1、你或许会想了解，这是什么“天体”?天体，就是指宇宙空间中的宏观物体。这些物体一般指恒星，行星，卫星，星云，彗星，陨石，黑洞等。如果你想学好天体物理，亦或是想学好量子力学，了解这些天体是有很大作用的。这些天体，不光是与宏观的天体物理，或是与量子力学都有关。从光谱，从类型，到发光原理，再到支撑方式，一切都需要这些学科的支撑。想要详细了解，就至少需要理解这些基础天体的知识。为了解开你心中的种种关于“天体”的疑惑，现在，就让我们一起来讲述，关于“天体”的故事吧！第一章:恒星以及演化结果就从我们的造物主开始。我们的故事，都围绕它而展开太阳。假如我们没有这个母亲，我们很难想象我们是如何出现的，我们的地球可
2、能一直一直漂浮在宇宙空间里，我们没有受到可照光的眷顾，我们的一切一切都存在黑暗里。好好想想，这是多么的恐怖，这可能导致生物也无法出现。那么我们的地球就不可以称之为地球了，我们的地球可能只是一片冰冻，毫无生机。总之，快感谢我们的太阳母亲吧！ 1.1恒星回归正题，像这样发光发亮，却很稳定的星体，我们就称之为恒星，如果没有恒星，我们的宇宙可能是黑的。谈到黑，我又想起了一件事，恒星又是黑体。 1. 2黑体什么是黑体？黑体就是不反射不透射任何电磁波，任何辐射和能量的物体，听起来很像黑洞吧？其实不然，黑体还能够自主发射电磁波，辐射和能量。恒星就是如此，只吸收，但发射。（这就是一个黑体，超红巨星大犬座vy，
3、体积在太阳的50亿倍左右，白色剪头所指的点就是我们的太阳 ）而温度的不同又决定了黑体的颜色1.2.1 黑体辐射根据黑体辐射700k以下黑体就是黑色700k以上黑体开始呈现红色4500k以下为橙红色，温度越低越红6000k以下为黄绿色光60007500k为明亮的白色30000k以上为蓝色开尔文（k）是热力学国际温度单位，1k=272.15我们的太阳是橙红色的，这下应该你能估计太阳表面温度了。1.1.1 太阳再继续说我们的太阳先上一点详细数据质量：1.98911030 kg平均密度：1.408103 kg/直径：1.392106 km表面温度：5770K逃逸速度：617.7 km/s视星等：（V）
4、26.74绝对星等：4.83自转周期：25.05天赤经：286.13赤纬：+63.87距地距离：1.496108 km公转周期：（2.252.50）108 a半径：6.955105 km太阳体积大，质量，密度也大，占据了太阳系99%的质量，我们都是她的孩子。太阳（恒星）的结构图在恒星的内部核，存在大量的氢，巨大的密度和压力，使得氢开始进行核聚变，我们的太阳就是因为核聚变而得以发光发亮。所有恒星都在进行核聚变，质量越大，核聚变效应越强大，所以会更亮，就比如参宿七，因为温度极高，而变成了蓝色表面。太阳的核本身是一个能量体，本身就在进行热辐射，所以不会坍塌。太阳的表面和中层，是呈现等离子态的，就像是
5、超级浓超级烫的液体一样。为什么这样的表面不会坍塌呢？核聚变内部向外产生热辐射，热力向外膨胀，而质量又使得恒星向内坍塌，这样一来两种力相互平衡 就形成了恒星的稳定表面。 1.3 变星然而有一种恒星的表面又是不稳定的，那就是脉动变星，想要知道脉动变星是什么概念就得知道啥什么是变星变星一般指的是亮度和电磁辐射与物理性质等会发生变化的恒星，他们的亮度，辐射等一般都不稳定。变星一般分为三种:食变星，脉冲星，爆发星 1.3.1食变星食变星是指双星或多星中，一个恒星遮挡另一个恒星造成的亮度变化 1.3.2 脉冲星而变星里的脉冲星分成两种，一种是不断周期性发射脉冲的脉冲星，脉冲星到后面再阐述。还有一种是自身周
