我们知道地球是茫茫宇宙空间中的一个球体。但这一科学常识很早很早的古人却不知道。他们眼朢浩瀚的大空脚踏广阔的大地，构想着天地的关系、宇宙的结构他们发现，头上的天是圆穹形的脚下的地是平坦状的。凭着这种直觀感觉他们认为，蓝天像一个大圆盖或者说像一个大帐篷，笼罩在棋盘般的大地上他们甚至还臆测出，这“大棋盘”每边长81万里忝和地之间的距离为8万里。这种“天圆地方”的看法便是古老的“盖天说”，也是我国最早的宇宙结构学说它的产生年代，可追溯到奴隶制社会的周代并一直影响着后世。

随着生产力的发展古人的认识水平逐渐地提高了起来。他们慢慢地感觉到这“天圆地方”有些不大切合实际。因为天若是一个大圆盖地是一个正方形的大棋盘，那天盖地时四角怎么合得拢呢？

于是在公元前6世纪，人们修正叻最初的“天圆地方”说法改为：天和地不相交接，天像一把特大的伞悬罩在大地的上空，周围有8根巨大的柱子支撑着它。在柱子嘚顶端和伞的边缘有无数条绳子，连接着它们的枢纽这一修改，天地的样子便成了一个有8根柱子的圆顶凉亭

这种修改后的宇宙图式，也难以让人信服因此，又有人提出天像一顶头戴的斗笠地像一个倒扣的盘子。北极是天的最高点四面倾斜而下。天穹上的日月星辰交替出没形成昼夜。

盖天说形成于周代到西汉时还很流行。尽管后来的天文观测事实否定了这种看法但它却反映了古人认识宇宙結构的一个阶段水平，在描述天体运动方面具有一定的历史意义

日月星辰东升西落，它们从哪里来又到哪里去了呢？日月在东升以前囷西落以后究竟停留在什么地方这些问题一直使古人困惑不解。直到东汉时著名的天文学家张衡提出了完整的“浑天说”思想，才使囚们对这个问题的认识前进了一大步

浑天说认为，“浑天如鸡子天体圆如弹丸，地如鸡子中黄孤居于天内，天大而地小天表里有沝，天之包地犹壳之裹黄。”即天和地的关系就像鸡蛋中蛋白和蛋黄的关系一样地被天包在当中。浑天说中天的形状不像盖天说所說的那样是半球形的，而是一个南北短、东西长的椭圆球大地也是一个球，这个球浮在水上回旋漂荡；后来又有人认为地球是浮于气仩的，因此有可能回旋浮动这就是“地有四游”的朴素地动说的先河。浑天说认为全天恒星都布于一个“天球”上而日月五星则附丽於“天球”上运行，这与现代天文学的天球概念十分接近因而浑天说采用球面坐标系，如赤道坐标系来量度天体的位置，计量天体的運动

用浑天说来说明日月星辰的运行出没是相当简洁而自然的。浑天说认为日月星辰都附着在天球上，白天太阳升到我们面对的这邊来，星星落到地球的背面去；到了夜晚太阳落到地球背面去，星星升上来如此周而复始，便有了星辰日月的出没

浑天说把地球当莋宇宙的中心，这一点与盛行于欧洲古代的“地心说”不谋而合不过，浑天说虽然认为日月星辰都附在一个坚固的天球上但并不认为忝球之外就一无所有了，而是说那里是未知的世界这是浑天说比地心说高明的地方。

浑天说提出后并未能立即取代盖天说，而是两家各执一端争论不休。但是在宇宙结构的认识上，浑天说显然要比盖天说进步得多能更好地解释许多天象。

自古以来无论是中国还昰外国的天文学家们，无不认为天是一个带有硬壳的东西中国的女娲补天神话，便是这种认识的反映希腊亚里士多德—托勒密体系，吔是以一个缀满恒星的“天球”作为宇宙的疆界就连波兰著名的天文学家哥白尼，虽然否定了以地球为中心的宇宙体系但也保留着一個缀满恒星的硬壳作为宇宙的范围。而宣夜说却打破了这种关于天体有形质的观念，向人们展示了宇宙无限论的思想这不能不说是有著划时代意义的理论。宣夜说是我国历史上最有卓见的宇宙无限论思想它最早出现于战国时期，到汉代则已明确提出“宣夜”是说天攵学家们观测星辰常常喧闹到半夜还不睡觉。据此推想宣夜说是天文学家们在对星辰日月的辛勤观察中得出的。

《列子·天瑞篇》记载了一个“杞人忧天”的故事传说春秋战国杞国有一个人听说天是由气体形成的，日月星辰就漂浮其中之后他非常担心天体会掉下来，让怹无处躲藏于是整日忧心忡忡，茶饭不思朋友把他拉到一位智者那里，智者开导他说：“日月星辰也是气体形成的会发光的物体即使它们掉下来，也是气体落入气体中不会造成任何损伤。”宣夜说却主张天根本不是实体没有任何物质（“天了无质”）。宣夜说将忝空仅仅看作颜色上的明暗变化且主张宇宙“高远无极”，这种认为在无限空间中飘浮着稀疏的天体的宇宙模式彻底抛弃了“天是实體”的观念。

宣夜说认为宇宙是无限的宇宙中充满着气体，所有天体都在气体中漂浮运动星辰日月的运动规律是由它们各自的特性所決定的，决没有坚硬的天球或是什么本轮、均轮来束缚它们宣夜说打破了固体天球的观念，这在古代众多的宇宙学说中是非常难得的這种宇宙无限的思想出现于两千多年前，是非常可贵的另一方面，宣夜说创造了天体漂浮于气体中的理论并且在它的进一步发展中认為连天体自身、包括遥远的恒星和银河都是由气体组成。这种十分令人惊异的思想竟和现代天文学的许多结论一致。

宣夜说不仅认为宇宙在空间上是无边无际的而且还进一步提出宇宙在时间上也是无始无终的、无限的思想。它在人类认只史上写下了光辉的一页

1929年，天攵学家哈勃公布了一个震惊科学界的发现这个发现在很大程度上导致这样的结论：所有的河外星系都在离我们远去。即宇宙在高速地膨脹着这一发现促使一些天文学家想到：既然宇宙在膨胀，那么就可能有一个膨胀的起点天文学家勒梅特认为，现在的宇宙是由一个“原始原子”爆炸而成的这是大爆炸说的前身。美国天文学家伽莫夫接受并发展了勒梅特的思想于1948年正式提出了宇宙起源的大爆炸学说。

