太阳系——恒星——双星——变星——银河系——星的本性——星的演
掩——相对论与宇宙——天体物理学近况——地质学
太阳系
上面说过，刻卜勒关于太阳和行星的观测，已经提供了太阳系的模型，
但是在其中一个行星的距离还没有用地上的单位测定以前，这个模型的比例
尺度是不知道的。里希尔在1672—3 年间进行了这种测定工作（见150 页），
而且在若干方面还具有现代精确性：（1）1728 年，布莱德雷发现了远星的
“米行差”（当地球从一方横过这星光的行径，半年后又从反对方横过时，
观测者两次所看见的星光方向的差异）。当时这一发现被用来证明光以有限
速度进行，但因光速现已有他法测定，光行差反过来可用以测量地球的速度
与其轨道的大小了。（2）当金星经过地球与太阳之间时，由地球上两个站所
测定的时刻，也叮用来以三角学的解法，计算太阳的距离。（3）当小行星（爱
神星）于1900 年经过地球附近时，曾以三角测量法测定其距离。
以上三个方法所求得的太阳系的大小，是一致的：从地球到太阳的距离
是9280 万（后改为9300 万）英里，相当于光以每秒186，000 英里的速度行
8.3 分钟的距离。太阳的直径为865，000 英里，其质量为地球的332，000
倍，其平均密度为每立方厘米1.4 克，而地球的平均密度为5.5 克。
我们关于太阳系的知识，在1930 年由于汤姆保（Tombaugh）在海王星轨
道以外发现了一颗新行星而扩大了。美国亚利桑那州旗杆天文台对天空某些
可能发现行星的区域，作了填密的搜索，方法是将几天时间内所拍的两张照
片加以比较，照片上如果有一个光点改位，就说明那是一颗行星。这颗新行
星围绕太阳运行一周需248 年，其平均距离是36 亿7500 万英里。这颗行星
命名为冥王星。冥王星轨道的直径为73亿5000万英里，可以看做是现今（1946
年）所知的太阳系的范围。
人们时常讨论别的星球是否有生物居住，对于太阳系而言，这问题便成
了别的行星上的情况如何①。这些情况中最重要的一个是行垦外围的大气的性
质。大气的存在依靠“脱离速度”，——即气体分子运动时足以使其脱离行
星引力的羁绊的速度。这速度的数值为V2＝2GM/α，式内G 表引力常数，M
表行星的质量，A 表其半径。以每秒英里计，对于地球，V=7.1，对于太阳为
392，另一极端，对于月球为1.5。运动最快的分子是氢分子，在0℃为每秒
1.15 英里。根据秦斯的计算：如果脱离速度为分子的平均速度的4 倍，在5
万年内大气便完全逃逸，如果为5 倍，则逃逸率便小到不足计较。因此月球
上没有大气，大的行星，如木星、土星、天王星与海王星，比较地球有更多
的大气，火星与金星上的大气可以和地球上的相比拟。金星上多二氧化碳；
但显然没有氧气与植物；那里的条件尚不能使生物存在，而火星上呢，生物
存在的机会似已过去，或将近过去。
① F.J.M.Straton,Astronomical Fhysics,London , 1925. Sir J,H.Jeaus, Astronomy ard Cosmogony , Cambridge,
1928.A.S.Eddington, Stars and Aoms,Oxford, 1927,T.C.Chamberlin, The Two Solar Families, Chicagc, 1928.
