果小于 1 角秒，例如类星体，则使用光年为单位。兹举例如下：半人马座比 邻星 1.30 秒差距（4.27 光年）；天狼星是 2.66 秒差距（8.67 光年）。
　　可以伤人的宇宙线 宇宙空间内常常通过一种高能量带电粒子，叫做“宇 宙射线”（cosmic rays），简称宇宙线。宇宙线速度近似光速。事实上这不 是“线”而是有电荷的粒子。通常所见的电磁波辐射可视为波的效应或光子 的效应。但是高能的粒子不是光子，也不是光波，它是破碎的原子核，其中 约有 91%是质子，8%是氦核，其余是碳、氧、氮、铁等重原子核。实际应该 叫做“宇宙粒子”，而不宜叫做宇宙线，然而它已是习惯用的名称了。
　　宇宙线分两种：一种为原生宇宙线，穿透力极强，可深入大气层内，可 深入水内，也可穿透地面表层。另一种为次生宇宙线或次生宇宙粒子，由原 生宇宙线撞击大气层气体而产生的。原生宇宙线或原生宇宙粒子来自星体爆 炸，例如超新星大爆炸，银河星系或其他星系大爆炸；也可能来自星系核心， 例如银河星系中心——银心；也可能来自大激波（shockwave），即超新星附 近气体受压缩而出现的大波。由于爆炸力太强或激波力太猛，原子核被炸碎 飞往太空，以光的速度前进，即原生宇宙线。太阳表面上耀斑（flare）也能 产生原生宇宙线，但能量很低，属于低能宇宙线。由太空深处射出来的原生 宇宙线是高能宇宙线，速度很强，能量很高。原生宇宙线由太空内四面八方 碰撞地球星大气层，使大气层内一些气体化为次生宇宙粒子或次生宇宙线。 在大气层内产生的次生宇宙线也是四面八方地向地面撞击，穿透力很强。这 说明我们的大气层内变化很大，不完全只限于氧、氮等类气体。
现今地面上已装置特殊的光学望远镜，可以望见大气层最外层出现的光
流。这光流由高能宇宙线撞碰气体原子核而造成。 高能宇宙线即原生的宇宙粒子可以影响地磁场，可以破坏人的细胞，对
于地面生物有严重的影响。由银河星系核内射出的宇宙粒子当然很可怕，它
可撞出一些伽马射线、中子、质子、介子及其他微粒子，向地面辐射，促使 遗传基因出现变异。太空人遇到宇宙线也不好受。因此，太空人必须穿上太 空衣。
太空衣的妙用太空衣具有下列五种条件：（A）当太空人离开太空舱走进
太空时，太空衣内必须有氧气供应设备；（B）太空衣可以保暖御寒，又可以 阻挡太阳辐射。近地太空已无空气调节温度，身后缺乏空气射热，温度可能 降低至-70℃；身前面向太阳，温度可能高达 120℃。这样身前身后温度相差
190℃。太空衣不仅能防寒，也能隔热；（C）可以抵抗宇宙射线；（D）可以
抗拒小陨石撞碰；（E）太空衣不太硬，也不太重，太空人穿上太空衣可作太 空漫步。

第三章 天球视面大环境

一 宇宙什么样


　　宇宙是开放型还是封闭型研究宇宙，包括宇宙空间及其中所有星系。天 文学家及物理学家依据数理化方程式加以说明。数、理、化是对的，但发展 时间很短，而且是在地球星上研究的，不可能解释宇宙中一切现象。宇宙是 由它自己形成的，并不依据现今的数理化方程式去创造自身。因此，我们不 妨撇开那些方程式，先求认识围绕我们的大环境。
　　本书任务就是帮助读者去认识那些可以影响人类生活的大环境。如果有 人问，这个宇宙是开放的？还是封闭的？恐怕是无人知晓。
　　宇宙空间是否有边？从前面章节中已得到解答，那就是：宇宙是无边的， 因此，无边的宇宙就是“开放的宇宙”（open universe）。如果宇宙空间有 边，就成为“封闭的宇宙”（closed universe）。那末有人又会问，封闭的 宇宙以外是什么宇宙？我只好回答是“反宇宙”，性质与宇宙相反，而且把 这座封闭的宇宙完全包围起来。但这仅是不可思议的假说，应该放弃。我重 视的开放型宇宙，就是下起地球星中心，上达天球视面的大环境。这个大环 境是真实的，而且我们就在这个大环境以内生活。
晴夜望空，满天星斗。密密麻麻的星，不碰不撞，互相尊重。银河星系
内生态系统同地面上生态系统完全不一样。地面上动物捕、捉、追、杀、吃、 吞（例如大鱼吃小鱼，小鱼吃虾米，虾米吃浮游生物）。陆上的风吹扬尘埃 及水汽，河流搬运沙土，浪蚀海岸，雨水刮地皮。我夜间观星，从未见过大 星吃小星。银河以内的恒星，银河以外的星系都能相安无事，必有一种不可 知的力量使它们安然相处。谁在控制这些星系？
星系的分类宇宙内已被发现的星系约有许多亿个，据估计距离我们约 50
×100 亿光年。我们只能对那些最靠近我们地球星的星系进行构造研究。我 们居住的星系是银河星系（Galaxy）。接近银河星系的星系约 30 座，叫做“本 星系群”（local group of galaxies）。以银河星系为中心，以 200 万光年 为半径，在这空域内一切星系都属于“本星系群”，除银河星系外，尚有大、 小麦哲伦云及仙女星系。后者有 7 个伴星系，其中最大的伴星是 M33。银河 阻隔我们的视线，银河的后方可能有许多星系被遮蔽。以上所述，全是望远 镜里可以望见的星系。另有一种是射电星系（radio galaxy），可以射出无 线电波，但望不见它的形象。
　　星系周围的 10 多个星系间相互有引力作用，可以叫做“星系团”。如果 把范围再扩大，许多个星系团可成为一个超星系团（super-cluster），半径 可超过 100 亿光年。
　　单独星系的形象有许多类，简单地说有两大类：（A）巨椭圆星系（giant ellipticals），直径长达 40 亿万光年，质量大于太阳 10 万亿倍；（B）矮 椭圆星系（dwarf ellipticals），直径长 6000 光年，质量只有几百万个太 阳大。
　　美国天文学家哈勃根据基本结构将我们附近的星系分为三类：椭圆星 系、旋涡星系、不规则星系。椭圆星系形状可从圆球形变到椭球形，自转越 快，椭球体拉得越长。椭圆星系用其英文首字 E 表示，后面加上表示椭率级 别的数字。例如把轮廓是圆形的作为椭圆星系基本型，叫做 EO，O 代表椭圆
　　
起始，即由圆形图象开始。椭率最高为 7，E7 是长椭圆型，介于 EO 与 E7 之 间尚有一些过渡型。EO 型的星系可以 NGC3379 为代表。M32（NGC221）属 E2 型，另一个伴星系 M59（NGC4621）属 E5 型，NGC3115 属 E7 型。
　　旋涡星系具有旋转核心并从核心螺旋地伸出旋臂。根据核心和旋臂展开 程度分为标准旋涡星系和棒旋星系。哈勃把旋臂由核部伸出，轮廓是圆形而 又具有旋涡状的作为旋涡星系基本型，叫做 So 型。S 为旋涡星系英文首字，
o 代表旋涡起始时状态，即旋臂环绕使星系为圆形图象。So 可有两个演化的 方向。第一，核部为圆形，演化为 Sa（旋臂紧紧环绕核部或浑圆型）、Sb（旋 涡式星系，例如我们的银河星系）、Sc（旋臂更开放、更长，环绕其核部较 松弛）等型。第二，核部有棒，分向左右两方，棒的末端才伸展旋臂，演化
为 SBa、SBb、SBc 等型。这第二种就称为棒旋星系。棒旋星系是指核心由许 多恒星组成的棒状结构的星系。其特点是棒旋星系的棒体和核部连成一体旋 转。
　　上文所说的 So 型与 EO 型，都是浑圆的大星。前者边缘处绝无环绕的星 气，后者则有星气环绕。因此二者各自成为一类。EO 是椭圆星系类型的起点；
SO 是旋涡星系类型的起点。 此外，尚有不规则星系，这类星系没有中央核、旋臂，没有对称平面，
没有固定形状。例如大麦哲伦云星系、小麦哲伦云星系。前者轮廓是一个长
矩形，显示尚未演化成为棒形，可列入原始型棒旋星系，因为有人看出它有 短棒。另外一星系，编号是 M82，形状类似大蝙蝠，事实上是远空一类新星 大爆炸后的形象。
银河星系是无数星系内的一个微小成员读者不要忘记，我们大家就住在
宇宙中的银河星系内。我们的“宇宙籍贯”应该是“银河系内地星人”。银 河系内有多少颗恒星？通常说有 1 亿。我认为太少。我估计可能有 1 万亿， 这比通常多了 1 万倍。我的方法很简单。前文说银盘直径长 10 万光年，厚约 两千光年，它的体积该有约 16 万亿立方光年。假定每 1 立方光年内有 1 颗恒 星，就应该有约 16 万亿颗。我现今估计只有 1 万亿颗，即平均每 16 立方光 年才有 1 颗。依据专家估计，球状星团内恒星的分布平均密度为每 1 立方光 年空间之内可有 1～5 颗恒星，依此推论，整个银盘之内就可能容下 16～80 万亿恒星，这个数字似乎太大了。因此，我觉得采用 1 万亿颗比较合理些， 这不包括银盘上方及下方的星团在内。
人们所说的银河与银河星系不同。前者指银河或天河，系天球视面上银
色光带；后者包括银盘以内所有的恒星，也包括银盘上方及其下方所有的球 状星团。太阳及北斗七星属于银河星系，但不在银色光带之内。南天星座老 人星也远离银色光带。
　　银河光带内有些区域很亮，似乎显示恒星密集；有些区域比较黑暗，似 乎那里恒星很少，甚至没有恒星。事实上，明亮的空域，不仅由于恒星密布， 尚杂有“发射星云”（emission nebula）。这星云含有电离氢，可以发射光 波。另有一种星云叫做“反射星云”（reflection nebula），它可以反射恒 星的光，自己却无辐射的能力。反射星云如果反射蓝光星的光波，通常是蓝 色。例如“七姊妹星团”或称“昴星团”（pleiades），距地球星 417 光年， 每颗恒星都是年龄不大的青年星，5 千万年前出现。星数约有 1000，大星可 以目见的只有 6 颗。这 6 颗大星全是蓝光星，光色优美。据说其中有 1 颗小 恒星，视力特佳的人才能见到。
　　
　　太空内还有的星云既不能辐射，又不能反射，但可以吸收星光，这样的 星云叫做吸收星云（absorption nebula），也叫做黑暗星云（dark nebula）， 有消光作用。例如猎户座马头星云，可以消失星光，使附近黑暗，但是通过 这暗区尚可望见后方太空内大星。又例如北美洲星云 （ North AmericaNebula），编号为 NGC7000，位于天鹅座内，既有大片发射星云，轮 廓近似北美大陆，又有大片黑暗星云，掩盖发射星云的边缘，类似墨西哥湾。 当大片云气接近一颗灼热的恒星（O 型或 B 型）温度超过 10000°K 时，这大 片云气内的氢受到辐射，可以放光，这就成为发射星云。热星可以使相距 500 光年以外的云气影响。为什么不用“遮蔽”而主张用“吸收”二字？理由很 简单，试用光学望远镜，北美洲星云以东大西洋及其以西太平洋内，依旧有 星，证明并非是被遮蔽了，而仅是因光度微弱。这现象只能用“吸收”来说
明。
　　前方是大片黑暗星云，后方是明亮的发射星云，可以组成一幅鲜明的轮 廓。例如奥米加星云（Omega Nebula），在人马座内（Sagittarius）发射强 光，因为它附近有许多颗青年星都是蓝光星，星云由氢原子组成，放出红光， 被附近一片黑暗星云吸收，但大星的光依旧一一射出，并未全部被吃掉。又 如人马座三叶星座象似一朵鲜花，向外发射红光波，但为前方浓厚的黑暗星 云所吸收，把星云隔成三块，好似一朵有三个瓣的红花。星云的红光来自氢 的加热。
银河星系内具有高能区。用光学望远镜看银河星系是一种形象，如改用
红外线制成的影片，则具有另一种形象。至于使用射电天文镜收取射电源， 又是另一番景色。现今又有伽马线及 X 射线等仪器可探测它们的来源。这种 种射电源都是高能的空域。寻找黑洞的专家都向这些空域去探索。
天文学家怎样知道银河星系的形状晴夜望空，可以看到一条宽狭不一的
银白色亮带，那就是中国人常说的“银河”，西方人叫做“奶路”（MilkyWay）， 即银河星系。银河星系是一座旋涡星系（spiral galaxy），从侧面看似一只 扁平的凸透镜，又象一只中部微凸的圆盘。圆盘中心致密区叫做“银核”
（galactic bulge）。银核内能量很高，成为“银河星系核子核”（galactic
nucleurbulge）。银核半径长达 16000 光年。银河周围扁平如盘，叫做“银 盘”（galactic disk）。银盘围绕银核，半径长达 5 万光年（由银盘边到 银心）。太阳恒星的位置距银心 3 万光年，距银盘边有 2 万光年。银盘的厚 度约有 2 千光年。银盘形成较晚，其中多是青年星。银核形成较早，其中多 是老年星，星际气体及星际尘埃分布很普遍。银盘边缘并非平整，微微向下 弯曲，由于附近大、小麦哲伦星云有强大的引力。


