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《科普哲学：天文大观》作者：佚名
一、太阳系
二、宇宙
三、灿烂星空
四、时间总论
五、北京古观象台
六、赤道经纬仪
七、张衡
太阳家族
宇宙探秘
星座与神话
天文台
天文仪器
天文学家
时间历法
带着面纱的近邻——金星
躺在轨道上运行——天王星
万物之源——太阳 众神信使——水星
红色战神——火星 九星之王——木星
宇 宙 恒 星 星 系
星 云 星 团 红 巨 星 白 矮 星
双 星 新 星 中 子 星 脉 冲 星 黑 洞 白 洞
灿 烂 星 空
春 季 星 空 大 熊 座
夏 季 星 空 天 琴 座
秋 季 星 空 仙 女 座
冬 季 星 空 金 牛 座
美国帕洛马山天文台 英国格林威治天文台
英格兰巨石阵 玛雅天文台 印度德里天文台
北京古观象台 紫金山天文台 河南登封观星台
水运仪象台 日晷 圭表
赤道经纬仪 黄道经纬仪 地平经纬仪
地平经仪 玑衡抚辰仪 纪限仪 玑衡抚辰仪
天体仪 浑仪 纪限仪 象限仪 仰仪 漏刻 沙漏
张衡 祖冲之 一行 沈括 郭守敬 徐光启
托勒玫 哥白尼 第谷·布拉赫 布鲁诺 伽利略
开普勒 惠更斯 牛顿 哈雷 康德 梅西耶 拉普拉斯
高斯 贝塞尔 勒威耶 亚当斯 海尔 爱因斯坦 沙普利 哈勃
时间总论 历法总论
阴阳历(上) 阴阳历(下)
星期的由来 回归年 恒星日和真太阳日
平太阳日和平太阳时 地方时、区时和世界时
太阳家族
宇宙探秘
星座与神话
天文台
天文仪器
天文学家
时间历法
太阳家族
太阳系 万物之源——太阳广寒宫——月球
众神信使——水星 红色战神——火星九星之王——木星
我们的家园——地球 带着面纱的近邻——金星 最美丽的行星——土星
躺在轨道上运行——天王星 神秘的淡蓝色——海王星最遥远的行星——冥王星
太阳家族
宇宙探秘
星座与神话
天文台
天文仪器
天文学家
时间历法
宇宙探秘
黑 洞 白 洞
宇 宙恒 星星 系
星 云星 团双 星
新 星红 巨 星白 矮 星
中 子 星 脉 冲 星
一、太阳系
太阳系是由太阳、行星及其卫星、小行星、彗星、流星和行星际物质构成的天体系统，太阳是太阳系的中心。在庞大的太阳系家族中，太阳的质量占太阳系总质量的99.8％，九大行星
以及数以万计的小行星所占比例微忽其微。它们沿着自己的轨道万古不息地绕太阳运转着，同时，太阳又慷慨无私地奉献出自己的光和热，温暖着太阳系中的每一个成员，促使他们不停地
发展和演变。
在这个家族中，离太阳最近的行星是水星，向外依次是金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星和冥王星。它们当中，肉眼能看到的只有五颗，对这五颗星，各国命名不同，
我国古代有五行学说，因此便用金、木、水、火、土这五行来分别把它们命名为金星、木星、水星、火星和土星，这并不是因为水星上有水，木星上有树木才这样称呼的。而欧洲呢，则是
用罗马神话人物的名字来称呼它们。近代发现的三颗远日行星，西方按照以神话人物名字命名的传统，以天空之神、海洋之神和冥土之神的名称来称呼它们，在中文里便相应译为天王星、
海王星和冥王星。
九大行星与太阳按体积由大到小排序为太阳、木星、土星、天王星、海王星、地球、金星、火星、水星、冥王星。它们按质量、大小、化学组成以及和太阳之间的距离等标准，大致可
以分为三类：类地行星〈水星、金星、地球、火星〉；巨行星〈木星、土星〉；远日行星〈天王星、海王星、冥王星〉。它们在公转时有共面性、同向性、近圆性的特征。在火星与木星之
间存在着数十万颗大小不等，形状各异的小行星，天文学把这个区域称为小行星带。除此以外，太阳系还包括许许多多的彗星和无以计数的天外来客——流星。
万物之源——太阳
清晨，当太阳从漫天红霞中喷薄而出，把万丈金光洒向大地，一种蓬勃向上的激情，就会油然而生。看到这个充满生机的世界，人们不能不热爱和赞美赐予我们生命和力量的万物主宰
