星星的前世今生

“星星”二字，总给人莫名美好的感觉，古今中外的人们都会借用星星来表达自己的情感、愿望或抱负，仅中国的古诗词就不胜枚举。而且，中国古代对星星的认识并不只停留在笼统的概念上，他们早已为我们所熟知的星星命名，他们会“卧看牵牛织女星”、会“怅望不如河鼓星”、会“飞去入昴星”，会“仰指北辰星”，会“攀北斗、酌天浆”，会“西北望、射天狼”。

但终归，古人的认识有限，他们不知道星星到底有多少颗，甚至不知道究竟有多少种，更不知道有什么区别，今天的我们，这种认识其实也多不到哪儿去，略微多出的那些，得感谢一个组织——*国际天文联合会(IAU)*，尽管不是宇宙中的一切都说得清楚，但基本都是他们说了算。现在，让我们来好好认识一下，星星。

行星（ Planet ）

简单来说，环绕恒星但自身不发光的天体叫行星。IAU的标准定义还包括：有足够的质量维持流体静力平衡（即自身接近球体）、能清除相似轨道上的其它天体。

按照距离太阳的远近排序，太阳系内有八大行星：水、金、地、火、木、土、天、海，每一颗都是一个故事。其中金、木、水、火、土五颗行星在地球上肉眼可见，更是早在史前就被人类发现，五行的命名则由西汉时期司马迁在《史记‧天官书》中提出。

金星 是夜空中除月亮外最亮的星，大概也是除月亮外昵称最多的，它晨出东方曰“启明”，暮落西方称“长庚”，平时还叫“太白”、“大嚣”、“晨星”、“明星”等等，倾注了古人诸多情感。木星 是太阳系最大的行星，半径为太阳的十分之一，几乎达到了行星结构和演化史所能决定的最大尺寸，并且它的主要成分是氢，再这么大下去，说不定有可能变成恒星。水星 是最小、最靠近太阳、拥有最大离心力的行星，因此公转得飞快，快到公转两圈才自转三圈，其表面昼夜温差之大，也为太阳系之最，白天可高达430°C，夜间可降至-170°C。火星 的传说可谓家喻户晓，这是颗真正的类地行星，其直径、质量、重力均介于地球和月球之间，有高山、平原、峡谷、大气层，甚至有水——尽管不是稳定的液态，类得都快成我们第二家园了。土星 也是个巨大的气体星球，它最大的特点是拥有美丽的“环系统”，“土星环”是太阳系内能观测到的最为壮观的景象之一，其本质是大量冰粒、岩石、尘土在看似一个平面上围着土星转圈，这也使得土星的卫星特别多，大大小小混在一起都数不清具体多少，目前已确定轨道的大概六十几颗吧，其中土卫六有浓厚的大气层，被高度怀疑存在生命体。

矮行星（ Dwarf Planet）

前面提到，定义行星需满足三个条件：1. 轨道环绕恒星；2. 有足够的质量维持流体静力平衡；3. 能清除相似轨道上的其它天体。如果一颗不是卫星的天体只满足前两个条件，就被分类为“矮行星”，也叫“准行星”。以前的教科书说太阳系有九大行星，2006年之后，冥王星 被划入“矮行星”，从此九大行星改写为 八大行星。

目前太阳系有五颗矮行星，除冥王星以外，还有谷神星、妊神星、鸟神星和阋神星，它们都未能清除相似轨道上的其它小天体，说白了力量不够强大。

小行星（Asteroid）

小行星是类似行星、但体积和质量比行星小得多的天体。据估计，太阳系内的小行星数目应该有几百万，其中特别大的小行星现在开始重新分类，被定义为矮行星，也就是说矮行星是小行星的子类。

卫星（ Natural Satellite）

卫星是环绕一颗行星按闭合轨道做周期性运行的天体，区别于人造卫星，其准确叫法应该是“天然卫星”。对人类而言，最熟悉的也是唯一的卫星莫过于头顶那轮 明月，从古至今寄托了多少美好的憧憬啊！而作为太阳系的大佬，木星有69颗卫星，二佬土星有62颗。

