第十章 恒星的一生
575.宇宙間散落著眾多受到星系母親般呵護的恒星。恒星并不是隨機的突然的在宇宙中產生的。相反的，他們是產生于被稱作“星云”的巨型云中的。星云有氣體跟塵埃組成，在星云里面不斷產生著新的恒星。
576.引力在恒星的形成過程中扮演了主要的角色。星云中的氣體跟塵埃總是在不停的運動之中。作為這種運動的結果，星云中有一些區域周期性地具有比其它區域較高的氣體和塵埃密度。在某一區域，這種密度越高則引力越強，因為引力是由于物質的存在而產生。如果一個空間區域具有較多的物質，這一區域引力的強度也就越大。
577. 當某一區域的引力達到足夠的強度的時候，一顆恒星講究誕生了。如果某一區域引力 足夠強，則這一區域的氣體跟塵埃會不斷向內部坍縮，從而吸引更多的氣體和塵埃到坍縮區 域（稱為加速過程） 。當加速過程不斷進行下去，區域中心的溫度會變得越來越高。當有足 夠多的物質聚集使得中心溫度超過 18000000F 時，熱核反應就會啟動一顆新的恒星就將誕 生。
578.一些星云跨越數百光年的空間尺度能夠產生數以千計的恒星。許多星云包含有大量的 氣體跟塵埃——足夠形成幾百顆恒星。 有的時候幾顆恒星會在一個較小緊密的區域內同時形 成，這樣的一個緊密的恒星聚集的區域被稱作星團。所有一個星團的恒星都具有相似的化學 組成，一起演化，此外還經常作為一個團體在宇宙空間中運動。一段時間以后，同一個星云 還會產生其它的恒星和恒星團。
579.在冬季可以用肉眼看到一個巨大的美麗的星云。在冬季晴朗的夜空可以在獵戶座腰帶 下方不遠的地方看到一些模糊的斑點。 但利用雙筒望遠鏡和天文望遠鏡就可以把它展現成一 個天空的奇跡：獵戶座大星云。這個星云具有這么小的視面積是因為它的距離太遠——離地 球大約 1200 光年。實際上，獵戶座大星云是一片廣大的華麗的地區，內部的恒星賴以產生 的氣體和塵埃散發出無數色彩的光芒。
580.獵戶座大星云被內部充滿的年輕的高溫恒星點燃。獵戶座大星云大部分的光來源于一 個微小的區域的恒星，這就是我們熟知的獵戶座四邊形，用一個小望遠鏡就可以看到。它們 的強烈的藍白色光芒不僅反映出它們是溫度極高的恒星還顯示出它們非常年輕， 天文學上講 ——很可能小于 100000 年。這意味著我們的祖先看天空中的獵戶座的時候，這片星云還沒 有現在這樣的巨大的光芒。
581. 獵戶座大星云是一塊巨大的三維的光與色構成的織錦。我們在地球上是從兩維的角度 來看獵戶座大星云的，但實際上它被認為應該是一個三維的巨大洞窟，光的雕像或者稱光與 色的織錦——越往深處越稠密，越往外越輕薄。它的外形很明顯的取決于它內部氣體和塵埃 的密度的變化，以及我們所觀測的恒星的位置還有我們觀察它的方向。
582. 獵戶座大星云內部的光色織錦是由它的一些恒星織成的。即使使用一個中等口徑的望 遠鏡也能夠展現出獵戶座大星云的令人驚奇的美麗。它的錯綜的結構，有現狀物，曲線環還有不規則的顏色構成的圍墻，是由恒星的光線穿越它的氣體和塵埃組成的織狀物形成的。在 很多情況下，這種復雜的結構是由年輕的恒星強烈的輻射造成的。這些恒星的物質以每小時 100000 英里的速度從表面噴涌到外部。就像五彩的水流射到水池形成漩渦，它們形成了在 我們眼中更像是一件藝術品而不是科研的目標這樣一種奇特的現象。
583.最近，哈勃太空望遠鏡拍到了令人震撼的獵戶座大星云中即將誕生恒星的情景。天文 學家們在很早的時候就已經認識到恒星誕生于向獵戶座大星云那樣的氣體和塵埃中， 但是真 正得到恒星形成過程的圖像則是另外一回事。 最近他們利用哈勃太空望遠鏡拍到星云內部的 圖景發現了一些令人驚嘆的細節問題。 再由這些細節拼湊而成的圖景中他們發現了分別處于 恒星各個演化階段的 700 多顆恒星。同“大四邊形”中的恒星作對比，有些恒星的確可以被 看作處于嬰兒時期，只有幾萬年的年齡。
584.通過深入探測星云內部，哈勃甚至發現了尚未誕生恒星時的種子。深入獵戶座大星云 所看到的天體繁殖的壯闊場景被證明對天文學家們更有吸引力——超過 150 顆盤狀的物體， 并不少于嬰兒時期的恒星數，仍然被包裹在氣體和塵埃形成的繭中。很快的，這些恒星的輻 射壓力會推開束縛在它周圍的塵埃，將圓盤消散掉第一次呈現出恒星的原貌。但現在，在明 亮的星云背景下，他們仍然是相對暗淡的。
585.在獵戶座大星云中的圓盤狀物體或許不僅僅會形成嬰兒期的恒星，有一些很可能會包 含成長中的行星。在某些情況下，這些圓盤外層區域的塵埃會開始聚集成塊使它們的引力足 夠強來繼續聚集過程。如果是這樣的話，這些圓盤將不僅包含形成中的恒星還會包含行星系 統。簡單一點說，我們可能會目擊一個完全的新太陽系的形成，在它里面有一天也可能出現 生命。就現在而言，天文學家們已經把這種物體稱為原行星系統。一些我們已經有相當了解 的這種物體具有兩到八倍的太陽系尺度，恒星母體具有大約 1/3 到 1.5 倍的太陽質量。
586.第一個可能形成的類太陽系系統在繪架星座β星的軌道上被發現。利用一臺裝有不透明 盤的紅外望遠鏡， 天文學家們便可以觀測到一個盤狀物體在圍繞繪架星座β星的軌道上運動。 這個圓盤的直徑是太陽系的十倍（到冥王星），約有 425000000 英里厚。因為圓盤剛好側對 著地球，看上去呈一個恒星在中央的線狀。在圓盤內部尺度從塵埃顆粒到巨型石頭的物體在 它們共同的引力作用下被拉到一起形成小行星體，最終形成完整的行星。
587.繪架β星盤的化學分析使天文學家得到要形成一個太陽系所必需的物質組成。行星能夠 以在空間自由游蕩而不環繞其他恒星的方式存在嗎？在最近一些有關獵戶座大星云的發現 中有一項是一些估計質量在 0.1 到100 倍地球質量的昏暗的碎片被發現。 這些天體的尺度橫 跨小行星到幾倍木星質量的范圍， 它們有一天會最終形成行星但卻不會繞一個近處的 “太陽” 運動。 這種天體還在其他星云發現嗎？目前有推測認為宇宙中可能充滿著在陰冷黑暗的空間 中游蕩的“孤兒行星”。
590.恒星和行星的區別是什么？恒星是一種在它一生大部分時間里不斷發出通過核反應產 生的光以及其他種類輻射的天體。相反地，行星或許會發出一些放射性衰變或者內部不斷地 爆發產生的熱輻射（比如木星）。但是一顆行星不能自己發光，而恒星卻能發出自己產生的 光。行星發亮僅僅是因為它能反射周圍的恒星的光芒。