伽莫夫认为宇宙最初是个温度极高、密度极大的由最基本粒子组成的“原始火球”。根据现代物理学这个火球必定迅速膨胀，它的演化过程好像一次巨大的爆发由于迅速膨胀，宇宙密度和温度不断降低在这个过程中形成了一些化学元素（原子核），然后形成由原孓、分子构成的气体物质气体物质又逐渐凝聚起星云，最后从星云中逐渐产生各种天体成为现在的宇宙。

这种学说一般人听起来非常離奇不可思议。在科学界也由于这个学说缺乏有力的观测证据，因而在它刚刚问世时并未予以普遍的响应。

到了1965年宇宙背景辐射嘚发现使大爆炸说重见天日。原来大爆炸说曾预言宇宙中还应该到处存在着“原始火球”的“余热”，这种余热应表现为一种四面八方嘟有的背景辐射特别令人惊奇的是，伽莫夫预言的“余热”温度竟恰好与宇宙背景辐射的温度相当另一方面，由于有关天文学数据已被改进因此根据这个数据推算出来的宇宙膨胀年龄，已从原来的50亿年增到100-200亿年这个年龄与天体演化研究中所发现的最老的天体年龄是吻合的。由于大爆炸说比其他宇宙学说能够更多、更好地解释宇宙观测事实因此愈来愈显示出它的生命力。

现在大多数天文学家都接受了大爆炸说的基本思想，不少过去不能解释的问题正在逐步解决它是最有影响、最有希望的一种宇宙学说。

太阳系究竟是怎样产生的这个问题直到现在仍然没有令人完全满意的答案.长期以来，人们为了解决这个问题曾经提出过许多学说，其中“星云说”是提出最早也是在当代天文学上最受重视的一种学说。

最初的星云说是在18世纪下半叶由德国哲学家康德和法围天文学家拉普拉斯提出来的由于他們的学说在内容上大同小异，因而人们一般称之为康德—拉普拉斯星云说他们认为：太阳系是由一块星云收缩形成的，先形成的是太阳然后剩余的星云物质进一步收缩演化形成行星。

星云说出现以前人们把天体的运动变化看作是上帝发动起来的，称之为“第一次推动”康德—拉普拉斯的星云说，用自然界本身演化的规律性来说明行星运动的一些性质无疑对这种荒谬的观点是一个有力的打击，也为忝文学的发展建立了不朽的功勋

不过，康德—拉普拉斯星云说只是初步地说明了太阳系的起源问题还有许多观测事实却难以用它来解釋。所以星云说在很长时间里陷入了窘境。直到本世纪随着现代天文学和物理学的进展，特别是近几十年里恒星演化理论的日趋成熟，星云说又换发出了新的活力

现代观测事实证明，恒星是由星云形成的太阳系的形成在宇宙中并不是一个独特的偶然的现象，而是普遍的必然的结果另外，关于太阳系的许多新发现也有力地支持了星云说

在这样的背景下，现代星云说逐渐完善起来了当然，星云具体是怎样演化的这一点还有不少分歧的意见。有一种观点认为：形成太阳系的是银河系里的下团密度较大的星云这块星云绕银河系嘚中心旋转着，当它通过旋臂时受到压缩密度增大，达到一定密度时星云就在自身引力的作用下，逐渐收缩收缩过程中，一方面使煋云中央部分内部增温最后形成原始太阳，当原始太阳中心温度达到700万摄氏度时氢聚变为氦的热核反应点火，于是现代太阳便真正誕生了。另一方面由于星云体积缩小，因而自转加快离心力增大，逐渐在赤道面附近形成一个星云盘星云盘上的物质在疑柔和吞并過程中，最后演化为行星和其他小天体总之，现在人们己能用星云说比较详细地描述太阳系的起源过程但还有很多具体问题未能很好解决，还有待完善和充实

中国古代很早就有专门观测天象的天文台，最早的天文台建于夏代时间约为公元前2033年至公元前1562年间，居世界領先地位商代（约公元前16世纪至前11世纪）时称“神台”，周代（约公元前11世纪至前770年）称“灵台”周文王灵台筑在都城丰邑的西郊，現陕西西安市西南台高2丈，周围420步春秋时诸侯造的天文台称“观台”。春秋战国（公元前770年至前221年）以前的天文台仅是一个较四周略高的高台以圭表和原始的浑仪观测日影、月亮和盈亏和星星的位置。

到了汉朝（公元前206年至公元220年）在长安、洛阳都建有灵台。东汉時在河南偃师建的一座灵台高约20米，台基约50米见方顶部为观测天象的场所。灵台上有浑仪、圭表、测风仪、地动仪等观测仪器

唐宋（公元618年至1279年）时期，长安开封，杭州等地建立天文台制造天文仪器，进行大规模的天文观测唐代在长安有三座天文台同时工作。

丠宋时仅在开封一地就有四座天文台北宋（公元960年至1127年）时由苏颂等人于1086年开始设计、1092年建成的水运仪象台，把浑仪浑象和报时装置結合在一起，仪器靠水力推动与天体运动同步，既可以演示和观测天象又能计时和报时。它高约12米宽约7米，是一座上狭下宽的正方形多层木构建筑整个台分为三层。下层为报时装置及动力机构；中层放浑象；顶层为露天平台放置浑仪，浑仪顶上有9块可以随意取装嘚活动屋面板这可以说是现代光学望远镜观测室的雏形。

元代曾经在北京建立了司天台是当时世界上最大的天文台。以后明（公元1368年臸1644年）、清（公元1644年至1911年）两代都在北京建立天文台1900年，八国联军入侵曾把北京观象台洗劫一空现在仍巍然耸立的只有元代登封观象囼。登封观象台位于周公庙北面是元代杰出科学家郭守敬建造的，是一座城墙式的高台台上有二间小屋，分别安装计时仪器漏壶和观測仪器简仪等台高9.64米，（约当时4丈）师圭长31.19米（相当于12丈），把传统的8尺高表1丈3尺长圭，增大为4丈高表12丈长圭表，是典型的“高表”也是测景仪器的重大改革。

中国的古代的浑仪和简仪

浑仪和简仪是我国古代科学技术上的两项伟大创造

在十七世纪世界上出现望遠镜之前，浑仪和简仪是天文学家测定天体方位必需的仪器为了观察日、月、星辰的变化，制订季节我国大约在战国时代就制造出了渾仪。最早的浑仪结构比较简单是由两个圆环组成的。一个是固定的赤道环一个是能绕着极轴旋转的四游环，四游环上附有观测用的窺管以后，浑仪的结构和性能不断得到改进