——太阳。
中华民族的先民把自己的祖先炎帝尊为太阳神。而在绚丽多彩的希腊神话中，太阳神被称为“阿波罗”。他右手握着七弦琴，左手托着象征太阳的金球，让光明普照大地，把温暖送到
人间，是万民景仰的神灵。在天文学中，太阳的符号“⊙”和我们的象形字“日”十分相似，它象征着宇宙之卵。
太阳的质量相当于地球质量的33万多倍，体积大约是地球的130万倍，半径约为70万公里，是地球半径的109倍多。虽然如此，她在宇宙中也只是一个普通的恒星。
太阳的内部，从里向外，由核反应区、辐射区、对流区三个层次组成。
众神信使——水星
水星是九大行星中最靠近太阳的行星，中国古代称水星是辰星。西方人叫它墨丘利，墨丘利是罗马神话中专为众神传递信息的使者，而水星也不愧为信使的称号：它是太阳系中运动最
快的行星。水星公转平均速度为每秒48公里，公转周期约为88天。
由于水星距离太阳太近了，个头又小，人们平时很难看到它。水星的表面和月球表面极为相似。其上布满了大大小小的环形山。水星的大气极为稀薄，昼夜温差很大，白天表面温度可
达427度以上， 黑夜最低温度可降到零下173度左右。
水星的半径为2440公里，是地球半径的38.3％。水星的体积是地球的5.62％，质量是地球的0.05倍。水星外貌如月，内部却像地球，也分为壳、幔、核三层。天文学家推测水星的外壳
是由硅酸盐构成的，其中心有个比月球还大的铁质内核。
水星的自转周期为58.646日，自转方向与公转方向相同。由于自转周期与公转周期很接近，所以水星上的一昼夜比水星自转一周的时间要长得多。 它的一昼夜为我们的176天，白天和
黑夜各88天。
水星没有卫星，因此水星的夜晚是寂寞的，那里没有“月亮”，除了太阳以外，天空中最亮的星是金星。
带着面纱的近邻——金星
天亮前后，东方地平线上有时会看到一颗特别明亮的“晨星”，人们叫它“启明星”；而在黄昏时分，西方余辉中有时会出现一颗非常明亮的“昏星”，人们叫它“长庚星”。这两颗
星其实是一颗，即金星。金星是太阳系的九大行星之一，按离太阳由近及远的次序是第二颗。它是离地球最近的行星。
金星，在中国民间称它为“太白”或“太白金星”。古代神话中，“太白金星”是一位天神。古希腊人称金星为“阿佛洛狄忒”，是代表爱与美的女神。而罗马人把这位女神称为“维
纳斯”，于是金星也被称为维纳斯了。
除太阳和月亮之外，金星是全天最亮的星，亮度最大时为-4.4等，比著名的天狼星（除太阳外全天最亮的恒星）还要亮14倍。金星没有卫星，因此金星上的夜空没有“月亮”，最亮的
“星星”是地球。由于离太阳比较近，所以在金星上看太阳，太阳的大小比地球上看到的大1.5倍。
有人称金星是地球的孪生姐妹，确实，从结构上看，金星和地球有不少相似之处。金星的半径约为6073公里，只比地球半径小300公里，体积是地球的0.88倍，质量为地球的4/5；平均
密度略小于地球。但两者的环境却有天壤之别：金星的表面温度很高，不存在液态水，加上极高的大气压力和严重缺氧等残酷的自然条件，金星不可能有任何生命存在。因此，金星和地球
只是一对“貌合神离”的姐妹。
金星大气中，二氧化碳最多，占97％以上。同时还有一层厚达20到30公里的由浓流酸组成的浓云。金星表面温度高达465至485度，大气压约为地球的90倍。
金星的自转很特别，自转方向与其它行星相反，是自西向东。因此，在金星上看，太阳是西升东落。它自转一周要243天，但金星上的一昼夜特别长， 相当于地球上的117天， 这就是
说金星上的“一年”只有“两天”，一年中只能看到两次“日出”。金星绕太阳公转的轨道是一个很接近正圆的椭圆形，其公转速度约为每秒35公里，公转周期约为224.70天。
我们的家园——地球
地球是什么形状的？她来自哪里？ 早在170万年前，人类就对自己的家园——地球，产生了各种美丽的遐想，编织成许多绚丽多彩的传说。中国古代就有盘古开天辟地的故事，古希腊