①
H.Spencer Jones，Life onotherWcrlds， London，1940。
恒星
冥王星轨道以外，是一片洪渺无边的空间。当地球在六个月内由轨道的
一边行至它一边时，凭借缜密地观测可以察知最近的恒垦在较远的恒星所形
成的背景上改位。再过六个月恒星的位置复回到原处；如果把这些星本身的
微小运动略而不计的话。由于我们已经知道地球轨道的直径，只要把恒星本
身的微小运动和光行差估计在内，根据一颗星在六个月内的视差，用三角测
量法，便可推求恒星的距离。
1832 年，韩德逊在好望角对恒星视差进行了观测，接着在1838 年，便
有贝塞耳（Besscl）和斯特鲁维（Struve）进行了精密的测定。用这样的方
法发现，最近的星，一个微弱的小光点，叫做半人马座比邻星，距离我们达
24 万亿（2.4×l013）英里（光须走4.1 年），约为冥王星轨道的直径的三千
倍。明亮的天狼星的距离为5×1013 英里，或8.6 光年。约有两千颗恒星的
距离，已用这个方法测定到相当高的精确度，但这个方法现今只可应用于十
个光年以内的恒星。
晴明的夜里，人眼所见的恒星可达数千。如果使用口径愈来愈大的望远
镜，则可见的星愈多，数目的增加并不与望远镜的口径成正比例，因此我们
可以说：恒星的数目不是无穷多的。美国威尔逊山天文台的100 时反射望远
镜，在1928 年是世界上最大的望远镜，能够观测到的星数估计约为一万万
颗，而在我们的星系（银河系）里，恒星的数目，据不同的估计为为15 万万
颗至300 万万颗不等。200 时反射望远镜现在正在制造中①。
希帕克过去依照星的亮度，将星分为六个“星等”，而现今已将这尺度
扩充到包括20 等以外的微弱星，其亮度只有一等星的万万分之一。这种量度
的方法，自然是依据地球上所看见的恒星的视亮度为标准。对于一颗已知其
距离的星，我们可以计算它移至某一标准距离时应有的视星等，这种星等叫
做绝对星等。
如果挟绝对星等分类，则在所有星等的数值中都有星的存在，但如赫兹
普龙（Hertzsprung）所指出，而后来为罗素（H.N.Russell）所证实的：高
星等与低星等的星的数目，比较中星等的星多。前两者叫做“巨星”和“矮
星”。以后还要详细谈到。
同一光谱型而距离已知的恒星证明，绝对星等和某些谱线的相对强度之
间具有有规则的联系。因此仔细研究这些有决定性的谱线，可以求得未知距
离的星的绝对星等，然后再根据其视垦等以估计其距离，即使这距离远到不
能以视差的方法来测量。这是估计恒星距离所用的几个间接方法之一。
双星
许多里用内眼看似乎是单颗，用望远镜看，乃是成对的。有些成对的双
星，可能互相离得很远，所以看来很接近的原因，是由于它们几乎在同一视
线上。然而双星的数目很大，用恰巧在同一视线上的说法，不足以解释全部
双星。在大多数情况下，双星中的两星之间，一定有某种关系。成廉?赫舍
① 这座大望远镜已于1948 年完工，能拍照到微弱到23 等的恒星与星云，估计数目达千万万颗之多。——
译注
耳于1782 年开始观测双星，到1793 年，他已经找出足够多的双星的行径，
可以证明双星围绕着位置在椭圆形一个焦点上的公共重心，而运行在椭圆轨
道上。因而他证明，双星的运动也遵循牛顿在太阳系里所寻得的引力定律。
由距离和轨道都已测定的一些双星，可以算得它们的质量，一般是太阳
的一半至三倍。这与由其他方法所得的结果颇为吻合。各类星质量上的差别
并不很大，而其大小与密度却有极大的差别。
有些双星的两个成员相距太近，以至不能用望远镜分开，但可用分光的
方法去分辨它们。如果我们的视线恰在双星的轨道平面上，当双星的联线垂
直于视线之时，则一星向我们而来，他星背我们而去。于是按照多普勒原理，
一星的光谱的谱线将向蓝端移动，而他星的谱线则向红端移动，因而在双星
光谱中，其谱线的数目必至加倍。但当两星的位置一前一后时，它们便在横
过我们的视线方向运动，因而其光谱里便无谱线加倍的现象。靠观测这种光
谱上的变化，我们可以估计其绕转的周期与速度，并可计算两星的质量之比