591.恒星通過熱核反應來產生能量。熱核反應聽上去是一個非常奇特的名詞，但它的意思簡單點說其實就是將幾種原子的原子核聚集并熔合在在一起。 原子的原子核抵制這種作用因 此經常需要很高的壓強使他們聚集，很高的溫度使它們熔合。恒星的內部滿足高溫高壓的條 件因此使許多熱核反應發生的地方。 也恰恰是這種反應放出的是恒星發光的能量阻止了使恒 星繼續向核心坍縮的過程。
592.在恒星和在空間中游蕩的行星之間缺少了一個聯結。最近，天文學家們證實了被命名 為褐矮星的天體。關于褐矮星存在的證據幾經找尋了近三十年。褐矮星代表了沒有足夠質量 形成恒星的天體和相比已知的行星質量異常巨大的天體之間的一種聯結。 第一個被發現的這 種天體是 Glise 229B（或縮寫為 GL229B） ，它圍繞一顆屬于天兔座的距地球約 19 光年的質 量較小的紅色恒星 GL229 運動。它被確認表面溫度約 1300F并輻射出熱量，這些熱量來源于 在引力作用下仍在緩慢坍縮的內核。 但是褐矮星的核心溫度卻永遠達不到能使熱核反應得以 發生的溫度。
593.褐矮星并不真的是褐色的。褐矮星這個名字從某種程度上來說是會誤導人的，因為事 實上這類天體跟大多數的恒星相比是如此之小以至于它們看起來不會呈現褐色而更像是暗 紅色。幾年前的那次會議上這個名字的產生更像是一個笑話而不是其他的什么東西，但無論 如何，就已經這樣定下來了。自第一顆褐矮星被發現以來已經又有一定數量的這類天體被相 繼發現。
594.一個天體要具備多大的質量才能夠形成一顆恒星呢？當星云中的物質從外向內坍縮 時， 如果最終核心區的溫度超過 18000000F——熱核反應發生的溫度， 它便會形成一顆恒星。 越多的物質參與到這一過程中去，所形成的恒星溫度就越高。但是具有多大的質量才能使其 能夠在星云中坍縮聚集而又剛好不至于形成恒星呢也就是溫度剛好不能觸發熱核反應呢？ 根據理論計算的結果，答案是太陽質量的 8%左右。近來，天文學家利用哈勃太空望遠鏡剛 好排到了這樣一張照片——一顆微小的紅色的屬于另一顆恒星的伴星叫做 GL105A。GL105A 本身非常昏暗，但它的伴星卻要比它還要弱 25000 倍，這被科學家們證實是所發現的最暗的 幾乎不能夠形成恒星的恒星。
595.天文學家們最近又探測了另一個恒星產生的區域并發現了一些非常有價值的結構。同 樣是利用哈勃太空望遠鏡，天文學家最近探測了離我們約 7000 光年的坐落在巨蛇座的鷹狀 星云的內部結構。 在那里他們發現了復雜的手指狀的高達 600 億英里的由氣體和塵埃組成的 “柱子” 。這種被稱為像魔法城堡的尖頂以及大海蛇脖子的“創造之柱”實際上是由可見光 和紫外線輻射形成的巨大的塔狀物。輻射來源于周圍的高溫恒星而它自身的壓力卻逐漸減 小，氣體跟塵埃逐漸加入到恒星形成的過程中去。從這點來看，這種柱子有點像沙漠里孤立 的土丘，當花崗巖和其他一些致密的巖石保留下來的時候，那些質地較軟的石塊很早以前就 已經被風和水侵蝕掉了。
596.在鷹狀星云的內部有“鷹之蛋” 。因為這種柱子會自己慢慢消逝掉，一些稍為致密一些 的氣體和塵埃形成的小球會逐漸顯露出來。這種小球被稱作“蒸發的氣狀球體” （英文縮寫 為 EGGs） 。然而因為它的英文縮寫是 EGGs 的緣故，也被稱為“鷹之蛋” 。簡單一點說，他們 是要形成嬰兒恒星的氣體和塵埃聚集的區域。因此當我們觀測這些令人驚奇的結構時，又將 會看到新的太陽新的行星或許還有新的生命誕生的過程。
597.既有亮星云又有暗星云。恒星照亮了星云內部的氣體和塵埃，使得它們像廣漠空間中
五彩繽紛的織錦。但是如果星云物質遠離恒星，它們將會變得非常昏暗。在有些地方，一些 不發光的氣體和塵埃剛好位于我們和會發光的天體之間， 結果是天體的光把這些氣體和塵埃 的昏暗的輪廓呈現給我們，比如在獵戶座中的馬頭星云。
598.不發光的塵埃也對“天空的洞穴”的形成有影響。從地球上看去，銀河系并不是非常 規則的發光。相反的，它呈十字形并且有一些昏暗的斑點和碎片夾雜其中，這使得天文學家 們考慮這些“天空的洞穴”是否是因為這些地區恒星稀少所造成的。但后來的結果顯示，這 些地區比較暗淡不是因為缺少恒星而是因為大量的不發光的塵埃將大部分的遠處的恒星的 星光吸收掉了。
599.這種令人震撼的昏暗的塵埃云在北天和南天都可以看到。在溫暖的夏季的傍晚，在北 半球天空較高的位置可以看到三顆明亮的恒星，它們是織女星、牛郎星和天津四，一起構成 了眾所周知的夏季大三角。呈現弧形穿越夏季大三角的就是銀河。但是在銀河穿越天鵝座的 時候，它的光芒幾乎被暗塵埃云吸收掉了一半。這種現象如果在遠離城市燈光的一個晴朗的 沒有月亮的夜晚會很容易被看到，我們稱它為天鵝座的暗縫。 在南半球春季晚上 9 點的澳大利亞或新西蘭，可以看到南十字座和一些南天銀河瀉中 最令人贊嘆的恒星云在頭頂散發出耀眼的光芒。作為對比，在十字座附近有一個跨越 5°的 漆黑的洞窟。這個洞窟是另一片昏暗塵埃聚集的區域，我們稱它為“煤袋” 。
600.星際塵埃石油非常小的微粒組成的。對星際介質光譜的研究反映出它包含有非常微小 的顆粒，尺度從幾千毫米到幾乎兩個緊挨在一起的原子的大小。塵埃怎樣影響穿越他的星光 取決以它的組成。對星際介質光譜的研以及通過對它以其他方式影響星光的測量顯示，它包 含有碳和硅原子。很明確的是，大部分的碳原子是以石墨和煤煙的形式存在的。簡言之，空 間的一部分像是被煤煙熏黑的。
601.一些塵埃也像偏振太陽鏡那樣使星光發生偏振。光以波的形式傳播可以想象為你把一 根繩子的一端系在柱子上右手將另一端上下擺動形成的波一樣。正常情況下，這種光波是每 個傳播方向都有的， 就像你用手沿不同的方向擺動繩子一樣。 當光波沒有特定的方向的時候， 我們稱它為非偏振的。 但是考慮利用一根一端穿過尖樁籬柵另一端系在柱子上的繩子來制造 波動。籬柵的開口方向只能允許你在一個平面上制造波動——就是沿開口方向的那個平面。 類似的，一副偏振太陽鏡也是利用只允許通過某一振動方向上的光的方式來降低光的強度。 之所以能有這種效果是因為組成鏡片的分子整齊的排成列狀就像組成籬柵的狹板。 你可以通 過觀察光源時在鏡片前面旋轉一副偏振鏡片來鑒別一副特定的鏡片是否是偏振鏡片。 如果兩 副都是偏振的，旋轉時光的強度會發生變化。同樣的方式，天文學家通過旋轉望遠鏡內的偏 振濾波器來檢驗是否所接收的光是偏振的。在實際實行后，他們發現穿越星際塵埃的星光是 有輕微偏振的。
