基本术语解释（逐日增加）

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“黑洞”很容易让人望文生义地想象成一个“大黑窟窿”，其实不然。所谓“黑洞”，就是这样一种天体：它的引力场是如此之强，就连光也不能逃脱出来。 　　

根据广义相对论，引力场将使时空弯曲。当恒星的体积很大时，它的引力场对时空几乎没什么影响，从恒星表面上某一点发的光可以朝任何方向沿直线射出。而恒星的半径越小，它对周围的时空弯曲作用就越大，朝某些角度发出的光就将沿弯曲空间返回恒星表面。 　　

等恒星的半径小到一特定值（天文学上叫“史瓦西半径”）时，就连垂直表面发射的光都被捕获了。到这时，恒星就变成了黑洞。说它“黑”，是指它就像宇宙中的无底洞，任何物质一旦掉进去，“似乎”就再不能逃出。实际上黑洞真正是“隐形”的，等一会儿我们会讲到。 　　

那么，黑洞是怎样形成的呢？其实，跟白矮星和中子星一样，黑洞很可能也是由恒星演化而来的。 　　

我们曾经比较详细地介绍了白矮星和中子星形成的过程。当一颗恒星衰老时，它的热核反应已经耗尽了中心的燃料（氢），由中心产生的能量已经不多了。这样，它再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量。所以在外壳的重压之下，核心开始坍缩，直到最后形成体积小、密度大的星体，重新有能力与压力平衡。 　　

质量小一些的恒星主要演化成白矮星，质量比较大的恒星则有可能形成中子星。而根据科学家的计算，中子星的总质量不能大于三倍太阳的质量。如果超过了这个值，那么将再没有什么力能与自身重力相抗衡了，从而引发另一次大坍缩。 　　

这次，根据科学家的猜想，物质将不可阻挡地向着中心点进军，直至成为一个体积趋于零、密度趋向无限大的“点”。而当它的半径一旦收缩到一定程度(史瓦西半径)，正象我们上面介绍的那样，巨大的引力就使得即使光也无法向外射出，从而切断了恒星与外界的一切联系——“黑洞”诞生了。 　　

与别的天体相比，黑洞是显得太特殊了。例如，黑洞有“隐身术”，人们无法直接观察到它，连科学家都只能对它内部结构提出各种猜想。那么，黑洞是怎么把自己隐藏起来的呢？答案就是——弯曲的空间。我们都知道，光是沿直线传播的。这是一个最基本的常识。可是根据广义相对论，空间会在引力场作用下弯曲。这时候，光虽然仍然沿任意两点间的最短距离传播，但走的已经不是直线，而是曲线。形象地讲，好像光本来是要走直线的，只不过强大的引力把它拉得偏离了原来的方向。 　　

在地球上，由于引力场作用很小，这种弯曲是微乎其微的。而在黑洞周围，空间的这种变形非常大。这样，即使是被黑洞挡着的恒星发出的光，虽然有一部分会落入黑洞中消失，可另一部分光线会通过弯曲的空间中绕过黑洞而到达地球。所以，我们可以毫不费力地观察到黑洞背面的星空，就像黑洞不存在一样，这就是黑洞的隐身术。 　　

更有趣的是，有些恒星不仅是朝着地球发出的光能直接到达地球，它朝其它方向发射的光也可能被附近的黑洞的强引力折射而能到达地球。这样我们不仅能看见这颗恒星的“脸”，还同时看到它的侧面、甚至后背！ 　　

“黑洞”无疑是本世纪最具有挑战性、也最让人激动的天文学说之一。许多科学家正在为揭开它的神秘面纱而辛勤工作着，新的理论也不断地提出。不过，这些当代天体物理学的最新成果不是在这里三言两语能说清楚的。有兴趣的朋友可以去参考专门的论着。

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黑洞就象宇宙中的一个无底深渊，物质一旦掉进去，就再也逃不出来。根据我们熟悉的“矛盾”的观点，科学家们大胆地猜想到：宇宙中会不会也同时存在一种物质只出不进的“泉”呢？并给它取了个同黑洞相反的名字，叫“白洞”。 　　