如果两个天体的质量相当，它们所形成的系统一般称为“双行星”，而不是一颗行星和一颗卫星。

彗星（Comet）

彗星是由松散的冰、尘埃和小岩石构成的小天体，当它接近太阳时，会被加热并释气，形成可见的大气层——彗发，彗发受到太阳风和太阳辐射压力产生巨大的尾巴，称为彗尾。虽然彗星的彗核大小只有数百米至数十公里，但彗尾则可绵延数千公里甚至数百万公里，比太阳直径还要长。彗星的轨道周期范围也很大，从几年到几百万年的都有。

哈雷彗星之所以著名，因为它是唯一能用裸眼直接从地球上观察到的短周期彗星（小于200年都叫短周期），轨道周期只有75～76年，命好的话一生可以看两次。其他能以裸眼观测的彗星或许更加璀璨，但数千年才出现一次。

1994年7月18日，休梅克-利维9号彗星（休梅克夫妇和利维共同发现的第9颗彗星）与木星相撞，这是人类首次直接观测太阳系的天体撞击事件，撞击威力达六万亿吨TNT炸药（相当于全球核武器储备总和的750倍），给木星造成的伤痕比地球直径还长，所幸发生地点十分遥远，对地球没有任何影响。当然，木星由于体积和引力都巨大，被撞也是常有的事，它不仅经常替其他行星挡枪，还能帮助太阳系清理垃圾，这在一定程度上减少了地球被撞的几率。

流星（Meteor）

流星是由固体颗粒组成的极小天体在接近其他天体时，受引力作用而进入大气层，并与大气摩擦燃烧所产生的光迹。流星体的质量通常很小，直径介于100微米至10米之间，绿豆大的流星体进入大气层便可形成肉眼可见的流星，视星等超过-14（比满月还亮）的流星又称为“火流星”。若流星体在摩擦中未燃烧殆尽而落在地面上，则成为陨石或陨铁。

太阳系小天体（Small Solar System Body, SSSB）

所有环绕太阳运转的天体都归属到这个分类，包括太阳系内大多数小行星、多数海王星外天体、彗星和其他小天体。尽管目前还不能明确太阳系小天体的下限，是不是小到将流星也包含在内，但可以确定的是，行星、矮行星、卫星不属于这个分类。

深空天体（Deep Sky Object, DSO）

深空天体是一个常见于业余天文学圈子的名词，一般指天上除太阳系天体（如行星、小行星、彗星）和恒星外的天体。这些天体大都不为肉眼所见，只有当中极少数较明亮者例外；超过一百个深空天体能通过双筒望远镜看到，如18世纪法国天文学家梅西耶所编的《星云星团表》中的大部分。

恒星（Star）

通俗点说，恒星是会自己发光的星星。专业点说，恒星是由引力凝聚而成的球型发光等离子体。夜空中，我们抬头望见的满天繁星，要么就是恒星，要么就沾了恒星的光，它们几乎全部在银河系内，由于距离非常遥远，古往今来基本没发生位移。比较显著的恒星在历史上都有专门的传统名称，例如中国古代著名的 “二十八宿”，古诗词中出现的星星也大多为恒星。

“星座” 是为了便于观测和研究而对天空中恒星组合的人为划分，不同文明对它们的划分和命名都不尽相同，也缺乏有效的边界。1930年IAU一统天上，用精确的边界将天空分为八十八个正式星座，使多数恒星都归属于某一特定区域，并以中世纪古希腊的传统星座为基础命名。经IAU规范后，原先的黄道十二宫因增加了 蛇夫座 而变成 十三星座；有一些广泛流传但没有被认可为正式星座的恒星组合叫做“星群”，例如 北斗七星。

星座并不能体现恒星之间真实的空间关系，仅仅是对以地球为观测点的天空平面的虚拟分区，也就是说，看起来很近的两颗恒星实际上可能相距甚远，或者完全属于两个不同的星系。

天文学上用 “视星等” 和 “绝对星等” 来描述恒星的亮度。“视星等”是从地球上直接看到的恒星的亮度，看起来越明亮的星体，其视星等数值越低（可以为负数）。“绝对星等”则是把天体放在10秒差距（1秒差距=3.26光年）时所呈现的视星等。由于距离的原因，有些恒星其实不够亮，但在地球上看起来能亮瞎眼，那它们的视星等就很低（越低表示越亮），而绝对星等比较高，反之亦然。例如太阳，它是离地球最近的恒星，视星等-26.8（亮瞎眼），绝对星等却只有4.83（堪称暗淡）；天狼星的视星等-1.47，绝对星等1.4，其实比太阳亮得多，只是距离太远感受不到，即便如此，它也是除了太阳以外我们能看见的最亮的星，君不见，自古以来多少文人骚客动不动就要“射天狼”。