602.有關星際介質具有一些偏振特性的發現告訴我們一些有關它們自身以及他們所在空間 的一些信息。星際介質使穿越它們的星光發生輕微偏振的事實意味著，類似于偏振鏡片的分 子，組成星際塵埃的粒子一定程度上也是呈線狀排列的。碳和硒的分子自身并不是這樣的， 但是具有金屬特性的物質卻可以（就像鐵屑在磁場中呈現的排列一樣） 。有證據表明一些星 際塵埃的顆粒被包上了一層冰層外衣， 吸引那些游蕩在空間中的鐵原子， 最終在其他恒星 （包 括我們的太陽）輻射出來的弱磁場作用下形成線性排列并擴散到整個星系。從這一角度講， 星際塵埃扮演了一副巨大的偏振太陽鏡的角色。
603.煤煙還有其他星際塵埃的成分的圓頭可以追溯到紅巨星。在晚年，向太陽一樣的恒星 會變成紅巨星它們的大氣的溫度會降低從而使原子能夠結合形成碳和硅的化合物。 恒星發出 的光的壓力會將這些化合物推到外層空間。因此，我們所看到的星際塵埃云是無數紅巨星在 他們生命某一階段“燃燒煤煙”的結果。鐵和水等其他一些組成部分也在這些低溫恒星的大 氣中被發現，因此它們也同時被釋放到外層空間。
604.那么為什么這些塵埃如此重要呢？為了新恒星和行星的形成，自然界非常頻繁的需要 一些能夠給奇特和塵埃提供庇護場所的環境使得它們能夠在引力作用下聚合并開始膨脹或 者說增長，成為越來越大的“土塊” 。開放的空間是非常不利于這一過程發生的，因為來自 于附近恒星光的壓力會在膨脹過程中瓦解掉。而充滿塵埃的區域則可以遮蔽原恒星和原行. 星起到阻止這一壓力瓦解的作用，因此就像是恒星和行星形成的催化劑。
605.像這種塵埃區廣泛存在于彌漫在星系中的亮星云中。眾所周知的博克球狀體， （巴特搏 克是一名研究這一領域的丹麥天文學家）這些天體一般直徑約有 5 到10光年包含有大約 10 到 100 個太陽質量。就是在這些區域，新誕生的恒星有一天會發出它們第一縷光線。
606.除了塵埃，在恒星之間還存在氣體。大部分組成星云的物質是由氣體組成的。最常見 的星際氣體類型是氫——宇宙中含量最豐富的元素。自 20 世紀 70 年代開始，大約有 100 多種物質在星際空間中被發現，包括水、氨、甲烷和一些復雜分子像甲醛，乙炔和乙醇等。
607.直到 20 世紀 70 年代，天文學家才相信這些復雜分子會存在于星際空間中。以前的普 遍看法人為來自于年輕的高溫恒星的強烈紫外輻射會把剛形成的復雜分子就分解掉了。 但是 當幾名天文學家首次決定探測這種分子并榮幸的找到的時候，事實就被證明不是這樣的了。 復雜分子的存在是由于伴隨的星際塵埃保護了它們免于紫外輻射的照射， 從而允許這些分則 達到一個可觀的數量。
608.復雜分子在星際空間的發現或許有更深刻的意義。發現這些分子大量的分布在星際空 間以及那些新的恒星和行星形成的區域是一件非常令人激動的事， 因為人們確信這些分子是 生命誕生的本質要素。簡言之，如果建造生命大廈的分子廣泛分布于宇宙空間，那么或許生 命也是這樣分布的。
609.宇宙中往往某一類型的恒星數量相當巨大而另一些類型則相對較少。廣漠的空間中有 數以百億計的類似于我們太陽的恒星。 但事實上比太陽體積偏小顏色偏紅的恒星數量更為巨 大。但是相反的方向，即比太陽體積大溫度高的恒星的數量則越來越少。
610.像人類一樣，恒星也有誕生、成長、老化和死亡的過程。不用多加解釋，就是這么簡 單。
611.試著理解恒星有些類似于理解人類。當我們抬頭仰望星空的時候，我們僅得到不同種 類處于生命特定階段的恒星的一個簡單印象。 挑戰在于要爭取能夠把這些證據組合起來從而 使我們能夠了解一顆特定的恒星的整個演化過程。 這相當于你是一名外星人帶著了解人類生 活的任務來對地球做一個短期訪問。 一個精明的策略是你將飛碟停在軌道上快速的對人群拍 照。 回到你自己的星球后迅速檢測你拍的的照片， 你會注意到照片中有不同種類的地球生命： 小巧的細嫩有著皮膚的、大一點的皮膚也非常細膩的以及皮膚并不細嫩而且有白頭發的。為了了解這些生命， 你或許會試著重新組合這些圖片來看是否能沿著一條非常邏輯的思路來分 出類型，并最終了解某一種類型的人類是隨時間演化為另一種你所看到的類型的。逐漸逼近 是一種非常基本的科學研究方法。當你觀測一種自己并不了解的現象時，可以先收集數據并 歸類，試著找出它們的類型及變化趨勢，并指出這些信息究竟意味著什么。具體到恒星時， 科學家們正是這樣做的。
612.恒星的壽命很大程度上取決于它形成時的質量。誕生時質量最大的恒星確實壽命最短 的，相反地，出生時質量較小的恒星卻非常長壽。
613.恒星比人類的壽命要長，但是也有一些恒星的壽命卻達到其它一些恒星的上百萬倍。 宇宙中質量最大的恒星作為一顆活躍的恒星其壽命只有不到 3000000年， 而質量最小的恒星 活躍期卻可以持續數百億年——比宇宙現在的年齡還大。
614.在早期為了試圖更好的了解恒星的過程，天文學家們主要利用恒星溫度和亮度的關系。 自然界制造了眾多不同顏色的恒星，但是卻并沒有讓所有顏色的恒星都具有相同的亮度。而 赫羅圖（H-R diagram，這一用來描述恒星溫度和亮度的關系）正是可以引導科學家們深入 了解恒星內部的工具，通過它，人們可以更深入的了解到自然界的工作是多么的杰出，同時 也包括對恒星發光的原因以及恒星壽命之間的差別的進一步的了解。
615.赫羅圖引導我們進入一個巨星和矮星的世界。赫羅圖最基本的一點是它說明了自然界 僅制造特定類型的恒星。就某一特定顏色的恒星來說，比如紅色，我們會看既有暗紅色的恒 星（在赫羅圖右下角的區域）同時也有發出明亮的紅色的恒星（在右上的區域） 。如果兩顆 恒星具有同樣的顏色，則意味著它們也具有相同的溫度，因此，它們每秒鐘從單位面積輻射 出相同的能量。這種情況下如果一顆比另一顆本來就亮，那么它的體積肯定要大一些。因此 我們看到在赫羅圖頂部的恒星是體積較大的恒星，而在底部的恒星的體積則較小。體積較小 的恒星被稱為矮星，而體積較大的恒星被稱為巨星，體積更大的被稱為超巨星。