值。如果目视与分光两种测量均属可能，则两星的质量都可以求得。
1889 年，皮克林（E.C. Pickerin）首先以分光的方法发现一对双星。
他宣布大熊座星光谱中有些谱线加倍，表示这颗星是周期为104 日的双星。
自此以后成百的“分光双星”被人发现，主要是在美国和加拿大的天文工作
者用了大望远镜与摄谱仪，而且在清朗空气中工作所发现的。
变星
许多恒星的光常改变其强度。如果变化是不规则的，这或者是由于炽热
气体的屡次爆发，但光变的周期，在许多例子中，是颇有规律，因此，可以
推断，光变的原因或者是由于当一颗亮星与其暗的伴星互相环绕运动时，亮
星的光的一部或全部，于一定时间为暗星所遮蔽，而形成亮星的星食。这个
解释有时可从光谱得着证实，因为当亮星在向着或离开地球运行时，其谱线
发生周期性的移动。根据亮度随时间变化的曲线，再加上谱线的测量，常可
以对某些双星系有很完全的了解。例如大陵变星与天琴座β星就是这样。
双星的数目很大，还有更为复杂的体系——聚星，也可以用相同的方法，
加以识别和研究。例如我们熟悉的“北极星”，由分光测量，知其含有每4
日互相绕转一周的两星，还有一个以12 年为周期的第三星，以及一个以大约
两万年为周期的第四星。
更有其他变星如仙王座δ星（造父变星），不能用星食说去作解释。它
们每隔几小时或数日进发出比它们的最小亮度强若干倍的光辉。这种造父变
星中的短周期的一类，表明其光变周期与其光度或绝对星等有一定的关系，
这关系是1912 年哈佛大学勒维特（Leavitt）女士所发现的。这个发现的价
值立刻为赫兹普龙及那时在威尔逊山天文台工作的夏普勒（Shapley）所认
识。这现象很有规则，可用以测量距离未知而据与此同类型的星的光变周期，
去估计其绝对星等；再观测这颗星的视星等，便可计算其距离。这是测定距
离太远、不能表现视差之星的又一方法。
银河系
天空恒星最多的区域是在一个宽度不定的带上，这带叫做银河，围绕天
穹成一巨环。有些地方星数太多，以致成为“恒星云”，须有优良的望远镜，
始能鉴别其中的个别恒星。掺杂其间的还有不规则而且不能加以分析的“星
云”。在恒星聚成一带的中间，剖分银河的大平面，叫做银道面。这可看做
是恒星系的一个对称平面。恒星似向这平面丛聚，特别是较热的星与较暗的、
因而一般是较远的星。
这表示我们的恒星系附于银道面，而成扁平的形态，好象形成一个大透
镜状的恒星集合体。我们在这集合体之内，而不居于其中心。我们所看到的
银河里的星所以比较多，主要是由于我们望银河时是朝着透镜的边沿去看，
而在这方向恒星散布空间的厚度比别处大得多。
除恒星云与不规则的星云之外，还有恒星的球状集团，约100 个，这些
“球状星团”以银河中段外边不远的地方为最多。其中包含造父变星。夏普
勒根据它们的光变周期和借助其他间接方法，算出这些星团距离我们约2 万
至20 万光年。
由此得知，我们的恒星系有一最长的直径，至少长达30 万光年。我们的
太阳，离开整个星系的中心约6 万光年，而在中央平面偏北处。多年观测恒
星的视运动的结果表明，太阳是以每秒13 英星的速度，朝着武仙座的方向运
动，如果以这运动的方向作为参照线，则有两个主要的星流经过空间。
天空中最惊人的东西，是那些巨大的旋涡星云。它们很可能是正在形成
中的星系或者说银河系，关于这一观点的论证，以后还要谈到。这些星云的
范围非常庞大，虽为稀薄气体所组成，但一个星云就含有足以形成十万万个
太阳的物质。它们的数目很多：加利福尼亚威尔逊山天文台的哈布耳
（Hubble）博士估计，在该台的100 英寸望远镜中，可以见到的约有两百万
个。它们中有些距离很远，估计在50 万至14000 万光年，很可能在我们的星
系之外。宇宙空间里似含有很多恒星聚集的银河系，即夏普勒所称的“岛宇
宙”，我们的星系不过是其中之一而已。
1904 年，荷兰格罗宁根的卡普登（Kapteyn of Groningen），在研究
恒星统计时，发现我们的垦系里有两个在多少不同的方向上运动的主要星