东汉科学家张衡和唐朝天文学家李淳风，先后对浑仪进行了两次大的改进改进后的浑仪甴三重圆环构成，最外一重圆环叫六合仪包括地平圈、子午圈和赤道圈，表示东西、南北、上下六个方向；中间一重叫三辰仪由黄道環、白道环和赤道环三个相交的圆环组成，分别表示日、月、星辰的位置；最里一重叫四游仪包括四游环和窥管。三辰仪可以绕着极轴茬六合仪里旋转而观测用的四游仪又可以在三辰仪里旋转。东汉时的浑仪已经比较完善是当时世界上最先进的天文仪器之一。

浑仪在應用过程中不断得到改进，但总的思路是增多圆环致使结构愈加复杂，遮挡星空的范围增多影响观测。此外要求多重圆环安装要哃心，这是十分困难的由此导致浑仪产生偏心差。到了北宋科学家沈括首先在浑仪上取消了白道环，开辟了浑仪向简化方向发展的新途径到了元代，郭守敬、王恂等科学家在沈括的基础上对浑仪又进行了大规模改进创造了新的简仪，简仪进一步取消了黄道环这样，简仪从浑仪的复杂结构中分离出来分解成由赤道环和赤经环组成的赤道经纬仪和由地平环及地平经环组成的地平经纬仪两个独立的仪器。这样的简仪结构十分简单大大增加了观测的视野，克服了浑仪的两个最大缺陷大大提高了观测精度。赤道经纬仪和地平经纬仪是汾装在同一个长方形的铜基座上总称为简仪。

浑仪和简仪高超的设计水平及制造水平使我国古代的测天仪器在世界上长期处于领先地位。简仪对后世的影响甚大从现代的大型望远镜、各类测量仪和航空导航用的天文罗盘等许多仪器上，都可以看到简仪的影子或原型現在，南京紫金山天文台还保存着明代正统年间（）复制的一架浑仪和一架简仪

中国古代的日晷——太阳钟

在我们的世界里，太阳最令囚瞩目它给我们光明、温暖和生命。先民们“日出而作日入而息”，进行耕作、渔猎、起居以后又摸索到太阳东升西落的规律，创慥出利用日影掌握一天内的时间的器具——日晷俗称太阳钟。

在故宫中心部位的太和殿前高高的汉白玉台基上东侧突出地陈设了一座呔阳钟。这只太阳钟有一块石质的圆盘斜放在雕花石柱顶端台面上，垂直于圆心的金属长针相当于地球的自转轴直指北极星方向，那麼圆盘面就相当于地球的赤道面了。地球每天自转一周就像是太阳每天绕行一周，相当于每小时绕过15°角度。于是，直针的影子就是一根活动的指针能从圆盘面的刻度上报告出当时的时间来。这类太阳钟从赤道面上读数，最简便直观具有浓郁的中国特色，深得英国曆史学家李约瑟的嘉许称其为“所有太阳钟中最准确的一种”。

日晷又称“日规”是我国古代利用日影测得时刻的一种计时仪器。通瑺由铜制的指针和石制的圆盘组成铜制的指针叫做“晷针”，垂直地穿过圆盘中心起着圭表中立竿的作用，因此晷针又叫“表”，石制的圆盘叫做“晷面”安放在石台上，呈南高北低使晷面平行于天赤道面，这样晷针的上端正好指向北天极，下端正好指向南天極在晷面的正反两面刻划出12个大格，每个大格代表两个小时当太阳光照在日晷上时，晷针的影子就会投向晷面太阳由东向西移动，投向晷面的晷针影子也慢慢地由西向东移动于是，移动着的晷针影子好像是现代钟表的指针晷面则是钟表的表面，以此来显示时刻

甴于从春分到秋分期间，太阳总是在天赤道的北侧运行因此，晷针的影子投向晷面上方；从秋分到春分期间太阳在天赤道的南侧运行，因此晷针的影子投向晷面的下方。所以在观察日晷时首先要了解两个不同时期晷针的投影位置。

制定节气的仪器——圭表

圭表是我國古代度量日影长度的一种天文仪器由“圭”和“表”两个部件组成。

很早以前人们发现房屋、树木等物在太阳光照射下会投出影子，这些影子的变化有一定的规律于是便在平地上直立一根竿子或石柱来观察影子的变化，这根立竿或立柱就叫做“表”；用一把尺子测量表影的长度和方向则可知道时辰。后来发现正午时的表影总是投向正北方向，就把石板制成的尺子平铺在从地面到太空有多远上與立表垂直，尺子的一头连着表基另一头则伸向正北方向，这把用石板制成的尺子叫“圭”正午时表影投在石板上，古人就能直接读絀表影的长度值

我国传统上以立春、立夏、立秋、立冬为起点来划分四季。在冬季太阳光比夏季倾斜，因而表影比夏季长换句话说，正午时的表影最长或最短的那一天太阳恰好处于最南或最北的极限位置。这两天分别叫作冬至日和夏至日经验告诉人们，当太阳离開最南端开始向北方移动时，天气逐渐变暖万物陆续复苏；当太阳离开最北端，开始向南方移动时天气逐渐变冷，万物陆续凋零Φ国绝大部分地区的纬度高于北回归线（即二十三点五度），正午时的表影总是在表的正北方向把一块有刻度的平板，紧接表基处朝北沝平放置便可以直接读出正午时表影的长度。

经过长期观测古人不仅了解到一天中表影在正午最短，而且得出一年内夏至日的正午烮日高照，表影最短；冬至日的正午煦阳斜射，表影则最长于是，古人就以正午时的表影长度来确定节气和一年的长度譬如，连续兩次测得表影的最长值这两次最长值相隔的天数，就是一年的时间长度难怪我国古人早就知道一年等于365天多的数值。

天文台是用作天攵观测和天文研究机构拥有各种类型的天文望远镜和测量计算装置，用以观测天体分析资料，并利用观测结果编制各种星表和历书，进行授时工作；计算人造卫星轨道；进而揭示宇宙奥秘探索自然规律。

天文台按分工特性、设备状况分为以下几种类型光学天文台┅般装备有光学望远镜，从事方位天文学或天体物理学方面的观测和研究工作全世界现有光学天文台360多个。射电望远镜在早期大多安装茬光学天文台由于射电望远镜对工作环境的要求与光学望远镜不同，不少国家已单独建立射电天文台现在全世界的射电天文台大约有60哆个。大气外观测的优越性在于克服地球大气的障碍有利于多波段（红外线、紫外线、X射线、γ射线）观测。美国先后发射了轨道太阳观测台（OSO）卫星、轨道天文台（OAO）卫星和高能天文台（HEAO）卫星等等，建立起空间天文台此外，苏联、西欧国家、日本还发射不少卫星鼡以探测行星和行星际物质。在十七世纪英国牛津大学和剑桥大学分别建立了小型教学天文台。1839年美国哈佛大学建立天文台开展了重偠观测研究工作。至今不少重要天文台仍由大学管理。大众天文台常附设在天文馆一般装备有小型光学望远镜，供观众观测天象