616.赫羅圖使我們能深入了解恒星究竟是如何生活的。赫羅圖顯示在宇宙中有大量的某些 類型的恒星也有極少其它類型的恒星。這可能由兩個原因造成：一是自然可能因為某些原因 恰好不能產生出某些類型的恒星；二是在恒星生命過程中，恒星沿赫羅圖運動，在那些我們 今天看到眾多恒星的區域停留較多的時間，而赫羅圖上那些空的地方停留的時間非常之短。 事實證明，這兩個原因都是正確的。
617.赫羅圖上的主線被稱作主序。在赫羅圖上的很多位置都能找到恒星，但是絕大部分的 恒星都排列在從左上角延伸到右下角的線上。 天文學家稱這條大部分的恒星花費它們一生中 的大部分時間（從青年到中年）的區域為主序。
618.主序代表了一個穩定的區域。穩定的恒星是指那些在很長一段時間內溫度大小都保持 不變的恒星。在每一顆恒星的內部都有兩種力量：向里拉的引力和恒星輻射以及高溫氣體的 產生的向外推的壓力。要保持穩定，恒星必須成功的達到微妙的平衡。在恒星內的每一點， 向外的和向內的力必須嚴格相等。一旦恒星進入主序階段，便會停止收縮因為引力此時在每 一層都與緩慢的穩定的核反應產生的壓力平衡。恒星成為一顆穩定的主序星。
619.主序星是當恒星經歷第一階段熱核反應時居住的地方。恒星內的熱核反應的第一種也是最普通的類型是將自然界含量最大的元素氫轉化成含量第二位的元素氦。在這個過程中，
四個氫原子熔合成一個氦原子同時釋放出大量的能量。天文學家稱氫被燒成了氦，即使這個 過程遠比正常情況下燃燒要復雜的多。主序星是指那些在“氫燃燒”之下的處于能量產生的 第一階段的恒星。主序在赫羅圖上呈現出明顯的現狀因為簡單一點說，它標志著各種不同恒 星因為燃燒氫轉化為氦從而停止塌縮變得穩定的那條分界線。
620.恒星從哪個位置進入主序決定于它們的初始質量。當星云內部的氣體和塵埃塌縮形成 恒星時，它們的中心溫度不斷升高。形成一顆恒星的氣體和塵埃越多，中心的溫度就越高， 因此在它演化成為穩定的恒星之前它的表面溫度也會越高。由于這一原因，從巨大的氣體和 塵埃團形成的恒星以一個巨大的質量（恒星世界中的巨頭）開始它們的生命并趨向于停留在 赫羅圖的頂部。換句話說，他們是以白色或者藍白巨星或超巨星開始它們的年輕時代的。而 從小一些的氣體和塵埃團形成的恒星則主要以橙色或紅色矮星占據主序的末端。 而質量介于 兩者之間的恒星則主要以中等大小、中等質量的黃色恒星居于主序的中部。
621.從不同恒星占據主序的位置可以看出，在恒星的質量和總亮度之間有非常重要的聯系。 位于主序頂部的恒星時藍巨星或者超巨星。它們具有非常高的溫度和亮度以及非常大的質 量。而在主序低一些位置的恒星則相對冷合暗一些并且質量也沒有巨星那樣大。因此，對于 主序星來說，質量越大，亮度越高。
622.恒星最大能夠有多大的質量呢？這個問題是有一些爭議的。一些觀測和理論計算認為 一顆具有 40到 50 倍太陽質量的恒星就不能保持穩定了。除這點外，自然界也可能在形成恒 星的氣體和塵埃團內制造不穩定性，或者是形成迅速使恒星物質拋到外層空間的強壓力。然 而，在南天有一顆非常特別的恒星被稱作“隆突η” ，它的質量很可能是太陽的 100倍之多。
623.對于主序星來說，不需要很大的質量差別就可以形成很大的光度差別。人們已經證明 在主序星質量和光度之間有非常簡易的關系。天文學家們稱這為質量—光度關系，它表明， 一般來說，如果一顆恒星質量是另一顆的兩倍，那么它的光度就是另一顆的 10 倍，但是如 果質量是 10倍，那么光度就是 3000 倍。因為主序性的質量一般在 0.08 到 50 倍的太陽質量 之間，這就意味著最亮的主序星的光度是最暗的 100 億倍。
624.大質量主序星要比質量較小的光度大是因為它以更大的速度燃燒核燃料并且內部也要 熱的多。恒星在星云中形成的過程中，中心溫度一直不斷升高。當氣體和塵埃的原子和分子 都落入中心的時候， 它們將最終形成一顆恒星， 在核心的引力下， 它們的速度會越落越快 （就 像一個球從高樓落下一樣） 。氣體的溫度其實就可作為組成它的原子、分子或離子的平均速 度的衡量。速度越快，溫度越高。由此那些體積質量都較大的恒星是由更多的加速氣體落入 核心形成的，因此它們的核心溫度是主序星里最高的。
625.我們的太陽在赫羅圖中的位置告訴我們它是一顆非常普通的恒星。我們的太陽現在在 赫羅圖的位置大致在中部區域，是一顆黃色的穩定的主序星。同樣的，它是一顆非常普通的 就像你平時看到的那些的恒星。太陽絕不是什么特別的恒星，但我們應該對此感恩，因為正 是這種平庸才使它的第三顆行星上出現了生命。
626.我們的太陽現在處于青年到中年期的交界處。太陽已經在主序階段待了大約 46 億年， 在它進入老年期前它還將在主序階段或靠近這一階段的區域停留 50 億年。也就是說，太陽不是一顆非常年輕的恒星更不是一個小孩兒，而是大致位于相當于人類 30 幾歲的樣子。
627.所有的恒星都是從右側進入主序階段。既然所有的恒星都產生于溫度相對較低的氣體 和塵埃云并且在形成過程中越來越熱， 我們便可以推測嬰兒期恒星都是從右側或者說溫度低 的那一側進入如主序的，事實上也確實是這樣的。
628.在恒星還沒有完全形成之前，它們被稱作為原恒星。星云中要形成恒星但還未完全形 成的天體被稱作原恒星。原恒星可能具有幾百到幾千度的表面溫度，以及 15000000F 的內部 溫度。但是所有這些熱量都是直接來源于原恒星的塌縮。
629 當一個原恒星內部聚集足夠多的熱量時，它將產生巨大的變化。當一個原恒星內部溫 度高到足以使它通過熱核反應獨立制造新的能量時，它就變成了一個真正的恒星。在其變化 的過程中產生的壓力能夠抵消重力從而阻止其自身的塌縮。
630 恒星在主序上待的時間的長短還與它的質量有關。這個關系很簡單，當恒星演化到主 序時，它的質量越大，則內部溫度越高；內部溫度越高，則它的核燃料燃燒得越快；恒星核 燃料消耗得越快，則它離開主序的時間就越早。
