼能看得到的亮新星就更為稀少了。根據推算，在我們銀河系中，平均每年可能出現50顆新星。但是，由於新星都分布在銀河平面附近，那裡的大量吸光星際物質吸收了新星的光，因此我們只能看到近距離的新星，這樣一來，就使新星成為一種少見的天象了。新星不是新的星　　長期以來，人們一直認為新星是從宇宙中新產生出來的天體。直到 19世紀末，這一想法才有所改變。那時，照相方法已經引入天文觀測，人們對整個天空進行了巡天照相。由於照相底片能夠累積光線，所以較暗的星經過長時間曝光，在底片上也能顯現出來。在照相的星圖上人們發現，新星出現以前，在那個位置上早已存在著星星，只是由於它太暗，我們肉眼看不見罷了。當新星最為明亮期過後，在新星「消失」的位置上，用照相方法仍可觀測到那顆星星。這時，人們才正確地認識到新星並不是新誕生出來的星。　　新星出現時，極其明亮。1918年天鷹座出現一顆新星，亮度達-1．1等，在天空中，成為僅次於天狼星的第二亮星。一般的新星的亮度也達到1等星。新星出現前，它的亮度很暗，都在肉眼視力範圍之外，而肉眼能看到的最暗星是6等星。新星發亮前後，亮度變化可以達到7～16星等。像1975年天鵝座出現的新星，亮度變化達19個星等。星等相差1等，亮度相差2．5倍，新星發亮前後，亮度可以劇增幾百萬倍至幾千萬倍。究竟是什麼原因使恆星亮度劇增呢？　　人們用光譜分析的方法研究了新星的光譜，發現在新星亮度極大時，光譜線向紫端移動，表明新星外層大氣向觀測者方向移動。由譜線位移可以計算出，新星向外膨脹的速度為1000公里／秒以上。這樣巨大的膨脹速度說明什麼呢？說明新星在「爆炸」。由於新星的爆炸，使新星的亮度驟然劇增幾千倍。新星的爆發　　新星爆發，大量物質被拋射到宇宙空間里，星體會不會因爆炸而瓦解呢？人們研究了幾十個爆發後的新星光譜，發現這些光譜和一些演化到晚年的熱矮星的光譜非常相似。於是人們產生這樣一種認識，新星不是恆星的幼兒階段，而是恆星的暮年階段。新星爆發是恆星行將死亡的前奏曲，是恆星的「天鵝之歌」。　　本世紀50年代，由於天文觀測技術的進步，人們不但可以知道爆發後的新星的亮度，還能夠知道新星爆發前的亮度。對比兩者，竟發現了一個未曾意料到的結果。絕大多數的新星，爆發前後的亮度是相同的，經歷一次爆炸，新星又恢復到爆發前的狀態。新星爆發不是恆星的解體，而是一次「調整」。進一步研究新星爆發的能量和質量變化後發現，經過一次爆發，恆星的質量　　30僅僅損失萬分之幾到千分之幾個太陽質量（一個太陽質量為2×10公斤，即2000萬億億億噸），拋出的物質微乎其微。新星種類　　新星是爆髮型變星的一種，屬於爆髮型變星的還有再發新星、矮新星的和類新星等，它們或多或少都具有和新星類似的特徵。再發新星是指觀測到不止一次爆發的新星，大體上每10～100年就爆發一次，已觀測到十幾顆。羅盤座T星和人馬座V2005星已經記錄到了5次爆發。再發新星爆發時，亮星劇增的幅度比新星的光變幅度要小，為7～9星等。每次爆發拋出的質量僅有百萬分之幾個太陽質量。現在認為，再發新星和新星之間沒有根本的區別，新星可能是爆發周期長的再發新星，而再發新星可能是爆發周期短的新星。　　矮新星是爆發規模比新星小（亮度變幅2～6星等）、爆發周期很短（每隔幾十天就爆發一次）的爆髮型變星，它發亮的突然與快速和新星發亮的特徵有些類似。　　類新星是某些特徵與新星類似的變星，亮度變幅約3個星等。每隔數年發亮一次。新星爆發的原因　　新星爆發是一種物質拋射和能量釋放的不穩定的物理過程。爆發破壞了恆星的原有平衡狀態，經過能量釋放又重新達到新的平衡狀態。　　是什麼原因促使恆星爆發呢？這種爆發對恆星的生命演化史具有什麼作用呢？　　目前，有不少天文學家致力於研究新星爆發的物理原因。有種學說認為，恆星演化到晚期，中心溫度高到幾十億度，密度升高到水的密度的1億倍以上。這時，恆星核心內部由於熱核反應產生大量中微子。