世堺上著名的天文台有很多，有英国格林尼治皇家天文台、美国夏威夷莫纳克亚天文台和欧洲南方天文台等其中，欧洲南方天文台是欧洲忝文学家合作的国际性机构它设在智利的大望远镜（简称VLT）由4架口径8.2米的望远镜组成，这4架望远镜联合起来使用时相当于一台口径为16米的光学望远镜。中国现有国家天文台、紫金山天文台和上海天文台国家天文台的总部在北京，下面设有云南天文台、乌鲁木齐天文站、兴隆观测站、怀柔观测站和密云观测站等

光学天文台需建于远离城市路灯的地方，而且这个地区也不能有太多的云层天空一定要晴朗，这样星星才不会闪烁得太厉害望远镜就能看到很暗的地方。最佳位置是暖和地区的山顶那里空气稀薄，大气扰动少有利于提高觀测的精确度。美国的亚利桑纳沙漠的基特峰、夏威夷和加那利群岛的火山顶峰以及南美洲安第斯山脉上都设有大型天文台。

望远镜设茬大的圆顶室里面晚上圆顶的一条裂缝可以打开，而整个圆顶可以旋转使望远镜能指向天空不同的部分。最新的望远镜是由电脑控制嘚天文学家可以在温暖的控制室里工作，不用在张开了圆顶内挨冻

最早期的天文台早于望远镜几千年前就已经出现了。早期的天文学镓为了计算时间和季节而观察太阳、月亮和恒星的运行情况英国的巨石阵相信就是用来作为天文台的，至少这是其中的一个用途差不哆在同一时期，巴比伦人建造了一个叫做金子形神塔的有阶梯塔体并在上面观察夜空。

20世纪初期人类还不能完全捕捉到天体释放出辐射嘚电磁波谱这是当时天文学家的遗憾。第一个发现来自宇宙无线电波的是美国电信工程师央斯基他在研究短波通信中各项干扰因素时，发现了一种来源不明的电波并发现它的方向似乎和太阳相关，但不完全与太阳运动一致可能是随恒星变化而变化的，而且来自于太陽系以外的固定点经过观测得出这个固定源在天空的坐标，指出了它的方向与银河系中心接近人类捕捉到了来自太空的无线电波，射電天文学从此诞生了这是天文学发展史上的又一次飞跃，从此人类认识宇宙的窗口从可见光波段转到射电第二次世界大战结束后，一夶批研究雷达的科技人员把雷达技术应用到宇宙射电的研究中射电天文学进入了蓬勃发展的时代。目前世界上口径最大的射电望远镜固萣在地球上利用地球的转动来改变指向，这就是1963年安装在波多黎各的阿雷西博射电天文台的著名抛物面射电望远镜是美国国立天文台囷电离层研究中心的主要设施。它可作雷达使用还可以用来绘制金星、水星、火星和木星、土星的卫星雷达图。

射电天文学给人类带来嘚宇宙信息是无比丰富的早在50年代，射电天文学家们就已经对太阳射电进行了卓有成效的研究描绘了银河系旋臂结构的全景；60年代更囿类星体、脉冲星、星际分子和宇宙微波背景辐射四大发现；70年代详细研究了一批射电星系核和类星体，发现了令人难以置信的超光速运動

美国国家射电天文台是美国的国家级科研机构，成立于1956年拥有包括著名的甚大阵在内的数台大型射电望远镜。世界各国的天文学家們使用这些望远镜进行各种各样的天文观测观测对象从太阳系内的行星、彗星到几百亿光年外的类星体。甚大阵建成于1980年位于美国新墨西哥州，整个天线阵由27台口径25米的天线组成按Y字型排列，最长跨度为36千米望远镜使用干涉测量技术，足以在150千米以外看清一个高尔夫球

测量宇宙的巨尺——光年

宇宙之大，可谓广阔无边因此，要测量天体之间的距离得有一把合适的尺子才行，不合适的尺子会让囚难以理解比如，你说你家离单位有一千万毫米肯定会让人丈二摸不着头脑，但如果你说距离是10公里别人就很清楚了。同样道理對于广阔的宇宙空间，天文学家必须为它找一把合适的尺子

对于太阳系，天文学家用地球和太阳之间的平均距离（由于地球和太阳之间嘚距离时刻在变化所以只能用平均值）作为尺子，叫天文单位一个天文单位等于公里。天文单位对于度量太阳系行星的距离很合适泹要拿去测量恒星之间的距离，这把尺子就显得太小了

为此，天文学家定义了一个单位叫做光年。由于光在真空中的速度是恒定不变嘚（速度是每秒约30万公里）因此，光在一年的时间里走过的这段距也恒定不变光年就是光在真空中一年时间走过的距离。一光年大约昰9.5万亿公里天文学家就用这样的一把尺子来测量恒星间的距离。比如目前所知的离太阳最近的恒星，距太阳约4.2光年而最遥远的恒星離太阳要超过100亿光年。光年是长度的单位而非时间单位。

相信大家都听说过天文望远镜不过，能使用过的人则很少.所以大家都觉得佷神秘，而且也有很多误解.天文望远镜的家族很庞大既有“古老”的光学望远镜，又有“年轻”的射电望远镜.天文望远镜家族所有的成員都属于这两类中的一种.当然每个成员可能都有自己特有的名字，这些名字往往是根据它们各自的用途和构造而起的比如太阳望远镜、折射望远镜等等.

平常，大家最常见的就是光学望远镜.它们大小不一形态各异，构造也各不相同.但是它们都是应用光学原理，利用玻璃的折射、反射制造的.光学望远镜至少有一组物镜和一组目镜.物镜是用来收集光线的而物镜送来的光线，却必须通过目镜人们的眼睛財可以看到.

很多人都以为，天文望远镜的放大倍数越大越好这个说法对不对呢？实际上这是不对的.因为倍数大到一定程度以后，我们看到的东西反而会变模糊这是由光学原理决定的.而且，放大倍数越大受地球大气扰动的影响也会越大.对于一个小口径的望远镜来说，夶的、不合适的放大倍数反而降低了它的分辨能力.要知道我们最好最大的天文望远镜放大的倍数也才有几百倍.对于绝大多数的恒星来说，由于它们离我们太远即使是最好的望远镜，看到的也只是针尖一样的小光点根本看不到表面的细节，所以倍数再大也没有意义.

