chap.5 天文学的发展

灿烂星空，浩瀚宇宙，最神秘，最引人入胜；从古至今，不断探索，最持久，最永无止境。

Chap.5天文学的发展

§5.1近代天文学的成就

§5.2现代的天文观测

§5.3宇宙学的发展自然科学概论

Chap.5天文学的发展

§5.4天体的演化

天文学研究天体的分布，运动和结构，还研究天体的化学组成，物理性质和演化的规律。它包括天体测量学，天体力学，天体物理学，射电天文学，空间天文学和宇宙学等分支学科。每个分支学科又包括若干个次级分支学科，在理论和技术两方面都有丰富的内容。

自然科学概论自然科学概论

天体测量学主要包括球面天文学，实用天文学等次级学科。

天体力学则包括天文动力学，天体力学方法等次级学科。

天体物理学包括太阳物理学，太阳系物理学，恒星物理学，星系天文学，恒星天文学等。

射电天文学则包括射电天体物理学，射电天文方法，雷达天文学等自然科学概论

空间天文学又包括红外天文学，紫外天文学，X射线天文学，射线天文学。

宇宙学是研究宇宙特征的新兴学科。它主要研究宇宙的起源，结构和演化，研究宇宙中物质的分布和运动以及宇宙的几何特征等问题。宇宙学目前包括相对论宇宙学，大爆炸宇宙学，宇宙演化理论等次级分支学科。天文学是一门古老又年轻的科学

----1万年前人类观天象、测风向、定时节近代自然科学是以天文学领域的革命为开端的。天文学是一门最古老的科学。在西方，通过毕达哥拉斯、柏拉图、喜帕恰斯、托勒密等人的研究，已经提出了几种不同的理论体系，成为一门最具理论色彩，又是提出理论模型最多的一门学科。同时，天文学与人们的生产和生活密切相关，人们种田靠天、畜牧靠天、航海靠天、观测时间也靠天，这就必然会有力推动天文学的发展。自然科学概论§5.1近代天文学的成就

近代天文学是指16—19世纪发展起来的天文学。它是在古代天文学的基础上，借助于近代物理学的成就形成的理论体系，包括天体力学，天体物理学，天体的观测结果和形成的假说。一、天体力学的成就自然科学概论

哥白尼创立的日心说不仅动摇了欧洲中世纪宗教神学的统治，而且奠定了近代天文学的基础。在近代天文学中最先发展起来的是天体力学。天体力学是应用牛顿的力学理论研究天体的运动和平衡的科学。

在牛顿之前，毕达哥拉斯，托勒密，哥白尼，第谷，开普勒，惠更斯等人都对天体力学有贡献，但是他们的工作都只局限在几何学和运动学方面，而且取得的成果比较零散，没有形成完整的理论体系。但是在牛顿创立了经典力学的体系之后，情况就不同了。有了经典力学和微积分作为基础，天体力学才真正地建立起来了。自然科学概论大学物理毕达哥拉斯，托勒密，哥白尼，第谷，开普勒

1799年，法国的拉普拉斯出版了《天体力学》一书；这是天体力学的开山之作。在这本书中，他把牛顿的万有引力定律推广到整个太阳系，研究了太阳系中各个天体的运动，同时他还证明了行星轨道的大小具有周期的变化，说明了太阳系的粒子性。他用自己的计算结果编出了精度很高的行星运行表。自然科学概论拉普拉斯拉普拉斯视频天体力学的建立和发展，使天文学从几何学和运动学的范围扩展到动力学的领域，使人们对天体的运动规律和受力情况有了系统的，全面的认识。在研究天体运动的同时，人们也在思考天体的起源和形成问题。康德—拉普拉斯的星云假说是近代最有价值的太阳系的起源和演变假说。康德在1755年出版了《宇宙发展史概论》，第一个提出了太阳系起源于原始星云的假说。自然科学概论他认为太阳系的原始状态是混沌的弥漫的微粒。起初密度较大的微粒吸引周围密度较小的微粒，形成一个巨大的中心体，然后演变成原始的太阳。其他较小的团块则在引力的的作用下向中心下落，同时由于斥力的作用使得团块改变运动方向，变成绕中心的旋转运动而成为行星和卫星。自然科学概论康德的星云假说具有重大的科学意义和哲学意义。康德认为太阳系是纯物质的，毫无其他神秘的或精神因素。他曾说，只要给我物质，我就能用它创造一个宇宙来。康德构造宇宙只需要物质和引力。另外，康德认为只要引力和斥力就能说明自然界的运动规律和发展的过程。因此，在康德的学说中没有停止，固定的观念，而具有运动和发展的思想。自然科学概论康德康德视频