■ 图 4 银盘银晕及银冕示意图 A：银盘中部突起是银核，核内是银心。 B：环绕银盘是银晕，其中散布许多星团。 C：环绕银晕的大环是银冕，似乎银冕内有微弱的星体或中微子。
　　银盘周围的空间内全是球状星团组成的粒子流，叫做“银晕”（galactic halo）。银晕以外粒子流渐稀，叫做“银冕”（galactic corona），类似日 冕，在太空内形成一个大圆球，把银晕完全包围起来。银冕半径 15 万光年， 比银盘半径多两倍，比银晕多一倍。
天文学家认为银河星系为盘状，不是毫无根据的。假设把银河星系的星

都放在一个圆盘体内，或放在扁平凸透镜以内，同时把视点也放在盘里，然 后向周边看，会觉得这凸透镜玻璃体十分厚，星的分布十分拥挤；然后向上 看或向下看，又觉得这凸透镜玻璃体十分薄，星数也只是三三两两，非常稀 疏。现在如果你把视点放在地球星表面上向前方看，由于星数太多，分布太 密，投影在天球视面之上成为银色光带，即“银河”；如果向上看，北天球 星数甚少，分布又稀，如北极星及大熊星座一带为空域；如果向下看，为地 球星本体所遮蔽，南天极附近的星一个也看不见，必须到赤道以南才望得见， 但南天球星数也少。这现象显示出了“盘”的形式。以上说明，这银河星系 确具有扁平凸镜型的模式。
　　实际上，银河星系也不是一个完整的盘子，由核部到边缘有巨大开裂， 其间是一条一条旋臂（Spiral arm），由里向外呈顺时针方向旋涡状伸出。 夜间望空，带状银河并非规律，宽狭不一，弯弯曲曲，象似大河有干流及支 流一样。支流就是旋臂，例如猎户旋臂，就是由猎户座及其附近的星座共同 组成的。
　　宇宙空间有许多星系为旋涡状星系，例如仙女座星系 M31（编号 NGC224）、大熊座内 M81 及回普星系（编号 NGC5194）、后发座星系（编号 NGC4565）等等。
旋涡星系又称螺旋星系。单按“旋涡”与“螺旋”两词，含义完全不同。
前者指流水注入漏斗孔内而出现的旋涡，这是由外向内集中的现象；而后者 的方向则与旋涡完全相反，由中心向外发展，愈展愈大也愈远。但是，银河 星系的旋臂，不是由旋转射出来的，也不是由周围四面八方向银心方面旋涡 的集中。因此，这两个词形容银河星系的形象并未指出其运动方向，并未包 含“集中内流”或“分散外流”的意思。因此，两词在此都可使用。
荷兰天文学家已证实银河星系核子核内有两个小旋臂，各自呈直线型地
向后退。它们既不是螺旋型，也不是旋涡型。一个旋臂向太阳后退，另一个 旋臂采取相反的方向后退，都是直射式。银盘内有两个大旋臂：一个是人马 臂（Sagittarius arm），位于内侧；一个是英仙臂（Perseusarm），位于外 侧。这两条旋臂都位于太阳附近，它们各自向后退，愈退距银心愈远，致使 银河星系向宇宙空间扩展。由于星系本身有自转，旋臂外段在自转运动中较 里段落后，才形成旋涡状或螺旋状。人马臂外段有一部分由于落后太大，居 然脱离，成分支臂，叫做猎户突起或猎户臂（Orionspur 或 Orion arm）。太 阳恒星与猎户座都在这个臂内。
如果我们能升到银河星系上空向下望，这些旋涡长臂作顺时针方向。如
果把视点放在银河星系下方向上望，这些旋臂又作反时针方向。 假如有读者要问：地球星无止境地向前进，无尽期地航行，是否有奇遇？
这很难回答。因为人类的两眼，有许多东西是看不见的。看不见时不能说没 有。不能回答，并不等于地球星将来就没有奇遇。人的视力是有限的。视力 好的人在晴夜观空，同一时间内也只能望见恒星 3000 颗。如用望远镜观察， 估计可看到银河星系内 1 千亿颗左右。然而人的视力只限于可见光，这光的 波长介于 0.4～0.7 微米；波长短于 0.4 微米的是短波，肉眼看不见；波长超
过 0.7 微米的是长波，肉眼也看不见。肉眼能看见的电磁波只占 40%，也仅 限于附近的宇宙空间，遥远的依旧望不见。天文学家可以使用 X 射线望远镜 与射电望远镜观察，以扩大探测的范围。有了新工具，可以发现新物质，可 以发现地球星是在连续前进以接触新环境，放弃旧环境，这些是不为人们所