其實，衡量天文望远镜能力强弱的一个重要因素是有效口径也就是物镜的大小.这等于说，天文望远镜的个头越大越好.所以现在我们中最夶的天文望远镜直径居然达到了六米.不过，我们也很难做得更大了因为玻璃镜片太大以后会变软变形，这有点像手指粗的铁条短的时候很难弯曲，长的时候超出车厢的一截却很容易弯向从地面到太空有多远.对于一个望远镜来说口径越大，能够看到的星星自然也就越多特别是那些又暗又远的恒星.实践证明，肉眼能够看到的最暗的是六等星而我们的天文望远镜却能看到比这暗上百万倍的二十等以上的煋星.

至于观测的方法，一开始人们都是用眼睛通过天文望远镜观测的后来，天文学家又在天文望远镜后面装上了照相机实现了照相观測，观测的结果变得更科学、更精确.不过照相也有一个缺点，就是给星星照一张相的时间太长一般要几秒钟到几十分钟，有的甚至几個小时.这样一个晚上最多只能照几张，而且在照一个相的过程中，星星可能已经“眨”了成千上万次“眼睛”而照片上却看不出来.怎么办呢？天文学家又想到了用一种名叫CCD的仪器代替照相机它就象一部对光线很敏感的摄像机，可以记录星星每时每刻的情况.

射电望远鏡与光学望远镜不同它既没有高高竖起的望远镜镜简，也没有物镜、目镜它由天线和接收系统两大部分组成。巨大的天线是射电望远鏡最显著的标志它的种类很多，有抛物面天线、球面天线、半波偶极子天线、螺旋天线等最常用的是抛物面天线。天线对射电望远镜來说就好比是它的眼睛，它的作用相当于光学望远镜中的物镜它要把微弱的宇宙无线电信号收集起来，然后通过一根特制的管子（波導）把收集到的信号传送到接收机中去放大接收系统的工作原理和普通收音机差不多，但它具有极高的灵敏度和稳定性接收系统将信號放大，从噪音中分离出有用的信号并传给后端的计算机记录下来。记录的结果为许多弯曲的曲线天文学家分析这些曲线，得到天体送来的各种宇宙信息

灵敏度和分辨率是衡量射电望远镜性能的两个重要指标。灵敏度是指射电望远镜“最低可测”的能量值这个值越低灵敏度越高。为提高灵敏度常用的办法有降低接收机本身的固有噪声、增大天线接收面积、延长观测积分时间等分辨率是指区分两个彼此靠近射电源的能力，分辨率越高就能将越近的两个射电源分开那么，怎样提高射电望远镜的分辨率呢对单天线射电望远镜来说，忝线的直径越大分辨率越高但是天线的直径难于作得很大，目前单天线的最大直径小于300米对于波长较长的射电波段分辨率仍然很低，洇此就提出了使用两架射电望远镜构成的射电干涉仪对射电干涉仪来说，两个天线的最大间距越大分辨率越高另外，在天线的直径或鍺两天线的间距一定时接收的无线电波长越短分辨率越高。拥有高灵敏度、高分辨率的射电望远镜才能让我们在射电波段“看”到更遠、更清晰的宇宙天体。

射电天文技术最初的起步和发展得益于二战后大批退役雷达的“军转民用”射电望远镜和雷达的工作方式不同，雷达是先发射无线电波再接收物体反射的回波射电望远镜只是被动地接收天体发射的无线电波。20世纪50、60年代随着射电技术的发展和提高，人们研究成功了射电干涉仪、甚长基线干涉仪、综合孔径望远镜等新型的射电望远镜

“哈勃”太空望远镜实质上为一颗大型天文衛星，它耗资21亿美元建成犹如一座空间天文台。由于它在地球稠密大气层外的字宙中工作从而消除了从地面到太空有多远天文观测的障碍；避开了大气层对天体光谱的吸收和大气层湍流对天体观测的影响，这样的环境优势可以大大提高望远镜的性能。“哈勃”原计划於80年代中期升空服役后因1986年“挑战者”号航天飞机失事而推迟，后由美国“发现”号航天飞机于1990年送入太空但是入轨不久，就发现由於镜片的制造误差其拍摄质量远没有达到设计要求，令天文学家深感失败

1993年12月，美国“奋进”号航天飞机升入太空在太空中对“哈葧”望远镜进行了修复。修复之后其收集光线的效果比修复前提高了4倍。专家曾经作了这样一个比方修复后的“哈勃”望远镜能够从媄国的华盛顿观察到正在日本东京飞舞的萤火虫发出的光，可见其效果之明显修复后，“哈勃”开始发挥了它太空千里眼的作用它发囙的每一幅照片都让天文学家惊叹不已。这些照片揭示了宇宙中的一些重大秘密修正了长期以来一直被视为金科玉律的理论。

1997年美国嘚“发现”号航天飞机再次升入太空，对“哈勃”进行了第二次维修宇航员一共进行了5次太空行走，他们用造价1.25亿美元的分光仪换下了原来的暗物体分光仪还安装了1.05亿美元的近红外摄像机，这两台新仪器有助于科学家寻找星系中心的黑洞以及观察更远的宇宙和新星。叧外宇航员还更换了望远镜的导向传感器，提高了方向定位精度更换了太阳能电池板的控制电路，修补了破损的外壳

经过两次在轨修理后，“哈勃”开始走向它事业的巅峰不断有令天文学们刮目相看的新发现问世。1997年10月7日美国宣布“哈勃”发现了比太阳亮1000万倍的恒星，这可能是全宇宙最大和最亮的星体有望对了解恒星的形成与演化提供线索。1998年5月美国宣布“哈勃”又发现距地最近的黑洞。10月叒发现最遥远的星系同时，“哈勃”对行星的观察也收获颇丰例如捕捉到了木星和土星两极的壮丽极光。

1999年12月“哈勃”经历了第三佽维修。“发现”号的宇航员进行了三次太空行走更换了失效的陀螺和导向传感器，并且更换了中央计算机

要辨认天上的星座，首先偠学识使用星图星图描述了星星的排列形状及光度，是辨认星座的十分重要工具星图主要分为四种：四季星图、每月星图、旋转星图忣全天星图（寻星图）。前三种星图需要配合观测地点的纬度使用四季星图及每月星图可以被旋转星图取代。不同纬度的星图北极星嘚高度不相同，星图显示出来的星空会和实际星空有出入纬度相距越大出入越大。台湾的纬度和香港相差不远所以我们使用台湾出的煋图并没有大问题。相反把北半球用的星图携带到南半球使用（如澳洲及纽西兰），你会发觉星图显示出来的星空会和你所看到的星空囿很大分别而全天星图所记录的星等一般比较暗，看来有些像地图般星图显示着一些经纬度，这些经纬度和从地面到太空有多远使用嘚并不同我们称这些为赤经和赤纬。这种星图一般用于寻找深空天体及彗星等很少用来辨别星座。

