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有時(shí)，熟悉的兒歌里也藏著重要的學(xué)問，比如：

“一閃一閃亮晶晶，滿天都是小星星”，我們究竟能看到多少星星？它們又是哪種星星？

答：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(yáng)一樣能自身發(fā)光的恒星。（記得行星是不發(fā)光的呢，一些行星靠反射恒星的光才能被我們看到。）

璀璨的星河

（圖片由天文愛好者黃丹丹拍攝）

今天，我們就來(lái)說(shuō)說(shuō)滿天恒星的故事。

除了太陽(yáng)，你還能說(shuō)出哪些恒星？

天狼星？參宿四？北落師門？

更專業(yè)一點(diǎn)的觀星者還會(huì)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(guān)系？（跟作為茶余飯后談資的“星座運(yùn)勢(shì)”、“星座配對(duì)”相比，“星座”真的是一個(gè)正經(jīng)的概念?。。?/p>

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(lái)，構(gòu)成各種各樣的圖形，人為地把星空分成若干區(qū)域，這些圖形連同它們所在的天區(qū)，中國(guó)稱之為星官，西方叫做星座。

中國(guó)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(gè)星官。1928年國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)（IAU）以西方星座為基礎(chǔ)確定了88個(gè)星座，其中黃道上有13個(gè)。

所謂黃道是指從地球上看太陽(yáng)每年在天空中繞行一圈所走過(guò)的路徑，這是地球圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)效應(yīng)^[1] 。除了與人們熟知的“黃道十二宮”同名的星座外，太陽(yáng)在黃道上經(jīng)過(guò)的星座中還有一個(gè)蛇夫座，它位于天蝎座和人馬座之間（如圖1所示）。

圖1：黃道十二宮示意圖

（圖片來(lái)自網(wǎng)站^[2]  ，作者有改動(dòng)）

最初，人們用星座來(lái)確定時(shí)間。古巴比倫人把黃道均勻分成12段（分別對(duì)應(yīng)12個(gè)星座），太陽(yáng)在每一段的停留的時(shí)間均為一個(gè)月。古埃及人以天狼星在東方地平線出現(xiàn)的時(shí)刻，預(yù)測(cè)尼羅河泛濫的時(shí)間。在中國(guó)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(duì)應(yīng)關(guān)系，有效地指導(dǎo)了當(dāng)時(shí)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

之后，人們又發(fā)現(xiàn)了星座的導(dǎo)航功能。“夜看北斗知北南”是指通過(guò)北斗七星可以尋找北極星，從而辨別方向（見圖2）。15～17世紀(jì)，遍布全球歐洲船隊(duì)在發(fā)展新生資本主義的同時(shí)，也發(fā)展了航海事業(yè)。在茫茫的大海中，沒有參照物，但是天上的星座不但形狀獨(dú)特，還很容易觀測(cè)到，非常適合給當(dāng)時(shí)的船隊(duì)導(dǎo)航。

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?yàn)榈厍虻淖赞D(zhuǎn)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(zhuǎn)一圈。斗口的兩顆星連線延長(zhǎng)五倍所指的星始終為北極星。當(dāng)北斗七星在地平線以下時(shí)，可以用仙后座呈W型的5顆星尋找北極星。

比如，鄭和率領(lǐng)艦隊(duì)七次下西洋，利用“牽星術(shù)”完成了極其艱難復(fù)雜的航行，創(chuàng)造了世界航海史上的奇跡。“過(guò)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(yuǎn)近”等技術(shù)就是利用日月星辰來(lái)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(zhuǎn)，導(dǎo)致日月東升西落”以及“北極星的高度約等于當(dāng)?shù)氐木暥?/strong>”等星空的奧秘。

因?yàn)橐曈X投影效果，星座中構(gòu)成生動(dòng)圖案的恒星看似在一個(gè)平面上，其實(shí)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(yuǎn)20至40光年。它們發(fā)出的光需要一百多年才能傳輸?shù)降厍颉?/p>

圖3 北斗七星離地球的距離^[3] （示意圖）

離太陽(yáng)系最近的恒星是距我們大約4.2光年的比鄰星，它是半人馬座α三星系統(tǒng)的成員之一。該三星系統(tǒng)是劉慈欣描述的三體人所賴以生存的“太陽(yáng)系”， 也是科幻電影《流浪地球》中地球人最終遷徙的目的地。

恒星在天空中并非恒定不動(dòng)，它們運(yùn)轉(zhuǎn)的速度很快，比如太陽(yáng)以每秒238公里^[4] 的速度圍繞銀河系中心運(yùn)動(dòng)，大概2.5億年圍繞銀河系中心運(yùn)轉(zhuǎn)一周。如果再加上地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的速度，那么 “坐地日行八萬(wàn)里”就不難理解了。