流。现今，这两个星流应当和菜登的奥尔特（Oortof Leyden）的另一发现
联起来讨论：这是银河系整个的自转，它围绕距离我们一万秒差距①在人马星
座的方向上的一个中心旋转，自转的速度，按照引力定律，向外减少。在我
们的区域轨道速度约为每秒250 公里，转一周约需二亿五千万（2.5x10）年。
整个银河系的质量约为1500 万万（1.5x l0）个太阳，如果每颗恒星的平均
质量等于太阳的质量，银河系所含的恒星大约也是这个数字，约为外推法计
算的数字的十倍。
星的本性
赛奇（Secchi）神父约于1867 年在罗马提出一个按恒星的光谱分类的方
法，哈佛天文台又加以很大的改进与扩充。星的颜色在肉眼看去已有差别。
由于照相对于光谱紫色的一端比较灵敏，以照相法求得的星等，与肉眼估计
的并不相同，其间的差异成为星色的一种垦度方法。这些差异也表现在各种
恒星的光谱里。在这些恒星的光谱里可以寻找出一系列的谱线，不知不觉地
① 秒差距是相当于视差为1 角秒的距离，等于3.26 光年或2×1013 英里。
逐渐过渡，而表现出各类恒星的特性，哈佛大学以O，B，A，F，G，K，M，N，
R 去区别它们，这序列里前面的是比较蓝色的星。
O 型星的光谱，在暗的连续背景上，出现若干明线。在有些光谱里，氢
与氦的谱线很强。B 型星的光谱呈现暗线，氦线十分显著。A 型光谱中有氢谱
线、还有钙和其他金属谱线，在F 型光谱中，后面这些谱线加强。G 型星包
括太阳，呈黄色，其光谱在明亮背景上呈现暗线。碳氢化合物的谱线第一次
出现于K 型星中。M 型星呈现宽的吸收谱带，特别是氧化钛的谱带。N 型星呈
红色，其光谱有一氧化碳和氰（CN）的宽谱带。R 型星虽不如N 型那样红，
但也有N 型里的那些吸收谱带。
这种关于光谱的观察，被用来估计各型恒星的有效温度。如果将一个黑
体（它可以看做完全的辐射体）渐渐增高温度，则其辐射的特性与强度也逐
渐改变。就每一温度而言，辐射能量与波长有一特殊的曲线关系，在某一特
定波长上达到最大值。随着温度增高，这一最大值的位置向光谱的蓝端移动，
因而可以说明温度。人们还用几种方法对能量的分布加以研究，例如采用照
相法及研究辐射特性的变更等方法。不但如此，温度和电离对于光谱的影响，
还可以在我们所能控制的范围内，在实验室里加以研究。萨哈（Saha）在1920
年、福勒（R.H.Fowler）和米尔恩（E.A.Milne）在1923 年都曾经利用恒星
光谱中若干吸收谱线的形态，来估计起吸收作用的原子的温度。
各种估计恒星温度的方法所得的结果，颇能互相吻合。刚可看见的星大
约是1650 度，已知最热的星达23000 度。这些当然是辐射表皮层的温度。星
的内部必然较外层为热，其温度可达几千万度。
上面讨论绝对星等时，我们说过，大多数的恒星分为“巨星”和“矮星”
两大类，前者光度比较后者大得多，可是也有一些中等光度的星。但可以注
意之点是：这一分类只有对于k 型星以下较冷的星（温度不超过4000 度）才
显著。对于较热的星，分类便不显著，及至B 型星就完全混淆莫辨了。这些
恒星都是巨星，其光度都是太阳的40 至1600 倍。
这些事实被人认为指明了一个确定的结论：即所有的恒星都经过一个大
体相同的演化过程。每颗恒星最初是一较冷的物体，嗣后温度渐渐增高，而
达到最高温度（视其大小而定），然后再渐趋冷却，温度渐次下降，经历一
个相反的过程。
当恒星温度升高时，它发出大量的光，这意味着它的体积很大，因而归
类为“巨星”。但当其冷却时，它的大气在温度方面经历一个与以前相反的
过程，在冷却时所经过的光谱型，虽然在细节上略有差异，但大体上与温度
升高时期所经过的相同。然而这颗星现在的绝对星等，换言之即其光度，却
比较以前小得多了。既然这时温度与以前上升时期相同，这一事实就表示这
颗星的体积较前为小，遂成为“矮星”了。
这是罗素所阐述的恒星演化过程，与勒恩和利特尔（Ritter）所阐明的