觉察的。
　　康德星云假说似乎含有一点真理 1755 年德国哲学家康德发表《宇宙发展 史概论》一书，主张万有引力使星云自身的密度增加，而且能够自转，逐渐 成为灼热的太阳。太阳及太阳系内大小行星全部由原始星云产生。1796 年法 国数学家和天文学家拉普拉斯也创星云假说，说法稍有不同。他发表的《宇 宙体系论》一书中主张由一片炽热发光的星云自转而形成太阳，也形成太阳 系内各大行星。两人主张的差异是：康德认为星云微粒不是炽热的；拉普拉 斯则认为是炽热的。20 世纪内新的假说甚多，但可信的较少。
20 世纪内所有的假说都不能完全解答下列现象，列举如下。
　　（1）各行星的轨道面同黄道面（地球星的轨道面）完全不一致，而且交 角大小不一。例如水星为 7 度 0 分 17 秒，冥王星为 17 度 7 分 56 秒，天王星 只有 0 度 46 分 27 秒。其他行星介于 1～3 度之间。如果都由太阳中分出来，
为什么会出现这么大的差异？
（2）各行星的轨道都不是真正的浑圆形，全是椭圆形的，而且偏心率
（eccentricity）彼此相差很大。偏心率最小的是金星及海王星，均小于 1%。 偏心率最大的是冥王星，超过 25%；其次是水星，超过 20%。前者距太阳最远， 后者又最近。那末为什么距离太阳最远或距离最近的都有较大的偏心率？介 于其间的偏心率反而较小，是什么原因？
（3）太阳由西向东自转，其他凡属太阳系的天体也都应该由西向东转。
为什么金星（太阳系内第二颗大行星）却由东向西自转，与太阳的自转方向 完全相反？又，木星的卫星中第九个叫做木卫九，也是由东向西进行绕木星 公转。此外，木卫八及木卫十一也是由东向西转，与木卫九同方向。又海王 星第一个卫星叫做海卫一，也是逆转的。这是为什么？
（4）太阳位于太阳系中心，应该自转很快。事实上，太阳自转一周平均
速度为 25.38 日。各行星远离太阳，应该比它慢，然而木星自转一周才 9 小 时又 50 分钟；土星自转一周才 10 小时又 13 分钟。地球星为 24 小时，只及 太阳自转时间的 1/25。这又是为什么？
（5）太阳是气态，密度很小。地球星是固态，密度特大，在九大行星中
列第一位。太阳、木星、土星及天王星都小于地球星，而且小于它的密度的
1/3。为什么接近太阳的4颗行星密度特大？又为什么远离太阳的4颗行星（冥 王星除外）密度特小？其中尤其是土星，它的密度只有太阳的 1/2，只及地 球星密度的 1/9。
（6）太阳是恒星，质量很大。为什么接近太阳的 4 颗行星（水、金、地、
火）质量都小？距太阳较远的 4 颗行星（木、土、天王、海王）质量都大。 什么原因？
　　（7）太阳辐射依赖原子氢及原子氦。组成水、金、地、火 4 颗行星的化 学元素是硅、镁、铁、铝等。其差异很大，为什么？
　　气态的太阳恒星为什么会生下来 4 个圆圆的大石头？水、金、地、火 4 颗行星，再加上月球共 5 个大石头，同太阳恒星完全不同。这说明原始星云 假说距事实太远，很难成立。
　　太阳不是静止的，它不仅受银心的引力，环绕银心公转，而且它在猎户 臂内向前直进。创立星云假说的人忽视了太阳的运动，因此不切合实际。
　　我认为，太阳向前进，当然也是在放弃旧环境，接触新环境。这新环境 是什么？我推测，原始的太阳星云前进时撞上了一片黑暗星云，出现了巨大
　　
变化，才造成种种行星。
　　太阳是壮年星，有 50 亿岁，属于星族Ⅰ。在 100 亿岁左右的恒星是老年 恒星，属于星族Ⅱ。如果年龄更高，属于星族Ⅲ，可列入死亡或接近死亡的 黑星。黑星崩解破碎，化为宇宙尘，组成黑暗星云。例如煤袋或马头星云。 据推测，当银河星系自转而又开裂，并出现猎户臂之时，银盘边缘比较松弛。 太阳恒星前身是一片炽热的发射星云，由氢原子组成，环绕银心做公转，旅 途内撞碰一片黑暗星云。两片星云各有引力。发射星云热力高，旋转快，一 方面继续自转，一方面浓缩成为恒星；后来把核部氢点燃，进入主序，成为 主序星。这就是今天所见的太阳。黑暗星云较松散，被撞以后分裂为若干碎 块，每块继续自转、公转、浓缩，各自形成一颗行星。太阳系内已发现有九 颗行星。冥王星轨道外，可能也有行星。由于体积较小，反照率又弱，高倍 望远镜也看不见。
　　
二 星等与光谱