科学家们猜想：白洞也有一个与黑洞类似的封闭的边界，但与黑洞不同的是，白洞内部的物质和各种辐射只能经边界向边界外部运动，而白洞外部的物质和辐射却不能进入其内部。形象地说，白洞好象一个不断向外喷射物质和能量的源泉，它向外界提供物质和能量，却不吸收外部的物质和能量。 　　

白洞到目前为止，还仅仅是科学家的猜想，还没有观察到任何能表明白洞可能存在的证据。在理论研究上也还没有重大突破。不过，最新的研究可能会得出一个令人兴奋的结论，即：“白洞”很可能就是“黑洞”本身！也就是说黑洞在这一端吸收物质，而在另一端则喷射物质，就像一个巨大的时空隧道。 　　

科学家们最近证明了黑洞其实有可能向外发射能量。而根据现代物理理论，能量和质量是可以互相转化的。这就从理论上预言了“黑洞、白洞一体化”的可能。 　　

要彻底弄清楚黑洞和白洞的奥秘，现在还为时过早。但是，科学家们每前进一点，所取得的成绩都让人激动不已。我们相信，打开宇宙之谜大门的钥匙就藏在黑洞和白洞神秘的身后。

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当一颗恒星度过它漫长的青壮年期——主序星阶段，步入老年期时，它将首先变为一颗红巨星。 　　

称它为“巨星”，是突出它的体积巨大。在巨星阶段，恒星的体积将膨胀到十亿倍之多。 　　

称它为“红”巨星，是因为在这恒星迅速膨胀的同时，它的外表面离中心越来越远，所以温度将随之而降低，发出的光也就越来越偏红。不过，虽然温度降低了一些，可红巨星的体积是如此之大，它的光度也变得很大，极为明亮。肉眼看到的最亮的星中，许多都是红巨星。 　　

在赫-罗图中， 红巨星分布在主星序区的右上方的一个相当密集的区域内，差不多呈水平走向。 　　

我们来较详细地看看红巨星的形成。我们已经知道，恒星依靠其内部的热核聚变而熊熊燃烧着。核聚变的结果，是把每四个氢原子核结合成一个氦原子核，并释放出大量的原子能，形成辐射压。 　　

处于主星序阶段的恒星，核聚变主要在它的中心（核心）部分发生。辐射压与它自身收缩的引力相平衡。 　　

氢的燃烧消耗极快，中心形成氦核并且不断增大。随着时间的延长，氦核周围的氢越来越少，中心核产生的能量已经不足以维持其辐射，于是平衡被打破，引力占了上风。有着氦核和氢外壳的恒星在引力作用下收缩，使其密度、压强和温度都升高。氢的燃烧向氦核周围的一个壳层里推进。 　　

这以后恒星演化的过程是：内核收缩、外壳膨胀——燃烧壳层内部的氦核向内收缩并变热，而其恒星外壳则向外膨胀并不断变冷，表面温度大大降低。这个过程仅仅持续了数十万年，这颗恒星在迅速膨胀中变为红巨星。 　　

红巨星一旦形成，就朝恒星的下一阶段——白矮星进发。当外部区域迅速膨胀时，氦核受反作用力却强烈向内收缩，被压缩的物质不断变热，最终内核温度将超过一亿度，点燃氦聚变。最后的结局将在中心形成一颗白矮星。

