星星为什么会发光？

□ 国家天文台 黄亚芳

星星为什么会发光？

□ 国家天文台 黄亚芳

在迷你问答系列（四）中我们解释了星星“眨眼”的秘密，但另一个问题也随即而来：星星为什么会发光呢？要回答这个问题，先要来了解一下夜晚我们看到的“星星”到底都是些什么吧！

首先数量最多的一闪一闪的是跟太阳同属一类的恒星，另一些较为稳定的是太阳系的行星、卫星，还有少量一团团、一簇簇的是星云、星团和星系，另外就是可遇而不可求的彗星、流星，除此之外还有些是人造天体。它们在星空中散发着光芒，构成了繁星闪烁的壮美夜空。虽然同是发光但又各具特色，让我们来逐一了解一下它们各自的发光机制和特点吧！

恒星

恒星指那些能自己发光的星体，由于恒星距离我们太远，不借助特殊工具和方法，很难发现它们在天空相对的位置变化，因此古人认为它们是固定不动的星体，称之为恒星。

恒星诞生于分子云的塌缩，最初主要以氢为主，有氦和微量的其他重元素。随着坍缩的进行，恒星核心密度和质量会越来越大，内部压力越来越高，温度也会越来越高。当核心达到一定温度时，恒星“肚子”里储备最丰富的氢元素便被“点燃”，即氢原子与氢原子发生核聚变，变成氦原子并释放出大量的能量，这些能量会阻止其进一步的坍缩，使恒星达到一个静态平衡。这一刻便是恒星的“成人礼”，从此之后恒星会保持这种稳定的状态很长一段时间。

发生核聚变的恒星内部就像有无数枚氢弹在爆炸，不断聚变不断释放能量，这些能量源源不断地从内部传输到恒星表面再辐射到外部，在我们看来便是发光发热。因此，恒星一生的大部分时间，都因为核心的核聚变而发光。核聚变使恒星释放着光和热，使得在地球这类行星上有可能产生生命。此外，由较轻核聚合成较重核的聚变反应会终止于铁，这是因为其原子核最为稳定，今天存在于宇宙中的大多数比氦更重的化学元素是在恒星内部通过氢和氦的热核聚变反应产生的，因此恒星被称为宇宙元素的加工厂。

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核聚变，又称核融合、融合反应或是聚变反应，是指两个较轻的核结合形成一个较重的核和一个很轻的核或是粒子的一种核反应形式。在两个较轻的核融合过程中产生质量亏损进而释放出巨大的能量。

恒星内部发生的聚变反应主要是氢元素的核聚变反应。如图所示：一个氘和一个氚，在恒星内部的高温高压下，发生原子核聚合作用，生成中子和氦，并伴随着巨大的能量释放。

行星和卫星

太阳系的行星、卫星与恒星不同，自身并不会发光，我们之所以能看到它们，是因为它们被恒星照亮，并反射了恒星的光芒。

在满天繁星中如何区分行星和恒星呢？

在解释星星为什么会闪烁时，我们提到可以通过星光的闪烁程度来区分行星和恒星，由于行星距离地球较近，相对于我们观察者来说是个“面源”，因此受到大气扰动的影响较小，看起来比普通的恒星稳定而且较亮。

另外一个方法是通过行星的运行特点来区分。由于地球的自转作用，我们看到的夜空中的恒星都是围绕着北极星旋转的。而太阳系的八大行星则运行于一个几乎相同的轨道平面——黄道面（仅水星的公转轨道略微偏离这个平面）。由于我们置身于黄道面之中，只能看到这个平面的侧面，因此这个平面在地球夜空上的投影是一条穿越星空的弧形轨道——黄道。行星总是在黄道附近运行。

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黄道面是地球的公转轨道所在平面，目前与地球赤道面夹角为23°26'。

赤道是垂直地球自转轴的平面，与轨道平面（黄道）的夹角也就是黄赤交角。

从1994年克莱芒蒂娜环月轨道探测器（Clementine）拍摄的图片里能很好地观察到黄道平面。在图中（从右至左）月球被地球反射光照亮，太阳从月球较暗的一侧升起，然后依次是土星、火星和水星（左下角三个小点）。

星云、星团、星系

夜空中除了能看到点点繁星，如果观测条件允许的话还可以看到一些似云雾或亮团的天体。这些看似云雾状的星云，包括由尘埃、氢气、氦气和其他电离气体聚集而成的星际云和银河系之外的星系。而亮团状的天体则多是由几十甚至成千上万颗恒星构成的聚合体，称之为星团。

星系和星团由于其中包含的大量恒星而发光；星云同样多由其中的恒星激发电离而发光，但有些是冷暗的尘埃、气尘物质，本身不发光，却能反射周围恒星的光芒。

金牛座中有两个著名的疏散星团——昴星团和毕星团。上面那亮亮的一团，就是距离地球约400光年的昴星团。下面那片呈V字形的恒星，则是距离地球约150光年的毕星团。（图片来源：APOD）

通常在观测条件较好时，我们可见的星云有M31（仙女座星云/仙女星系）、M42（猎户星云）和M8（礁湖星云）；常见的星团有M44（蜂巢星团）、M45（昴星团）和M35（毕星团）。

在猎户座的照片中你能不能找到M42呢？（猎户座腰带左下方）

图中为智利阿塔卡马沙漠帕瑞纳天文台3座1．8米辅助望远镜的圆顶。在这三台辅助望远镜上方，大小麦哲伦云清晰可辨。（图片来源：APOD）

彗星、流星

2013年11月22日，日本著名天文插画师加贺谷穰在山梨县拍摄的ISON彗星与富士山。

彗星和流星相对于其他天体来说就相对容易辨别了，它们或拖着彗尾潇洒路过或带着耀眼的光芒转瞬即逝，都为深邃的星空留下了炫美的一笔。那它们是怎样发光的呢？

彗星主要是指由冰构成的太阳系小天体，绕太阳运行时自身表面融解、汽化，并在太阳风的作用下形成彗尾。由于太阳风的压力，其彗尾总是指向背离太阳的方向。彗星本身并不发光，是因为反射了太阳光芒我们才能看到它的优雅轨迹。

流星是指运行在星际空间的流星体（通常包括宇宙尘粒和固体块等空间物质）在接近星球时由于受到星球引力的摄动而被星球吸引，从而进入星球大气层，并与大气摩擦燃烧所产生的光迹。若流星体在摩擦中尚未完全烧尽而落在地面上，则成为陨石。

彗星在太阳风的作用下分离出大量尘粒、固块等物质，这些残留物质会继续沿着和彗星几乎相同的轨道运动。有时地球轨道会穿过这些残骸，当这些物质进入地球大气燃烧的时候，就成了流星。这也意味着有些流星雨和特定的彗星相关联。

人造天体

与行星类似，人造天体，如人造卫星、国际空间站等本身也是不发光的。当它们在夜空中过境并反射了太阳光后便会“现身”。如果正当你沉醉在闪烁繁星中感慨宇宙的浩渺时，一个亮点缓缓划过，那肯定就是人造天体啦！