为了加强对视星等数值的主观感受，列举几组数据：满月为-12.8，最亮的人造卫星为-9.5，金星最亮时为-4.89，哈勃太空望远镜能够看到的最暗星体极限为30，欧洲极大望远镜能够探测到的最暗星体极限为36（这也是目前人类科技的极限）。

人类肉眼能够看到的最暗星体极限大约是6.5。在理想环境下（黑暗、清澈、晴朗且没有月亮的夜晚），肉眼能观察到的半个天空平均约3000颗星星（按6.5极限星等计算），整个天球能被肉眼看到的星星约6000颗，它们大多都在几百光年以内。目前人类肉眼可以看见的最远天体是三角座星系，其视星等约6.3，距离地球约290万光年。历史上肉眼能看见的最远天体是2008年3月19日于牧夫座发生的一次伽玛射线暴（GRB 080319B），视星等达到5.8，距离地球75亿光年，相当于用肉眼看见75亿年前发出的光。

遗憾的是，如果环境不够理想，例如某个城市郊区的极限星等可能是3.0，那充其量看见50颗星星；城市中心的极限星等可能只有2.0，这意味着，在任何时刻能看见的星星都不会超过15颗，更别提什么3000颗、6000颗，290万光年、75亿光年的事了。正因为如此，有个名字听起来老霸道的组织，背负着一个很奇葩的使命，就是致力于减少夜空中的光污染，保护夜空环境的黑暗，提升极限星等，让夜空布满更多的星星。这个组织叫 “国际暗天协会”（International Dark-Sky Association, IDA）。

原恒星（Protostar）

所有恒星都是从星云（由尘埃、氢气、氦气和其他电离气体聚集的星际云）的引力坍缩中诞生的，坍缩的气体以热能的形式释放重力势能，随着温度和压力增加，最后凝结成一个被称为“原恒星”的超热旋转气体，这个过程可能需要几十万至几百万年。

褐矮星（Brown Dwarf）

原恒星的进一步演化与其质量密切相关。以1太阳质量作为基本单位的话，大致上，低于0.08太阳质量的原恒星永远达不到核聚变所需的温度与压力，它们被称为“褐矮星”，也叫 “棕矮星”，是一种“次恒星”或“亚恒星”。

矮星/主序星（Main Sequence）

质量较大的原恒星将启动核聚变，辐射压力与物质重力达成平衡，阻止原恒星进一步坍缩而迅速进入稳定状态，此时的恒星被称为 “矮星” 或 “主序星”，属于恒星演化的壮年阶段。一颗新诞生的恒星在主序带上的时间长短，也取决于自身的质量。

根据质量、温度、光谱等不同，矮星（即主序星）又被分为 红矮星（M型主序星，M是光谱分类）：质量小于太阳的1/3、表面温度低于3500 K，核聚变缓慢，停留在主序带上的时间可长达数百亿甚至数千亿年；橙矮星（K型主序星）：质量是太阳的0.5至0.8倍，表面温度3900至5200K；黄矮星（G型主序星）：质量是太阳的0.8至1.0倍，表面温度5300至6000K。归纳起来就是质量越小、温度就越低、核反应就越慢、寿命就越长。太阳的质量中等，停留在主序带的时间大约为100亿年，它现在是黄矮星。

巨星（Giant Star）

矮星的演化有快有慢，慢的可能要几千亿年，而那些质量特别大、温度特别高的，其核心的氢燃料经由核聚变只需数百万年就耗尽，继而离开主序带成为巨星，进入恒星的老年阶段。典型情况下，巨星的半径是太阳半径的10倍至100倍，亮度是太阳的10倍至1000倍。根据光谱的不同，巨星又可分为 红巨星、蓝巨星 等，而比巨星还要大还要亮的，叫 超巨星、特超巨星。

“超巨星”的质量是太阳的10至70倍，亮度为太阳的30000至数百万倍，它们的半径变化也很大，通常是太阳半径的30至500倍，有的甚至超过1000倍，寿命大约1000万至5000万年。“特超巨星”的质量和亮度更是高到无法想象，其寿命只有短暂的几百万年，正因为短暂，“特超巨星”非常罕见，目前我们知道的大约只有100颗。