6、期膨胀收缩而导致大小和亮度脉动变化的恒星，也称为脉动变星 1.3.3爆发星第三种变星，爆发星，就是指的亮度突然增强然后又慢慢变暗的恒星，一般指的是新星和超新星，这里到后面再加以阐述1.3.2.1 脉动变星上面所说的表面不稳定的恒星就是脉动变星脉动变星会因为体积的增大增小而改变物理性质，例如亮度，辐射，磁场等。脉动变星还分为三种:规则，半规则，不规则规则指光变周期稳定的半规则指光变有规律但是周期不稳定的不规则指光变周期完全无规律的（光变周期指该脉动变星从亮到暗再到亮的过程所经历的时间） 规则的还分为长周期，短周期长周期为90700天左右短周期为180天左右1.4 恒星的归宿当恒星演变到后期后，燃
7、料开始耗尽，氢聚变开始变弱，热辐射开始变弱，恒星的表皮就开始向内坍塌，由于密度加大，粒子活跃程度变高，温度又开始上升，核心又因为温度上升而加速核聚变。然而这次却并不是燃烧氢，因为氢已经耗尽，所以开始氦聚变。热量开始持续增加，这使得外皮开始膨胀这就迎来了恒星后期的重要变化1.4.1红巨星质量在太阳0.8到8倍的恒星，就演化成了红巨星，这个界限可能不太准，因为红巨星分很多型，每一种都需要不同质量。有兴趣的可以XX一下。因为核聚变的再次加强，红巨星的温度会变高，但是因为发光发热的速度赶不上膨胀，所以表面呈现出类似低温的红色。然而红巨星这个过程很短，只有十万年到几百万年间，相对整个恒星来说，就是短短的
8、一瞬间。最终红巨星最终会慢慢的冷却，脱去外皮，留下一个炙热的内核。1.4.2白矮星而这个核，我们一般称为白矮星，他的表面发出白色光芒，说明表面温度已经非常高。当然，也会存在一些特殊情况，例如红色的矮星，这说明表面温度不足，可能是因为密度质量不足。这个核，并非是在红巨星演化时形成，而是在恒星的末期，当恒星坍塌时，内部温度极高，当温度超过k时，就开始燃烧氦，进行氦聚变，氦聚变燃烧会形成碳，到达更后期，氦核就几乎燃烧成了纯碳结构。这样，虽然可能夹杂一些氧，但是这可以算作是一颗巨大的钻石。白矮星的密度非常大，随便形容一下:一勺子白矮星物质可能把你家地板压个洞并且在地基压个大裂痕。可能有的人思想很广，便
9、问到:为什么白矮星密度这么大，却还不会坍塌呢？根据泡利不相容原理，白矮星呈现简并态有兴趣了解简并态，不妨XX一下。但是，恒星的变化可不止于此，恒星还练就了几十般变化，其中有一个比较经典。1.4.3 超新星那就是超新星，这个名字一定很熟悉吧？当恒星的质量达到太阳的8倍以上时，当它收缩后，再进行膨胀，结果可不是红巨星了。这些恒星的质量大，燃料多。当他们进入了晚期后，外皮收缩，氦开始燃烧，但是由于巨大压力导致了温度过高，就发生了氦聚变失控，发生了新星爆炸。这是其中的一种形成方式。但是有一种可不一样，他们已经把氦也燃烧完，最终形成了铁元素，失去热力，极速向内坍塌，当外皮接触到中心已经形成的核时，又开始
10、极速反弹，形成了超新星爆炸。称之为反弹效应。这种爆炸可不一般，它会使恒星亮度突然增加十几个星等，甚至照亮整个星系，并且以十分之一光速极速扩张。有些新星爆炸，甚至肉眼可在天空中所见，尽管他们非常遥远，但是看起来依然是天空中最亮的。因为亮度突然增强然后慢慢变暗的特性，超新星也是变星的一种。超新星爆炸是下一代星系形成的契机，他们向外抛出了大量元素，包括铁，氧，碳等等这些元素是形成行星的关键，有些富含氢的气体，还会再次演化成恒星。我们的恒星已经是第三代恒星了，俗话说，出来混，总是要还的，恒星也不例外，当了几十亿年老大，总是要还的。超新星也分为很多种类，根据强度，亮度，大概分成了这几种:新星，超新星，超
11、超新星。这种分类也让我不知所云，通过几个超字，虽然很帅气，但是只是模糊描述了强度。科学家们也没有如此忽悠人，他们还分成了Ia型II型等等来详细描述种类，有兴趣不妨wiki一下 。最后，超新星也会越来越暗，冷却了外皮后，留下了两种产物1.4.3.1 中子星其中一种，就是中子星在一开始，超新星爆炸留下的产物，依然是白矮星，但是由于巨大的密度质量，热量高，导致强相互作用力变强，无法形成完整原子，原子的电子开始向原子核坠落，同质子一起形成了中子。因此，整个天体的物质都是由中子紧密排列呈简并态形成的，可以说中子星就是一个巨大的原子。中子星也因为这样而转速极快，达到每秒10圈到30圈。由于更大的密度，中子