631 “內部問題”最終迫使一個恒星結束它舒適的主序生活。這基本上是一種“內部領導 過多”的情況，在這里是太多的氦。當一個恒星在主序時，內部的氫燃燒從中心開始，逐漸 向外擴散，形成一個被外部氫包圍著的不斷增長的致密的氦核。最終，氦核質量變得大到自 己也支撐不住時便在重力的作用下榻縮，恒星內部的溫度立刻急劇上升。多余的能量擴散到 恒心的表面，把光球層向外推。恒星的體積持續增長直到重力和恒星內部向外的壓力重新平 衡。到這個階段，恒星已經離開了主序，移動到了赫羅圖的右部，變成了一顆紅巨星。
632 從赫羅圖上我們可以看出，從主序星到紅巨星的轉變是一個很快的過程。在主序上有 很多恒星， 在巨星區也有相當多的恒星， 但是在這兩個區域之間的地方卻基本上沒什么恒星。 這便意味著恒星從圖上的一個區域移動到另一個區域的過程必須很快地完成， 因為我們只找 到很少一部分恒星還待在這個變化過程中。
633 一些恒星還沒有移動到赫羅圖上的巨星枝上。許多低質量的紅矮星燃燒氫的速度相當 慢，以至于它們現在離它們的氦核塌縮的臨界點還很遠，所以它們還停留在主序上。這些恒 星有的很年輕，但還有的卻很老了。事實上，那些低質量的紅矮星燃燒氫的速度太慢了，以 至于它們可以平靜的在主序上待上幾千幾萬億年，比宇宙活得還長！
634 恒星們離開主序后，不同的質量決定了它們不同的命運。恒星們離開了主序后，有許 多條可能的路擺在它們面前，一些恒星將面臨溫和的命運，平穩的度過中老年，其他恒星則 要遭受悲慘的成長的痛苦。
635 太陽和其他大部分主序星每天（夜）看起來基本上一樣，但是對其他的恒星卻并不是 這樣的。古阿拉伯的觀測天象的人已經知道一些特定的恒星的表現和其他的不一樣。在南天 的秋季天空中有一顆恒星，有時候看起來和其他星的亮度差不多，但是在幾個星期中又會從 視線中消失掉，只有等一年后再回來。它們把這顆星叫 Mira（鯨魚星座中的） ，意思是“令 人驚奇的或驚異的” 。天文學家們經過這么多年發現了許多其他的變星。
636 恒星光度的隨時間的變化怎么用光變曲線表示出來。恒星的光變曲線是一顆恒星輻射 出的光或亮度隨時間的變化的軌跡或曲線。不同類型的變星有著特有的不同表現的光變曲
線。
637 許多變星變化的原因是它們不穩定。太陽每天在天空中看起來實質上是一樣，同樣的 顏色，同樣的大小，同樣的光彩照人。 （這是件好事，因為太陽任何重大的變化都會對地球 的氣候造成破壞性的重大影響。 ） 太陽現在這樣始終相同的表現是因為它是一顆穩定的恒星。 那是說，在太陽內部的任意一點，向內的重力被內部熱氣體的壓力和自轉產生的離心力完美 的平衡掉了。但是在其他各種的活動的恒星中這些力并沒有平衡。這樣的話，那些恒星不但 不是穩定的，相反，他們是不穩定的，這意味著它們會不停的變化。有時變化的周期很短，
有時很長；有時變化很小，有時確實災難性的。
638 恒星內部特定的不平衡通常會導致其外表特定的變化。如果恒星核的溫度突然升高， 額外產生的能量就會向外擴散，隨之產生的向外的壓力最終到達恒星的表面。可能的結果是 恒星的光球層被向外推，使恒星的體積增大。實際上，現在恒星內部向外的壓力超過了向內 的重力，所以恒星要膨脹。恒星的表面被向外推，但是它也開始冷卻，因為膨脹的恒星會提 供給逃逸的輻射更大的表面積來逃逸。因為以上原因恒星和以前相比會變得更大更紅。
639 有時這個過程馬上反轉然后這個膨脹了一次的恒星開始塌縮。有的恒星一旦膨脹了并 且冷卻下來時， 它們會持續那個狀態較長的時間。 換句話說， 他們到達了一個新的的平衡態， 因為整個恒星內部的各種力又重新建立了平衡。 但是其它恒星不同， 顯然， 它們 “飛過頭了” ， 它們膨脹的太大了，結果是它們的光球層變得太薄太透明，使得恒星向空間泄漏出更多的輻 射，超過了它們可以維持穩定的臨界量。這使得它們的溫度變得太低，不足以產生足夠的向 外的壓力來抵消重力，于是，恒星開始塌縮。伴隨著塌縮的是它的溫度再次升高，再次“飛 過頭” 。所以恒星震蕩起來，變大變小，變熱變涼，一次又一次。因為恒星的大小和溫度決 定了它的亮度和顏色，所以這些恒星看上去一會兒亮一回兒暗，伴隨著顏色也跟著變化。
640 一些恒星的變化很規則。一些恒星的周期變化很規則，它們的亮度和顏色的變化規律就 像時鐘一樣很有規律的一圈一圈地。在北天的仙王座就有這樣的一顆星——仙王δ ，用肉眼 就很容易看到，在秋季星空中很適合觀測。仙王δ 每 5.37 天從比 4 等稍微亮點變到比 5 等 稍微暗點，然后再變回來，月復一月，年復一年。有一批恒星有著和仙王 δ ? 類似的行為。 它們的變化周期長短不一，短到一天長到 50 天，變化的次數也各不相同。但是它們變化的
基本原理是相同的。作為一族星，它們被稱為造父變星。
641 北極星也是一顆造父變星。你可能從來沒主意到北極星是一顆造父變星，它的亮度變化 很小，但是確實是在像鐘表一樣每 3.97 天變化一周。
642 平均起來說，造父變星的變化還是很實在的。一個造父變星變小時，它的直徑縮小大 約 10%。這些恒星都稍微比我們的太陽大一點，所以這個 10%大約是 250 萬英里。在這個 變化過程中，造父變星的平均表面溫度變化范圍從 9,000°F到 11,000°F，這樣并不會引起 它顏色的太大的變化。大部分造父變星基本上都是從白色變到黃色然后再變回來。643 造父 變星的亮度和大小的變化在某種程度上是不同步的。具有諷刺意義的是，當造父變星到達 它最亮的時候時，它是在它從最小大最大的途中，并不是在它最大時。類似的，它最暗的時 候是在它正在變小的過程中。 造成這個不同步的根本原因是因為在恒星內部發生的變化傳到表面讓我們看到需要一定的時間。
644 一些其它恒星和造父變星很相似。這些恒星有著和造父變星類似的周期變化規律，變 化機理也基本上是一樣的，但是它們平均比經典的造父變星暗約一個半星等。這一族星移第 一個被發現的這類恒星命名為室女座 W 型星。它們和造父變星分別在銀河的不同部位被發 現。我們的銀河有一個被由恒星構成的銀暈包圍著的大銀盤。經典的造父變星是在一盤中發 現的，而室女座 W 型星是在銀暈中發現的。因為這個原因，造父變星和室女座 W 型星的主 要區別就是化學組成不同。銀盤中恒星的金屬和其它重元素豐度比銀暈中恒星高，這個有時