神话讲开天辟地时，传说宇宙是从混沌之中诞生的，最先出现的神是大地之神——该亚。天空、陆地、海洋都是由她而生，因此人们尊称她为“地母”。
地球已经是一个46亿岁的老寿星了，她起源于原始太阳星云。约在30—40亿年前，地球已经开始出现最原始的单细胞生命，后来逐渐进化，出现了各种不同的生物。地球的平均赤道半
径为6378.14公里，比极半径长21公里。
地球的内部结构可以分为三层：地壳、地幔和地核。在地球引力的作用下，大量气体聚集在地球周围，形成包层，这就是地球大气层。
地球就像一只陀螺，沿着自转轴自西向东不停地旋转着。她的自转周期为23小时56分4秒，约等于24小时。 同时，地球还围绕太阳公转，她的公转轨道是椭圆形，轨道的半长径达到
149,597,870公里。 公转一周要365.25天，为一年。
广寒宫——月球
每当夜幕降临，一轮明月升上夜空，清澈的月光洒满大地，让人产生无数情思遐想。文人墨客更是对月亮倍加青睐，唐代诗人张若虚的“江上何人初见月，江月何年初照人”，还有宋
代文学家苏轼的“明月几时有，把酒问青天”，都可称得上是脍炙人口的咏月佳句。
月球俗称月亮，也称太阴。在中国古代神话中，关于月亮的故事数不胜数。古希腊神话中，月亮女神的名字叫阿尔特弥斯，同时她也是狩猎女神。月球的天文符号好象弯弯的娥眉，同
时象征着阿尔特弥斯的神弓。
皓月当空，我们能够清楚地看到它上面有阴暗的部分和明亮的区域。早期的天文学家在观察月球时，以为发暗的地区都有海水覆盖，因此把它们称为“海”。著名的有云海、湿海、静
海等。而明亮的部分是山脉，那里层峦叠嶂，山脉纵横，到处都是星罗棋布的环形山。 位于南极附近的贝利环形山直径295公里，可以把整个海南岛装进去。 最深的环形山是牛顿环形山，
深达8788公里。除了环形山，月面上也有普通的山脉。高山和深谷叠现，别有一番风光。
月球的年龄，大约也是46亿年，它与地球形影相随，关系密切。月球也有壳、幔、核等分层结构。最外层的月壳平均厚度约为60～65公里。月壳下面到1000公里深度是月幔，它占了月
球的大部分体积。月幔下面是月核，月核的温度约为1000度，很可能是熔融状态的。月球直径约3476公里，是地球的3/11。体积只有地球的1/49，质量约7350亿亿吨，相当于地球质量的
1/81，月面的重力差不多相当于地球重力的1/6。
红色战神——火星
火星是九大行星之一，按照距离太阳由近及远的次序为第四颗。肉眼看去，火星是一颗引人注目的火红色星，它缓慢地穿行于众星之间，在地球上看，它时而顺行时而逆行，而且亮度
也常有变化，最暗时视星等为+1.5，最亮时比天狼星还亮得多，达到-2.9。由于火星荧荧如火，亮度经常变化，位置也不固定，所以中国古代称火星为“荧惑”。而在古罗马神话中，则把
火星比喻为身披盔甲浑身是血的战神“玛尔斯”。在希腊神话中，火星同样被看做是战神“阿瑞斯”。
火星表面的土壤中含有大量氧化铁，由于长期受紫外线的照射，铁就生成了一层红色和黄色的氧化物。夸张一点说，火星就像一个生满了锈的世界。由于火星距离太阳比较远，所接收
到的太阳辐射能只有地球的43％，因而地面平均温度大约比地球低30多摄氏度，昼夜温差可达上百摄氏度。在火星赤道附近，最高温度可达20℃左右。火星上也存在大气。其主要成份是二
氧化碳，约占95％，还有极少量的一氧化碳和水汽。
火星比地球小，赤道半径为3395公里，是地球的一半， 体积不到地球的1/6，质量仅是地球的1/10。 火星的内部和地球一样，也有核、幔、壳的结构。
火星的自转和地球十分相似，自转一周的时间为24小时37分22.6秒。火星上的一昼夜比地球上的一昼夜稍长一点。火星公转一周约为687天，火星的一年约等于地球的两年。
火星有两个卫星。靠近火星的一个叫火卫一，较远的一个叫火卫二。由于火星在希腊神话中被看做是战神阿瑞斯，所以天文学家以阿瑞斯的两个儿子——福波斯和德瑞斯命名它的两颗