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一种光度极高、距离极远的奇异天体，它们的大小不到一光年，而 光度却比直径约为10万光年的巨星系还大一千倍！璀璨的光芒使我 们即使远在100 亿光年之外还能观测到它们。类星体光谱中的发射 谱线存在的红移相当于很大的开普勒退行速度。根据哈勃的膨胀定 律，这种巨大的退行速度意味着它们极为遥远。最早发现的类星体 是1960年发现的3C48,最明亮的类星体是3C273，距离20亿光年，射 电干涉测量发现3C273的红移值为0.158，表明它的射电核心正以接 近光速的速度在膨胀。对如此巨大的红移有多种解释，一种是宇宙 学红移，即认为红移是类星体的退行产生的，反映了宇宙的膨胀； 另一种认为是大质量天体的强引力场造成的引力红移；还有的认为 是多普勒红移。类星体的距离并不有效，因为红移值和视星等的统 计分析并不满足于哈勃定律，3C273的距离是假设这一定律能被满足 的条件下来计算出的。现在正在寻找和类星体有物理联系的天体以 确定类星体的距离，尚无结果。 类星体由体积很小、质量很大的核和核外的广延气晕构成。核心辐 射出巨大的能量，激发气晕中气体，产生连续光谱上叠加的强且宽 的发射线。导致中心体发出频谱范围很宽的辐射的机制是同步加速 辐射。一般认为类星体辐射出的能量是引力能，产生于超新星爆发 或超新星引力坍缩。目前还没有令人满意的理论模型来解释这种异 常巨大的能量来源。类星体中的现象同星系核中的剧烈活动十分相 似，有人认为类星体实际就是裸露的星系核，但若类星体红移是宇 宙学红移，即退行红移，则这种活动比已知的星系核活动更剧烈， 若因此假定类星体辐射不会超过星系核所发出的能量，就说明它的 红移同类星体核本身的物理性质有关。

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人们最早认为恒星是永远不变的。而大多数恒星的变化过程是如此的漫长，人们也根本觉察不到。然而，并不是所有的恒星都那么平静。后来人们发现，有些恒星也很“调皮”，变化多端。于是，就给那些喜欢变化的恒星起了个专门的名字，叫“变星”。 　　

脉冲星，就是变星的一种。脉冲星是在1967年首次被发现的。当时，还是一名女研究生的贝尔，发现狐狸星座有一颗星发出一种周期性的电波。经过仔细分析，科学家认为这是一种未知的天体。因为这种星体不断地发出电磁脉冲信号，人们就把它命名为脉冲星。 　　
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对于天体物理学家来说，双星是能提供最多信息的天体，从双星可以得到比单个恒星更多的信息和恒星演化的秘密。 　　

在浩瀚的银河系中，我们发现的半数以上的恒星都是双星体，它们之所以有时被误认为单个恒星，是因为构成双星的两颗恒星相距得太近了，它们绕共同的质量中心作圆形轨迹运动，以至于我们很难分辨它们，这其中包括著名的第一亮星天狼星。

天狼星主星天狼A的质量为2.3个太阳质量，其伴星天狼B是一颗质量仅为0.98个太阳质量的白矮星。按照恒星的演化理论，质量大的恒星将很快演化，将首先耗尽其氢燃料；质量小的则有着很长的寿命。而一颗质量小于太阳的恒星从其诞生到白矮星至少要经过长达一百亿年的历史；而天狼星A有2.3个太阳质量，应该比其伴星更快演化，但事实上此星明显正在进行氢燃烧，是一颗完全正常的恒星。质量大的恒星还没有耗尽氢燃料，而质量小的相反却已经耗尽了氢而处于寿命的后期。这种情况不是唯一的，英仙座的大陵五双星及其他很多恒星也有类似情况，这些对双星中都有一颗是白矮星或是中子星，甚至有可能是一个黑洞。 　　

