第一节 恒星的成长历程
1. 那遥远的传说——恒星的起源
恒星是宇宙星系中的重要组成单元，它的起源一直受到天文学家的重视，也是天文界研究的热点。关于恒星的起源和形成对人类来说至关重要。对它的探索有利于人类对自己的家园地球的研究。
1955 年，俄罗斯着名天文学家阿姆巴楚米扬提出一种“超密说”。
他认为，恒星是由一种神秘的“星前物质”爆炸而形成的。具体地讲，这种“星前物质”体积特别小，密度非常大，但对它的具体性质还不清楚，由于超密理论的物理机制不完善，因此大多数科学家都不接受这种观点。
与“超密说”不同的是“弥漫说”，“弥漫说”认为恒星由低密度的星际物质构成。它的渊源可以追溯到18 世纪康德·拉普拉斯的“星云”假说。
星际物质是一些非常稀薄的气体和细小的尘埃物质，它们在宇宙各处构成了庞大的像云一样的集团。这些物质密度每立方千米只有10.4~10.8克，主要成分是氢（90%）和氦（10%）。
就观测来看，星云分为两种：一种被附近恒星照亮的星云和另一种暗星云，它们的形状有网状、面包圈状等。最有名的是猎户座的“暗湾”，其形状像一头披散的黑色马头，因此也叫“马头星云”。
美国科普作家阿西莫夫则认为，它更像迪斯尼动画中“大恶狼”的头部和肩部。
星云是构成恒星的物质，但真正构成恒星的物质量是非常大的。
构成太阳这样的恒星需要一个方圆900 亿千米的星云团。
从星云变为恒星要分快收缩段和慢收缩段两个阶段。前者经历几十万年，后者经历上千万年。星云快收缩后半径仅为原来的百分之一，平均密度提高1 亿倍，最后形成一个“星胚”。这是一个又浓又黑的云团，中心为一密集核。之后进入慢收缩，也叫原恒星阶段。这时星胚体温不断升高，高到一定程度就要闪烁身形，以表示它的存在，并步入幼年阶段。
但这时发展还不稳定，仍被弥漫的星云物质所包围，并向外界抛射物质。
随着射电技术的不断进步，人们对星云物质成分做了许多观测，特别是它的分子构成，为恒星起源问题的认识提供了重要的材料。尽管这对恒星的起源问题的研究有促进作用，但是就研究本身来说还有许多细节不是很清楚，特别是快收缩阶段，其物理机制的认识还不全面，还须更全面的观测和更深入的研究。
那么，星云是怎样演变成恒星的呢？
2. 恒星的幼年
浩渺广阔的宇宙对人类一直是个无法说知的谜，当然恒星的出现和消失也是不能尽为人类所探测。
据天文学家多年的观测，恒星的幼年是处于量的改变状态。当宇宙发展到一定时期，宇宙中充满均匀的中性原子气体云、大体积气体云由于自身引力不稳定而造成坍缩。这样恒星便进入形成阶段。
在坍缩开始阶段，气体云内部压力非常微小，物质在自引力作用下加速向中心坠落。当物质的线度收缩了几个数量级后，情况就发生改变。一方面，气体的密度有了剧烈的增加，另一方面，失去的引力，位能部分转化成热能，气体温度也有了很大的增加，气体的压力正比于它的密度与温度的乘积，因而在坍缩过程中，压力增长更快。这样，在气体内部很快形成一个足以与自引力相抗衡的压力场，这压力场最后制止引力坍缩，从而建立起一个新的力学平衡位形，称之为星坯。
星坯的力学平衡是靠内部压力梯度与自引力相抗衡造成的，而压力梯度的存在却依赖于内部温度的不均匀性。因此在热学上，这是一个不平衡的系统，热量将从中心逐渐地向外流出。这一热学上趋向平衡的自然倾向对力学起着削弱的作用。于是星坯必须缓慢地收缩，以其引力位能的降低来升高温度，从而恢复力学平衡；同时引力位能的降低，也为星坯辐射提供所需的能量，这就是星坯演化的主要物理机制。
很多证据表明，太阳稳定地保持着今天的状态已有5×109 年了。
因此，星坯阶段只能是太阳形成像今天这样的稳定状态之前的一个短暂过渡阶段。
3. 恒星的壮年
主序星是恒星达到稳定期的标志，也是恒星的壮年时期。就如同人类，到了一定阶段便停止了成长和发育。
恒星到了壮年，其能量便没有大幅度的改变。