　　银河光带内的星座完全位于银河光带以内的星座有天鹅座（Cygnus）、 仙后座（Cassiopeia）以及天蝎座（Scor-pius）。在银河两岸遥遥相对的大 星有织女星（天琴座）和牵牛星（天鹰座）。此外，尚有三颗亮星的分布略 似一个三角形，即北岸南河三（小犬座α）、南岸天狼星（大犬座α）及参 宿四（猎户座α）。
视星等西方天文学家重视“星等”（stella magnitude）。大约在公元
前 2 世纪，古希腊天文学家喜帕恰斯及公元 2 世纪希腊天文学家托勒密编制 了天空中 850 颗恒星的位置和亮度的星表，他们把天空中约 20 个亮星作为 1 等星，把模糊不清的暗星作为 6 等星，其间又分为 4 等。数字愈大，光度愈 弱。后来发明了望远镜，能看见更弱的星光。以科学方法来比较，第 1 等星 光的亮度恰巧是第 6 等星光的 100 倍。其间，星等相差 1 等，亮度的比率相
差 2.512 倍。这个比率数字正是数字 100 的 5 次平方根，如下式表示：
　　2.512×2.512×2.512×2.512×2.512=2.5125=100人的视力所看到的星 的亮度，凡亮度差 1 等，相当于光度差的比率 2.512 倍，可见人的视觉是很 有规律的。例如 200 瓦灯泡比 100 瓦灯泡亮，但这 200 瓦的亮度并不是比 100 瓦的多 1 倍亮；而 400 瓦的也不是比 100 瓦的亮 4 倍；然而 100 瓦与 200 瓦 彼此的亮度比率，相当于 200 瓦与 400 瓦的亮度比率，这比率正是 2.512 倍。 这例子说明了肉眼所观测的星等间隔，实际上就是星等之间的亮度比率。
所谓“视星等”（apparent magnitude），指在地球星上观测恒星的亮
度等级。有两个因素值得考虑：（1）这颗恒星距地球星有多远？愈近，亮度 愈大；愈远，亮度愈小。（2）这颗恒星本身究竟有多亮？温度愈高且质量愈 大，愈亮；温度愈低且质量愈小，愈不亮。当喜帕恰斯定出第 1 等星后，有 些人又发现天空尚有更亮的星，超过那些属于第 1 等的亮星。例如织女星， 它比角宿一（室女座α）、天津四（天鹅座α）、心宿二（天蝎座α）等星 亮得多，被定为 0 等星。天狼星更亮，加用负号表示，即为-1.5 等。凡在 0 等以上的用负号表示，凡在 0 等以下的用正号表示。例如老人星，其视星等
为-0.72 等；五车二视星等为+0.05 等。
太阳恒星距地球星最近，视星等也最高，为-26.5 等；天狼星视星等为
-1.5 等，两者相差（-26.5 减去-1.5）为 25，这说明太阳视星等比天狼星高
25 等。上文已说明，恒星星等每差 5 等，亮度比率为 100 倍；由此可见，现 今太阳视星等的亮度要比天狼星视星等的亮度高 100 亿倍（其计算公式为天
狼星 102×102×102×102×102=1010），毫无实际意义。因此，必须采用绝对 星等。
　　绝对星等绝对星等（absolute magnitude）是依据想象在等距离上的视 星等，即把所有的恒星都置于距地球星或说距离我们的眼睛 10 秒差距（即
32.62 光年）处所测得的星等。这种方法可以表示恒星的真实光度或实在的 亮度。在观测恒星的视星等时，由于各星距地球星的距离远近不同，所测得 的视星等是不合乎科学原则的。在观测绝对星等时，把各星相对于地球星的 位置都放在同样的距离处，这样合乎科学原则。
　　设想把太阳及一切恒星都放在离地球星 32.62 光年远处，原来距离我们 较近的恒星，这时候变得更暗更昏；原来距离我们较远的恒星，这时候会显 得更明更亮。可根据平方反比律来推算。例如太阳恒星距我们只有 1 个天文
　　
单位（1.5 亿公里），它原来的视星等是-26.5 等，如把它送到规定的距离
32.62 光年远后，它的视星等下降为+4.8 等。这是它的视星等，同时也是它 的绝对星等。同样，天狼星距我们 8.7 光年，视星等为-1.5 等，当移到规定 的距离（32.62 光年）后，光度变暗，为+1.5 等，这是它的视星等，同时也 是它的绝对星等。又例如北极星距我们 700 光年远，星光很暗，视星等为+2.3 等，移到规定距离后距我们较近，距离几乎缩短 20 倍，视星等升为-4.6 等， 这也是它的绝对星等。依据我们的眼睛，感到太阳最亮，其次是天狼星，北 极星最暗。这是视星等的现象。如果改用绝对星等来作比较，北极星最亮（-4.6 等），天狼星次之（+1.5 等），太阳最暗（+4.8 等）。
　　光谱及其分类恒星发出的光经过色散系统（如光栅）分解后形成色带， 叫做恒星光谱。绝大多数都与太阳光谱相似，为吸收光谱。恒星表面氢的吸 收线有强有弱。如果氢被电离即一个氢原子失去它的电子后，叫做电离氢， 不能显示光谱线。有一位美国天文学家叫安妮·坎农，她独自分析 5 万颗恒 星的光谱，并给它分类。
　　19 世纪末美国哈佛大学天文台就开始向恒星拍照，研究光谱。发现恒星 表面辐射的热，如为高温，必然明亮；如为低温，必然红暗。温凉的星为红 色；炽热的星为蓝色或青白色。因此，根据恒星光谱线的相对温度可把恒星 分为下列七个类型，用英文大写字母 O、B、A、F、G、K、M 来代表，后又加 R、N、S 型。每个类型中又用数字表示分为 10 个次型。
O 型代表高热的恒星。温度由 30000°K 到 60000°K。远望星光是蓝色或
青色。例如蝎虎座第 10 星（10 Lacerta）。这 O 型恒星很少见，因为高温易 使氢原子丧失它的电子，变为电离氢而不能显示光谱线。O 型恒星年龄较幼。
O 型又可再分为 10 个次型级。第一级是 O0 型；第 10 级是 O9 型。在地球星附
近的宇宙空间内迄今尚未发现一颗合乎 O0 型的恒星，也无 O1 型或 O2 型。
　　B 型也代表高热的星，温度由 10000°K 到 30000°K。也是蓝光星或蓝白 星。光谱内氢线很强。更强的是中性氦线。例如猎户座β星参宿七及室女座 α星角宿一（Spica）。参宿七距地球星 800 光年，光谱为 B8 型。角宿一距 离为 260 光年光谱为 B1 型。
　　A 型代表中温的热星。温度由 7500°K 到 10000°K。星光蓝白色。氢线 极强，并有金属元素吸收线，例如镁、钙、硅、铁、钛等元素吸收线。天狼 星及织女星都属于这一类。
F 型代表中温的热量。温度由 6000°K 到 7500°K。星光是蓝白色或白色。
氢线较弱，钙电离以后钙线很强。例如老人星及南河三（Procyon）。后者是 小犬座阿耳法星。
　　G 型代表微温的热星。温度由 5000°K 到 6000°K。星面是白色或黄色。 电离钙线很强，也有中性金属线。例如五车二（Capella）及太阳恒星。前者 是御夫座阿耳法星。太阳也是淡黄色。如果太阳是 B 型或 O 型，我们居住的 地球星受高热辐射，所有的水会被蒸发，立即变为沙漠。太阳是黄光二级星，
写成 G2。如果在 G 字前加α，成为αG2。α是矮星，表示它是一颗矮的黄色
二级星。
　　K 型代表凉星。温度由 3500°K 到 5000°K。星光为橘黄色。金属元素吸 收线特别明显。例如大角星（Arcturus）及毕宿五（Aldebaran）。前者是牧 夫座α星；后者是金牛座α星。
　　
　　M 型代表更凉的星。温度低于 3500°K（2500～3500°K）。星色是红的。 有强烈的中性金属元素吸收线；也有分子线。分子不分裂为原子。例如参宿 四（Betelgeuze），它是猎户座α星，距地球星 650 光年。光谱型为 M2。又 例如心宿二（大火，Antares），是天蝎座α星，距地球星 420 光年，是双星， 光谱是 M1 型。
　　为便于记忆，美国学者编出一句顺口溜：“ O！Be AFine Girl，Kiss Me。” 这一句英语包括 O、B、A、F、G、K、M7 个英文大写字母，代表上述 7 种光谱 型，易记易懂。
　　
三 披发曳裙的彗星


　　彗星的特征彗星（comet）俗名“扫帚星”，因外貌类似扫帚而得名。它 有鲜明的头发，又拖着淡淡的白色长裙，在天球视面上成为装束华丽的明星。 如果有一颗大彗星偶尔出来绕日亮相，势必轰动全世界，家家户户大人小孩 都要向它注目。事实上它比天上任何星都美，它才是明星。必须指出，它并 不向地球星散播什么灾害，地球星上每年发生的水灾、旱灾、地震及战争， 与它都毫无关系。
　　彗星有以下特征：（A）彗星与恒星不同。彗星象一团白色云雾，轮廓不 够清楚，但有一颗明亮的核。而恒星在夜空内只是一个小光点。（B）彗星的 核称做彗核，能够自转。哈雷彗星的核已证实有自转运动。彗核体积不大。 以哈雷彗星为例，核长 15 公里，断面宽 10 公里，颇似不规则的圆柱。核由
固态气体例如冰（H2O）、二氧化碳（CO2）及一氧化碳（CO）等组成。彗核
不外露，藏在柱状大冰块以内。（C）有肮脏外壳，即上述柱状大冰块。因杂 有尘埃，很肮脏，颜色乌黑。这壳又叫做尘埃壳，厚度不超过 1 公里。1949 年哈佛大学天文学家惠普尔创立了“彗核脏雪球模型”。他认为彗核是一颗 形似肮脏的雪球，这雪球是太空内尘埃同太空内的水结合而成的紧密冰冻团 块，他的这个假说现今已被很多天文学家接受，成为正确的理论。然而这彗 核的能从哪里得来？尚无解答。日本人曾测得哈雷彗星核部有无线电波射 出，但波长极大。柱状大冰块表面多孔，原因有二：一是受太空流星体的撞 击；一是冰柱表面受太阳辐射化为水汽，由冰柱表面射出而成疤痕。这疤痕 叫做气孔。（D）柱状大冰块以外，就是云雾状的彗发（coma）。它包围冰柱， 由多种气体组成，如 CH、CN、HCN、H2O、O、NH2 等。彗发松散，环绕彗核似 圆球，直径长数万公里到 100 多万公里。上文所述彗发的外层稀薄气体叫做 彗晕（cometary halo）。（ E）当彗星行近太阳时，因受太阳风的撞击，长 裙展开或称做彗尾（cometary tail）。愈接近太阳，裙色愈洁白。当它绕过 近日点而离开太阳时，又渐渐地把长裙收起，再成为一团云雾，而且彗尾总 是背着太阳。彗尾由粒子及尘埃构成。当接近太阳时受到太阳风的撞击，彗 发内粒子同太阳风的粒子合在一起向彗核后方伸展，有时长达 3 亿公里，相 当于两个天文单位。这是太阳系内最长的天体。
　　彗核具有何种温度？反照率如何？尚未测知。彗星的光有一部分来自太 阳光的反射，有一部分由彗星气体吸收太阳热后，再向外辐射。
彗星绕日轨道不规律，有长椭圆形，有抛物线形，有双曲线形。椭圆形
及长椭圆形轨道全是周期性，可以周而复始，彗星经一定周期能够重新回来。 最短的周期是恩克彗星（Enckes Comet），为 3.3 年，它的近日点 0.34 天文 单位，其轨道倾角为 160 度。又如哈雷彗星（Halleys Comet）周期为 76 年，它的近日点为 0.587 天文单位，其轨道倾角为 162 度。长椭圆形轨道全 部在太阳系以内，其余两种轨道，一部分在太阳系以内，一部分在太阳系以 外。所谓太阳系，一般的说法，冥王星是太阳系的边界，事实上太阳的引力 远远超过这个限界。
彗星尾部曾扫过地球星太阳的直径约有 40 万公里长。彗星由彗晕到彗尾
有 1.5 亿公里，相当于 1 天文单位，比太阳直径大 100 倍。小型的彗星长度 也超过太阳的直径。但彗星密度极低，质量很小，因为彗晕及彗尾的气体十 分稀薄，比地球星表面实验室内人为的真空还要空。据说，一颗大彗星的全