下面我们假设我们可以观测到一对双星的演变过程，作一次实地跟踪观测： 　　

最初，A星的质量大约为2至3个太阳质量，B星为1.5个太阳质量。 这以后，正如单个恒星演化过程一样，质量较大的恒星演化得很快， A星首先消耗掉了大量的氢元素，其外层慢慢膨胀起来，很快膨胀为一颗红巨星，其半径不断增大，而其内部已经形成了一个半径约为太阳几十分之一的白矮星氦核。 当A星外壳开始进入B星的引力范围时，A星的表面物质开始受B星的引力离开A星表面流向B星表面。但由于两星相互公转以及B星的自转，流来的物质并不立即落在表面，而是先在B星周围随B星自转形成一个碟状气体盘，然后才能逐步降落在B星表面。于是A星不断有物质转移到B星，这使得A星的老化进程急剧加快，并以更快速度膨胀，甚至将B星的轨道吞没。 这个过程将持续数万年。 这以后，A星耗尽了它所有的剩余氢，而其巨大的外壳可以伸展到十几个太阳半径之外，但最终大部分将被B星所吸收。此刻，A星基本上全是由氦组成了，质量仅仅剩下原来的五分之一左右，而B星质量则增至原来的二倍多。这样，质量对比发生了明显变化：A星成了质量较小的致密的白矮星，而B星由于吸收了A星的大部分质量，体积增加了许多，成为双星中质量较大的恒星。在A星周围原来膨胀的外壳在失去膨胀力后一部分逐渐降落在小白矮星上；而B星正处于中年期，继续其正常恒星的演化。这就是我们现在看到的天狼星及其伴星的情况。 　　

这以后，这对双星继续演化，象原来一样，质量较大的恒星将以很快的速度进行演化，并在耗尽其内核附近的氢燃料后开始了膨胀，进入红巨星阶段。此时，A星的强大引力将慢慢对B星不断膨大的表面上的物质起作用，物质开始从B星表面迅速流向A星。 像从前一样，流质在A星周围形成气体盘，并不断降落在A星表面。以后的时间里，B星由于丢失大量物质而缺少燃料迅速老化膨胀；A星则可能由于吸附了大量物质而塌陷成中子星甚至黑洞。B星将终于发生超新星爆发而结束其一生，把身体的大部分质量抛向宇宙，而在其中心留下一个致密的白矮星或中子星。 　　

这样一对双星就这样转化成一对仍然相互作用转动的白矮星、中子星或黑洞。由于其间复杂的引力作用，双星的演化过程比单个恒星要短得多。这些特点，使我们有机会看到恒星演化的更多奇观。

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当遥望星空时，横贯天际、蔚为壮观的银河总能让人们欣然神往，思绪万千。仔细观察的话，我们也能看出银河实际上是由许许多多颗星星所组成的。在天文学中，我们把这种由千百亿颗恒星以及分布在它们之间的星际气体、宇宙尘埃等物质构成的，占据了成千上万亿光年空间距离的天体系统叫做“星系”。我们的太阳就是银河系中普通的一颗恒星。 　　

银河并不是宇宙中唯一的星系：通过各种方法，人们已经观察到的星系已经有好几万个了！不过，由于距离太遥远，它们看起来远不如银河那么壮丽。借助望远镜，它们看起来还只像朦胧的云雾。离咱们银河系最近的星系——大麦哲伦星云和小麦哲伦星云，距离我们银河系也有十几万光年。一般地，我们把除银河以外的星系，统称为“河外星系”。 　　

星系在早期曾被归到星云中，直到1924年，在准确测定了仙女座星云（现应严格称为“仙女座河外星系”）的距离后，星系的存在才正式确立。 　　

星系的形状是多种多样的。我们可以粗略地划分出椭圆星系、透镜星系、漩涡星系、棒旋星系和不规则星系等五种来。星系在太空中的分布也并不是均匀的，往往聚集成团。少的三两成群，多的则可能好几百个聚在一起。人们又把这种集团叫做“星系团”。 　　

星系和它内部的恒星都在运动中。我们都知道地球绕着太阳旋转，同时太阳也在绕银河系的中心运动，而同时银河系作为一个整体，本身也在运动着。在星系内部，恒星运动的方式有两种：它一面绕着星系的核心旋转，与此同时还在一定的范围内随机地运动（科学家称之为“弥散运动”）。 　　

星系的起源和演化，与宇宙诞生早期的演化密切相关。一般看法认为：当宇宙从猛烈的爆发中产生时，大量的物质被抛射到空间中。形成宇宙中的“气体云”。这些气体云本身处在平衡之中，但是在某种作用下，平衡被打破了，物质聚集在一起，质量高达今天太阳质量的上千亿倍！这些物质团后来在运动中分裂开，并最终形成无数颗恒星。这样，原始的星系就形成了。一般认为星系形成的时期在一百亿年前左右。 　　

