“一閃一閃亮晶晶，滿天都是小星星。”在夜空中，我們憑肉眼大約可以看到6000顆星星，其中大部分是像太陽一樣能自身發光的恒星。（行星是不發光的，一些行星靠反射恒星的光才能被我們看到）今天，我們就來說說滿天恒星的故事。

璀璨的星河（圖片由天文愛好者黃丹丹拍攝）

【恒星組成的 “星座”，不是用來算命的】

除了太陽，你還能說出哪些恒星？天狼星？參宿四？北落師門？專業一點的觀星者還會告訴你：天狼星在大犬座，參宿四是白虎七宿之一，北落師門在南魚座……恒星，跟星座有啥關系？（跟作為茶余飯后談資的“星座運勢”、“星座配對”相比，“星座”真的是一個正經的概念啊！）

為了給天空中恒星編排“座位”，人們用假想的線條將亮星連接起來，構成各種各樣的圖形，人為地把星空分成若干區域，這些圖形連同它們所在的天區，中國稱之為“星官”，西方叫做“星座”。

中國古代是將星空劃分為三垣（紫徽、太徽和天市）、四象（東蒼龍、西白虎、南朱雀、北玄武）、二十八宿，共包括283個星官。1928年國際天文學聯合會（IAU）以西方星座為基礎確定了88個星座，其中黃道上有13個。所謂黃道是指從地球上看太陽每年在天空中繞行一圈所走過的路徑，這是地球圍繞太陽公轉效應[1]。除了與人們熟知的“黃道十二宮”同名的星座外，太陽在黃道上經過的星座中還有一個是蛇夫座，從地球上看，位于天蝎座和人馬座以北。

最初，人們用星座來確定時間。古巴比倫人把黃道均勻分成12段（分別對應12個星座），太陽在每一段的停留的時間均為一個月。古埃及人以天狼星在東方地平線的出現的時刻，預測尼羅河的泛濫。在中國古代，《鹖冠子》記載了北斗七星斗柄指向東、南、西、北與春、夏、秋、冬的一一對應關系，有效地指導了當時的農業生產。

后來，人們又發現了星座的導航功能。“夜看北斗知北南”是指通過北斗七星可以尋找北極星，從而辨別方向（見圖2）。15～17世紀，遍布全球歐洲船隊在發展新生資本主義的同時，也發展了航海事業。在茫茫的大海中，沒有參照物，但是天上的星座不但形狀獨特，還很容易觀測到，非常適合給當時的船隊導航。

【小知識】古巴比倫人的黃道分割方式也就是現在流行的星座日期表的由來。不過，現行的星座劃分標準下，星座大小相差懸殊，太陽在每個星座中停留時間是不一致的，在最小的天蝎座中只停留7天，在最大的室女座中停留的時間長達44天8小時。因此，大家熟知的“星座”與天文學中星座并不相同。

圖2 北斗七星與北極星（示意圖）

在西方星座中，北極星和北斗七星分別位于小熊座和大熊座中，因為地球的自轉軸基本上指向北極星，所以在視覺上天體每天均圍繞北極星旋轉一圈。斗口的兩顆星連線延長五倍所指的星始終為北極星。當北斗七星在地平線以下時，可以用仙后座呈W型的5顆星尋找北極星。

鄭和率領艦隊七次下西洋，利用“牽星術”完成了極其艱難復雜的航行，創造了世界航海史上的奇跡。“過洋牽星圖”中描述的“惟觀日月升墜，以辨東西，星斗高低、度量遠近”等技術就是利用日月星辰來判斷船舶的地理位置與航行方向，其中涉及到的原理有“地球自西向東自轉，導致日月東升西落”以及“北極星的高度等于當地的緯度”等星空的奧秘。

【10萬年前，北斗七星不長這樣】

因為視覺投影效果，星座中構成生動圖案的恒星看似在一個平面上，其實它們離我們的距離可能差異很大。因此，同一星座的星之間可能沒有什么物理相互作用。依然以北斗七星為例，七顆星中搖光和天樞離地球距離分別為101和124光年（如圖3所示），比其他五顆星遠20至40光年。它們發出的光需要一百多年才能傳輸到地球。

圖3 北斗七星離地球的距離[3]（示意圖）

離太陽系最近的恒星是位于半人馬座α三星系統的成員之一的比鄰星，距離地球大約為4.2光年。半人馬座α三星系統是劉慈欣描述的三體人所賴以生存的“太陽系”，也是科幻電影《流浪地球》中地球人最終遷徙目的地。

恒星在天空中并非恒定不動，它們運轉的速度很快，比如太陽以每秒238公里[4]的速度圍繞銀河系中心運動，大概2.5億年圍繞銀河系中心運轉一周。如果再加上地球自轉和公轉的速度，那么 “坐地日行八萬里”就不難理解了。

既然恒星的運轉速度這么快，為什么我們感覺它們恒定不動呢？主要原因是大部分的恒星離我們實在太遠了，它們在宇宙中運行幾百年，我們也難以察覺它們的位置變化。但是如果經過很長時間的積累，它們的位置變化就會比較明顯，比如10萬年前和10萬年之后，北斗七星的形狀都不是“舀酒的斗形”（如圖4所示）。