1796年，拉普拉斯也提出了一个星云假说。他认为太阳系起源于一个巨大的，炽热的，缓慢运动的原始星云，由于星云逐渐冷缩，使转动加快，从中分离出了绕中心转动的气体环。由于气环的不均匀性，从而断裂，逐渐形成了行星。星云的中心部分则凝聚成一团，形成太阳。自然科学概论康德和拉普拉斯的假说有相同也有相异之处。后人常称为康德—拉普拉斯星云假说。康德的原始星云是弥漫的固体微粒，而拉普拉斯的星云则是炽热的气体。康德星云开始是混乱的运动，后来才形成旋转的。康德用引力和斥力来解释星云运动的原因。拉普拉斯不讲运动的原因，也许他已发现这一问题过于玄奥，是无论如何都说不清楚的。自然科学概论康德提出星云假说时并未引起人们的注意。可是当拉普拉斯再次提出星云假说时，却引起巨大的反响，很快就得到公认。康德—拉普拉斯的星云假说把发展变化的观点引入了天文学，为天体的演化学说奠定了坚实的基础。同时，星云假说也是对牛顿以来占统治地位的形而上学思想的否定。当然星云假说并不能驳倒牛顿关于“第一推动力”的假设。其实科学只能说明一个有限系统的有限过程。它是不能解答无限的，终极的问题的。自然科学概论二、天文观测的成果自然科学概论

在19世纪中，天文观测取得了不少新的成就，其中威廉赫歇尔的工作甚为突出。赫歇尔是德国天文学家，开辟了恒星天文学的研究道路，是近代恒星天文学的创始人。

1、1783年，他通过对一些恒星的观测，发现太阳向着武仙座的方向运动。威廉赫歇尔

1805年，他又根据已发现的27颗恒星的运动，再次进行分析，发现太阳的运动仍是向着武仙座的，与现今的测量结果相差不到十度。正如哥白尼证明地动说一样，赫歇尔的研究证实了太阳的运动，是人类认识宇宙空间的重大突破。自然科学概论

2、赫歇尔还证实了宇宙中存在双星和聚星的现象。这是两颗或多颗星在空间上的邻近现象。聚星在17世纪就被观测到了，但那时人们认为这是一种偶然现象，没有必然的联系。可是赫歇尔却不这样认为。他通过观测得知这不是罕见的、偶然的天象，而是引力作用的一种必然结果。他认为：双星和聚星是由于引力的作用，使一些星球绕着系统的质心转动的现象。自然科学概论双星聚星他确定了一些双星的运动周期，于1782年编出了260对双星的星表，以后又增加到429对双星。贝塞尔根据赫歇尔对双星的研究，于1844年预言了天狼星和南河星都有一颗用眼看不见的伴星，称为暗伴星。1862年，美国的克拉克果然发现了天狼星有一颗暗伴星。这一发现不仅证实了贝塞尔的研究，也证明了赫歇尔的双星理论是正确的。同时更进一步证实，牛顿的万有引力定律不仅适用于太阳系，而且也适用于太阳系以外的天体。

自然科学概论贝塞尔

3、赫歇尔发现了天王星并导致了海王星的发现。海王星的发现过程有重大的科学意义。

1781年，赫歇尔用望远镜发现了土星之外的天王星，扩大了当时人们确定的太阳系的边界。1821年，布瓦尔编成了天王星的运行表，并指出天王星的运行出现反常，可能是受到了某种力量的干扰。1830年以后，贝塞尔提出天王星是受到了某个未知行星的影响。自然科学概论

1845年，英国的一个大学生亚当斯首先算出了这颗未知行星的位置。次年，法国的勒威耶也算出这颗行星的位置。一个月后，柏林天文台台长加勒根据勒威耶的计算发现了这颗星，称为海王星。海王星的发现不是出自观测，而是理论的预言和计算结果的证实。这不仅说明天文学已经成熟为一门理论科学，而且再一次证明牛顿力学是宏观运动的正确描述，用它解决机械运动的问题是十分成功的。自然科学概论

4、小行星的发现也是19世纪天文观测的重要成就。1772年，德国天文学家波德研究了提丢斯的发现，提出了提丢斯—波德定则。这条定律指出，从金星开始各行星到太阳的平均距离服从一个关系：（天文单位）。根据这一定律的计算，在木星和火星之间还应该有一颗行星。1801年，亚齐果然在这一天区发现了一颗小行星。以后天文学家接二连三地在太阳系中发现小行星。到19世纪末，发现的小行星有400多颗。小行星的发现使人们对太阳系的认识又深入了一步，知道了太阳系中的一类新的天体。自然科学概论1980-2010发现的小行星

5、恒星视差的发现是19世纪天文学的又一成果。视差就是从有一定距离的两个点上观察同一个目标所产生的方向差异。从目标看两个点之间的夹角，叫做这两个点的视差，两点之间的距离称作基线。只要知道视差角度和基线长度，就可以计算出目标和观测者之间的距离。哥白尼曾经预言，人们在观测恒星时必然受到恒星产生微小的视位移，这称为恒星视差。光行差指在同一瞬间，运动中的观测者所观测到的天体视方向与静止的观测者所观测到天体的真方向之差。