而关于星系的演化，历史上一度曾把星系形态的序列当成演化的序列，即认为星系从椭圆形开始，再逐渐发展成透镜型、漩涡型、棒旋型，最后变成不规则型。这种观点今天已基本上被推翻。目前的看法认为这一过程与恒星形成的力学机理相关，但也仍然停留在假说的阶段。

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恒星往往成群分布。一般地，我们把恒星数在十个以上而且在物理性质上相互联系的星群叫做“星团”。比如金牛座中的“昴星团”、“毕星团”，巨蟹座的蜂巢星团等。 　　

根据星团包含的恒星数、星团的形状和在银河系中位置分布的不同，星团又分为疏散星团和球状星团。疏散星团一般由十几到几千颗恒星组成，结构松散、形状也不规则。它们一般分布在银道面附近，所以也被称作“银河星团”。在银河系内发现的疏散星团目前有一千多个，其中包括刚提到的金牛座昴星团、毕星团。 　　

球状星团则由成千上万、多至几十万的恒星组成。它们聚集成球形，越往中心越密集。球状星团大多都分布在银河系中心方向。一个球状星团内的恒星差不多都是在同一时期形成的，它们的演化过程也大致相同。比较著名的如武仙座的球状星团，它由大约二百五十万颗恒星组成，离我们大约2.5万光年。

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有时候，遥望星空，你可能会惊奇地发现：在某一星区，出现了一颗从来没有见过的明亮星星！然而仅仅过了几个月甚至几天，它又渐渐消失了。 　　

这种“奇特”的星星叫做新星或者超新星。在古代又被称为“客星”，意思是这是一颗“前来作客”的恒星。 　　

新星和超新星是变星中的一个类别。人们看见它们突然出现，曾经一度以为它们是刚刚诞生的恒星，所以取名叫“新星”。其实，它们不但不是新生的星体，相反，而是正走向衰亡的老年恒星。其实，它们就是正在爆发的红巨星。我们曾经不止一次提到，当一颗恒星步入老年，它的中心会向内收缩，而外壳却朝外膨胀，形成一颗红巨星。红巨星是很不稳定的，总有一天它会猛烈地爆发，抛掉身上的外壳，露出藏在中心的白矮星或中子星来。 　　

在大爆炸中，恒星将抛射掉自己大部分的质量，同时释放出巨大的能量。这样，在短短几天内，它的光度有可能将增加几十万倍，这样的星叫“新星”。如果恒星的爆发再猛烈些，它的光度增加甚至能超过1000万倍，这样的恒星叫做“超新星”。 　　

超新星爆发的激烈程度是让人难以置信的。据说它在几天内倾泄的能量，就像一颗青年恒星在几亿年里所辐射的哪样多，以致它看上去就像一整个星系那样明亮！ 　　

新星或者超新星的爆发是天体演化的重要环节。它是老年恒星辉煌的葬礼，同时又是新生恒星的推动者。超新星的爆发可能会引发附近星云中无数颗恒星的诞生。另一方面，新星和超新星爆发的灰烬，也是形成别的天体的重要材料。比如说，今天我们地球上的许多物质元素就来自那些早已消失的恒星。

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当我们提到宇宙空间时，我们往往会想到那里是一无所有的、黑暗寂静的真空。其实，这不完全对。恒星之间广阔无垠的空间也许是寂静的，但远不是真正的“真空”，而是存在着各种各样的物质。这些物质包括星际气体、尘埃和粒子流等，人们把它们叫做“星际物质”。 　　

星际物质与天体的演化有着密切的联系。观测证实，星际气体主要由氢和氦两种元素构成，这跟恒星的成分是一样的。人们甚至猜想，恒星是由星际气体“凝结”而成的。星际尘埃是一些很小的固态物质，成分包括碳合物、氧化物等。 　　

星际物质在宇宙空间的分布并不均匀。在引力作用下，某些地方的气体和尘埃可能相互吸引而密集起来，形成云雾状。人们形象地把它们叫做“星云”。按照形态，银河系中的星云可以分为弥漫星云、行星状星云等几种。 　　