中微子是一種基本粒子，靜止質量等於零，不帶電，穿透力特彆強，不和其他物質粒子發生作用，因此產生出來以後能夠很快地跑到恆星外部去。它們帶走很大能量，恆星內部能量迅速減小，因而抵抗不住恆星引力的收縮。於是，恆星迅速坍縮。造成恆星爆發。不過，這種物理過程釋放出來的能量又太強了，大大超過新星爆發產生的能量，所以，用它來解釋新星爆發是缺乏說服力的。　　後來，人們發現有許多新星、再發新星、矮新星、類新星是雙星系統。1947年，觀測證實，再發新星北冕座T星是分光雙星；1952年，觀測到矮新星天鵝座SS也是分光雙星；1954年，證實類新星寶瓶座AE又是分光雙星；同年，證實武仙座DQ新星是食雙星的一個子星。四類爆發變星都與雙星有關。　　是不是所有新星都是雙星呢？雙星對新星爆發有什麼關係呢？　　現在有種理論認為，很多新星爆發的原因可能與它是密近雙星有關（密近雙星是指雙星的兩子星距離較近，由於引力作用，兩子星之間有物質交流的雙星系統）。當密近雙星的一個大質量子星演化為冷的紅巨星，另一個小質量子星演化為熱矮星的時候，冷星膨脹，外層氣體射向熱矮星，使熱矮星表面吸積起含有大量氫的氣體包層。當氣體包層之下溫度增高到足以引起氫的熱核聚變時，熱矮星就因熱核聚變反應而釋放能量，造成新爆發。這個理論是否正確？還待進一步觀測來驗證，理論本身也還有許多細節不清楚。如果說密近雙星是造成新星爆發的原因，那些不是雙星的新星爆發的原因又是什麼呢？再發新星一再爆發的物理機制又是什麼呢？近幾十年來，人們發現除了存在可見光波段上突然發亮的新星之外，還陸續發現射電能量劇增的射電新星，以及X射線能量突然劇增的X射線新星。這些新星爆發的原因又是什麼呢？新星爆發的秘密有待人們去揭露。　　罕見的超新星　　1987年2月23日，在大麥哲倫雲星系出現了一顆超新星。第二天，國際天文學聯合會便向全世界的天文台站和觀測機構發出電報和電傳，通報這一罕見的銀河系外天體爆發現象。這顆超新星被命名為 1987A。超新星是大質量恆星（質量大於或等於8～10個太陽質量）在晚年發生的崩潰、瓦解性的爆炸現象，一般質量較小的恆星並不以超新星爆發終了它的一生。超新星現象　　在晴朗的夜空中，人們有時會在原先看不到星星的地方發現一顆新出現的星星在閃耀，人們最早時稱它為新星。實際上它並不是一顆新出現的星，只是因為過去它太暗弱而不引人注意罷了。後來，天文學家把在短時間內亮度突然增大1萬倍甚至100萬倍的恆星稱為新星；把亮度突然增加比新星強　　7　　10得多，光度能達到太陽光度的10～10（1000萬～100億）倍的星稱之為超新星。　　現代天文學家統計分析了古代天文觀測記錄，特別是我國豐富的歷史資料，結果只確定了不足10個銀河系內的歷史超新星。天文學家們公認，公元1006年、1054年、1181年、1572和1604年諸年的中國古書中的「客星」記載，都是銀河系中的超新星（見下表）。離現在最近的兩顆超新星（1572年、1604年），著名天文學家第谷和開普勒曾觀測過，曾分別被稱為「第谷新星」和「開普勒新星」。　　歷史上的超新星 （銀河系內）　　爆發年份　　　　歷史年代　　　　客星專名 所在 星座 星等　肉眼可見時間　　公元185　 東漢 靈帝 中平二年　南門客星　半人馬　　 -8　　　20 個月　　386　 東晉 孝武帝 太元十一年 南斗客星　 人馬　　 ？　　 3 個月51　　續表　　爆發年份　　　　歷史年代　　　　客星專名 所在星座　星等　肉眼可見時間　　393　 東晉 孝武帝 太元十八年 尾中客星　　 天蠍　　　-1　　　8 個月　　1006　　北宋 真宗 景德三年　　 周伯星　　 狐狸　　 -9.5　　　數年　　1054　　北宋 仁宗 至和元年　無關客星　　　金牛　　　-5　　　22 個月　　1181　　南宋 孝宗 淳熙八年　傳舍客星　　 仙后　　　 0　　　 6 個月　　1408　　　　　　—　　　　　　　 —　　　 天鵝　　　-3　　　　？　　