星空starfield售前补习班③—恒星
本来想恒星和行星放一起的，发现不行，单是恒星的分类都太多了。
首先，还是重申一遍大尺度的概念，看看恒星在其中的定位：一级（纤维空洞）-二级（超星系团）-三级（星系团/群）-四级（星系）-五级（恒星系/行星系）-六级（星星个体）
恒星是衔接四级和五级的概念，恒星系是10个以下的恒星通过引力绑在一起而存在的运行系统，而上一级的银河系、以及银河系内部的星云、星团、星际泡、星际云等都是由一个个的恒星系组成的。所以我们人类认识宇宙最基本也最方便的单位应该也是恒星系。
很多人对我们自己的太阳系已经有了一定的了解，然而对于其他星系——那些离太阳系不算太远的星系基本上了解不多（尺度参考：离太阳最近的恒星比邻星，位于“半人马座α”这个三合星恒星系，4.24光年）。根据目前所知的游戏背景信息，玩星空是要了解太阳100光年以内（定居星系处于50光年的地方）的一些星体和其他宇宙知识的，我们可以从一个个的恒星系入手，先了解这个恒星系据太阳系的距离、恒星本身的种类和运行特征、是否多恒星系统、有无行星环绕等，再了解它的行星系，如是否处于宜居带、行星种类、有多少卫星等、进而能发展出个人的一些喜好和做各种决定。（我要在早期就安利TRAPPIST-1星系，处于宜居带的第三颗行星小g将会是我的第二故乡！）
那么我们这回先来了解恒星是什么，它从何而来，又会有什么样的结局。
恒星定义：恒星是由等离子体（固体>>加热>>液体>>加热>>气体>> 再加热>>等离子体！）组成的，是能自己发光（因为等离子体会发光）的球状或类球状天体。
想要高效地了解恒星的分类，首先需要知道这个揭示了恒星演化的图：
所有恒星的所有演化阶段（理论上）都可以在图中找到位置，处于中间那一条带里的恒星叫做主序星，左下和右上分别是恒星演变到后期，分化了之后的各种位置。要注意到，颜色越蓝，温度越高，颜色越红，温度越低。
*绝对星等：简单来说是恒星的真实亮度，数字越小越亮，太阳的绝对星等是4.83
*视星等/目星等：地球上观测到的亮度，数字越小越亮，满月的视星等约为-12，太阳-26.8
恒星的一生有三个可能的结局：变凉、爆炸、变黑洞（结局很少但过程很复杂并且路径有很多条）哦对了，也有因为质量太过小，在变成恒星之前就失败的“褐矮星”。spider星，哈哈。
不过，其实恒星最简单也最全面的分类方法，是颜色。恒星的颜色和它的光谱类型有关，恒星的光谱类型和颜色的对应关系如下（在上面的赫罗图可以看清楚）：
O型：淡蓝色
B型：蓝白色
A型：白色
F型：金白色
G型：黄色
K型：橙色
M型：红色
R和N型：橙到红色恒星
为什么没有绿色的恒星，好像说绿色光谱的恒星也会发出白色的光，而人类眼睛有bug看不到白色里面的绿色（不专业，纯找打，别信）
下面开始介绍恒星演化阶段的一些重要名词：
原恒星（Protostar）
处于“原始状态”（慢收缩阶段）的恒星。它在星际介质中的巨分子云收缩下出现，分子云核心的密度增加直到类似“金牛T星”状态（一颗能被观测到的最年轻的恒星，大约在一亿年后可以成为主序星，这个概念以它为标尺）的形成，然后就发展进入主序带。脱离原恒星阶段，标志着恒星从质量的吸积进入能量的辐射。
主序前星（pre-main sequence star）
恒星尚未成为主序星的一个阶段。当原恒星周围的气体和尘粒消散，吸积的过程停止，才能成为主序前星。当主序前星越过恒星诞生线之后，便能在可见光下被观测到。主序前星阶段的时长在恒星的生命中低于1%（对比下，恒星的生命时间大约有80%在主序带上）。
主序星（main sequence star）
是恒星生命中以氢燃烧为主的阶段。所有的主序星都在流体静力平衡状态（就是能保持一个球的形状），来自炙热核心向外膨胀的热压力与来自引力坍缩向内的压强维持着平衡。恒星的亮度和表面温度会随着年龄而增加。观测到的主序星上部恒星质量的上限在120至200太阳质量，质量下限大约是0.08太阳质量，低于这个门槛的会变成褐矮星。太阳目前处于这个阶段，之后会变成红巨星。