圖4 不同時期的北斗七星形狀示意圖（圖片來自網站[5]，作者有改動）

【在恒星的世界里，太陽只能算個小弟弟】

在地球上看到的太陽，是天空中最大最亮的天體了，其實它在恒星世界中也就是個小弟弟，還有許多恒星比太陽更大、更亮。僅在銀河系中就有千億顆恒星，但是它們離我們太遠、星光太弱，人們對這些遙不可及恒星的本質知之甚少。自天文物理學誕生，尤其是進入19世紀以來，由于分光學、光度學和照相術等技術廣泛應用于天體的觀測研究，人們對天體的結構、化學成分、物理狀態的認識逐步清晰。

20世紀初，丹麥天文學家赫茲普龍(Hertzsprung)和美國天文學家羅素(Russell)發現恒星在光度（即發光能力）和溫度的二維圖像中有十分顯著的分布規律，該圖被稱為赫茲普龍-羅素圖，簡稱赫羅圖或HR圖。赫羅圖可以清晰地反映出恒星的“江湖地位”，比如個頭和質量大小、發光能力以及資歷（即演化歷程）等重要特征，是天文學中最重要的圖鑒之一。

圖5 赫羅圖，橫坐標為表面溫度或顏色，縱坐標為光度(圖片來自網站[6]，作者有改動)

如圖5所示，恒星可以大致分為以下幾種類型：

主序星：

大部分（90%以上）恒星分布在沿左上方到右下方的一個狹窄的帶上（主星序），處于該帶上的恒星稱為主序星，它們正處于氫-氦核聚變階段。恒星的溫度越高，顏色就越藍，發光能力越強，反之，顏色越紅，發光能力越弱。恒星在該階段最穩定、停留時間最長（一生90%以上的時間處于該階段）。

白矮星：在左下方較密集的區域的恒星溫度高，呈藍白色，光度很弱，體積小，所以叫做白矮星，該區域是小質量恒星死亡后的“歸宿地”。

巨星&超巨星：在主星序的右側較密集區域的恒星光度比較大，但溫度較低，恒星的中心區氫元素燃燒耗盡，更重元素的核聚變被點燃后，恒星開始變得“虛胖”，進入該區域，所以叫做巨星。它的左上方叫超巨星。

根據恒星的顏色，哈佛天文臺將恒星分為O，B，A，F，G，K，M等七種類型，每個類型又可分為10個次型，即哈佛分類法。由于恒星的顏色與恒星表面的有效溫度相關，因此，該分類法是根據有效溫度遞降的次序來劃分的，如圖5（橫坐標）所示。比如，太陽屬于G型星，為黃色，織女星和天狼星為A型星，顏色為藍白色。根據發光能力，恒星可分為超巨星（I型）、亮巨星（II型）、巨星（III型）、亞巨星（IV型）、矮星（V型）、亞矮星（VI型）和白矮星（VII）等七種類型。這里巨星和矮星指的是光度大小，光度大的為巨星，反之為矮星。哈佛分類法是基于顏色或溫度的一元分類法，在二維的赫羅圖中不能很好地確定恒星的位置。

為此，20世紀40年代，美國天文學家摩根（W. Morgan）和基南(P.Keenan)提出以溫度和光度為基礎的二元分類法（即MK分類系統），可在赫羅圖中準確地定位恒星的位置，比如，太陽為G2V型。

太陽是一個典型的矮星。宇宙中存在比太陽的個頭大幾億倍甚至更大的恒星，比如盾牌座UY恒星，它屬于恒星“暮年”時期的紅超巨星，最新研究表明[7]，這顆恒星的半徑為太陽的755倍（參見圖6），相當于4.3億個太陽，發光能力是太陽的8.7萬倍，因為它離我們5100光年的遙遠距離，所以即使它體積巨大，在地球上看也只能是一顆小小的亮點。

圖6 恒星大小對比（示意圖）太陽和天狼星均為矮星（天狼星的發光能力大約為太陽的25倍），而北河三、大角星均為橙巨星，盾牌座UY為紅超巨星（它們的發光能力分別為太陽的40倍、170倍和8.7萬倍左右），這些巨星的內部核心區通過核聚變基本耗盡了氫元素（圖片來自網站[8]，作者有改動）

天文學家一般用視星等來描述恒星亮度。星等值越小，恒星越亮。恒星視星等主要是三個因素決定的：（1）恒星自身的發光本領，即主要由恒星的質量決定；（2）恒星的距離，發光本領相同的恒星，距離越遠亮度就越暗；（3）恒星與我們之間的星際介質。由于折射、散射等物理過程，星際介質（如塵埃）對穿過它的光波中的藍色成分吸收產生紅化、消弱等效應，導致恒星的顏色、亮度發生變化。綜合多種因素，夜空中看上去最亮的恒星為天狼星（金星為最亮的行星），它在冬夜星空大犬座（獵戶座附近）中清晰可見。

【結語】

看完這篇文章，我們那句熟悉的歌詞是不是應該改成這樣？“一閃一閃亮晶晶，滿天都是‘小’恒星……”于是問題又來了：滿天的恒星，到底是怎么來的呢？且聽下回分解。

來源: 科小二