互相吸引的气体团的动力学相符合。如果这团气的质量够大，则重力必定使
它收缩。它将放出热量而变热。但当其收缩时，其收缩的速率必逐渐减少。
到了某一临界密度时，这一庞大的炽热气团所生的热量，将小于其所辐射的
热量，于是这团物质开始冷却。我们在讨论太阳的年龄时说过，这过程不能
解释其所放出的全部热量，那时已经认为或有他种能量的来源（如原子的蜕
变）取决于温度，并经过一种相似的过程。
这个恒星演化的理论，已经根据最近的研究加以修正，而将原子结构的
新知识应用于天体物理学。人类靠了他处在原子与恒星中间的有利位置①，可
以利用由一方所得的知炽，作为研究另一方的参考。
已知太阳或任何一颗星的大小与平均密度，并假定其整体都是气体，就
可以计算其表面下压力随深度而增加的变率，爱丁顿便做了这个计算。对于
气体的恒星，爱丁顿发现光度主要随质量而变化，在某些限度内，光度粗略
地与质量成正比例。在恒星里任一层，其上面的压力，为下面气体的弹力和
辐射的压力所支撑。据分子运动论，气体的弹性，是由于气体分子的碰撞造
成的，而气体分子的速度随温度而变化。要支持太阳或其类似的恒星内部的
巨大压力，则其温度当达四千万度至五千万度的数量级。如有一星比这个大
得多，据爱丁顿推算，其内部的辐射压必至过大，致使它变成不稳定，而趋
于爆裂。这样，星的大小有一自然的上限。
恒星内部的一个区域，甚至一大区域，实际是一个恒温的包壳，其总辐
射按绝对温度的四乘方而改变。当温度增高时，在光谱上能量最大的辐射，
按已知定律，逐渐变为波长较短的波。当温度高达数百万度时，则其最大能
量便远远超过可见光谱的波段，而至X 射线或波长更短的辐射区域，但这些
辐射，在其行至恒星外层的途程中，不断地受到原子的碰撞与作用，因而变
成波长较长的辐射，最后仍以光和热的形式发出。但有一引人注意的事实：
即富有极大穿透力的射线（即“宇宙线”），已经为麦克伦南（McLennan）、
米利根、科赫斯特等人所发现，这些射线，虽然份量很小，好象经过我们的
大气，而来自空间。秦斯说：“在某一意义上，这种辐射是整个宇宙里最基
本的物理现象，空间的大部区域含这种辐射远较可见光和热为多。我们的身
体日夜被它穿过，..它破坏我们体内的原子每秒达数百万个。这可能是生
命的要素，也可能在杀害我们”①。有人说这种富穿透力的辐射是质子和电子
互相湮灭时，或者氢聚合为重原子时所发出的，地点可能是在星云或空间里
极度稀薄的物质里，因为由那里所射出的能量无须费力就可以穿过覆441 在
恒星外部的物质。
我们知道X 射线和穿透性更大的γ射线是极有效的电离剂。所以星内的
原子当是高度电离的，即其外部电子都被剥夺了的；这个概念于1917 年为秦
斯所倡导，以后更为许多人研究。一个普通原子所占有的体积，即别的原子
不能贯穿的体积，就是这些外部电子的轨道所占有的体积。如其外部电子遭
到剥夺，则这原子的有效体积必大为减小，实际成为原子核与其最近电子环
（其轨道较外部电子的轨道小得多）的体积。结果，恒星内部的原子既然小
得多，则其相互干扰也必远较我们实验室的为小；因而恒星物质虽在高密度
下，其性质也象“理想气体”，而遵守波义耳定律。
假设恒星是气体的，则我们可以数学计算一颗星的质量与其所发的光和
热之量的关系，换言之，即可知其光度为何。1924 年，爱丁顿算得星的质量
愈大则其辐射也愈大。他求得一个理论的关系，而且在把一个数字因子调整
以后，使这个关系确与事实符合。就是对于某些恒星，这个公式也是适用的。
因其密度很大，在1924 年以前人们还认为它们是液体或固体的，而且以为这
① 如爱丁顿所指出的：建造人身约需原子1027 个，而建造一个恒星所需的原子数。平均约为前者的1028
倍。
①
Sir J. H,Jeans，Eos or the WiderAspects of Cosmogony，London。1928，p.46：also The Universe Around
Us,New York and Cambirdge,1929，P.134,also 1944.