卫星。
九星之王——木星
木星是九大行星中最大的一颗，可称得上是“九星之王”了。按距离太阳由近及远的次序排第五颗。在天文学上，把木星这类巨大的行星称为“巨行星”。木星还是天空中最亮的星星
之一，其亮度仅次于金星，比最亮的恒星天狼星还亮。
在我国古代，木星曾被人们用来定岁纪年，由此而被称做“岁星”。西方天文学家称木星为“朱庇特”，朱庇特是罗马神话中的众神之王，相当于希腊神话中无所不能的宙斯。
木星是一个扁球体，它的赤道直径约为142800公里，是地球的11.2倍；体积则是地球的1316倍；而它的质量是太阳系所有行星、卫星、小行星和流星体质量总和的一倍半，也就是地球
质量的318倍。 如果把地球和木星放在一起，就如同芝麻与西瓜之比一样悬殊。但木星的密度很低，平均密度仅为1.33克／立方厘米。
木星大气的成分和太阳差不多，中心温度达30000摄氏度，上层大气的温度却在零下140摄氏度左右。木星上还有很强的磁场，表面的磁场强度大约是地球磁场的10倍。木星的内部结构
也与众不同，它没有固体外壳，在浓密的大气之下是液态氢组成的海洋。木星的内部是由铁和硅组成的固体核，称为木星核，温度高达30000摄氏度。
木星自转速度非常快， 赤道部分的自转周期为9小时50分30秒，是太阳系中自转最快的行星。它的自转轴几乎与轨道面相垂直。由于自转很快，星体的扁率相当大，借助望远镜，就能
看出木星呈扁圆状。木星在一个椭圆轨道上以每秒13公里的速度围绕着太阳公转， 轨道的半长径约为5.2天文单位。它绕太阳公转一周约需11.86年， 所以木星的一年大约相当于地球的12
年。
木星是太阳系中卫星数目较多的一颗行星。迄今为止我们已经发现木星有16颗卫星，它们与木星组成了一个家族：木星系。
最美丽的行星——土星
土星是太阳系九大行星之一，按离太阳由近及远的次序是第六颗；按体积和质量都排在第二位，仅次于木星。它和木星在很多方面都很相似，也是一颗“巨行星”。从望远镜里看去，
土星好象是一顶漂亮的遮阳帽飘行在茫茫宇宙中。它那淡黄色的、橘子形状的星体四周飘拂着绚烂多姿的彩云，腰部缠绕着光彩夺目的光环，可算是太阳系中最美丽的行星了。
古时候，我们称土星为“镇星”或“填星”，而西方则称之为克洛诺斯。无论是东方还是西方，都把这颗星与人类密切相关的农业联系在一起。
土星是扁球形的，它的赤道直径有12万公里，是地球的9.5倍， 两极半径与赤道半径之比为0.912，赤道半径与两极半径相差的部分几乎等于地球半径。土星质量是地球的95.18倍，体
积是地球的730倍。虽然体积庞大，但密度却很小，每立方厘米只有0.7克。
土星内部也与木星相似，有一个岩石构成的核心。核的外面是5000公里厚的冰层和8000公里的金属氢组成的壳层，最外面被色彩斑斓的云带包围着。土星的大气运动比较平静，表面温
度很低，约为零下140摄氏度。
土星以平均每秒9.64公里的速度斜着身子绕太阳公转，其轨道半径约为14亿公里，公转速度较慢，绕太阳一周需29.5年，可是它的自转很快，赤道上的自转周期是10小时14分钟。
土星的美丽光环是由无数个小块物体组成的，它们在土星赤道面上绕土星旋转。土星还是太阳系中卫星数目最多的一颗行星，周围有许多大大小小的卫星紧紧围绕着它旋转，就象一个
小家族。到目前为止，总共发现了23颗。土星卫星的形态各种各样，五花八门，使天文学家们对它们产生了极大的兴趣。最著名的“土卫六”上有大气，是目前发现的太阳系卫星中，唯一
有大气存在的天体。
躺在轨道上运行——天王星
天王星是一颗远日行星，按照距离太阳由近及远的次序是第七颗。在西方，天王星被称为“乌剌诺斯”，他是第一位统治整个宇宙的天神。他与地母该亚结合，生下了后来的天神，是
他费尽心机将混沌的宇宙规划得和谐有序。在中文中，人们就将这个星名译做“天王星”。