12、星的体积一般非常小，只有半径10公里左右。形成中子星，老年恒星的质量要在太阳的1.33.2倍之间，也就是说，一次红巨星演化后，留下的物质依然有可能是中子星。超新星爆炸也可能留下中子星。还有人问我，触摸中子星是什么感觉？我的回答是:我们感觉到与物体之间有间隔，无法穿透，是因为原子都携带电子，电子与电子之间形成斥力，相互排斥，于是你的左手无法穿透右手。但是在中子星是没有电子的，所以你的手将会轻松陷进中子星内，就像你将手插进气体里一样轻松，并且你还会被烫死。中子星拥有极强的辐射，他会自我消耗自身的质量，向外发射辐射，如果将中子星一秒的辐射全部转变为电能，足够人类使用几十亿年。下面是一些数据，仅供参考
13、面积：约300平方公里在10,000至150,000千米/秒之间超过1000万摄氏度内部温度：超过60亿度1030公里1.4.3.1.1 脉冲星一些中子星，由于自传轴和磁轴不重合，自传一周就会发射一次脉冲。它发射脉冲的样子，就像是两条射线在一次一次旋转，非常的漂亮。这种脉冲的频率非常高，并且按周期发射，与脉动变星的变化类似，所以也被当做是变星的一种脉冲星。由于它的信号如此规律，第一次观测到这个脉冲时，甚至被误认为是外星人发来的信号。所有脉冲星都是中子星，并且一般中子星都是脉冲星，但是不是所有中子星都是脉冲星。1.4.3.1.2 磁星在我们观测的中子星中，发现有一种拥有极强的磁场，它就是磁星磁星
14、目前生成的原因还没有详细解释不过有人提出它是因为中子星形成10秒后，内部炙热对流，并且拥有极高转速才会形成的，而转速过低，可能会形成普通中子星。磁星是我们观测天体中，拥有最强磁场的天体。它还因为磁场，亮度，辐射等变化，也被称作磁变星。磁星的寿命一般很短，只有短短十万年。1.4.3.1.3 夸克星一个理论提出，当中子星又一超越极限后，中子星的构成就会破碎，化成更加基本的单位:夸克星。由于一整颗星都是奇夸克组成，呈现简并态存在，因此，我们可以把他看做是一整颗巨大的由奇夸克组成的中子。（这幅图表示了中子星和夸克星内部微观结构的状态，红色为中子星，蓝色夸克星，同质量情况下，夸克星比中子体积小，更加紧密
15、）可惜的是，目前还没有直接观测到夸克星。它现在只是一个理论，我们仍有可能在未来找到1.4.3.2黑洞前面说到，超新星会留下两种产物，其中一种，就是上面所述的，他们都是中子星的分类，都算是中子星。而另一种，就是宇宙中的怪物:如果留下的中子星，质量达到太阳的3.2倍，并且演化达到它的史瓦西半径，史瓦西半径指一个物体依据他的质量，能压缩成黑洞的半径，例如以地球的质量，将地球压缩到半径9mm，地球就会变成黑洞。（话说你能想象地球压缩到1.8cm大小的样子吗？与一个弹珠相当）这个中子星就会坍塌成一个黑洞（图为黑洞引力场内弯曲的光线）我们看到的黑洞表面，并不是黑洞，那单单只是它的视界。黑洞本身，由于密度的
16、无限大，导致了体积的无限小。可以说，黑洞本身就是一个点。什么是视界呢?视界就是以光速运行，正好不能逃逸黑洞，也不会被吸收的范围。逃逸指的是，能从表面逃脱该星体，并且逃逸到无限远的地方的速度。例如逃逸地球大概需要11km/s。在黑洞的引力场中，连光速也无法从表面逃逸，只有超过一定范围后，才能逃脱，那个范围就是视界。而正好处在这个位置的光线，无法逃脱，也不至于掉落。于是这些光线围绕黑洞旋转，形成闭光锥。这个闭光锥不向外发射电磁波和辐射，而进来的光线也直接被黑洞吞掉，所以视界看起来是黑的。另外，质量越大的黑洞就会拥有表面积更大的视界，因为光逃脱这个黑洞的距离会更加的远，掉入距离会更近。有趣的是，科学