會影響恒星運轉和演化。 645 還有一族很有名的變星，這族星雖然不怎么亮但是變化卻很快。這族星以第一個被發 現的這種星命名為——天琴座 RR 星。這種星典型的處于銀暈中的巨型星團中，在一個特定 的星團中的數量從幾百個到零個各不相同。它們的變化周期很短，一般都不到一天，亮度的 變化量也很小。
646 造父變星，室女座—W 星和天琴座－RR 星，因為一項重要的共同之處，他們已經成 為了天文學家強有力的工具。 上溯到 1912 年哈佛大學的一位名叫 Henrietta Leavitt的天文學 家發現了一個奇怪的現象。 當她在研究一顆在我們臨近星系小麥哲倫星云 （Small Magellanic Cloud-----SMC）的造父變星時，她注意到造父變星的亮度越大，則它從明到暗的變化所需 的時間就越長。因為小麥哲倫星云中的造父變星離我們的距離都基本上近似相等，所以它們 的視星等就和他們的實際亮度成正比，所以 Leavitt 確定它觀測得到的關系是正確的。在同 一時間，類似的室女座 W 星和天琴座 RR 星的“周光關系”也得到了證實。如果你測得一 顆星的光變周期，那你就很自然的可以推算出它的絕對星等，那時再測出這顆星的視亮度在 結合已得出的它的絕對亮度， 就可以算出這顆星的距離還有他所在的星團或星系的距離。 （如 果你知道一束光看上去的亮度和它的真實的亮度，你就可以算出它的距離。 ）天文學家手中 已經掌握一個新的測量宇宙的標尺，一個可以測量幾百億光年距離的標尺。
647 天文學家用一個簡單的系統來命名變星。大體上來說，對于在某個星座中發現的第一 顆變星，她的名字就是在星座名的拉丁所有格前加上字母 R。例如，在獵戶座(Orion)發現的 第一顆變星叫做 R Orionis(獵戶座 R),在天琴座（Lyra）發現的第一顆變星叫做 R Lyrae(天琴 座 R)。第二顆變星就在星座前加字母 S,第三個加 T，依此類推到 Z。Z 以后的下一個變星就 在星座前加 RR，像 RR Lyrae(天琴座 RR)，接著的就是 RS，RT 一直到 RZ，然后是 SS 到 SZ，在一直到 ZZ。ZZ之后，再回到 AA到 AZ，然后是 BB到 BZ，依此類推到 QZ（跳過 字母 J，有點奇怪） 。現在，如果你一直在數的話，你會知道我們已經用了 334 個字母組合， 如果在這個星座還有更多的變星被發現的話，我們就簡單的命名為 V335，V336 等等。 （如 果有人當初直接就從 V1 開始的話，是不是更方便一點！ ）
648 把造父變星和它的表兄妹星全加起來后，還有一類星我們稱其為長周期變星。作為特 點，這類變星很的變化周期長度短到三個月長到兩年。Mira(意思是令人驚奇的，鯨魚星座 中的)也是這類星中的一員。這類星的特點是光度的變化很小，但仍然很明顯的從肉眼就能 很容易看見變化到要借助雙筒甚至更大的望遠鏡才能看到。總體上和造父變星那類星相比， 這類變星中的恒星如果光變周期越長，則對應的它的平均亮度也就越大，這只是個近似的關 系，并不嚴密。
649 一些恒星變化不按常規變化。這些恒星的變化都是不確定的，爆發式的而且是劇烈的。 由以上特點我們可以看出這些恒星的便化趨向于無規律，有時甚至會有強烈的爆發。
650 在把這些不規則變星中，我們發現一些星有一些規律或者說是半規則星，還有一些是 完全不規則的。顧名思義，半規則星就是說這些恒星的行為有一些是可推測的，完全無規則 星就是說這些恒星“似乎只按自己的規矩辦事” 。當然，它們不能違背物理規律，但是在這 些情況里， 我們也并沒有真正了解發生了什么或者了解這些恒星的非周期性的亮度變化所表 現出的現象。
651 一種叫做質量流失的現象導致了一些不規則變星的變化。 北冕座—R 就是一個這種情況 的很好的例子。正常情況下在晴朗的夜晚能供看到北冕座 R，它會突然明顯的一下變得暗到 12 等或者更暗（只有原來亮度的五百分之一） ，然后再下面的幾個月內，它會慢慢的，不規 則的變回到它的正常亮度。在這種情況下，這顆恒星的表面上很奇怪的行為是有一個質量流 失過程造成的。簡單的說，北冕座 R 是一顆大而冷的恒星，它最外層的物質正在慢慢的流失 到空間中去。 北冕座 R 的溫度太低了， 以至于大部分它的物質都以微小的碳粒或煙狀物存在。 構成的煙狀物會暫時包裹著整個恒星，這就會使恒星的亮度變暗，直到恒星的輻射的壓力最 終把煙狀物推開，恒星的光又能夠重新暢行無阻。
652 船底座—η是另一顆著名的流失質量的無規律型變形。 這顆星不規則變星位于南天的船 底座，也叫南船座（以 Jason 和它的船員所乘的亞爾古舟的龍骨命名） ，叫做船底座η。船 底座η在 1848年是天空第二明亮的恒星，但是在 1880 年卻暗到肉眼已經看不到的程度。這 顆恒星今天也很難看到。最近，哈勃空間望遠鏡校準時拍下了一張不尋常的照片，圖上顯示 了氣體和塵埃構成的云被一顆超巨星向外吹開，波濤澎湃，這顆超巨星輻射的能量是我們太 陽的 5 百萬倍，是我們太陽質量的 100 倍。船底座—η是銀河系中質量最大的恒星之一。
653 很小的恒星有時也會搞些惡作劇。一些紅矮星偶爾也會有一些重大的爆發，在它們爆 發時它們被稱為耀星。我們的太陽表面也會發生閃耀，但只不過是局部的，而耀星則是暫時 整個表面都爆發出明亮的閃耀。耀星的閃耀機理現在還是未知的。
654 在對變星的研究中，不規則變星和長周期變星對天文學來說尤為重要，職業天文學家 時常不能用常規原則來研究這些恒星。在大型專業望遠鏡上的觀測時間是非常珍貴的。實 際上，每十個申請像哈勃太空望遠鏡這類設備的觀測時間的天文學家中，只有一個人能獲得 批準。因為長周期變星和不規則變星的變化是一個很長的周期，并且是難以預測的，所以很 難證明大型望遠鏡的大量的觀測時間花在它們身上是明智的。然而，了解這些恒星對我們了 解整個宇宙有很大的幫助。