部质量不及地球星的十亿分之一。因此，如果彗星的长尾扫过地球星，并无 任何影响。此外，彗星虽含有一氧化碳，但因其含量太低，不发生作用，对 人类亦无害。
彗尾分上下两层：上层是“气体彗尾”，其中有 CO2、H2O、OH、CH、C、
CN 等电离气体。这尾直而长，呈蓝色，受太阳风的压力，向后方直伸数百万 公里长或 1 亿多公里长。因为这种彗尾是由离子组成，所以也叫做“离子彗 尾”。下层是“尘埃彗尾”，其中全是尘埃而无气体。尘埃虽微细，但年龄 不比太阳小。尘埃彗尾形状为向下弯曲而且分歧。尘埃可反射太阳光，呈淡 黄色。彗尾尘埃来自彗发，彗发尘埃来自彗核。太阳光使彗核的冰融解，释 放气体及尘埃，构成彗发，再由太阳风的撞击，气体化为离子流，向后伸展， 化为气体彗尾，尘埃化为尘埃彗尾。
　　青年彗星尾部细长，全是气体。年代久了，彗核冰已蒸发完尽，彗核内 只剩下一些石块，彗尾几乎全是尘埃。最后，彗发及彗尾全部消失，石块散 布空中绕日公转，又成为小行星或流星体。
　　荷兰天文学家推想彗星的由来彗星怎样产生的？迄今尚无定论。宇宙内 恒星与恒星之间，或星系与星系之间，都有气体存在，例如原子氢及原子氧，
也有 CH、CN 及 NH2 等气体。遇到宇宙射线，氢、氧等原子可结合为水，再混
合宇宙尘凝结为冰，就有可能形成彗星核，再逐渐扩大，成为彗星。当太阳 在环绕银心转动的时候，遇到彗星就把它纳入太阳系内，成为太阳系的一个 成员。
1950 年荷兰天文学家奥尔特提出了一种彗星起源的理论，叫做“奥尔特
彗星”。这是一种假说。奥尔特认为在距太阳系外围约 15 万个天文单位远处， 有一较均匀的球层云气完整地包围着太阳系，这云的质量相当于地球星 1～
10 倍，云内已形成许多颗彗星，可称其为“彗星储库”。可能有一天，受太
阳邻近区域经过的某一大恒星的引力，迫使云气内侧小彗星离开云气，又为 太阳引力所捕捉，进入太阳系成为被人们发现的彗星。因此，彗星轨道变为 狭而长的椭圆形。如果其轨道为双曲线形时，它绕过太阳后可再回到这个球 状圆壳，彗星可从任何方向或任何角度进入太阳系，对于黄道面根本不理会， 有些彗星轨道倾角超过 100 度，例如哈雷彗星轨道倾角就有 162 度。
彗星进入太阳系内，是否每颗都去绕日？这是个问题。彗星运动依据它
自己的惯力。因此，有些彗星绕日公转的方向，采用顺行，即九大行星绕日 公转的方向；有些逆行，同九大行星绕日公转的方向相反，例如哈雷彗星。 一般而论，周期短的彗星绕日方向全是顺行；周期长的有顺行，也有逆行。 彗星出现在木星轨道以内，受太阳引力较大，可能绕日。如在木星轨道以外， 根本望不见，不可能察觉。当彗星进入木星轨道以内，受太阳的引力而向太 阳前进，愈近太阳，太阳的引力愈强而太阳风的压力也跟着加大，它不能直 向太阳，必须环绕太阳，使太阳引力、邻近行星的引力及太阳风的阻力，彼 此平衡。只有这样，彗星才不会坠入太阳光球之内。
　　哈雷彗星最近一次来比上次消瘦 1910 年，当哈雷彗星出现时，它在地平 线上天空中，头部正对着已落的太阳，尾部直伸向后，活象一把光亮的扫帚， 尾部下方是金星，景色壮观。1986 年哈雷彗星再次出现。上次看到它时，笔 者正处幼年，只是对它的形象十分好奇；这次看到它，已是老年，觉得哈雷 彗星似乎消瘦了一些，而且光度减弱。这种感觉的产生，可能是由于距离不 同，视点角度也有差异。我觉得它瘦了，未必真瘦。然而包围彗核的冰柱，
　　
由于冰的升华作用，化为气态而飞散，势必较往日为瘦。当它在近日点时， 因蒸发而减瘦；但当它到远日点时，在木星轨道外侧，由于温度太低可以吸 取太空游离的小冰点，以增大它的体积。据 1986 年乔托（Giotto，欧洲发射 的航天探测器）的探测，哈雷彗星长约 16 公里，形似圆柱，而非块状，更不 是球形。
　　据《科学新闻》（SN5/24/86）介绍，哈雷彗星的核类似一块干瘪的马铃 薯，而且肮脏非常难看。彗核不规则，其中有一个大核，也有一个小核，互 相连接。大核较亮，小核较暗，大小两核之间是细腰。苏联发射的维加太空 船进入太空后，距哈雷最近为 8030 公里时开始探侧；欧洲发射的乔托在接近 哈雷 605 公里时开始探测。苏联的太空船发现哈雷彗星核部放出五条爆炸的 喷射气流，乔托太空船也有同样的探测结果。据说这块彗核长 14 公里，宽
7.5 公里，厚 8.5 公里。彗核黑暗，类似焦炭，一般人叫它是烧焦了的马铃 薯。反照率只有 4%（月面反照率是 7%）。这些太空船探测的结果，都还认为 这个彗核 80%是冰（由水结成的冰），冰的表面有一层很薄的保护物，以阻 止冰的蒸发，可能是尘埃。冰遇太阳辐射后直接化为水汽，叫做升华作用。 水汽受热而膨胀，在冰核面上爆炸，化为喷射气流，一闪一闪地由冰面射出。 射出水汽的地点是喷口，形似火山口。依据乔托的探测，彗核内含有氢、氮、 氧、碳，这些元素都是有机物中必须有的元素。如果这彗核坠落地球星表面 上，不仅带来水，也带来有机物。
哈雷彗星的正确周期为 76.2 年。公元前 1057 年中国已有关于彗星的记
载，但不知它是那一颗彗星。英国天文学家哈雷曾观测研究了 1337～1698 年之间的 24 颗彗星的轨道，他指出他于 1682 年观测那颗彗星的轨道，与这 彗星前两次（1607 年和 1531 年）的轨道相似。因此他认为这可能是同一颗 彗星的三次回归。他也预告了这颗彗星将于 1758 年内再次回归。这预言后来 得到了证实。因此，后来特命名这颗彗星为哈雷彗星，以纪念他的贡献。哈 雷彗星近日点在地球星轨道以内，距太阳恒星只有 8 千万公里远。海王星轨 道外才是它的远日点所在地。推测它下次回归将在公元 2061 年，等着瞧吧。

