在我们看来,恒星都是一些光点,可能只是颜色或大小有点不同,但实际上每颗恒星的大小、颜色和温度等性质都是干差万别的。看看这一页左边的这个模糊影像,这是一个圆形的蓝超巨星边缘的一小部分;而右下角这个红色的星星,是一颗红矮星。可以看到它们的区别了吧?而决定恒星个性的最重要一个因素,就是它们的质量。
恒星的质量
我们最熟悉的恒星是太阳,因此通常用太阳的质量,也就是1.98855×1030千克来衡量恒星质量的大小。比如,天文学家把质量不到太阳2倍的恒星称为小质量恒星,虽然它们的质量用千克来计量已经是名副其实的天文数字了;而天文学家口中的大质量恒星,要不低于7个太阳质量。最小的恒星质量相当于0.08个太阳,再小的话就不足以维持核聚变,无法成为恒星了。至于最大的恒星有多大,天文学家还没有定论,一般认为它们的质量可能超过太阳质量的200倍。目前已知质量最大的恒星是船底座的海山二,它的质量是太阳的150倍。
恒星的质量和它们的体积、光度、温度、颜色和寿命都密切相关,质量决定着一颗恒星的发展历程。质量越大的恒星,比起质量较小的恒星寿命更短。你或许会感到奇怪,因为质量越大,意味着燃料也就越多。但其实,恒星质量越大,核心温度就越高,聚变反应就越激烈,核燃料消耗得也就越快。这样一来,大质量恒星虽然“家大业大”,但架不住“挥霍无度”,它们总是早早耗尽核燃料,有些仅用几百万年就匆匆“走过了一生”。反过来,小质量恒星消耗核燃料的速度要慢得多,比如比太阳小得多的红矮星,寿命可以高达几百亿年,几乎可以与宇宙同寿。
测量恒星的质量并不容易,实际上,只有处在双星系统中的恒星,天文学家才能准确地测出其质量。在双星系统中,两颗恒星围绕着共同的质量中心。通过研究和计算它们的轨道,科学家能够用公式计算出它们的质量。当然,也可以根据恒星的颜色等性质推断它的质量,但这样只能得到一个粗略的估计值。
对于主序星,就是处于恒星一生中最长的壮年阶段的恒星来说,质量越大,发光也就越强。根据已知的公式,知道了一颗主序星的质量,我们就可以算出它的半径和光度。不过对于不在主序星阶段的恒星来说,情况就复杂多了。有的恒星可能质量不大但体积却很庞大,如红巨星。也有的恒星可能质量较大但体积极小,如白矮星和中子星。
恒星的温度和颜色
恒星是产生热与光的巨大气体球,虽然它们都很热,但温度并不一样。在此之前,我们要先了解恒星有不同的层。最外面的层是表层,通常是恒星最冷的部分。进入恒星内层越深,压力就越大,温度也越高。恒星的中心就是核心,也是最热的部分。在核心与表层之间是恒星的壳层。壳层的温度在各个部位是不同的,通常比表层热,比核心冷。
主序星的温度主要也是由质量决定的。太阳的核心温度为1.5亿K(开尔文),表面温度大约为5800K。质量越小,恒星温度就越低,比如红矮星的质量很小,表面温度一般在4000K以下;质量越大的恒星温度越高,比如质量非常巨大的蓝超巨星,表面温度甚至可以达到30000K。
恒星发光是一种热辐射,这种辐射虽然包含了各种颜色的光,但不同颜色所占比例是不一样的。温度越高,发出的光中蓝紫色成分越多,红色越少;反过来,温度越低,红色成分就越多。红色星的温度是最低的,只有2600K~3600K,黄色星有5000K~6000K,白色星有7700K~11500K,蓝色星温度最高,为25000K~40000K。
现在你明白为什么前面提到质量最小的恒星叫红矮星,而质量最大的那类恒星叫蓝超巨星了吧。