1572　　 明 穆宗 陲慶六年　　 閣道客星　 仙后　　　 -4　　　18 個月　　1604　 明 神宗 萬曆三十二年 尾分客星　　 蛇夫　　　-2.5　　 12 個月　　1885年8月31日，有人觀測到仙女座大星雲中恆星的爆發，並認為是新星。直到1920年，天文學家才搞清楚仙女座大星雲是銀河系外的星系，其星光要經過200多萬年才能傳到地球。由此可算出1885年看到的那顆恆星爆發時，光度竟然是太陽的100億倍，使人們大吃一驚！從此以後，人們才把這種光能量極其巨大的恆星爆發現象，稱為超新星爆發。細心的天文學家們，還從20年代以前的天文照相底片中，陸續發現了13個河外星系超新星。隨著巨型精良的天文望遠鏡的問世，天文學家開展了超新星照相巡天觀測工作。從1885年～1987年2月底，人們一共發現了633個河外星系超新星。據估計，每個星系平均近300年才有一顆超新星出現。　　我國古代天文觀測者對觀測記錄超新星作出了傑出的貢獻，表中列出的1054年出現的那顆著名超新星，就是最突出的例子。《宋史》中記載：「宋至和元年五月乙丑客星出天關（即金牛座ζ星）東南，可數寸，歲余稍沒。」　　《宋會要》一書中也有記載：「至和元年，伏睹客星出現，其星上微有光彩，黃色。」著名美國天文學家哈勃於1928年根據金牛座「蟹狀星雲」的大小以及它約每秒900公里的膨脹速度，指出它就是中國史書上記載的那顆客星——超新星爆發後的遺迹。恆星的爆炸　　現代天文學家認為，恆星就是遙遠的太陽，只不過其大小與太陽不盡相同罷了。大質量的恆星在晚年為什麼會爆炸呢？要弄清這個問題，首先應該知道恆星的物質組成，或者說它靠什麼東西「燃燒而發光呢」？　　近代天文學家由光譜分析方法獲悉，太陽上含有大量的氫元素，其次還有少量的氦、碳、氧、硅等60多種元素。1939年，美國著名物理學家貝特認為，太陽的能量來自於氫原子核聚變反應，它類似於氫彈爆炸。當4個氫原子核聚變為1個氦原子核時，可釋放出巨大能量。實現熱核聚變反應的條件是高溫和高壓。科學家們通過觀測研究，由物理定律計算出太陽中心溫度約為1500萬度。也就是說，太陽是一座似氫原子核為燃料的核子爐！後來，人們把這一理論推廣應用於恆星演化研究。　　在恆星演化過程中，其內部的熱核反應是一個持續不斷的過程。人們逐漸弄清楚在任何恆星中氦約佔 25％左右，其餘的大多數是氫，而所有其他元素的總和才佔總成分的1％～2％。一般說來，恆星先是以氫為燃料。恆星的核心部分——星核的氫燃料耗盡後，星核中心收縮釋放的引力能使恆星的氫殼層燃燒，同時恆星外層向外膨脹。與此同時，星核的收縮還使這個「熱核反應爐」升溫（可達2億度），然後，氦開始燃燒，這時星核收縮停止。　　氦燃燒的灰燼是碳和氧。在氦燃料耗盡時，星核又開始收縮。這時候的恆星有點像是兩個套在一起的球殼——雙燃燒殼源，一個是氫殼源，另一個是氦殼源。當星核收縮到一定程度，星核內的溫度達到8億度，碳開始燃燒。碳燃燒的主要灰燼是氧，氧燃燒之後是硅；前者燃燒所需的溫度是20億度，後者所需的溫度是30億度。　　綜上所述，在核反應的每一個階段，當一種核燃料耗盡時，恆星的中心部分缺少能量輻射便開始收縮，在收縮過程中可釋放引力能，因而使星核內溫度上升，最終把另一種核燃料點燃。恆星在晚年變得越來越不穩定，熱核反應一輪接一輪地進行，熱核反應的溫度一輪比一輪高，反應的速率也進一步加快，最終導致整個恆墾爆炸即超新星爆發現象。在理論上具體一點說來，如果氧和硅的燃燒都未能使星體爆炸，那麼恆星內部最終就由鐵原子核和電子簡併氣體組成一個密度極大的核心，這時所有的核燃料就都耗盡了。因為鐵原子核的結合能最大，鐵核是很穩定的核。此時的恆星已接近「死亡」，伴隨恆星中心核反應的輪番進行，星核已被一個溫度低得多（不足10億度）的「幔」所包圍，在幔的外面還包有一層氫和氦的外殼。星幔中的化學成分佔優勢的是氧、氮和氖等輕元素，這些是恆星爆炸所需要的潛在核燃料。　　