白矮星（White Dwarf）

恒星在核聚变反应所需燃料耗尽、成为巨星后，其内部辐射压力无法与引力相抗衡最终会导致坍缩，质量不够大的恒星坍缩后依靠 电子简并压力 支撑，成为“白矮星”。白矮星由密度极高的电子简并物质构成，一颗质量与太阳相当的白矮星体积只有地球那么大。

停止了核反应，白矮星的温度会持续降低，当低到不能发出可被侦测的光或热时，它就被称为 “黑矮星”，这是一种假想中的恒星残骸。由于白矮星要达到这种状态所需的时间远大于当前137亿年的宇宙年龄，因此在现今的宇宙中不可能存在黑矮星，而温度最低的白矮星将会是宇宙年龄的观测极限。

中子星（Neutron Star）

质量更大的恒星坍缩后，连电子简并压力也不足以支撑其自身重力，于是电子被压入质子转化为中子，依靠 中子简并压力 与引力保持平衡，形成“中子星”。典型中子星的半径只有几公里到十几公里，质量却在1到2倍太阳质量之间，每立方厘米的中子简并物质可重达上亿吨，此密度大约与原子核的密度相当。中子星的逃逸速度亦可达到光速的一半。

由于恒星在坍缩的时候角动量守恒，坍缩成半径很小的中子星后自转速度往往非常快，又由于其磁轴和自转轴并不重合，磁场旋转时所产生的辐射可能会以一明一灭的方式传到地球，此时的中子星也被称为 “脉冲星”。

超新星（Supernova）

超新星是恒星在演化末期时可能经历的剧烈爆炸。这种爆炸极其明亮，通常能够照亮其所在的整个星系，并持续数周或数月，期间所辐射的能量可与太阳一生中辐射能量的总和相当。

超新星有两种触发方式：突然重新点燃核聚变的 简并恒星，或者大质量恒星的重力塌陷。在第一种情况中，一颗简并的白矮星有可能通过吸积周围物质足够的质量提高核心温度，点燃碳融合，并触发失控的核聚变，将恒星完全摧毁；第二种情况中，大质量恒星（至少5～10太阳质量）核心的氢、氦、碳等元素于核聚变反应中耗尽后，失去热辐射压力支撑的外围物质受重力牵引急速向核心坠落造成引力坍缩，有可能创造一次 超新星爆炸。

超新星爆炸是璨烂的宇宙奇观。185年12月7日，中国天文学家观测到超新星185，在夜空中照耀了八个月。《后汉书·天文志》原书记载：“中平二年十月癸亥，客星出南门中，大如半筵，五色喜怒，稍小，至后年六月消”。这也是人类历史上发现的第一颗超新星。

1006年4月30日，位于豺狼座的SN 1006爆发，可能是有史以来人类记录到的最亮的超新星，据现代天文学家推测其视星等达到-9，人们甚至能够借助它的光芒在半夜阅读。

黑洞（Black Hole）

如前所述，恒星在核聚变反应的燃料耗尽后会坍缩成简并恒星，质量一般大的（小于1.4太阳质量）形成白矮星，质量稍大的（1.4～3.2太阳质量）形成中子星，当质量大于 奥本海默-沃尔科夫极限（3.2太阳质量）时，由于没有任何斥力能够对抗引力，核心坍塌将无限进行下去，最终形成“黑洞”。

在黑洞周围，有一个无法侦测的 “事件视界”，标志着无法返回的临界点，一切进入视界的物质都将被吞噬，包括光；而黑洞中心，则是一个体积无限小、密度无限大、引力无限大的 “奇点”。

对于不自转的黑洞而言，奇点与视界的距离，就是著名的 “史瓦西半径”。任何有质量的物体被压缩到史瓦西半径时，将没有任何已知类型的力可以阻止其自身重力将自己压缩成一个奇点。理论上，太阳的史瓦西半径约为3公里，地球的史瓦西半径只有9毫米，而银河中心的超大质量黑洞的史瓦西半径估计达780万公里。

黑洞是如此神奇乃至科幻，也许人类永远也看不到它真实的模样，永远也体验不了坠入视界的感受，永远也弄不清楚奇点是什么……但我相信，人类对浩瀚宇宙的追求和探索，一定会让我们离地球越来越远，离黑洞越来越近。