四 六颗导航用亮星


　　较亮的恒星有 16 颗天球视面夜间所见的亮星共有 16 颗，由视星等+1 等 起到最亮级-1.5 等。首 6 颗为天狼、老人、大角、南门二、织女一、五车二。 其次为参宿七、参宿四、南河三、水委一、马腹一、毕宿五、十字架二、河 鼓二、心宿二、角宿一。最后一个视星等为+1 等。最先一个视星等为-1.5 等。本文只介绍前 6 名，因为它们都是零等星及负零等星，容易认识。
天狼星除太阳恒星外，天球视面可以望见最亮的恒星是天狼星
（Sirius）。它是大犬座阿耳法星（αCMa）。距地球星有 8.6 光年。视星等
为-1.5 等，也有人把天狼星的视星等作为-1.46 等；绝对星等是+1.43 等。 表面温度为 10000°K，白色。光谱分类属 A1 型。其中含有强烈的氢线，显示
很热。
上文所说的阿耳法（α）指星座内最亮的星。α是希腊文中第一个字母。
α星大多是单星；有时是双星或三星；也有可能是一座星系。 天狼星是双星，一大一小。所谓双星（binary star 或 double star），
用肉眼望时，只见一颗恒星；如改用望远镜望，是两颗恒星，彼此相距很近。 在互相引力作用下，一方面相互绕行，一方面向前进。这两颗星叫做双星， 其中任何一个成员叫做子星。大的是主星；小的是伴星。主星即上文所述的 天狼星，编号是αCMaA；伴星编号是αCMaB。进一步说，这伴星是一颗白矮 星，光度很暗，肉眼望不见，视星等是+8.5 等，绝对星等是+11.4 等，比主 星差 10 等，亮度只有太阳的亮度 1/500。主星与伴星相互的距离为 20 个天 文单位。两星相互绕行前进一周为 50 年。伴星的半径长 5000 公里，主星的 半径长 100 万公里。从温度方面来看，伴星很热，表面温度高达 2.9 万°K， 它比主星高出 1.7 万°K，成为蓝光星。光谱内有氢线。这伴星的体积小于地 球星，但质量大于地球星 30 万倍。主星质量为太阳质量的 2.143 倍，伴星的 质量为太阳质量的 1.053 倍。主星加伴星共为太阳质量的 3.196 倍。主星半 径为太阳半径 1.678 倍，伴星的半径只有太阳半径的 0.0073 倍。
天狼星属于“金属线恒星类”（metallie-linestarclass）。其中元素
丰量，有氢、氦，更有其他元素。它受人注意，与双星系统有关。天狼星冬 季出现。从北半球看，它出现在南方，赤经 6 时 45 分，赤纬为-16 度 43 分。 它是距地球星最近的第六颗星。
老人星第二颗最亮的星是老人星（Canopus）。它是南天星座内大星，在
北半球内望不见它。视星等为-0.72 等，绝对星等是-4.7 等。距地球星 200 光年。它是船底座阿耳法星（αCar）。色白。如在澳大利亚珀斯（Perth） 可以望见老人星，高出地平线之上。这星的上方有大麦哲伦云，高出地平线
20 度。更上方是小麦哲伦云，高出地平线 40 度。老人星光谱属于 F0 型，光
度较太阳大 6000 倍。老人星在赤经 6 时 24 分，赤纬-52 度 42 分。其半径约 为太阳半径的 46 倍。
大角星第三颗最亮的星是大角星（Arcturus）。它是牧夫座阿耳法星（α
Boo）。视星等是-0.04 等，绝对星等为-0.23 等。距离地球星 33.6 光年。橙 色，光谱属于 K2 型。氧元素含量很高。大角星距北斗七星的斗柄不远。赤经
为 14 时 15 分，赤纬+19 度 11 分。它体积大，是老年星。属星族Ⅱ。其轨道 为椭圆形，速度快。它是北天球大星，6 月内夜间可望见。半径约为太阳半

径的 23 倍。
　　南门二第四颗最亮的星是南门二（Rigil Kent）。这星是半人马座阿耳 法星（αCen）。这颗星是南天球内大星，在北纬 30 度以南可以望见。南门 二是中国天文的星名，现已证实为一座巨大的星系。这星包括 A 与 B 两星。
　　A 星是一座射电中心，射电很强。事实上这是一座大星系，编号是 NGC5128，属于射电星系（radio galaxy）。它的形象很美，似椭圆形，中部
为尘埃所遮蔽，把星系分为两半。以前说 A 星是 G2 型，类似我们的太阳，即
黄光二级星，视星等为-0.3 等，而且距地球星为 4.35 光年。这些说法现已 被推翻。现今认为 A 星是天球视面上一座“活动星系”（Active galaxy）， 而非银河星系内的一座恒星，更非最接近太阳恒星的恒星。它是一座十分遥 远而且庞大的星系。它不是双星，更与 B 星无关。1986 年对它已有重大的发 现。发现 A 星是一座射电来源之一。1986 年突然在这座射电星系内出现一颗 超新星（Supernova）。这是 1986 年 5 月 4 日伊凡斯发现的，新星定名为 1986G。 伊凡斯是澳大利亚一位业余天文学家，通过澳大利亚及智利两座大天文台， 证实这半人马α星中的 A 星不再是距太阳恒星最近的恒星，而是一座遥远的 星系。它的椭圆形体中部被一条暗黑色的“尘埃巷”（lane of dust）所隔 开，但因尘埃巷不可能很深，内部依旧连续成为一个整体。1986 年 4 月，曾 从这巷内突然增多一颗新爆发的大星，4 月 21 日其光度最强，后来光度渐减。 据说这颗 A 星就是 NGC5128 射电星系，距地球星为 1500 万光年，比仙女 座大星云 M31（或 NGC224）离我们的距离远 6 倍。这星系分为两个大瓣。一 个大瓣的长度是 65 万光年，比银河星系的直径大 6 倍；另一个大瓣比银河星 系大 13 倍，它的直径是 135 万光年。这两大瓣之间是大尘埃巷。巷内又有两 个较小的瓣。大瓣看不见，只射出无线电波，用射电望远镜才可以看出。小 瓣也必须用射电望远镜才能望见。可以望见的部分直径之长为 33000 光年， 相当于银河星系直径 1/3 长。两个小瓣之间也有尘埃巷。上述 1986G 星就在 这条小尘埃巷内出现。我再强调一下，那个α星中的 A 星是距地球星最近的 一座“活动星系”。所谓活动星系缺少热的光谱，它只射出 X 射线、紫外线、 红外线、无线电波。只有活动而无可以目见的形象，也无可以照得出的影象。 只能用 X 射线望远镜去描出它的图象，描绘一些类似等高线的图形，十分空
洞。这说明宇宙内不可见的事物太多。
南门二的赤径是 14 时 39 分，赤纬是-60 度 50 分。 织女星第五颗最亮的大星是织女星（Vega）。它是天琴座阿耳法星（α
Lyr），中名“织女一”。视星等是+0.03 等。绝对星等是+0.5 等。距地球星
为 24.5 光年。它是一颗青年星，不过 3 亿岁，在石炭纪内出现。光度很强， 白色，是太阳的 60 倍。光谱 A0 型。半径比太阳半径大 2.76 倍。表面温度 10050
°K。在银河北侧。赤经是 18 时 37 分，赤纬是+38 度 47 分。 五车二第六颗最亮的大星是五车二（Capella），这是御夫座阿耳法星（α
Aur）。它是位于银河以内的星座。距地球星 40.7 光年。黄色。视星等是+0.08
等。绝对星等是 0.12 等。光度大于太阳 140 倍。光谱 G5 型。表面温度 5000
°K。赤经为 5 时 16 分，赤纬是 46 度 00 分。它是双星。