天王星是一个蓝绿色的圆球，它的表面具有发白的蓝绿色光彩和与赤道不平行的条纹，这大概是由于自转速度很快而导致的大气流动。 天王星的赤道半径约为25900公里，体积是地球
的65倍。质量约为地球的14.63倍。 天王星的密度较小，平均密度每立方厘米1.24克。天王星大气的主要成分是氢、氦和甲烷。
天王星的公转轨道是一个椭圆，轨道半径长为29亿公里，它以平均每秒6.81公里的速度绕太阳公转，公转一周要84年，自转周期则短得多，仅为15.5小时。在太阳系中，所有的行星基
本上都遵循自转轴与公转轨道面接近垂直的运动，只有天王星例外，它的自转轴几乎与公转轨道面平行，赤道面与公转轨道面的交角达97度55分，也就是说它差不多是“躺”着绕太阳运动
的。于是有些人把天王星称做“一个颠倒的行星世界”。
天王星上的昼夜交替和四季变化也十分奇特和复杂，太阳轮流照射着北极、赤道、南极、赤道。因此，天王星上大部分地区的每一昼和每一夜，都要持续42年才能变换一次。太阳照到
哪一极，哪一极就是夏季，太阳总不下落，没有黑夜；而背对着太阳的那一极，正处在漫长黑夜所笼罩的寒冷冬季之中。 只有在天王星赤道附近的南北纬8度之间，才有因为自转周期而引
起的昼夜变化。
天王星和土星一样，也有美丽的光环，而且也是一个复杂的环系。它的光环由20条细环组成，每条环颜色各异，色彩斑斓，美丽异常。二十世纪70年代的这一发现，打破了土星是太阳
系唯一具有光环的行星这一传统认识。天王星有15颗卫星，几乎都在接近天王星的赤道面上，绕天王星转动。
神秘的淡蓝色——海王星
海王星是远日行星之一，按照同太阳的平均距离由近及远排列，为第八颗行星。它的亮度仅为7.85等，只有在天文望远镜里才能看到它。由于它那荧荧的淡蓝色光，西方人用罗马神话
中的海神——“尼普顿”的名字来称呼它。在中文里，把它译为海王星。
海王星的赤道半径为24750公里， 是地球赤道半径的3.88倍，海王星呈扁球形，它的体积是地球体积的57倍，质量是地球质量的17.22倍， 平均密度为每立方厘米1.66克。海王星在太
阳系中，仅比木星和土星小，是太阳系的第三大行星。
现在认为，海王星内部有一个质量和地球差不多的核，核是由岩石构成的，温度约为2000到3000摄氏度，核外面是质量较大的冰包层，再外面是浓密的大气层，大气中主要含有氢，还
有甲烷和氨等气体。海王星是一个狂风呼啸、乱云飞渡的世界，在大气中有许多湍急紊乱的气旋在翻滚。
海王星的自转周期为22小时左右，它的赤道面和轨道面的交角是28度48分，海王星绕太阳公转的轨道很接近正圆形，轨道面和黄道面的夹角很小，只有1度8分，它以平均每秒5.43公里
的速度公转，大约要164.8年才能绕太阳一周，从1846年发现到现在，它还没走完一个全程呢。
在海王星的四季中，冬季、夏季温差很小，不像地球这么显著。 由于海王星离太阳太远（约为4.5亿公里，是地球与太阳距离的30倍），在它表面每单位面积受到的日光辐射只有地球
上的1/900， 日光强度仅仅相当于一个不到一米远的百瓦灯泡所发光线的强度，因此它表面温度很低，通常在零下200摄氏度以下。
到目前为止，已经发现海王星有8颗卫星。
最遥远的行星——冥王星
在九大行星中，离太阳的平均距离最远，质量最小的行星，要算冥王星了。它在远离太阳59亿公里的太空中跚跚前行。在西方，人们用罗马神话中住在阴森森地狱里的冥王普鲁托来称
呼它，中文则译为冥王星。
冥王星的质量值为0.0024倍地球质量，体积为地球体积的0.009倍，赤道直径约为2400公里， 平均密度为1.5克/立方厘米，是太阳系中最小的一颗行星，还没有月球大。
冥王星距离太阳太远，接受太阳辐射极少，所以表面温度很低，估计表面平均温度低于零下200摄氏度。如此的低温使大部分物质已凝结为固态或液态， 只有氢、氦、氖还可能是气态
。因此，冥王星如果有大气的话，也是极稀薄的，透明的。
冥王星的公转周期为248年。 它绕太阳公转的轨道非常奇特，是一个扁长的椭圆形，偏心率达到0.25。冥王星离太阳最近时只有43亿公里，比海王星离太阳还近；离太阳最远时可达72