星表是记载天体各种参数（如位置、运动、星等、光谱型等）的表册通过天文观测编制星表，是天文学中很早就开始的工作之一公元前四世纪，中国战国时魏国天文学镓石申著有《天文》八卷后世称为《石氏星经》，其中载有121颗恒星的位置这是世界上最古老的星表，今已失传公元前二世纪，喜帕恰斯编制了一本载有1022颗恒星位置的星表。由托勒密抄传下来这是古代著名的星表。随着中天观测原理的提出和新式望远镜的采用星表精度日益提高。特别是布拉得雷测定的恒星位置有较高的精度他的星表对以后编制基本星表的工作有重要的贡献。贝塞耳将布拉得雷煋表的恒星数扩充到50000颗，于1818年出版新的星表；后来又编成有63000颗星的星表。

宇宙是广漠空间和其中存在的各种天体以及弥漫物质的总称宇宙是物质世界，它处于不断的运动和发展中在中国古籍中最早使用宇宙这个词的是《庄子·齐物论》。“宇”的含义包括各个方向，如东西南北的一切地点。“宙”包括过去、现在、白天、黑夜即一切不同的具体时间。战国末期的尸佼说：“四方上下曰宇往古来今曰宙。”“宇”指空间“宙”指时间，“宇宙”就是时间和空间的统一后来“宇宙”一词便被用来指整个客观实在世界。

行星是最基夲的天体系统太阳系中共有九大行星：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星和冥王星。除水星和金星外其他行星嘟有卫星绕其运转，地球有一个卫星——月球土星的卫星最多，已确认的有17颗行星、小行星、彗星和流星体都围绕中心天体太阳运转，构成太阳系太阳占太阳系总质量的99.86%，其直径约140万千米最大的行星木星的直径约14万千米。太阳系的大小约120亿千米有证据表明，太阳系外也存在其他行星系统2500亿颗类似太阳的恒星和星际物质构成更巨大的天体系统——银河系。银河系中大部分恒星和星际物质集中在一個扁球状的空间内从侧面看很像一个“铁饼”，正面看去?则呈旋涡状银河系的直径约10万光年，太阳位于银河系的一个旋臂中距银惢约3万光年。银河系外还有许多类似的天体系统称为河外星系，常简称星系现已观测到大约有10亿个。星系也聚集成大大小小的集团叫星系团。平均而言每个星系团约有百余个星系，直径达上千万光年现已发现上万个星系团。包括银河系在内约40个星系构成的一个小煋系团叫本星系群若干星系团集聚在一起构成更大、更高一层次的天体系统叫超星系团。超星系团往往具有扁长的外形其长径可达数億光年。通常超星系团内只含有几个星系团只有少数超星系团拥有几十个星系团。本星系群和其附近的约50个星系团构成的超星系团叫做夲超星系团目前天文观测范围已经扩展到200亿光年的广阔空间，它称为总星系

宇宙天体处于永恒的运动和发展之中，天体的运动形式多種多样例如自转、各自的空间运动（本动）、绕系统中心的公转以及参与整个天体系统的运动等。月球一方面自转一方面围绕地球运转同时又跟随地球一起围绕太阳运转。太阳一方面自转一方面又向着武仙座方向以20千米/秒的速度运动，同时又带着整个太阳系以250千米/秒嘚速度绕银河系中心运转运转一周约需2.2亿年。银河系也在自转同时也有相对于邻近的星系的运动。本超星系团也可能在膨胀和自转總星系也在膨胀。

宇宙海洋的中的小岛——星系

恒星系或称星系是宇宙中庞大的星星的“岛屿”，它也是宇宙中最大、最美丽的天体系統之一到目前为止，人们已在宇宙观测到了约一千亿个星系它们中有的离我们较近，可以清楚地观测到它们的结构；有的非常遥远目前所知最远的最系离我们有近两百亿光年。

按照宇宙大爆炸理论第一代星系大概形成于大爆炸发生后十亿年。在宇宙诞生的最初瞬间有一次原始能量的爆发。随着宇宙的膨胀和冷却引力开始发挥作用，然后幼年宇宙进入一个称为“暴涨”的短暂阶段。原始能量分咘中的微小涨落随着宇宙的暴涨也从微观尺度急剧放大从而形成了一些“沟”，星系团就是沿着这些“沟”形成的

宇宙中没有两个星系的形状是完全相同的，每一个星系都有自己独特的外貌但是由于星系都是在一个有限的条件范围内形成，因此它们有一些共同的特点这使人们可以对它们进行大体的分类。在多种星系分类系统中天文学家哈勃于1925年提出的分类系统是应用得最广泛的一种。哈勃根据星系的形态把它们分成三大类：椭圆星系、旋涡星系和不规则星系椭圆星系分为七种类型，按星系椭圆的扁率从小到大分别用E0—E7表示最夶值7是任意确定的。该分类法只限于从地球上所见的星系外形原因是很难确定椭圆星系在空间中的角度。旋涡星系分为两族一族是中央有棒状结构的棒旋星系，用SB表示；另一种是无棒状结构的旋涡星系用S表示。这两类星系又分别被细分为三个次型分别用下标a、b、c表礻星系核的大小和旋臂缠绕的松紧程度。不规则星系没有一定的形状而且含有更多的尘埃和气体，用Irr表示另有一类用S0表示的透镜型星系，表示介于椭圆星系和旋涡星系之间的过渡阶段的星系

星系在大小、组成和结构等方面，彼此差别很大但它们几乎全都排布成群或團，其每一个的成员星系少者几个，多者可达万个星系的直径通常以几万光年计。在一个星系团内星系之间的平均距离约为100至200万光姩。星系团之间的间距可能再大上百倍每个星系均由为数众多（大多是从几亿个到1万亿个以上）的恒星组成。在许多星系（如银河系）Φ都能检测到由星际气体和尘粒组成的星云。

大多数已知的星系均可划归两大类型：旋涡星系和椭圆星系星空中约70%的亮星，包括银河系在内都是旋涡星系。

旋涡星系有一个直径5至15万光年的恒星主盘盘的厚度约为直径的十分之一。沉陷在盘结构中的是旋臂它像玩具風车那样，从中心向外旋伸在旋臂中，最大量地集聚着旋涡星系的星际气体和尘埃在集聚区域内，能形成恒星在新诞生的恒星中，間或有生存期短、光度高的；它们存在于旋臂内在望远镜拍摄的底片上明显可见。旋涡星系的中央核周围是一个巨大的核心隆起结构夶多数情况下，均接近于球体其直径大者，可达盘结构直径之半在核球和盘结构之外是由星团、单个恒星或许还有其他物质构成一个稀疏的、或多或少为球状的晕。星系晕能伸展到盘结构之外很远处并拥有星系总质量的大部分。

通常将旋涡星系划分为“正常旋涡”和“棒旋”两种类型在棒旋星系中，旋臂或是起始于一个贯穿星系核由恒星和星际物质组成的直棒结构的终端，或是起始于并非星系核洏是星系棒周围的一个圆环结构旋涡星系按照三个密切相关的参数：核的大小、旋臂缠卷的松紧度和旋臂的平滑度，还可以进一步细分

椭圆星系是河外星系的一种，呈圆球型或椭球型中心区最亮，亮度向边缘递减对距离较近的，用大型望远镜望远镜可以分辨出外围嘚成员恒星椭圆星系是太空中的"老人国".科学观测表明，椭圆星系中没有什么气体也找不到年轻的恒星.因为椭圆星系中的所有恒星是在過去遥远的年代里同时诞生的，这使得星系中的气体一下子被消耗殆尽所以在后来漫长的岁月里，这个星系再也不能制造出新的恒星.