主序后星（post main sequence star）
指处于已脱离主序的演化阶段的恒星。下面介绍的都是主序后星。
红巨星（red giant）
一个较短的不稳定阶段，恒星表面温度相对很低，但因为体积巨大而极为明亮。广义上包括氢燃烧以后离开主星序的恒星，位于赫罗图的右方或右上方，属于巨星支或超巨星支，通常这些恒星大部分是体积和光度均很大的K、M型星，是光色发红的低温恒星，故称为红巨星。温度太高的会变成其他颜色巨星。质量较小的恒星外层物质会向外扩一下，核心物质则转化为一颗白矮星，中低质量的恒星会先变成红巨星，烧完了再变成白矮星。恒星质量越大，红巨星的过程持续的时间越短。一颗10倍以上太阳质量的恒星可能会变成特别大的红超巨星（Red Super Giant）。大约在50亿年后，太阳将成为红巨星，但是过30亿年以后，地球的表面将变得如同金星一般高热。
白矮星（white dwarf）
白矮星是由简并电子的压力抗衡引力而维持平衡状态的致密星（就是只能有原子核存在），因早期发现的大多呈白色而得名，可持续几十亿年。当恒星还是红巨星时，内部的氦开始聚变成碳，其实内部已经是一颗白矮星了，当恒星的不稳定状态达到极限后，红巨星会爆发，把核心以外的物质都抛离向外扩散成为星云，残留下来的内核就是白矮星。白矮星阶段的恒星光度低、密度高、温度高、体积小、质量大，主要由碳构成，外部覆盖一层氢气与氦气。银河系当时中已被发现的白矮星有488颗，都是离太阳不远的近距天体。白矮星的内部不再有物质进行核聚变反应，因此不再有能量产生，因为没有能量的来源，它将会逐渐释放它的热量而变冷，这意味着它会转变成红色。经过漫长的时间，白矮星的温度将冷却到光度不再能被看见，而成为冷的黑矮星。白矮星内部相当于一个巨大钻石，2004年吉尼斯世界纪录了直径约4000公里的钻石，哦不，碳白矮星。
新星（nova/new star）
是由吸积在白矮星表面的氢被白矮星高温加热造成剧烈的核子爆炸现象。这类白矮星通常原本都很暗，难以发现，爆发时突然增亮，于是被当作新产生的恒星，因此而得名。从地球上观测，就是一颗明亮而显而易见的“新”恒星的突然出现，并且它会在数周或数月内缓慢消失。所有观测到的新星的前身都位于双星系统中，或者是一对正在合并中的红矮星，或者是白矮星和它的伴星。按光度下降速度可以分为：快新星（NA）、中速新星（NAB）、慢新星（NB）、甚慢新星（NC）。在银河系中已发现超过200颗新星。
超新星（supernova）
是恒星在演化接近末期时经历的一种剧烈爆炸现象。比新星更明亮，比新星活动性更剧烈，所以叫超新星，是爆发规模最大的变星。质量在8倍太阳质量以上的恒星有可能变成超新星。恒星爆炸并向周围的星际物质辐射激波，这种激波会导致一个由膨胀的气体和尘埃构成的壳状结构形成，这被称作超新星遗迹。按照超新星上的元素分为I型（爆炸前已失去氢甚至氦包层，于是缺氢）、Ia型（巨星+白矮星的双星系统，缺氢和氦，有硅）、Ib型（大质量铁核坍缩，缺氢，有氦）和Ic型（大质量铁核坍缩，缺氢、氦、硅）、II型超新星（大质量核塌缩，有氢）。超新星爆发后会有几种可能，一是变成中子星，二是变成黑洞，三是变成渣渣。也有可能先变成中子星，再变成黑洞。超新星爆发令它周围的星际物质充满了金属，这丰富了形成恒星的分子云的元素构成。
中子星（Neutron Star）
是除黑洞外密度最大的星体，前身一般是一颗质量为10-29倍太阳质量的恒星。恒星演化到末期，内部先压缩成白矮星，原子的外壳被压破了，但是它还没有爆炸，于是继续压缩，原子核也被压破了。原子核中的质子和中子便被挤出来，质子和电子挤到一起结合成中子，最后所有的中子挤在一起，形成了中子星。可以说，中子星就是一个巨大的原子核。这时重力崩溃，恒星外壳的动能转化为热能向外爆发，发生超新星爆炸（supernova explosion）之后，内部的中子星内核就会被剩下来。中子星的密度即使是由原子核所组成的白矮星也无法和它相比。中子星的质量非常大以至于巨大的引力让光线都是呈抛物线挣脱。但中子星并不是恒星的最终状态，它还要进一步演化，由于它温度很高，能量消耗也很快，因此当它的角动量消耗完以后，将变成不发光的黑矮星。