亿公里。另外，八大行星绕太阳旋转的轨道基本都在黄道面内，而冥王星的轨道则与黄道面有17度左右的交角，因而冥王星有时在八大行星的上面运行，有时又跑到了它们的下面。冥王星
的自转周期比较长，约为6天零9个小时。根据冥王星卫星的资料，估算出冥王星的自转轴与公转轴交角大于60度，因而是侧向自转，与天王星相似。
目前发现冥王星只有一颗卫星，被命名为“查龙”。查龙的公转周期与冥王星的自转周期一样，都是6.39天，这样的卫星也叫做同步卫星，这是太阳系内唯一的一颗天然的同步卫星，
因此在冥王星上看到它的卫星是一个静止不动的大“月亮”。查龙的直径为850公里， 是冥王星的三分之一。对于个头不算大的冥王星来说，这颗卫星确实有点大得出奇了。
二、宇宙
宇宙，是我们所在的空间，“宇”字的本义就是指“上下四方”。
地球是我们的家园；
而地球仅是太阳系的第三颗行星；
而太阳系又仅仅定居于银河系巨大旋臂的一侧；
而银河系，在宇宙所有星系中，也许很不起眼……
这一切，组成了我们的宇宙：
宇宙，是所有天体共同的家园。
宇宙，又是我们所在的时间，“宙”的本意就是指“古往今来”。
因为，我们的宇宙不是从来就有的，它也有着诞生和成长的过程。现代科学发现，我们的宇宙大概形成于二百亿年以前。在一次无比壮观的大爆炸中，我们的宇宙诞生了！（这就是著
名的“大爆炸”理论。）
宇宙一经形成，就在不停地运动着。科学家发现，宇宙正在膨胀着，星体之间的距离越来越大。
宇宙的明天会怎样？许多的科学家正为此辛勤工作着。这也许永远是一个谜，一个令人无限神往的谜。
恒星
在地球上遥望夜空，宇宙是恒星的世界。
恒星在宇宙中的分布是不均匀的。从诞生的那天起，它们就聚集成群，交映成辉，组成双星、星团、星系……
恒星是在熊熊燃烧着的星球。一般来说，恒星的体积和质量都比较大。只是由于距离地球太遥远的缘故，星光才显得那么微弱。
古代的天文学家认为恒星在星空的位置是固定的，所以给它起名“恒星”，意思是“永恒不变的星”。可是我们今天知道它们在不停地高速运动着，比如太阳就带着整个太阳系在绕银
河系的中心运动。但别的恒星离我们实在太远了，以至我们难以觉察到它们位置的变动。
恒星发光的能力有强有弱。天文学上用“光度”来表示它。所谓“光度”，就是指从恒星表面以光的形式辐射出的功率。恒星表面的温度也有高有低。一般说来，恒星表面的温度越低
，它的光越偏红；温度越高，光则越偏蓝。而表面温度越高，表面积越大，光度就越大。从恒星的颜色和光度，科学家能提取出许多有用信息来。
历史上，天文学家赫茨普龙和哲学家罗素首先提出恒星分类与颜色和光度间的关系，建立了被称为“赫-罗图的”恒星演化关系，揭示了恒星演化的秘密。“赫-罗图”中，从左上方的
高温和强光度区到右下的低温和弱光区是一个狭窄的恒星密集区，我们的太阳也在其中；这一序列被称为主星序，90％以上的恒星都集中于主星序内。在主星序区之上是巨星和超巨星区；
左下为白矮星区。
恒星诞生于太空中的星际尘埃（科学家形象地称之为“星云”或者“星际云”）。
恒星的“青年时代”是一生中最长的黄金阶段——主星序阶段，这一阶段占据了它整个寿命的90％。在这段时间，恒星以几乎不变的恒定光度发光发热，照亮周围的宇宙空间。
在此以后，恒星将变得动荡不安，变成一颗红巨星；然后，红巨星将在爆发中完成它的全部使命，把自己的大部分物质抛射回太空中，留下的残骸，也许是白矮星，也许是中子星，甚
至黑洞……
就这样，恒星来之于星云，又归之于星云，走完它辉煌的一生。
绚丽的繁星，将永远是夜空中最美丽的一道景致。
星系
当遥望星空时，横贯天际、蔚为壮观的银河总能让人们欣然神往，思绪万千。仔细观察的话，我们也能看出银河实际上是由许许多多颗星星所组成的。在天文学中，我们把这种由千百
亿颗恒星以及分布在它们之间的星际气体、宇宙尘埃等物质构成的，占据了成千上万亿光年空间距离的天体系统叫做“星系”。我们的太阳就是银河系中普通的一颗恒星。