在赫茨普龙·罗素图中我们可以看到恒星的演化是从主序星开始的，那么什么是主序星呢？等氢稳定地燃烧为氦时，恒星就成了主序星。人们发现有百分之八十至百分之九十的恒星都是主序星，它们共同的特征是核心区都有氢正在燃烧，它们的光度、半径和表面温度都有所不同。后来证明：主序星的定量上差别主要是质量不同，其次是它们的年龄和化学成分。
太阳的这段历程经历约上千万年。
能观察到的主序星的最小质量大约为0.1 兆。模型计算表明，当质量小于0.08 兆时，星体的收缩将达不到氢的点火温度，形不成主序星，这说明主序星有一个质量下限。观察到的主序星的最大质量大约是几十个太阳的质量。理论上讲，质量太大的恒星辐射很强，内部的能量过程也很剧烈，因此结构也越不稳定。
4. 恒星的晚年
主序后的演化。由于恒星形成时它的主要成分是氢，而氢的燃点温度又比其他元素都低，所以恒星演化的第一阶段总是氢的燃烧阶段，即主序阶段。在主序阶段，恒星内部维持着稳衡的压力分布和表面温度分布，所以在整个漫长的阶段中，它的光度和表面温度都只有很小的变化。那么，当星核区的氢燃烧完毕后，恒星又将怎么进一步演化？
恒星在燃尽星核区的氢之后，就熄火，这时核心区主要是氢，它是燃烧的产物外围区的物质，主要是未经燃烧的氢。核心熄火后恒星失去了辐射的能源，引力收缩便成为一个起关键作用的因素。
一个核燃烧阶段的结束，表明恒星内各处温度都已低于该处引起点火所需要的温度，引力收缩将使恒星内各处的温度升高，这实际上是寻找下一次核点火所需要的温度。引力收缩将使恒星内各处的温度全面升高，主序后的引力收缩首先点着的不是核心区的氦，而是核心与外围之间的氢壳，氢壳点火后，核心区处于高温状态，而仍然没有核能源，它将继续收缩。这时，由于核心区释放的引力位能和燃烧中的氢所释放的核能，都需要通过外围不燃烧的氢层剧烈地膨胀，即让介质辐射变得更透明。而氢层膨胀又使恒星的表面温度降低，所以这是一个光度增加、半径增加，而表面变冷的过程，这个过程是恒星从主序星向红巨星过渡的过程。过程进行到一定程度，氢区中心的温度将达到氢点火的温度，于是又过渡到一个新阶段——氦燃烧阶段。
当恒星变老成为一颗红巨星时，在它的核反应中，除了氢之外，氦也开始燃烧，接着又有碳加入燃烧行列。此时，它的中心温度更高可达几十亿摄氏度，发光强度也升高，体积也变得庞大。猎户座的参宿就是一颗最老的红巨星。当然，太阳老了也会变成红巨星，那时它将膨胀得非常大，以至于把地球吞掉，如果那时人类还存在，那恐怕就要“搬家”了，搬到离太阳更远的行星上去。
5. 恒星的末年
恒星也会随着时间的变迁而消亡，到了一定阶段，它便退出了宇宙的舞台。恒星的末年便是它在宇宙中最后的停留。由上面的探索我们已经知道，对质量小于8~10 兆的恒星，它会因不能到达下一级和点火温度而结束它的核燃烧阶段；对于质量更大的恒星，它将在核心区耗尽燃料之后结束它的核燃烧阶段。那在这以后，恒星的最终归宿是什么呢？
一旦停止了核燃烧，恒星必定要发生引力收缩，这是因为恒星内部维持力学平衡的压力与它的温度相联系。
主序星核心氢耗尽后，便离开主序星阶段，开始了它最后的历程。结局主要取决于其质量。
对于质量很小的星体，由于质量小，物体内部的自引力并不重要，固体内部的平衡是通过正负离子间的净库仑引力与电子间的压力来达到平衡的。
当星体质量再大些，直到自引力不可忽略时，这时自引力就加大了内部的密度和压力，压力的加大使物质发生压力电离，从而逐渐使固体的电约束瓦解，过渡为等离子气体。加大质量，即加大密度，此时压力与温度无关，达到一种“冷”的平衡位形，等离子体内电子的动能足以在物质内部引起β 衰变。
如果当质量变大，中子气体间压力已不能抵御物质自引力时，便会形成黑洞，但由于大多数恒星演化到后阶段时，质量小于它的初始质量，例如“恒星风”、“氦闪光”、“超新星”爆发等，它们会使恒星丢失很大百分比的质量，因此，恒星的终局并不是可以凭它的初始质量来判断的，实际上取决于演化的进程。这样，我们可以得出这样的结论：质量在8~10 兆以下的恒星最终将抛掉它的一部分或大部分质量而变成一个白矮星。8~10 兆以上的恒星最终将通过星核的引力坍缩，变成中子星或黑洞。