一理论不适用于它们。但爱丁顿认为，较水重的太阳，以及较铁重的其他恒
星，实际上都是气体；因其电子已被剥夺，所以这些恒星的原子体积较小，
在大部时间内，彼此不相接近。
而且一个新发现使密度的可能范围更加扩大了。1844 年，贝塞耳发现天
空最亮的天狼星运行在椭圆轨道上，于是他假设有一伴星围绕天狼星运行，
其质量约为太阳的4/5。十八年后，这颗星为克拉克（Alvan Clark）所发现；
用现代望远镜不难看见这颗星，其所发的光约为太阳的1/360。当时曾认为
这颗星是红热的、一个行将没落的星。亚当斯在威尔逊山查得这颗星并非红
热而是白热的。其所发的总光量很小，是由于其体积很小；它不比地球大很
多。从这个大的质量与小的体积，得知其密度约为每立方英寸一吨，这是一
个骇人听闻的结果，在当时认为是不可信的。
但是不久新的证据出现了。根据爱因斯但的理论，物体发出443 辐射的
频率，应随其质量和体积而不同；因此谱线应按半径除质量的比例向红端移
动。亚当斯测量了天狼伴星的光谱，也得着相同的高密度，约为铂的密度的
两千倍。现在更发现另外几颗星，密度与此相似或更大。秦斯认为这些星中
的物质不再是气体，而与液体相近了。其原子很可能只余下原子核，甚至其
最内层的电子也被剥夺。比较正常的星，如天狼星与太阳，可能为核外剩有
一层电子的原子所组成。所以根据原子结构的理论，我们就可以解释这一事
实：恒星分为明显的几类，而且每一类仅包括某些体积限度内的恒星。在那
样高的温度下，地上的原子将会完全破裂。要维持这些不同的体积，恒垦内
部未知的深度的原子必较我们熟悉的地球上的原子为重，而类似地球上的原
子的较轻的原子，必浮在表面，而成为辐射的表层。
有三个方法可以估计恒星的年龄：（1）双星的轨道最初应为圆形，以后
受到过路星的引力的影响，而逐渐变形，这种影响的可能频率可以计算，因
而由轨道的实际形状，可以计算恒星的可能年龄。（2）明亮的星所组成的星
团在空间运动时，逐渐失掉其小的成员，造成这些观察到的分散情况所必需
的时间，是可以计算的。（3）恒星的运动能量，也如气体分子一样，必定有
达到平均分配的趋势；西尔斯（Seares）测得太阳附近的恒星差不多已经达
到这个阶段。由分子运动论，可以计算产生这种动能平均分配状况所需的时
间。这三种方法都～致表明，我们的星系中恒星的平均年龄可能是5 万亿至
10 万亿（5 至10×l012）年。
要维持这样长久的生命，必需大量辐射能量的供给，数量之巨，远非引
力的收缩，或放射性物质所能解释的。爱因斯坦的理论很自然地引导人们形
成一个观念：这种能量的来源可能是由于阳性质子与阴性电子的相互湮灭，
这是1904 年秦斯用来解释放射物的能量的说法①。这理论已经详细地完成。
可以肯定，恒星在不断损失质量。辐射造成定量的压力，因而具有一个可以
计算的动量，即质量与速度的乘积。太阳表面每平方英寸辐射出50 马力，这
说明整个太阳每天损失质量3600 万万吨，而质子与电子的相互湮灭可说明这
种损失发生的机制。太阳在其体积更大、年龄更轻时，其质量的损失必当更
速，于是我们可以给与太阳年龄以一个上限，大约是8 万亿（8×l012）年。
这与其他方法所估计的恒星年龄相符合，但根据以后的研究来看又是可怀疑
的。
①
Nature，voL.LXX,1904，p.101。574
星的演化
恒星的年龄既经估定，我们自然会问恒星是怎样产生的？即使在最大的
望远镜中，恒星也无可见的体积——最近的恒星也是太远了。但是天空明亮
的一片一片区域，所谓星云，早已为人发现。仙女座中的大星云，能被肉眼
看见，在望远镜发明以前即已发现。而猎户座内的另一星云，也于1656 年为
惠更斯所发现。
星云有三大类。
（1）形状不规则的星云，如猎户座内的。
（2）行星状星云，形状有规则的较小的结构。