655 對變星的研究也是業余天文學家可以真正做出貢獻的一個領域。因為業余天文學家比 專業天文學家多得多，而且許多變星用業余的望遠鏡甚至雙筒望遠鏡就能夠做很好的觀測， 受過專業訓練的業余天文學家可以監視幾百顆變星。 由此提供的數據可以填補做長周期變化 的變星數據的缺口，并且可以幫助那些留心這些變星行為的專業人士發現十分不尋常的情 況，從而可以申請大型望遠鏡或者哈勃太空望遠鏡（HST）來做更進一步的觀測。
656 感興趣的天文愛好者在哪可以得到用于科研的變星資料。對用心從事變星監測感興趣 的人可以聯系下面的：
The American Association of Variable Star Observers
25 Birch Street Cambridge, MA 02138
你不需要一個大的望遠鏡（對一些星，你只需要一個雙筒就夠了） ，只需要很濃厚的興趣和 積極的投入時間。
657 爆發和大變動的變星是宇宙中真正的煙花工廠。顧名思義，這些恒星特征就是在很短 變換周期內亮度最少變化好幾個星等。 引發它們這么變化的機理是一個頻繁發生的真正意義 上的猛烈事件。
658 新星，一些老了又再次變新的東西。許多古希臘的哲學家都認為布滿星星天國一個平 靜的從來不變的地方。中國古代的觀天人還好點兒，作為皇家天文學家，他們會定期把那些 在以前沒有星的天空區域新出現的星編入編年史。在西方的傳統中，這些星被稱作新星 （Nova，來自拉丁語，意思是“新的” ） 。最終人們發現這些星根本不是新的，相反，它們 實際上是一些年老的恒星突然閃耀起來，變得比以前亮得多，并且在這個過程中它們第一次 被發現。今天，天文學家已經知道了新星閃耀的原因，那是因為“親近但麻煩的關系” ，更 多的我們在下一章說，但是首先我們必須知道……
659 并不是所有的恒星都過著單身生活。據我們所知，太陽時顆單星。但是大約 60%的和 太陽年齡相似的恒星，都處在雙星或多星系統中：兩個或更多的恒星相互繞轉的系統，彼此 之間靠萬有引力聯系在一起。多那些比太陽年輕的恒星，處在雙星或多星系統的恒星所占的 比例更高。
660 最近天文學家才弄懂多星系統是怎么形成的。天文學家知道大多數恒星并不是單獨的 已經很多年了，但是他們需要靠最新的超級計算機的幫助來算出原因。這些超級計算機使得 天文學家可以用數學模擬出恒星誕生的區域都發生了什么， 第一次細致到能讓我們真正的看 到這個過程的細節。恒星形成的氣體和塵埃構成的星際云中似乎很騷亂，當不同的云塊和準 云塊相互碰撞時，就會產生一個由壓縮在一起的氣體構成的沖擊波。但是這個細長的沖擊波 很快便得不穩定并且斷成許多節。 由原來的物質和這些斷了的節構成的物質盤是最初碰撞的 物質的密度的十億倍，物質盤最后依次塌縮形成恒星。
661 這些斷節和物質盤在碰撞的云中一旦形成后，幾種情況更偏好雙星和多星系統的形成。 因為構成成恒星的氣體和塵埃云在碰撞幾乎沒有正面的相碰，形成的絲狀物，斷節和物質盤 經常是歪斜的很厲害，一頭壓一頭。這樣的話，有時鄰近的斷節移動速度很慢以至于在相互 的萬有引力作用下相互靠近形成一個雙星系統。有時能夠形成單獨的物質盤，但是由于它的 質量太大，它繼續從鄰近的絲狀物中吸以更多的物質，但是因為絲狀物是歪斜的，所以它使 得物質盤越轉越快，直至它分裂成兩個甚至更多個盤，然后形成兩個或更多的相互繞轉的恒 星。在任何一種情況中，我們都有自然機制最終導致形成雙星或者多星系統。
662 在大部分晴朗的夜晚你可以看到一個多星系統。如果你找到北斗七星，并注意看勺柄 的中間那顆星，你會看到那根本不是一顆星，而是兩顆挨得很近的星。實際上古阿拉伯的觀 星人和一些美洲的原住民都把能不能分辨開著兩顆星的能力作為一個對視力的檢測 （一幅天 空中的自然的視力表） 。 阿拉伯人為這對雙星名的名字至今還在沿用， 它們叫做Mizar和Alcor, 意思是“馬”和“騎手” 。
663 對 Mizar 和 Alcor 的進一步觀測揭示了更多問題。一個擁有一雙敏銳的眼睛的人能夠 分辨出北斗七星的勺柄的中間一顆星實際上是天上兩顆靠得很近的恒星。 但是即使用很小的 望遠鏡對準這兩顆恒星，你會發現兩顆中亮的一顆（Mizar）自己本身就是兩顆星。因而， 北斗星柄上是一個三星系統：三顆星因為萬有引力相互吸引，相互繞轉。
664 在夏天高度較高的天空中，你可以找到一個四星。在晚夏的夜晚高高的頭頂上的天空 中，你很容易可以找到織女星，在它旁邊是一個暗一點的有天琴座構成的平行四邊形。平行 四邊形中離織女星最近的就是天琴座θ 。天琴座θ ，織女星還有另一顆星構成了一個等邊三 角形。仔細觀察第三顆星，如果你的實力足夠好的話，你會發現這顆星實際上是顆雙星（用 雙筒望遠鏡應該會有幫助） 。現在用望遠鏡看這個雙星系統，你會發現，雙星中的每一顆星 又分別是兩顆星，也就是說，你找到了一個四方星系統，或者說是雙雙星系統，它就是天琴 座ε 。
665 在鄰近的天空中還有一些其他有趣的雙星很值得去探索。在雙雙星不遠的地方有兩對 以鮮明的顏色對比而出名的雙星。武仙座中最亮的星叫做武仙座α ，也叫做 Ras Algethi。 在一個適當的望遠鏡中，你可以看到它是一對非常漂亮雙星——一顆是橙色，一顆是藍色。 還有，在天鵝座我們又找到另一對。構成天鵝頭部的星是天鵝β ，也叫 Albireo，實際上是 一對極好的雙星——一顆是深藍紫色，另一顆則是閃耀的金色
666 在冬季的天空中，我們找到了雙子座α星，它的姊妹星比你一只手的指頭還多。明亮 雙子座α在冬季的天空中是在雙子座右邊的頭部。如果我們能夠坐飛船去雙子座α的話，我 們會發現，我們在地球上看到的亮光實際上是六顆相互繞轉的星發出的。想象一下生活在一 個天空中有六個太陽的行星上！
667 有些星看起來像雙星，但那只不過是錯覺而已。有時候我們看起來像是近密雙星的其 實并不是雙星，那只不過是兩顆星在地球上看剛好差不多幾乎在一條線上，所以看起來挨得 很近，但是實際上卻可能相距好多光年。天文學家們把這種情況叫做光學雙星。
668 那么你如何分辨出一對星到底是不是真正的雙星？你要觀察然后看他們怎么運動，真 正的雙星因為引力的相互作用，會相互繞轉做曲線運動。兩顆相互獨立的恒星只不過看上去 在一條直線上，它們的運動軌跡基本上是直線并最終分開運動。