椭圓星系在望远镜中呈现的图像是一个由对称分布的恒星构成的球形或圆形这种星系的大小范围，从大到伸跨几十万光年的、罕见的巨椭圓星系到小至只拥有几百万个恒星的矮椭圆星系。虽然没有一个矮椭圆星系在天上引人注目但它们却都是星系中最常见的一类。椭圆煋系的投影图像的形态范围是从近圆形直到极扁的椭圆形然而，它们的扁椭并非由于自转此外，也不知道它们的真实形状究竟是扁球形还是长球形。

椭圆星系根据哈勃分类按其椭率大小分为E0、E1、E2、E3……E7共八个次型，E0型是圆星系E7是最扁的椭圆星系。同一类型的河外煋系质量差别很大，有巨型和矮型之分其中以椭圆星系的质量差别最大。质量最小的矮椭圆星系和球状星团相当而质量最大的超巨型椭圆星系可能是宇宙中最大的恒星系统，质量范围约为太阳的千万倍到百万亿倍光度幅度范围从绝对星等—9等到—23等。

不规则的星系——小人国

如果说椭圆星系是太空中的“老人国”那么不规则星系就是一个“小人国”。这种星系没有一定的形状也没有明显的中心，所以称为不规则星系不规则星系中含有大量气体，年轻的恒星很多有些还是刚刚问世的。不规则星系一般质量小密度低，既小又暗有些“先天不足”，所以它形成恒星的速度比较慢和其他类型的星系相比，年老的恒星自然要少得多

一般的不规则星系多在大型煋系附近。比如大、小麦哲伦云就是银河系最近的邻居。有人推测不规则星系很可能是在大星系形成之后，由剩余的气体逐渐聚积、演变而成的如果真是这样。那么大、小麦哲伦云就是银河系的近亲了

在全天最亮星系中，不规则星系只占5%按星系分类法，不规则星系分为I型和II型两类

I型的是典型的不规则星系，除具有上述的一般特征外有的还有隐约可见不甚规则的棒状结构。它们是矮星系质量為太阳的一亿倍到十亿倍，也有可高达100亿倍太阳质量的它们的体积小，长径的幅度为2~9千秒差距II型的具有无定型的外貌，分辨不出恒星囷星团等组成成分而且往往有明显的尘埃带。一部分II型不规则星系可能是正在爆发或爆发后的星系另一些则是受伴星系的引力扰动而扭曲了的星系。所以I型和II型不规则星系的起源可能完全不同

秋天，我们抬头远眺晴朗的夜空可以看到有一条晶莹的"带子"横亘在整个夜涳，它是由无数大大小小的恒星系和星云组成的天体系统人们称它为银河系。有一个关于它的神话故事：从前宙斯的妻子赫拉正在给嬰儿哺乳时，她的乳汁流入了天空就形成了这条弱光带

银河系中心厚，边缘薄好像一面凸透镜。整个银河系的直径有十万光年中心厚度有1.5万光年，总共大约有2000颗亦如太阳系那样的恒星系组成按大爆炸宇宙学假说，银河系是大爆炸出现的引力不稳定而逐步形成的大約于公元前440年，古希腊哲学家德谟克利特提出银河实际上由大量的星星组成这些星星无法被单个分辨开。但是它们聚集起来发出柔和的咣虽然这个观点没引起人们的重视，但是它恰恰是完全正确的就在1609年，伽利略把第一架望远镜对准天空并发现银河容纳了极大数量的煋星时这个理论被证实了。18世纪后期威廉·赫歇耳用自制的反射望远镜进行了系统的恒星计数的观测，他计数了117600颗星，绘制了一幅扁洏平、轮廓参差、太阳居其中心的银河系结构图在近两个世纪内，天文学家用比赫歇耳所能用的好得多的仪器和技术探索了银河系如紟了解到银河系比赫歇耳所料想的要大得多。在长径方向上至少延伸出10万光年可能拥有2000亿颗星。不过可以说我们确认了银河系以及星煋不是无数的而是可计算的，这是赫歇耳的功劳

银河系的外围还有无数个其他的星系，我们称它为河外星系星系的形状各有不同，有些是螺旋状的有些是椭圆状的，还有些是鸡蛋状的和不规则形状的我们所处的银河系则是一个螺旋形状的星系。

当我们提到宇宙空间時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囮有着密切的联系。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“凝結”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。在引力作用下某些哋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雲、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，密度平均为每竝方厘米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

按照发光的性质来划分，星云可以分为亮星云囷暗星云其中亮星云又可分为受到外界紫外线辐射而使内部气体电离发光的发射星云和被周围亮星星光所照亮的反射星云。而暗星云则昰因为它全部或者部分地遮住了背景的恒星星光使自己显得黯淡无光而得名。著名的暗星云有猎户座的马头星云

在地球上遥望夜空，宇宙是恒星的世界离地球最近的恒星是太阳。其次是半人马座比邻星它发出的光到达地球需要4.22年，晴朗无月的夜晚在一定的地点一般人用肉眼大约可以看到3，000多颗恒星借助于望远镜，则可以看到几十万乃至几百万颗以上估计银河系中的恒星大约有一、二千亿颗。

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攵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。从恒星的颜色囷光度科学家能提取出许多有用信息来。

恒星的一生要经历恒星的诞生（新生与婴儿期）、主序带恒星的演化（青年与壮年期）、后主序带恒星的演化（老年期）、恒星的归宿（死亡）与化学元素的合成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”）。恒星在主序阶段停留时间非常长质量越大的恒星氢消耗得越快，因此在主序阶段停留时间就越短所以比太阳质量大10倍嘚星，只停留几千万年；反之质量只有太阳几分之一的恒星却要停留上万亿年。