（3）旋涡星云，象似明亮的大旋涡。
数目最多的星云是旋涡状的。我们已经说过，现代望远镜中可见的星云，
约有二百万个。它们的光谱是连续的，而重合有吸收谱线，与F 至K 型的星
（包括太阳在内）的光谱相似。有些星云是弥漫的炽热气体团，有些含有定
形的恒星。星云呈现有急速转动的模样。自轨道平面的边上平视所见的星云，
可以在光谱学上进行研究，另外一些与我们视线正交的，可在逐年的照片上
看出其有可测量的转动，每转一周约需几百万年。这好象说明其运动的迂缓，
但是我们观测到它们有很高的线速度，所以其转动周期的悠长，不是由于其
运动的迂缓，而表现其体积的庞大。
如果假设不同的星云的转动速度大略相同，则由以上所述，自轨道平面
边上平视所见的星云，可以由光谱学测得其线速度，而横过我们视线的星云，
也可以测得其每年的角速度，这样比较这两种速度，便可得其距离的一个估
计值了。旋涡星云的旋臂中可以看出有造父变星，其光变的周期可假设与其
绝对亮度有通常的关系，因而测量它们的视亮度，又可得距离的另外一种估
计值了。由此所得的数字，约在几十万至几万万光年。因而大多数旋涡星云
都很远，而在我们的星系以外。
恒星演化的星云学说，最初为康德所提出，继于18 世纪末为拉普拉斯引
用，去解释太阳系的起源。拉普拉斯根据气体星云的概念，认为星云充满海
王星轨道里边的空间，而且具有旋转运动。它因其自身的引力而收缩。但因
其角动量不变，故其旋转速度渐增。在其收缩的各阶段中，它遗留下环形的
物质，经凝结而形成行星与其卫星，绕中心的物质转动，这中心的物质即形
成太阳。
这个学说有若干困难。1900 年，莫尔顿（F.R.Moulton）指出，由环形
不会破裂变成球形。张伯林（T.C.Chamberlin）并证明在那样大的气体团中，
其引力并不足以克服其分子速度的扩散效应与辐射压而使其缩小。秦斯以别
的论据证明行星是不能由凝结而形成的。
但是旋涡星云比拉普拉斯所想象的大过百万倍，在这规模下，其整个的
发展过程也大不相同。这时引力远比气体压力和辐射压更为有效，星云不但
不扩散，而且收缩，并且旋转得比拉普拉斯所想象的还快。这个解释，应用
于小规模的太阳系遭到失败，应用在庞大的星系上，却颇有成功。
秦斯已经以数学证明：一个具有引力的气体团，或因其他物质团的潮汐
作用而开始转动，则将渐渐形成一双凸透镜的形状。若其旋转加快，则其边
缘将不稳定，而裂成两个旋臂。旋臂上发生局部的凝结，每个凝块具有适当
体积，可以在我们所见的恒星的大小的狭小限度内形成恒星。这个由理论得
出的预言已为哈布耳所证实。哈布耳根据观察的结果，将星云分为秦斯所预
言的类型。于是我们在旋涡星云里，发现在我们星系以外在遥远空间里正在
形成中的其他星系。
旋涡星云臂上的一小滴，是不是变成我们这样的太阳系呢？根据秦斯的
数学推证，这不是一定可能的。如果这小滴的转动足够迅速，而至酿成分裂，
则分裂的结果可能是互相绕转的双星。所以双星很可能是恒星演化的一个正
常规程，其另一过程，则是孤独的单颗星。
但莫尔顿、张伯林与秦斯对太阳系的起源提出一些猜测性的说明。如果
在某一早期阶段，两个气体星运行到彼此邻近时，则将发生潮汐波。及至两
星接近到某一临界距离时，这潮汐波即将射出长臂状的物质，然后再裂成具
有适当大小与特性的物体，而形成地球与其他行星。但这一事件发生的可能
性很小，据秦斯计算，伴随象我们的行星系的恒星，大约在十万个恒星中才
有一个。
恒星演化的新学说，可以概括叙述如下：恒星是旋涡星云的旋臂中所飞
出的大小相近似的气体团。它们发放辐射，其质量因而减少。又因其体积较
大的发出辐射的速度较快，所以它们的质量逐渐趋于相等。
无论其温度与压力为何，最年轻的星最重，而辐射也最多。如果它们全
由象地上的原子所组成，则温度与压力增高时，辐射也当随之而增加，情况