银河并不是宇宙中唯一的星系：通过各种方法，人们已经观察到的星系已经有好几万个了！不过，由于距离太遥远，它们看起来远不如银河那么壮丽。借助望远镜，它们看起来还只像
朦胧的云雾。离咱们银河系最近的星系——大麦哲伦星云和小麦哲伦星云，距离我们银河系也有十几万光年。一般地，我们把除银河以外的星系，统称为“河外星系”。
星系在早期曾被归到星云中，直到1924年，在准确测定了仙女座星云（现应严格称为“仙女座河外星系”）的距离后，星系的存在才正式确立。
星系的形状是多种多样的。我们可以粗略地划分出椭圆星系、透镜星系、漩涡星系、棒旋星系和不规则星系等五种来。星系在太空中的分布也并不是均匀的，往往聚集成团。少的三两
成群，多的则可能好几百个聚在一起。人们又把这种集团叫做“星系团”。
星系和它内部的恒星都在运动中。我们都知道地球绕着太阳旋转，同时太阳也在绕银河系的中心运动，而同时银河系作为一个整体，本身也在运动着。在星系内部，恒星运动的方式有
两种：它一面绕着星系的核心旋转，与此同时还在一定的范围内随机地运动（科学家称之为“弥散运动”）。
星系的起源和演化，与宇宙诞生早期的演化密切相关。一般看法认为：当宇宙从猛烈的爆发中产生时，大量的物质被抛射到空间中。形成宇宙中的“气体云”。这些气体云本身处在平
衡之中，但是在某种作用下，平衡被打破了，物质聚集在一起，质量高达今天太阳质量的上千亿倍！这些物质团后来在运动中分裂开，并最终形成无数颗恒星。这样，原始的星系就形成了
。一般认为星系形成的时期在一百亿年前左右。
而关于星系的演化，历史上一度曾把星系形态的序列当成演化的序列，即认为星系从椭圆形开始，再逐渐发展成透镜型、漩涡型、棒旋型，最后变成不规则型。这种观点今天已基本上
被推翻。目前的看法认为这一过程与恒星形成的力学机理相关，但也仍然停留在假说的阶段。
星云
当我们提到宇宙空间时，我们往往会想到那里是一无所有的、黑暗寂静的真空。其实，这不完全对。恒星之间广阔无垠的空间也许是寂静的，但远不是真正的“真空”，而是存在着各
种各样的物质。这些物质包括星际气体、尘埃和粒子流等，人们把它们叫做“星际物质”。
星际物质与天体的演化有着密切的联系。观测证实，星际气体主要由氢和氦两种元素构成，这跟恒星的成分是一样的。人们甚至猜想，恒星是由星际气体“凝结”而成的。星际尘埃是
一些很小的固态物质，成分包括碳合物、氧化物等。
星际物质在宇宙空间的分布并不均匀。在引力作用下，某些地方的气体和尘埃可能相互吸引而密集起来，形成云雾状。人们形象地把它们叫做“星云”。按照形态，银河系中的星云可
以分为弥漫星云、行星状星云等几种。
弥漫星云正如它的名称一样，没有明显的边界，常常呈不规则形状。它们的直径在几十光年左右，密度平均为每立方厘米10-100个原子（事实上这比实验室里得到的真空要低得多）。
它们主要分布在银道面（HOTKEY）附近。比较著名的弥漫星云有猎户座大星云、马头星云等。
行星状星云的样子有点像吐的烟圈，中心是空的，而且往往有一颗很亮的恒星。恒星不断向外抛射物质，形成星云。可见，行星状星云是恒星晚年演化的结果。比较著名的有宝瓶座耳
轮状星云和天琴座环状星云。
星团
恒星往往成群分布。一般地，我们把恒星数在十个以上而且在物理性质上相互联系的星群叫做“星团”。比如金牛座中的“昴星团”、“毕星团”，巨蟹座的蜂巢星团等。
根据星团包含的恒星数、星团的形状和在银河系中位置分布的不同，星团又分为疏散星团和球状星团。疏散星团一般由十几到几千颗恒星组成，结构松散、形状也不规则。它们一般分
布在银道面附近，所以也被称作“银河星团”。在银河系内发现的疏散星团目前有一千多个，其中包括刚提到的金牛座昴星团、毕星团。
球状星团则由成千上万、多至几十万的恒星组成。它们聚集成球形，越往中心越密集。球状星团大多都分布在银河系中心方向。一个球状星团内的恒星差不多都是在同一时期形成的，