通过以上四个部分，我们大体可以了解到恒星的演化进程主要经历：气体云→坍缩阶段→主序星阶段→主序后阶段→终局阶段。
就这样，恒星来之于星云，又归之于星云，走完它辉煌的一生。而绚丽的繁星，将永远是夜空中最美丽的一道景致。
第二节 恒星的类型介绍
1. 宇宙之骄子——太阳
（1）太阳是一颗普通的恒星吗？
太阳的一生当中带着许多“最”的头衔：看上去最大、最亮、和人类关系最密切。其实，之所以这样评价它，是因为它离我们最近。
须知在数以万计的恒星中，它是其实十分普通的一员。
在众多恒星中，太阳的个头居中，比它还小得多的是天狼伴星，半径只有5080.7 千米，比地球还小；而中子星通常是有一二十千米大小。太阳的体重也是居中的，它的体积是2×1027 立方米，约是地球的1.3×104 万倍，是太阳系的中心天体，银河系中的一颗中等大小恒星。距离地球1.5×108 千米，半径约69.6 万千米，据估算，从地球到太阳上步行要走3500 多年，就是坐飞机，也要20 多年。
它的平均密度为1409 克/ 立方厘米，质量1989×1033 克，表面温度5770K（1K ＝ -272.15℃），中心温度1500 万K。由里向外分别为太阳核反应区、太阳对流层和太阳大气层。其中心区不停地进行热核反应，所产生的能量以辐射方式向宇宙空间发射。其中二十二亿分之一的能量辐射到地球，成为地球上光和热的主要来源。
（2）太阳元素知多少
我们平常看到的太阳表面，是太阳大气的最底层，温度约6000℃。它是不透明的，因此我们不能直接看见太阳内部的结构。
但是，天文学家根据物理理论和对太阳表面各种现象的研究，建立了太阳内部结构和物理状态的模型。
那么，它究竟由什么物质所组成，它的结构又是怎样的呢？
太阳的结构从里向外主要分为：热核反应区、辐射区、对流区和大气层。太阳能量的99% 由中心的核反应区的热核反应区产生。太阳中心的温度和密度极高，它发生着由氢聚变为氦的热核反应。而该反应足以维持100 亿年，因此，太阳目前正处于中年期，组成太阳的物质大多是些普通的气体，其中氢约占71.3％，氦约占27％，其他元素占2％。
太阳和地球一样也有大气层，太阳的大气层从内向外分为光球、色球和日冕三层。
光球层
太阳光球就是我们平常所看到的太阳圆面，通常所说的太阳半径也是指光球的半径。光球的表面是气态的，其平均密度只有水的几亿分之一，但由于它的厚度达500 千米，所以光球是不透明的。光球层的大气中存在着激烈的活动，用望远镜可以看到光球表面有许多密密麻麻的斑点状结构，很像一颗颗米粒，称之为米粒组织。它们极不稳定，一般持续时间仅为5 ～ 10 分钟，其温度要比光球的平均温度高出300℃～ 400℃。目前认为这种米粒组织是光球下面气体的剧烈对流造成的现象。
光球表面另一种着名的活动现象便是太阳黑子。黑子是光球层上的巨大气流旋涡，大多呈现近椭圆形，在明亮的光球背景反衬下显得比较暗黑，但实际上它们的温度高达4000℃左右，倘若能把黑子单独取出，一个大黑子便可以发出相当于满月的光芒。日面上黑子出现的情况不断变化，这种变化反映了太阳辐射能量的变化。太阳黑子的变化存在复杂的周期现象，平均活动周期为11.2 年。
色球层
紧贴光球以上的一层大气称为色球层，平时不易被观测到，过去这一区域只是在日全食时才能被看到。当月亮遮掩光球明亮光辉的一瞬间，人们能发现日轮边缘上有一层玫瑰红的绚丽光彩，那就是色球。色球层约厚8000 千米，它的化学组成与光球基本上相同，但色球层内的物质密度和压力要比光球低得多。
日常生活中，离热源越远处温度越低，而太阳大气的情况却截然相反， 光球顶部接近色球处的温度差不多4300 ℃， 到了色球顶部温度竟高达几万度，再往上，到了日冕区温度则陡然升至上百万度。
人们对这种反常增温现象感到疑惑不解，但是至今也没有找到确切的原因。