脉冲星（Pulsar）
就是旋转的中子星，由于高速自转，它能够周期性地发射脉冲信号。1967年第一颗脉冲星（PSR1919+21）被发现，由于自转周期太短，是白矮星不能达到的速度，所以中子星概念才由假说成为事实，脉冲星也成为20世纪60年代天文的四大发现之一。至今人类已发现1620多颗脉冲星。脉冲星直径大多为10千米左右，自转极快，还具有极强的磁场，电子从磁极射出，辐射具有很强的方向性。脉冲星可以是双星系统（脉冲双星=其中之一是脉冲星、双脉冲星=两个都是脉冲星），也可以拥有行星系统。
黑洞（Black Hole）
黑洞的产生过程类似于中子星的产生过程，由于恒星核心的质量大到使收缩过程无休止地进行下去，中子在挤压引力自身的吸引下被碾为粉末，剩下来的是一个密度高到难以想象，时空曲率大到光都无法从其事件视界逃脱的天体。
黑洞的诞生过程，简单来说，通常恒星最初只含氢元素，氢聚变产生向外的能量，与向内的引力抗衡，以维持恒星结构的稳定。氢聚变产生新元素氦，然后氦也参与聚变生成锂，如此类推，按照元素周期表依次是铍、硼、碳、氮等被生成，直至铁元素生成，该恒星便会坍塌。这是由于铁元素相当稳定，参与聚变时释放的能量过小导致聚变最终停止，这使得恒星没有足够的向外的能量与引力抗衡，从而引发坍塌，最终形成黑洞。
黑洞巨大的质量导致周围的时空扭曲，光或任何东西进入这个区域都会被吸到黑洞里，不可能从该区域逃逸，这个区域的边界称作事件视界。所以黑洞无法直接观测，但可以借由间接方式得知其存在与质量，并且观测到它对其他事物的影响。借由物体被吸入之前的因黑洞引力带来的加速度导致的摩擦而放出x射线和γ射线的“边缘讯息”，可以获取黑洞存在的讯息。
其他表述：物体的实际半径小于其史瓦西半径（比如太阳的史瓦西半径约为3km，地球的史瓦西半径是9mm）的物体被称为黑洞。
红矮星（Red Dwarfs）
大多数红矮星的直径及质量均低于太阳的三分一，表面温度也低于3,500K。释出的光也比太阳弱得多，有时更可低于太阳光度的万分之一。银河系（也许所有星系都是如此）中70%的恒星都是红矮星。由于红矮星内部氢元素的核聚变速度缓慢，因此它们也拥有较长的寿命。另外，因为红矮星的体积小，引力也相对较小，内部产生的压力和温度不足以把氦聚合成更重的元素，因此也就不可能膨胀成红巨星，而是逐步收缩，直至把氢耗尽。也因为这个缘故，一颗红矮星的寿命可多达数百亿年，几乎和宇宙的年龄一样长。最近科学家说红矮星周围的行星上也是可能孕育生命的。
褐矮星（Brown Dwarfs）
也叫T矮星，是质量介于最重的气态巨行星和最轻的恒星之间的一种次恒星，具体而言，质量介于13至75或80倍木星质量。低于这个范围的是次褐矮星（有时被称为流浪行星），质量在这之上的是最轻的恒星红矮星。褐矮星可能只有对流，而没有分层或化学分化深度。褐矮星不在主序带上。其质量不足以维持核心中氢（1H）融合成氦的核聚变反应。褐矮星是而是介于恒星和行星两者之间的天体。
变星（variable star）
多数恒星在亮度上几乎都是固定的，然而有些恒星的亮度有显著的变化。变星指亮度与电磁辐射不稳定的恒星。这个概念不是恒星演变阶段的概念，仅仅指恒星的亮度等具有可观测的变化这一个特征，所以变星种类繁多，涉及恒星演化的各个阶段。已发现的变星有2万多颗，著名的造父变星（周期性脉动引起亮度变化，造父一是典型，所以取其名）、新星、超新星等都属于变星。按光变的起源和特征，可将变星划分为3大类：食变星（双星系统中的子星，因为时常被遮住所以亮度有变化）、脉冲星和爆发星（新星、超新星等）。此外还有光谱变星、磁变星、红外变星、X射线新星等。变星命名法由阿格兰德于1844年创立，每一星座内的变星，按发现的先后，在星座后用R—Z记名，如北冕座R、鲸鱼座YZ和天鹰座V603。
吐血了，下回是行星的分类。