五 人们不太熟悉的星类


　　星云与行星状星云星云（nebula，复数为 nebulae）原指太空内一切具 有云雾状外貌的天体，由星际之间的尘埃及气体物组成，其中也有恒星。后 来把银河系外的星云改称为河外星系，现今所说的星云只限于银河系空间由 气体和微粒组成的星际物质，称做“星际气体云”或“星际尘埃云”。根据 其发光性质可分为发射星云、反射星云和暗星云；根据其形态可分为弥漫星 云、行星状星云、超新星爆发后残剩的物质云和暗黑的球状体。如在南十字 星座附近的煤袋，用肉眼观察，这一带星空无恒星，十分黑暗，因为尘埃太 多，星光被吸收，这星云属暗星云。又如猎户座马头星云，也是暗星云。
　　行星状星云（planetary nebula）是普通恒星消失前在太空内所留下的 一层“气状壳”（gaseous shell），为气体星云，形状似圆盘，类似行星， 故名。当一颗红巨星的碳核（carbon core）出现时很象以前的氦核（helium core），碳核收缩而生热；进而膨胀，逐渐变为一颗超巨星。其外壳因颤动 而脱离，可射到距离数百“天文单位”以外的远空，其中心气体异常稀薄。 这时超巨星核部缩小，成为一颗灼热的小星，温度虽高但光度很低（成为暗 星），向外壳辐射紫外线，把外壳气体全部离子化，使其外壳在太空内发亮， 形成行星状星云。这种星云的温度高达 10000°K。最引人注目的是天琴座内 的环状星云，十分美观，编号为 M57，其周围是一片彩色光环，中心有一颗 亮星，耐人寻思。又如双子座（Gemini）内 NGC2392，也是一颗美丽而又透 明的行星状星云。在大熊星座内有一座行星状星云，叫做夜枭星云（Owl Nebula），在半透明的球形气壳层内有两个圆形暗区，好似猫头鹰的两只大 眼，这座圆球形星云极大，编号是 NGC3587。至于距地球最近的是“螺旋星 云”（Helix Ne-bula），也可音译为赫利格斯行星状星云，编号是 NGC7293， 距地球星约 400 光年远。是由于气状壳中部是空洞，边缘重叠象螺旋而得名。 可用望远镜看到它的形象，类似一轮明月的边缘。
行星状星云就是已经脱离恒星飞往太空的外壳。最初是圆球形状。时间
久了，可变为圆卵形。愈膨胀愈稀薄，距恒星也愈远，直至消失。一个外壳 的质量，起码也有那颗恒星质量的 10%或 20%。天文学家对于行星状星云很感 兴趣，原因有二：（1）一颗恒星进入老年后，怎样去减少它的质量；（2） 星际空间内重元素怎样由恒星体内造出来。所谓重元素，指氢与氦以外的各 元素，也叫做金属元素。全宇宙内氢与氦约占全宇宙物质 95%，所余的 5%都 是重元素。依据统计，银河星系内每年可形成一个行星状星云，5 万年可能 就有 5 万个这样的星云，把重元素散在星际空间内。时间愈向后，星际空间 内重元素愈多。失去外壳的恒星体积愈来愈缩小，密度愈来愈加大，化为白 矮星。再继续演化可为黑矮星，目不能见，但却非黑洞。
　　红巨星与白矮星红巨星（red giant star）是红色或橙色的巨星，是恒 星处于中年期内的状况。这时候，恒星核部内所有的氢已经燃烧完而化为氦。 众所周知，一颗恒星由下列两种力的不断角斗而存在。一种是向心的引力， 另一种是向外冲的反引力。内外两部力量平衡，才能保持体积不变。当核部 的氢已全部化为氦时，失去热核反应，因此，向心的引力可以一直向内压下 去，结果核部因受高压而收缩，并逐渐变热变稠密。温度增高后外层体积剧 烈膨胀。这样就变成了有体积很大的外壳、气体较稀松的、表面温度低而色 泽较红的红巨星。这意味着它快进入老年星的阶段，属于星族Ⅱ（即第二星
　　
族）。我们的太阳现今已满 50 亿岁，核部有正常的热核反应，属于黄色星，
列 G2 级。50 亿年以后，它有 100 亿岁，可能也会变为一颗红巨星，遮蔽整个
天空。可见，红巨星是白矮星的前身，亮度最大。银河星系内红巨星很多。 白矮星（white dwarf star）是一种低光度、高密度、高温度的恒星， 因颜色呈白色，体积小，故名白矮星。是演化到老年期的恒星。希普曼曾测
过 100 多颗白矮星，发现光谱内有氢线，类型 A 型，属于中温热星。他还注 意到：如果白矮星半径长相当于太阳半径的 1.03%，它的质量则约相当于太 阳的 75%；如果它的半径长相当于太阳的 1.27%，它的质量则约相当于太阳的
55%。一般地说，白矮星质量如果拥有太阳质量 80%时，它的半径长度可能只
有 70 公里。它的密度每立方厘米有 1000 公斤，大得惊人！ 白矮星是红巨星长期演化的结果，亮度很低，密度极大。上文所述天琴
座内环状星云的中心有一颗白色小星，就是白矮星。已发现的白矮星超过
1000。
　　从以上可以看出，当恒星离开主星序后，也就是当恒星已结束热核反应 时，即开始演化。演化共分四个阶段：（A）当恒星核部的氢已完全燃烧化为 氦，恒星开始燃烧外壳内的氢，星光突然加强；（B）核内氢已烧完，失去向 外的压力，出现引力塌缩，恒星核部受压而增温，直致使氦被点燃。在点燃 之前，亮度很低；点燃以后亮度大增。最亮时相当于 1 万颗太阳同时在天空 出现；（ C）当核内氦燃烧完尽时，只能燃烧外壳以取得能。这时便已成为 一颗红巨星。以后，能量减弱，红巨星摇晃摆动，很不安定，最后把外壳射 出，抛入太空；（D）外壳抛弃后，已不是红巨星。引力塌缩，温度急剧增加， 表面温度可达 3 万°K，但亮度（光度）却急剧降低，类似一颗小型太阳。这 时已化为一颗白矮星。如果继续塌缩，也可能成为中子星。
中子星与脉冲星中子星（neutron star）是主要由中子和少量质子、电
子组成的超密型恒星。为处于演化晚期的恒星。脉冲星（pulsar）是一种年 轻的快速自转的中子星。由于它能发射短而强的射电脉冲，又称做快速脉冲 射电源，或脉冲射电源。
脉冲星于 1967 年 10 月发现。它是一种不能目见的恒星，望远镜里也很
难望见。它能发射出稳定的脉冲式电磁波，周期稳定而且十分短，介于
0.002～3.7 秒间。脉冲持续大致介于 0.002～0.5 秒间。脉冲星距地球星很 远，由 300 光年到 6 万光年或更多些。据专家研究，脉冲星的体积不大，半 径长度可能只有 10 公里。但其密度很高，每立方厘米物质达 1 亿吨以上，甚 至可达 10 亿吨，这在地球星上是找不到的。其表面超高温，温度可达 1 亿° K。亮度不高，只及太阳百万倍。但具有超强磁场，磁场强度达 1 亿特斯拉以 上。
所谓脉冲（Pulse），就是间歇性的射电。每次射电就是一次脉冲讯号
（pulsed signals），每次讯号所占有的时间是脉冲的宽度（pulse width）， 每两次讯号之间的时间叫做“间脉冲”（interpulse）。有人说，脉冲星可 能有定时系统。为什么会这样呢？如果我们把中子星比作建在海岬尖端上的 一座灯塔，塔内的灯光旋转照射，海面上船舶每隔数秒钟可以望见这塔内的 灯光。中子星自转时应该能连续发出射电及 X 射线来，为什么只能看到类似 灯塔式的间歇性发光呢？应该说，灯塔内的光是连续地发光的，只是假设灯 外的塔在连续地旋转，塔上有一窗口处才可以射出光亮，因此途经这里的海 船仅能看到间歇性的光亮了。中子星也就具有类似的结构。假定中子星每经