就与上面所说的不相同了，这一证据又表示辐射能量大部来自我们所未知的
几种类型的极端活跃的物质。这些物质当星衰老时即归于消逝，很可能是由
于原子的嬗变，使物质湮灭并转化为电磁辐射。这样释放的能量是很大的，
照相对论一节中所说：质量M 可以转化，mc2 的能量，这里C 为光速，每秒3
×l010 厘米，所以，一克质量的物质转化为辐射后，其能量等于9×l020 尔格。
由于物质湮灭或即使是适宜的嬗变，所释放出来的能量是很大的（见451
页）。
天体物理学上的这一个新理论，使人想到牛顿《光学》书中的质疑第30
所说的：“庞大物体和光不是可以互相变化的吗？物变为光与光变为物，是
同似乎乐于变化的自然程序十分符合的。”
恒星可能正在化为辐射，宇宙间物质的命运不是直接化为空间的辐射，
就是变成具惰性而不活动的东西，如构成我们世界的主要物质。地上的物质
含有92 个元素，自原子序数为1 的氢，至原子序数为92 的铀。如果还有别
的元素存在，它们不是同位素，便是有更高的原子序数，其结构必较铀更为
复杂。现在至少已经发现一个名叫钚①。它们必然富有强烈的放射性，所以不
会稳定，因而大多数可能早已失其存在了。从前以为光谱的证据说明物质的
演化由简单而趋于复杂，自老年星中的氢，而趋于青年星中的钙。可是今天
对于这事实的解释大不相同。人们认为这只表明，各种恒星中的情况，有利
于氢或钙在其大气之中与其上辐射的放出。有些天文学家以为在恒星的演化
中便伴有复杂原子的分裂，其中大部直接化为辐射，小部变为不活泼的灰分；
这些灰分虽是宇宙变化的副产品，但却是组成我们身体和我们世界的物质。
铀与镭或者是介于留在地上的这些活泼原始原子的最后残迹，与构成我们的
①
周期表中原子序数大于92（即铀）的元素叫做“超铀元素”，是由人工方法产生的放射性元素。钚（Pu）
即是其中的一种。——译注
不活泼元素两者中间的物质。
只有与我们所处的情况很相近的星球好象才有生命的可能。行星系可能
是稀有的，我们的行星似乎不可能维持“别的世界上的生命”。
凯尔文的能量散逸原理指明了事物的最后的状态，在这种状态中，物质
与能量都作均匀分布，而不再有运动的可能。现代理论虽然把其过程加以修
改，但也得到相似的结论。宇宙所趋向的最后情况，乃是从活泼的恒星原子
化作空间的辐射，与变成将熄的太阳中或凝冻的地球中的惰性物质而已。即
令宇宙中物质全部毁灭，所产生的辐射也仅能使空间的温度增高几度罢了。
秦斯算得：只有当温度增高到7.5×l012 度时，空间方能为辐射与再度沉淀
的物质所饱和。活动物质的原子遗存的概率和辐射浓聚于一处，使物质再度
沉淀的概率，都非常渺小。不管我们等候这机会的来临需要等候怎样久的时
日，永恒总是更久的。霍尔丹（J.B.S.Haldane）曾经提出一种看法［据爱丁
顿告诉我，汉堡的施特尔内（Sterne）教授在谈话中也曾提出过这种看法］，
认为这种巧合的浓聚情形很可能在现有的宇宙消灭后，重新创造出一个新的
宇宙——我们现在的宇宙或者就是在辐射弥漫的漫长年代以后，产生的。但
是秦斯与爱丁顿都曾对我说，他们不相信这种说法。别种情况发生的机会更
大，会防止那种很少可能的偶然情况发生。
在这些问题上，我们似乎不可能找到确实的证据。历史昭示我们需要谨
慎从事。天体物理学的现代观点仅开始于数年以前，我们已经知道的比有待
学习的实在还少得很。
相对论与宇宙
相对论提供的新的自然观，在其发展进程中，必然深刻地影响我们对于
物质宇宙的观念。它在解释万有引力时，用引力场中呈现弯曲的自然路径的
理论去代替吸引力的观念。这就不但在精密的实验中，导致稍有不同的结果，
而且如我们以前所说过的，也完全改变了我们对于宇宙广袤的观念。
如果采用欧几里得的空间与牛顿的时间，则我们自然以为存在是无穷