17、家门推导出，根据黑洞熵公式，当视界面积更大时，视界的表面积反而温度会更低。不光是这样，霍金预言，黑洞其实并不黑，根据海森堡不确定原理，量子涨落和宇称不守恒原理，真空中会暂时能量不守恒，突然出现一对正负虚粒子，然后相撞消失以符合能量守恒。但是如果这对正负虚粒子突然出现在视界边界，正粒子掉入黑洞，而反粒子会逃逸到无限远。（特别注意，逃逸的一定是反粒子，因为黑洞外是普通时空，只允许反粒子存在）为了使能量守恒，多出的这份反粒子的能量就必须带走一份能量，带走的这份能量就是黑洞的质量（质量等于能量），这使得黑洞的质量会越来越小，并且从观测上看，黑洞并不是黑的，而是在辐射，这样的现象，就被称之为“霍金辐射”
18、霍金辐射也解释了黑洞的最终结局，并且在欧洲大型强子对撞机中，出现的微型黑洞最终蒸发消失，可能证明了黑洞的霍金辐射。需要注意的是，我们的黑洞虽然黑，但是一点也不难以观测，它拥有大量的特征，例如弯曲的光线，强大的引力场等。黑洞是有趣的，但是却是这个宇宙的最恐怖的怪物，这样说可能感觉不够直观?请看下图。（NGC 1277黑洞的视界半径是地球绕日轨道直径的几万倍）如上图所视，NGC 1277的引力场，可能覆盖了他所在一整个星系，可以说，所有恒星体统都绕它转，而更近的地方直接有几个恒星围绕它转。而一般类似这样的黑洞，都会成为一个星系的中心。这样看来，主宰宇宙的似乎还是黑洞。1.4.3.2.1类星体在早起
19、星系行程过程中，大量物质被引导到星系主黑洞内，X射线增强，使得这个早期星系亮度突然增亮，比起其他普通星系亮几百倍。而相比十万光年直径的星系，类星体的直径只有一光天，相比起来，类星体非常渺小。黑洞吸收物质并不是一下吞掉的，而是慢慢的吸收几亿年，被吸收的物质会旋转围绕黑洞掉入，这个过程中粒子摩擦极强，极度活跃，就发在视界外辐出了X射线，成为观测黑洞的有力证据。而类星体，就是描述这个过程极强的反应，最终形成了类星体，使得局部亮度突然增强。目前为止，类星体的形成描述也还不够完善，黑洞吸收物质一说，也只是众多假说之一。希望未来有才人能补充详细。 1.4.2.1黑矮星我们的求知欲，是这个星球中最强的。我们
20、从上面知道黑洞的最终结局是蒸发掉，但是，例如白矮星，中子星这类天体的最终结局呢?他们的结局，最终都是演化成视星等低到无法直接观测的黑矮星。黑矮星，顾名思义，就是黑色的矮星。在后期它还是白矮星或是中子星时，辐射太多量，导致逐渐变得寒冷而转变成黑矮星。黑矮星不发射辐射，因此很难观测到，即使是微波辐射，也有可能被宇宙微波背景辐射覆盖。只能通过引力感测。也因为相对质量小而难以感测。不论是白矮星，中子星，都会演化成黑矮星。白矮星自然不用说，会自然演化成黑矮星，但是中子星等呢?中子星燃烧完毕后，内部温度开始降低到强相互作用继续发挥效应，原子又可以继续形成，而最后形成的原子包括碳原子，少量氧原子等。这些原子
21、排列在天体内，就形成了类似白矮星的天体。但是他么不像白矮星一样发光，所以就成为黑矮星。现在为止，黑矮星还只是理论上的存在，经过计算，现有的白矮星或是中子星，都还没有足够的时间演化成黑矮星。所以，目前观测黑矮星的数量为零。我认为其实已经存在黑矮星了，因为难以观测而难以发现，毕竟我们宇宙已经演化到历四代恒星了。第一章结束语宇宙天体第一章恒星以及演化结果就到此结束了，我们已经讲完了所有关于恒星的天体的故事。我们到这里也就差不多了解了这些基本天体。其实，在本篇文章中，省略了几十种极为详细的关于恒星的天体，例如褐矮星，I型超新星，Ia型超新星，还有许多变星。不过不用担心，当您了解了上述天体后，您关于天体的知识就已经打下了坚实的基础，学习其他分类的天体也是非常的容易。我的用意是，让每一个读者都能详细了解这些基础，扩展大家的视野。如果您还有兴趣了解更多天体，请关注我撰写的下一章，宇宙天体第二章类行星天体我会尽快地推出。天体物理知识可不止于天体，我还会推出关于宇宙系统的文章，宇宙系统，有兴趣请多多关注。