弥漫星云正如它的名称一样，没有明显的边界，常常呈不规则形状。它们的直径在几十光年左右，密度平均为每立方厘米10-100个原子（事实上这比实验室里得到的真空要低得多）。它们主要分布在银道面（HOTKEY）附近。比较著名的弥漫星云有猎户座大星云、马头星云等。 　　

行星状星云的样子有点像吐的烟圈，中心是空的，而且往往有一颗很亮的恒星。恒星不断向外抛射物质，形成星云。可见，行星状星云是恒星晚年演化的结果。比较著名的有宝瓶座耳轮状星云和天琴座环状星云。
  

[ Last edited by starfriend on 2005-2-28 at 04:04 PM ]

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银河系以及任何一个河外星系内大量天体的某种集合。这些天体在年龄、化 学组成、空间分布和运动特性等方面十分接近。银河系所有天体分为五个星 族：晕星族(极端星族Ⅱ)，中介星族Ⅱ，盘星族，中介星族Ⅰ(较老星族)， 旋臂星族(极端星族Ⅰ)。晕星族分布如一个球状的晕，包住银河系；在银河 系恒星聚集较密的盘状部分，当然也有晕星族的天体，但主要是盘星族和星 族Ⅰ。晕星族由银河系中最古老的天体所构成，其中包括球状星团、亚矮星 和周期长于0.4天的天琴座RR型变星(周期更短的天琴座RR变星属盘星族)。

中介星族Ⅱ的主要代表是垂直于银道面速度超过30公里每秒的高速星以及周 期短于250天、光谱型早于Ｍ5的长周期变星。盘星族包括银核内的恒星、行 星状星云和新星。中介星族Ⅰ包括光谱中出现较强的金属线的恒星和A型星, 极端星族Ⅰ集中分布在银道面附近，银面聚度最大，主要为旋臂中的年轻星 如O型星、B型星、超巨星以及一些银河星团和星际物质等。 各星族的年龄相差很大。晕星族最老，其中球状星团的年龄在100亿年左右； 从中介星族Ⅱ、盘星族和中介星族Ⅰ到最年轻的旋臂星族，年龄依次递减。 各个星族在化学组成上也有差别。一般来说，较老的星族所含有的重元素百 分比要比年轻星族的低。这种差别可以用恒星演化过程加以解释，恒星进入 晚年期后向外抛射物质，使恒星内部核过程所形成的重元素渗入星际物质中 去，这种被“加重”的星际物质形成的恒星，其重元素含量就会相应增高， 因此越是年轻的恒星包含的重元素就越多。星族概念在研究银河系的起源和 演化问题上起着重要作用。

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宇宙之大，可谓广阔无边。因此，要测量天体之间的距离，得有一把合适的“尺子”才行，不合适的“尺子”会让人难以理解。比如，你说你家离单位有一千万毫米，肯定会让人丈二摸不着头脑，但如果你说距离是10公里，别人就很清楚了。

同样道理，对于广阔的宇宙空间，天文学家必须为它找一把合适的“尺子”。

对于太阳系，天文学家用地球和太阳之间的平均距离（由于地球和太阳之间的距离时刻在变化，所以只能用“平均”值）作为“尺子”，叫“天文单位”。一个天文单位等于149597870公里。

天文单位对于度量太阳系行星的距离很合适，但要拿去测量恒星之间的距离，这把尺子就显得太小了。

为此，天文学家定义了一个单位，叫做“光年”。由于光在真空中的速度是恒定不变的（速度是每秒约30万公里），因此，光在一年的时间里走过的这段距也恒定不变。光年就是光在真空中一年时间走过的距离。一光年大约是9.5万亿公里。天文学家就用这样的一把尺子来测量恒星间的距离。比如，目前所知的离太阳最近的恒星，距太阳约4.2光年。而最遥远的恒星离太阳要超过100亿光年。

讲到这里，大家就明白了，光年是长度的单位，而非时间单位。