669 恒星相互繞轉和行星繞太陽運動服從相同的定律。這條定律是牛頓對科學最重要的貢 獻之一，并且是一條基本原理，這條定律證明了支配宇宙我們“后院”這塊兒的規律同樣也 支配著宇宙的那頭。宇宙可能曾經更復雜，但現在不是。正如開普勒的進一步說明，一顆行 星或恒星距離另一顆星越近，那么它繞這顆星運動的速度就更快，如水星繞太陽運動的速度 比地球快，地球繞太陽運動的速度比冥王星快，所以兩顆恒星相距越近相互繞轉越快。
670 天文學家能夠跟蹤許多雙星隨時間的運動。為了跟蹤某些星的運動，天文學家對特定 天區持續拍照幾年甚至幾十年。 用一種叫做測量機的裝置精確測量那些照片上恒星的相對位 置，然后找出位置的不同，精確到萬分之一英寸或更高。將這些位置輸入電腦計算出恒星的 視運動。幾百對雙星的運動就是用這種方法大量的測量出來。
671 雙星相互繞轉的周期是相當長的。許多雙星的繞轉周期都在 25 到100 年之間，還有一 些恒星的只需要不到 10 年就能繞它們的軌道轉一圈。恒星在相互離的越遠當然繞裝一圈的 周期也就越長，但是，即使天文學家們只能觀測和測量出整個軌道的一小部分，他們也可以 推算出剩下的部分，因為我們很好的掌握了這個物理規律。由武仙座—α 構成的雙星相互 繞轉一周需要 3600 年，由小熊座σ 2 組成的雙星繞轉一周需要 11000 年。后者兩顆星的距 離是地球離太陽距離的 500 倍。
672 有一些雙星因為兩顆星之間的距離太近或這里我們的距離太遠，即使用世界上最大的 望遠鏡也不能把它們區分開。當然這就有一個顯而易見的問題： “那我們怎么知道它們是雙 星呢？”這個問題的答案又是一個獨具匠心的天文學中的現代探測技術。分光儀又一次出來 解決了問題。就像早期人們注意到的一樣，分光儀可以把發光物體發出的光分解成五顏六色 光譜。通過分析這些光譜的顏色和暗紋，天文學家能夠定出難以置信的大量天體的信息，包 括它們的溫度，它們的化學組成還有它們遠離或靠近我們運動的速度。
673 分光儀出來的光譜如果交替變換就意味著這是一對雙星。設想一對雙星（星 A和星 B） 相互距離太近或離我們太遠，在望遠鏡中看上去就是一顆星，我們用帶有分光儀的望遠鏡對 準這顆星，當然會生成一個光譜，但是這個光譜看上去就像是兩顆獨立的星的光譜結合在一 起。現在描繪這樣一個情景，兩顆星相互繞轉，起先星 A 可能是朝我們這個方向運動星 B 是遠離我們運動，半個周期后星 B 會朝向我們運動而星 A 則遠離我們運動。如果這個過程 一遍又一遍的重復， 那么天文學家在這條視線上看到這兩顆星的光譜就是一個紅移一個藍移 交替變換，這是由于兩束星光的多普勒效應交替變換造成的（見條目 791） 。交替變換的光 譜線就這樣不可思議的驗證了那不是一顆星而是雙星， 同時又給出了我們它們相互繞轉的速 度和繞轉一周所需的時間。
674 對變換的光譜的研究還可以得出有關雙星質量的信息。若兩顆星的質量相等，它們會 繞著它們之間連線的中點運動，這個點叫做系統的質點，在質點所有的東西都平衡，就像一 個巨大的指揮棒而你給棒子的兩端系上兩顆恒星。如果一顆恒星的質量比另一顆大得多，兩 顆恒星還是繞著它們的質點運動， 只不過這個質點是在這個看不見的棒子上更靠近那個大質 量恒星的這邊。因為相互繞轉，所以質量小的恒星的運動半徑就更大，而質量大的恒星繞質 心運動的軌道就小一些， 所以質量大的恒星的光譜與它的輕量級同伴相比就表現出相對較小 的多普勒效應。所以從光譜的變化情況我們可以得出兩顆恒星包含的質量。
675 古阿拉伯人還關注一顆他們叫做魔鬼的恒星。除了他們叫做 Mira（鯨魚星座中）的神 奇的紅色變星外，它們還知道另一顆星也能夠改變它的亮度，每過幾個夜晚，這顆星魔鬼般 的白色光亮就會黯淡 5 個小時，然后又會再亮起來。他們把它叫做 Algo，魔鬼。今天我們 知道這顆星一點也不神奇只是它看起來那樣而已。而且我們還知道這顆星的亮度變化和 Mira，仙王座δ 或天琴座 RR 的變化都不一樣，它們亮度的變化是因為星體膨脹收縮。而 Algol 則是有兩顆星組成的——兩顆亮度穩定的恒星，它們的亮度雖然不變，但是在地球上 看它們每幾天就相互遮光發生一次遮食。
676 恒星的相互遮光揭示了更多恒星的秘密。這種星有一個合適的名字——食雙星，它們 可以告訴我們有關恒星大小的信息，雖然在地球上看它們都是很小的光點。例如，如果食雙 星系統中的那顆小星開始從大星前面穿過時， 兩顆星的總亮度不會立刻變小， 而會逐漸變化， 這是因為從地球上看，當小星緩慢的從大星前面穿過時，它是逐漸遮逐漸遮住大星越來越多的部分。因為小星整個進入大星的圓盤中，所以而后一段時間這對星的總亮度保持一個常量 不變。然后，小星緩慢的移動出大星的表面，我們看到的這兩顆星的總亮度又開始增加。知 道了小星繞大星運動的速度和它穿過大星表面所需要的時間，我們就能算出大星的實際大 小。
677 通常恒星的遮食持續的時間都相對較短。這種遮食通常只能持續幾小時到一天。
678 在北天，我們發現了一顆令人難以置信短遮食時間規律相違背的恒星。在仙王座離仙 王座δ 不遠的地方有一顆變星——仙王座 VV，它實際上是由一顆紅色的星和一顆白色的星 組成的雙星。白色的星每 20 年就從紅色的星后面穿過一次，發生遮食時它藏在紅色的星的 后面長達 1.2年。從這兩顆星相互繞轉的速度我們算出令人驚駭的是那顆紅色星的直徑是那 顆白色星的二十億倍。按那個比例，如果把這顆紅色的星放在太陽這個位置，那么軌道上的 水星，金星，地球，火星，木星還有土星都會被它包進去。仙王座 VV中這顆紅色的星就是 顆超巨星。
679 遮食超巨星御夫座—ε 的神秘天體。御夫座ε 是天空中奇特的天體之一，它包含一顆比 我們的太陽大 1000 倍的黃白色的超巨星， 而且每27 年這顆巨人般的恒星還會被一個天體遮 住，并且 714天后這個天體才能從地球和超巨星之間穿過。這個神秘天體被認為是一個巨大 的繞著一對藍白色的星轉動的氣體和塵埃盤，這個盤有好幾個太陽系那么大，那兩顆藍白色 的星每一個都是太陽大小的好幾倍。