這時候由於上層物質的重量已經不再能被下面的氣體壓力所支撐，恆星的所有外層便向著中心陷落——坍縮，並在此過程中迅速升溫。當星核的密度接近每立方厘米3000萬噸，而溫度超過1000億度時，核心將停止收縮，包層由於不再向恆星中心坍塌而迅速被加熱，幔中的輕元素像「火藥庫」似地爆炸了。超新星爆發前，作為坍縮星的全部複雜的物理過程，僅僅是在異常短暫的、大約不到一秒的時間內發生的。中微子　　在現代天文學研究中，中微子——一種質量近乎為零的中性不帶電粒子，竟然涉及宇宙演化問題。中微子究竟有無質量？如果有，到底是多少？這是科學家們非常關心的問題。因為，從科學理論上來說，如果中微子確實具有質量的話，在數百億年後，我們的宇宙將會由膨脹轉化為收縮，即宇宙將經歷一個由冷卻而升溫的階段，最終將升到比現在的太陽溫度還要高很多的高溫狀態，人類建立起來的文明均將被毀滅。幾十年來，科學家們一直在千方百計地測量中微子的質量，但始終未得出明確的結果。　　1987年，大麥哲倫雲星系超新星爆發後，使關心一切中微子問題的科學家們興奮起來了！因為，人們設在地球上的幾台中微子探測器都探測到了來自超新星的中微子信號。　　前面提到，超新星爆發是由引力坍縮效應而引起的。恆星在坍縮過程中釋放的引力能中至少99％被中微子帶走，只有幾乎不到1％轉變成人們所觀測到的能量形式。中微子在一般情況下幾乎不與其他物質發生作用，然而在急劇坍縮的恆星核心附近，由於物質密度極高，大量的中微子形成一股高壓的中微子「風」，這股攜帶著大量能量的中微子束在向外衝擊時，必然對含有豐富鐵原子核的外殼產生強大壓力，並猛烈地推開它，繼續外沖，衝出星核和整個星體，從而形成超新星爆炸，這時約有幾個太陽質量的物質一齊被拋向星際空間。　　超新星1987A發射的中微子先後被義大利、日本、美國和前蘇聯的中微子探測器探測到。這顆星距離地球大約16萬光年。物理學家們說，如果中微子沒有質量，那麼它們將以光速飛行；如果中微子具有一定的、哪怕是微乎其微的靜止質量，則它們將產生一定的時間延遲。如果人們能準確地知道一個天體的距離、中微子能量和延遲的時間，則可以利用一個公式計算出中微子靜止質量來。原則上，若在實驗室中探測到引力坍縮時釋放出的引力波，到達地球時的信號和中做子信號之間的「時間差」數值，那麼，就能由此估計出中微子質量來。遺憾的是，現在人們還沒有這樣高靈敏度的引力波探測器，當然也沒有得到可信的信號。所以，至今中微子質量問題仍是一個謎，人們期望觀測到下一次的超新星爆發，但那也許是一二百年後的事了。　　來自1987A的中微子被地面探測器所接收到這件事，還意味著這樣一個問題，中微子在長達16萬光年的漫長路途中，並未衰變成別的粒子。在此之前有一種假說認為：太陽中微子在日地空間路途上衰變為某些別的粒子了，所以人們只探測到很少的中微子。然而，中微子從太陽到地球路上只需大約8分鐘，如果中微子平均壽命是16萬光年或者短一些，則不會有多少中微子損失在此途中的。這一情況正好否定了對「太陽中微子失蹤之謎」的那種所謂「衰變假說」的理論。　　科學家們正在建立更先進的全天運行的中微子探測器，這樣能對超新星所產生的中微子進行系統的觀測研究，這還有助於粒子物理學和天體物理學的協同研究。超新星爆發　　近年來，科學界對恐龍滅絕事件提出了幾種假說，其中有人提出，大約在6500萬年前，有一顆距太陽系較近的銀河系超新星爆發，其強烈的核輻射消滅了地球上大部分生命，恐龍作為那個時期的龐然大物自然也未能倖免。更為有趣的是，80年代一些天文學家的研究認為，超新星爆發是太陽系形成的外力。　　1969年，墜落在墨西哥北部阿倫德村莊附近的一塊隕石（人們後來習慣上稱之為阿倫德隕石），它含有碳及其球粒形的包體，亦稱含碳質球粒隕石。1973年，美國一些科學家在阿倫德隕石中發現，氧-16同位素的含量比地球上氧-16的含量要高些，有些樣品中氧-16的含量竟高到正常氧的5％。隕石是帶有原始太陽系信息的珍貴的研究樣品。
推薦閱讀：