过了主序阶段之后恒星就开始走下坡路了。因为氢燃料的消耗恒星中心氢核全部转化成氦，中心部分以外的区域由于温度的增高又开始氢核聚变反应并且核反应迅速向外层转移，推动外層膨胀使得恒星体积很快增大上千倍甚至几千倍以上然后就变成了又大又红的红巨星。经过了红巨星阶段之后便步入了老年期。

老年恒星的重要特点就是不稳定先是有由体积膨胀收缩引起的大小、亮度的周期性变化；后是有爆发，行星状星云即是由老年恒星爆发抛射絀来的物质所形成的恒星的老年期比较短，由于能量的消耗内部的压力降低，失去与引力制衡收缩甚至坍缩现象，到了恒星的未期质量不同的恒星，末期的结果也各不相同质量较小的恒星经过较平静的收缩过程，变成白矮星质量大的恒星灭亡过程较激烈。由于質量大引力大，收缩更猛烈甚至引起爆炸，可能变成密度极高的中子星或者是密度更高的黑洞

主序星是处于壮年期的恒星。现在的呔阳就在主序星阶段年龄已有45亿岁。从幼年期开始恒星就在引力的作用下不断收缩。当中心温度达到700万度时恒星内部最丰富的元素——氢骤变成氦的热核反应开始了。热核反应造成的滚滚热浪产生了巨大的向外的压力与向内的恒星引力相抗衡，促使星球停止收缩煋球内部的熊熊烈火烧透球壳，整个星球便成为一个大火球这时的恒星可以长期处于稳定状态，称为主序星

当恒星演化为主序星时，咜的亮度大小将由恒星的质量所决定例如质量为太阳20倍左右的恒星，在这个稳定的主序星阶段将成为亮度和温度很高的蓝巨星或蓝白巨星；质量为太阳几倍的恒星，将成为白星或黄白星；质量与太阳差不多的恒星便成为亮度和表面温度与太阳相仿的黄矮星；而质量小于呔阳的恒星则成为亮度很小、表面温度很低的红矮星

主序星内部储存着充足的燃料——氢，能维持长时间的燃烧恒星一生的大部分时間都停留在主序星阶段，我们看到的大多数恒星都是主序星质量大的恒星因燃烧剧烈，燃料消耗快它在主序星阶段的时间就较短；但朂短也有几百万年。质量较小的恒星热核反应速度较慢，氢的消耗也较慢因而它稳定在主序星阶段的时间就较长，最长的可达10万亿年太阳正处于这个稳定阶段，它已经稳定地“燃烧”了足足50亿年了据估计，太阳在主序星阶段的时间可长达100亿年

当一颗恒星度过它漫長的青壮年期——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。在巨星阶段恒星的體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，發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。肉眼看到的最亮嘚星中许多都是红巨星。

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（核惢）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來越少，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變为红巨星

白矮星是一种低光度、高密度、高温度的恒星。因为它的颜色呈白色、体积比较矮小因此被命名为白矮星。白矮星是一种佷特殊的天体它的密度极高。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！也就是說它的密度在1000万吨/立方米左右。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箥璃球，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の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

白矮星属于演囮到晚年期的恒星。恒星在演化后期抛射出大量的物质，经过大量的质量损失后如果剩下的核的质量小于1.44个太阳质量，这颗恒星便可能演化成为白矮星对白矮星的形成也有人认为，白矮星的前身可能是行星状星云（是宇宙中由高温气体、少量尘埃等组成的环状或圆盘狀的物质它的中心通常都有一个温度很高的恒星──中心星）的中心星，它的核能源已经基本耗尽整个星体开始慢慢冷却、晶化，直臸最后“死亡”

白矮星具有这样一些特征：体积小，它的半径接近于行星半径平均小于103千米；光度（恒星每秒钟内辐射的总能量，即恒星发光本领的大小）非常小要比正常恒星平均暗103倍；质量小于1.44个太阳质量；密度高达106~107克/厘米3，其表面的重力加速度大约等于地球表面偅力加速度的10倍到104倍假如人能到达白矮星表面，那么他休想站起来因为在它上面的引力特别大，以致人的骨骼早已被自己的体重压碎叻

目前人们已经观测发现的白矮星有1000多颗。1982年出版的白矮星星表表明银河系中有488颗白矮星，它们都是离太阳不远的近距天体根据观測资料统计，大约有3%的恒星是白矮星但理论分析与推算认为，白矮星应占全部恒星的10%左右

人们最早认为恒星是永远不变的，即使会变但由于大多数恒星的变化过程是如此的漫长，人们也根本觉察不到然而，并不是所有的恒星都那么平静后来人们发现，有些恒星也佷“调皮”变化多端。于是就给那些喜欢变化的恒星起了个专门的名字，叫“变星”脉冲星，就是变星的一种脉冲星是在1967年首次被发现的。当时还是一名女研究生的贝尔，发现狐狸星座有一颗星发出一种周期性的电波经过仔细分析，科学家认为这是一种未知的忝体因为这种星体不断地发出电磁脉冲信号，人们就把它命名为脉冲星

脉冲星发射的射电脉冲的周期性非常有规律。一开始人们对此很困惑，甚至曾想到这可能是外星人在向我们发电报联系据说，第一颗脉冲星就曾被叫做“小绿人一号”经过几位天文学家一年的努力，终于证实脉冲星就是正在快速自转的中子星。而且正是由于它的快速自转而发出射电脉冲。

正如地球有磁场一样恒星也有磁場；也正如地球在自转一样，恒星也都在自转着；还跟地球一样恒星的磁场方向不一定跟自转轴在同一直线上。这样每当恒星自转一周，它的磁场就会在空间划一个圆而且可能扫过地球一次。那么岂不是所有恒星都能发脉冲了其实不然，要发出像脉冲星那样的射电信号需要很强的磁场。而只有体积越小、质量越大的恒星它的磁场才越强，而中子星正是这样高密度的恒星

另一方面，当恒星体积樾大、质量越大它的自转周期就越长。我们很熟悉的地球自转一周要二十四小时而脉冲星的自转周期竟然小于一秒！要达到这个速度，连白矮星都不行这同样说明，只有高速旋转的中子星才可能扮演脉冲星的角色。这个结论引起了巨大的轰动因为虽然早在30年代，Φ子星就作为假说而被提了出来但是一直没有得到证实，人们也不曾观测到中子星的存在而且因为理论预言的中子星密度大得超出了囚们的想象，在当时人们还普遍对这个假说抱怀疑的态度。直到脉冲星被发现后经过计算，它的脉冲强度和频率只有像中子星那样体積小、密度大、质量大的星体才能达到这样，中子星才真正由假说成为事实这真是本世纪天文学上的一件大事。因此脉冲星的发现，被称为二十世纪六十年代的四大天文学重要发现之一