既然恒星的運(yùn)轉(zhuǎn)速度這么快，為什么我們感覺它們恒定不動(dòng)呢？主要原因是大部分的恒星離我們實(shí)在太遠(yuǎn)了，它們?cè)谟钪嬷羞\(yùn)行幾百年，我們也難以察覺它們的位置變化。但是如果經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間的積累，它們的位置變化就會(huì)比較明顯，比如10萬(wàn)年前和10萬(wàn)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(shí)期的北斗七星形狀示意圖

（圖片來(lái)自網(wǎng)站^[5]  ，作者有改動(dòng)）

在地球上看到的太陽(yáng)，是天空中最大最亮的天體了，其實(shí)它在恒星世界中也就是個(gè)小弟弟，還有許多恒星比太陽(yáng)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(yuǎn)、星光太弱，人們對(duì)這些遙不可及恒星的本質(zhì)知之甚少。自天體物理學(xué)誕生，尤其是進(jìn)入19世紀(jì)以來(lái)，由于分光學(xué)、光度學(xué)和照相術(shù)等技術(shù)廣泛應(yīng)用于天體的觀測(cè)研究，人們對(duì)天體的結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分、物理狀態(tài)的認(rèn)識(shí)逐步清晰。

20世紀(jì)初，丹麥天文學(xué)家赫茲普龍(Hertzsprung)和美國(guó)天文學(xué)家羅素(Russell)發(fā)現(xiàn)恒星在光度（即發(fā)光能力）和溫度的二維圖像中有十分顯著的分布規(guī)律，該圖被稱為赫茲普龍-羅素圖，簡(jiǎn)稱赫羅圖或HR圖。

圖5 赫羅圖，橫坐標(biāo)為表面溫度或顏色，縱坐標(biāo)為光度

(圖片來(lái)自網(wǎng)站^[6]  ，作者有改動(dòng))

赫羅圖可以清晰地反映出恒星的“江湖地位”，比如個(gè)頭和質(zhì)量大小、發(fā)光能力以及資歷（即演化歷程）等重要特征，是天文學(xué)中最重要的圖鑒之一。

如圖5所示，恒星可以大致分為以下幾種類型：

根據(jù)恒星的顏色，哈佛天文臺(tái)將恒星分為O，B，A，F(xiàn)，G，K，M等七種類型，每個(gè)類型又可分為10個(gè)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(guān)，因此，該分類法是根據(jù)有效溫度遞降的次序來(lái)劃分的，如圖5（橫坐標(biāo)）所示。比如，太陽(yáng)屬于G型星，為黃色，織女星和天狼星為A型星，顏色為藍(lán)白色。

根據(jù)發(fā)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(jì)40年代，美國(guó)天文學(xué)家摩根（W. Morgan）和基南(P.Keenan)提出以溫度和光度為基礎(chǔ)的二元分類法（即MK分類系統(tǒng)），可在赫羅圖中準(zhǔn)確地定位恒星的位置，比如，太陽(yáng)為G2V型。

太陽(yáng)是一個(gè)典型的矮星。宇宙中存在比太陽(yáng)的個(gè)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(shí)期的紅超巨星，最新研究表明^[7]  ，這顆恒星的半徑為太陽(yáng)的755倍（參見圖6），相當(dāng)于4.3億個(gè)太陽(yáng)，發(fā)光能力是太陽(yáng)的8.7萬(wàn)倍，因?yàn)樗x我們5100光年的遙遠(yuǎn)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(diǎn)。

圖6. 恒星大小對(duì)比（示意圖）。太陽(yáng)和天狼星均為矮星（天狼星的發(fā)光能力大約為太陽(yáng)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(fā)光能力分別為太陽(yáng)的40倍、170倍和8.7萬(wàn)倍左右。（圖片來(lái)自網(wǎng)站^[8]  ，作者有改動(dòng)）

天文學(xué)家一般用視星等來(lái)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(gè)因素決定的：

（1）恒星自身的發(fā)光本領(lǐng)，即主要由恒星的質(zhì)量決定；

（2）恒星的距離，發(fā)光本領(lǐng)相同的恒星，距離越遠(yuǎn)亮度就越暗；

（3）恒星與我們之間的星際介質(zhì)。由于折射、散射等物理過(guò)程，星際介質(zhì)（如塵埃）對(duì)穿過(guò)它的光波中的藍(lán)色成分吸收產(chǎn)生紅化、消弱等效應(yīng)，導(dǎo)致恒星的顏色、亮度發(fā)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。

那句熟悉的歌詞是不是應(yīng)該這樣唱？

“一閃一閃亮晶晶，滿天都是'小’恒星……”（開個(gè)玩笑~）

于是問題又來(lái)了：滿天的恒星，到底是怎么來(lái)的呢？

且聽下回分解。