它们的演化过程也大致相同。比较著名的如武仙座的球状星团，它由大约二百五十万颗恒星组成，离我们大约2.5万光年。
红巨星
当一颗恒星度过它漫长的青壮年期——主序星阶段，步入老年期时，它将首先变为一颗红巨星。
称它为“巨星”，是突出它的体积巨大。在巨星阶段，恒星的体积将膨胀到十亿倍之多。
称它为“红”巨星，是因为在这恒星迅速膨胀的同时，它的外表面离中心越来越远，所以温度将随之而降低，发出的光也就越来越偏红。不过，虽然温度降低了一些，可红巨星的体积
是如此之大，它的光度也变得很大，极为明亮。肉眼看到的最亮的星中，许多都是红巨星。
在赫-罗图中， 红巨星分布在主星序区的右上方的一个相当密集的区域内，差不多呈水平走向。
我们来较详细地看看红巨星的形成。我们已经知道，恒星依靠其内部的热核聚变而熊熊燃烧着。核聚变的结果，是把每四个氢原子核结合成一个氦原子核，并释放出大量的原子能，形
成辐射压。
处于主星序阶段的恒星，核聚变主要在它的中心（核心）部分发生。辐射压与它自身收缩的引力相平衡。
氢的燃烧消耗极快，中心形成氦核并且不断增大。随着时间的延长，氦核周围的氢越来越少，中心核产生的能量已经不足以维持其辐射，于是平衡被打破，引力占了上风。有着氦核和
氢外壳的恒星在引力作用下收缩，使其密度、压强和温度都升高。氢的燃烧向氦核周围的一个壳层里推进。
这以后恒星演化的过程是：内核收缩、外壳膨胀——燃烧壳层内部的氦核向内收缩并变热，而其恒星外壳则向外膨胀并不断变冷，表面温度大大降低。这个过程仅仅持续了数十万年，
这颗恒星在迅速膨胀中变为红巨星。
红巨星一旦形成，就朝恒星的下一阶段——白矮星进发。当外部区域迅速膨胀时，氦核受反作用力却强烈向内收缩，被压缩的物质不断变热，最终内核温度将超过一亿度，点燃氦聚变
。最后的结局将在中心形成一颗白矮星。
白矮星
白矮星是一种很特殊的天体，它的体积小、亮度低，但质量大、密度极高。比如天狼星伴星（它是最早被发现的白矮星），体积比地球大不了多少，但质量却和太阳差不多！也就是说
，它的密度在1000万吨/立方米左右。
根据白矮星的半径和质量，可以算出它的表面重力等于地球表面的1000万－10亿倍。在这样高的压力下，任何物体都已不复存在，连原子都被压碎了：电子脱离了原子轨道变为自由电
子。
白矮星是一种晚期的恒星。根据现代恒星演化理论，白矮星是在红巨星的中心形成的。
当红巨星的外部区域迅速膨胀时，氦核受反作用力却强烈向内收缩，被压缩的物质不断变热，最终内核温度将超过一亿度，于是氦开始聚变成碳。
经过几百万年，氦核燃烧殆尽，现在恒星的结构组成已经不那么简单了：外壳仍然是以氢为主的混和物；而在它下面有一个氦层，氦层内部还埋有一个碳球。核反应过程变得更加复杂
，中心附近的温度继续上升，最终使碳转变为其他元素。
与此同时，红巨星外部开始发生不稳定的脉动振荡：恒星半径时而变大，时而又缩小，稳定的主星序恒星变为极不稳定的巨大火球，火球内部的核反应也越来越趋于不稳定，忽而强烈
，忽而微弱。此时的恒星内部核心实际上密度已经增大到每立方厘米十吨左右，我们可以说，此时，在红巨星内部，已经诞生了一颗白矮星。
白矮星的密度为什么这样大呢？
我们知道，原子是由原子核和电子组成的，原子的质量绝大部分集中在原子核上，而原子核的体积很小。比如氢原子的半径为一亿分之一厘米，而氢原子核的半径只有十万亿分之一厘
米。假如核的大小象一颗玻璃球，则电子轨道将在两公里以外。
而在巨大的压力之下，电子将脱离原子核，成自由电子。这种自由电子气体将尽可能地占据原子核之间的空隙，从而使单位空间内包含的物质也将大大增多，密度大大提高了。形象地
说，这时原子核是“沉浸于”电子中。
一般把物质的这种状态叫做“简并态”。简并电子气体压力与白矮星强大的重力平衡，维持着白矮星的稳定。顺便提一下，当白矮星质量进一步增大，简并电子气体压力就有可能抵抗