若干时间自转一周，就可以有一次射电讯号，即脉冲电波。据推侧它的自转 轴同磁轴有倾角，角度很小。射电波由有倾角的磁轴射出，因此有周期；另 一种说法，中子星外有一由磁场组成的外壳，等离子体（plasma）由磁壳表 面上射出，故有周期性。现今已知，“脉冲周期”就是中子星的“自转周期”。 现今在天球视面上已找到许多射电源，这射电源在望远镜里却看不见。
有人用 X 射线照得蟹状星云（Crab Nebula）一帧影象，显示这件星云中心 有一光点，由这里射出的电波十分强烈。据说那个小光点就是一颗脉冲星。 其脉冲周期是 0.033 秒，这就是中子星自转一周所需用的时间。所谓蟹状星 云，就是往日一颗超新星爆炸（而不是由于红巨星的爆炸）后的残余气体。 公元 1054 年 7 月 4 日（宋仁宗至和元年），这颗超新星突然爆炸，成为昼间 可以望见的一颗亮星，视星等为-5 等。昼间可见有 23 日之久。夜间可见达
650 日之久。这星位于金牛座内，距地球星为 6500 光年。把这数加上去，正 确的爆炸时间应该是在公元前 5550 年前后。这星爆炸后，出现大片紊乱网络 状云气，极不规则，在太空飘荡，类似蟹壳内的状态，因此叫做蟹状星云。 爆炸后向外扩展，每秒前进超过 1000 公里，现今仍继续膨胀。据推测，这星 云中心的那颗中子星，O 型，蓝色，表面温度有数万°K。有人把它叫做宇宙 钟，因为它发出的信号极有规律而无休止。这中子星供应这星云所需要的一 切能量，它每日射出的 X 射线能量比它每日辐射的光热能量可大 100 倍。
综上所述，恒星演化可分为四个阶段：第一个阶段是主序星，第二个阶
段是红巨星，第三个阶段是超巨星，第四个阶段是白矮星。 恒星由炽热的星云或发光的星云演化而成。当星云刚演化成为恒星时，
温度不高，表面温度不到 3000°K，核部热核反应尚未开始，这时为红色星，
又因其体积不大，是矮星。因此，初生的恒星全是红矮星。后来，吸取更多 的星云后体积加大，并使外部压力加强，内部出现高温，点燃核部原子氢。 有了氢能，该星即进入主序，由下端向上升，氢能愈富，亮度愈大，在主序 上的位置也愈高。
先说主序和主序星。所谓主序（main sequence），是恒星光谱序，恒星
的生命开始后最早的一段路线。首先在这一段路线上开始演化。能够进入主 序的恒星，先由矮星（dwarf star）开始。所谓矮星是银河星系最多的一种 恒星，也叫做主序星（main sequence stars），通常用 V 来表示。恒星的温 度可以点燃核部内的氢，立即成为主序上一颗星。它继续演化，增加体积， 增高温度及亮度，可持续数 10 亿或 100 多亿年之久而后离开主序，化为其他 恒星，例如红巨星，再变为超巨星。放弃外壳以后，改为白矮星。这是恒星 演化的顺序，相当于人由幼年、青年、壮年、老年四大阶段，有先后演化的 顺序。
所谓矮星，例如我们的太阳。典型的矮星表面温度为 5750°K，半径为
695000 公里，质量为 2×1033 克，光度为 4×1033 尔格/秒。大多数矮星的质 量和半径与上述数据差不甚多，但光度有很大的变化，有 O 型也有 B 型，比 太阳的亮度也有千倍万倍不等。温度也有巨大的差异，由 35000°K 的 O 型； 也可以低到 M 型，只有太阳的亮度的万分之一，表面温度为 3500°K。它们 所含的氢与氦的百分比相当稳定，变化少。
　　赫罗图丹麦天文学家赫茨普龙（Ejnar Hertzsprung，1873～1967）及美 国天文学家罗素（Henry Norris Russell，1877～1957）在 1905～1913 年间， 两人各自独立创制出表示恒星的亮度（绝对星等）与光谱型的关系图，后来
　　
称作赫茨普龙-罗素图，简称赫罗图。他们把太阳附近的、凡距地球星不超过
30 光年的恒星都画在这图以内，以区别它们的类型。 M：主序与主序星。S：太阳。亮度是 1。G：超巨星。D：白矮星。 赫罗图有两个坐标，垂直的 Y 轴在图的左边，水平的 X 轴在图的下边。Y
轴标示绝对星等的亮度。太阳的亮度是 1，最上方 106 是 1000000 个太阳同时 发光的亮度。104 就是 10000 个太阳同时发光的亮度。在底侧 X 轴上标示星的
光谱及星球表面温度（°K）。光谱型由左到右分别为 O 型到M 型。即 O型（50000
°K）、B 型（20000°K）、A 型（9000°K）、F 型（7000°K）、G 型（5500
°K）、K 型（4000°K）、M 型（2500°K）。 在赫罗图中，太阳的位置在主序线下段，相当于垂直坐标上 1 等及水平
坐标上 G 型。太阳的后方全是红矮星，太阳的前方温度与亮度都比太阳高， 有南河三、牵牛星、北落师门（Fomalhaut）、天狼星、织女星、轩辕十四
（Regulus）、角宿一、天津四（Deneb）及参宿七（Rigel）等。在赫罗图中， 位于主序线上的恒星全是消耗氢能的恒星。
　　绝对星等低于+1 等的叫做矮星。所谓红矮星，是指光度最低而且表面最 冷的矮星，分别出现在青年星类（指星族Ⅰ）及老年星类（指星族Ⅱ）内。 红矮星是宇宙内分布最普遍的星类，银河星系内有，“河外星系”内也有。 赫罗图上所列的全是太阳附近的红矮星，寿命很长的，但它们产生的核能量 很微。如果红矮星的质量不及太阳质量的 6%，它就没有资格被列入主序之 内。进一步看，用红外线去探测低温的红矮星，它全部辐射近 2000°K，而 且全是红外线，可见光波段内只有红光，成为呈现暗红色的矮星。
红巨星体积大些，亮度却有极明显的增加，而且大于主序上的恒星，所
以它们在赫罗图中位于右上角的下方。它们属于亮星，例如大角星、五车二 等，其亮度和星型前文已提及。
超红巨星的位置在赫罗图中右上角的上方，即在红巨星的上方，星大而
且亮。最热的可达 30000°K，最冷的可低至 3000°K。亮度可大于太阳光亮 的一万倍或百万倍。高温超红巨星的半径比太阳长 20 倍，低温超红巨星的半 径比太阳长 300 倍，或者更大。例如天津四，这是北天星座中最大的一颗恒 星，其次是参宿七、参宿四等。
超红巨星抛弃外壳后，就进入第四阶段，成为白矮星，它的位置在赫罗
图中的左下角，在主序线的左下方。再进一步演化，化为黑矮星，在太空内 与其他星体相撞，崩解分裂后，化为尘埃，组成黑暗星云，例如煤袋。
球状星团与疏散星团星团是相互距离较近，而且相互有引力关系的，在
地球星视面上的投影聚在一起的集团星。银河星系内有两类星团：一是球状 星团（globular clus-ster）；另一是疏散星团（open cluster）。二者都 是各自成类的星团。
　　所谓球状星团，是指由几千颗到几十万颗恒星密集在一起形成的外形呈 球状的星团，这是一群老年恒星（属于星族Ⅱ），它们的年龄都超过 100 亿 岁。它们受引力束缚，环绕银心进行公转。星团直径超过 100 光年。星团外 层星稀，内层星密，平均密度比太阳附近的恒星密度大 50 倍；中心密度更大，
达 1000 倍。从望远镜里只看见一团白光，分不清颗粒，这是星团内云气反射 的光，并非全是星团内恒星的光。据估计，每立方光年的空域，其中只容纳 一两颗恒星。各星相距可能有半个光年，相当于 3 万多个天文单位或 4 万亿 公里。但是远望时，却只见密密稠稠，彼此挤在一起。

　　球状星团不在银盘以内，而在银盘上方或下方，相距很远。银盘内恒星 比球形星团年幼，显示银盘的出现远较球形星团为晚。距地球星最远的球状 星团可远达 160000 光年。距地球星最近的球状星团是 M4，约 6000 光年。银 河星系内已发现这样的球状星团有 131 座，在其他星系中也有发现。仙女座 星系内有 30 多座球状星团。有些球状星团位于星系与星系之间的空域内。全 天最亮的球状星团是半人马座奥米伽星团（希腊字母中最后一个是ω，读“奥 米伽”），编号为 NGC5139。球状星团内恒星不是静止的，环绕公共中心而 运行，秒速可达 400 公里。然而这速度小于球状星团的逃逸速度，因此，质 量减损很慢。
　　球状星团由球形云气演化而成，它不成为一颗大恒星，而形成为排列整 齐的数十万颗恒星，各自有它自己的引力中心，同时又有星团共同的引力中 心。球状星团内无 O 型星，也无 B 型星。
　　疏散星团的外貌并无固定的形式，星数也不多，由数十颗到数百颗，绝 大部分分布在银道面附近。已发现的疏散星团数超过一千。疏散星团内的恒 星多为新星，属于蓝光星，O 型。星团直径为 5～30 光年。成员年龄为几百 万年或几十亿年。距地球星最近的疏散星团是毕星团，为 130 光年，离地球 星最远的是暗星团，为 16000 光年或更远。著名的疏散星团之一是昴星团
（Pleiades），又称七姊妹星团。距地球星 410 光年。年龄已有 5000 万年。
星团内有极丰富的云气，其中恒星约有 300 颗，全是新星，蓝光星，属于星 族Ⅰ。
新星与超新星新星（nova，复数是 novae）不是新生的星，而是指一颗
恒星忽然爆发，亮度增加千倍、万倍或百万倍，星等增加 7～16 等的星。通 常由双星内一颗较大的星忽然把大量物质加到较小的（通常是白矮星）星体 上，使之亮度突然大增。以前看不见，是一颗暗星突然加亮，忽然可以目见， 这就是新星。新星随后又会缓慢地衰减到原来的亮度。银河系和其他星系中 都可以产生新星，据估计，银河星系中每年产生 30～50 颗新星。
所谓超新星（supernova，复数是 supernovae），是指一颗恒星突然爆
炸时，体积及亮度增加千万倍或一亿倍，星等增加 17 等以上的新星。超新星 爆发的结果是恒星的“死亡”，因为其大部分质量在爆炸中被抛入空中，成 为云气，向外连续膨胀而散失，剩下的核部可能形成中子星或黑洞。
超新星有两个型：（A）光谱内无氢，质量较小而膨胀速度较高；（B）
光谱内有氢，质量较大，膨胀速度较低。如超新星只爆炸去小部分，星体可 继续生存。超新星如大量爆炸，爆炸后星体死亡，残余部分演化为中子星。 宇宙空间内重元素来自超新星爆炸。超新星实例很多，如 1972 年内河外星系 NGC5252，突然出现一颗大星，亮度竟类似那座星系，1959 年还尚无此新星。 又如，1987 年 2 月 23 日大麦哲伦云内一颗超新星爆炸，这新星距地球星有
15 万光年远，说明爆炸还是发生在 15 万年前的事，现在才传到地球星表面。 爆炸的超新星定名为大麦哲伦云 1987A 星。
　　麦哲伦云麦哲伦云是一座距银河星系最近的也是最早确认的河外星系， 是大麦哲伦云（Large Magellanic Clo-ud）和与其相距不远的小麦哲伦云
（Small MagellanicClo-ud）的总称。大麦哲伦云距地球星 16 万光年，视直 径为 7 度。所谓视直径就是角直径（angular diameter），质量相当于银河 星系质量的 1/7。小麦哲伦云距地球星 19 万光年，角直径 2 度，质量相当于 银河星系质量的 1/50。其中有恒星、星云、星团、双星。在地面上可以望见。