1725年，布莱德雷(德)在寻找恒星的周年视差时发现了恒星的周年光行差。自然科学概论光行差周年光行差由于地球的绕日运动，在地球上观测恒星光线的方向并不是固定不变的，而是发生一些变化。这种现象是证明地球运动的一个直接证据。1837年，斯特鲁维(俄)终于观察到了织女星的周年视差。1838年，贝塞尔也宣布观察到了恒星视差。光行差和恒星视差的发现有力的证明了哥白尼地动学说的正确性。这也说明，天文观测是天文学理论的最终依据。与观测结果不相符合的理论是难以成立的。自然科学概论最先测定的恒星的周年视差观测者测定恒星测定年代测定数值现代测定值布莱德雷（德）天鹅座6118380.314˝0.30˝亨德逊（英）南门二18390.98˝0.76˝斯特鲁维（俄）织女星18390.261˝0.124˝布莱德雷（1784-1846），德国著名的天文学家和数学家，1837年，布莱德雷发现天鹅座61正在非常缓慢地改变位置，第二年，他宣布这颗星的视差是0.31弧秒，这是世界上最早测定的恒星视差之一。物理学研究物质最基本，最普遍的运动。因而，无论在什么年代，物理学的成就对各门自然科学都会产生重大的影响和推动作用。在19世纪的天文学中，由于物理学的理论，方法和技术的应用，产生了一门天体物理学。天文学的这一分支研究天体的化学组成，物理性质以及天体的运动状态和演化规律。天体物理学的诞生与分光术，照相术和测光术的应用有密切的关系。自然科学概论三、天体物理学的诞生分光技术是牛顿首创的。他做了三棱镜分光实验，得到了日光的连续光谱。到了1814年，夫琅禾费制成了第一个分光镜，仔细地研究了太阳的光谱。他发现了太阳光谱中的暗线，并且用分光镜研究了月亮，金星，火星等的光谱，对于日光和星光的光谱做了系统的分析。后来，克希霍夫和本生提出了两条光谱定律：1，每一种元素都有自己特有的光谱；2，每一种元素都能吸收它发射的谱线。

自然科学概论2009都江堰的日偏食演示白光的色散现象他们还发现，灼热的固体和液体发射连续光谱，气体则发射不连续的线状光谱。他们的研究成果不但科学地解释了光谱的本质，而且使望远镜和分光术结合起来，有力地推动了天体分光学的研究。同时，人们对于天体的物理性质和化学组成也发生了兴趣，开始了研究。自然科学概论氢原子光谱白光光谱雨后彩虹——连续光谱照相术是法国的尼普斯于19世纪30年代发明的，并且很快应用到天文学上，起了很大的作用。1840年，美国的德拉珀尔第一个拍出了月亮的照片。以后，照相术，望远镜，分光术互相结合，不断改进，成了研究天体的重要手段。自然科学概论

测光术就是测量天体射到地球上的光量。如果没有测光术，人们就只能用肉眼感觉天体的明暗，不可能得出定量的，准确的结论。1856年，普森(英)利用前人的成果建立了光度和星等之间的关系：相邻两个星等之间的亮度级差近似等于2.5倍。1859年，泽内尔(德)制成了第一架近代的光度计；1861年又编出了第一个光度星表。在这些研究成果的基础上才产生了恒星光度学。自然科学概论1856年，英国人普森建立了光度与星等的基本关系式，开始了科学的测光工作。2.1859年，德国天文学家泽内尔制作了第一架近代光度计，并于1861年公布了用这架仪器测量到的226颗亮星的第一个近代光度星表。

分光术，照相术和测光术是天文学的基本技术。这些技术的发展与应用，促成了天体物理学的诞生和发展。这也说明，天文学的发展不仅与数学有密切的关系，而且与物理学的发展和测量技术的发展有密不可分的关系。有了必要的计算能力，有了必要的观测手段，有了必要的理论依据，天文学才能深入地研究天体的物理性质、化学性质以及天体运动和演化的规律。自然科学概论

§5.2现代的天文观测自然科学概论一、观测手段的发展

天文学的研究对象是各种各样的星体。就目前而言，近距离的观察天体是办不到的，只能进行远距离的间接的观察和测量。因此，天文学的发展特别依赖于观测手段的发展和改进。

从古代的天体测量学到近代的天体力学，再到现代的天体物理学的发展，都是与天文观测手段的提高和更新是息息相关的。进入20世纪以后，由于现代科技的蓬勃发展，天文观测的手段日新月异、进步非常的快，因而使现代天文学加速地发展起来。

1、光学测量技术有了新的进展。随着制造能力的提高，出现了越来越大的天文望远镜。自然科学概论在20世纪的20年代，天文望远镜的物镜直经由1米增加到2米，人类观测宇宙空间的能力提高了一倍，使得视野超出了银河星系，发现了数以千计的河外星系。到了70年代，物镜的口径增大到了6米，视野又大为开拓，获得了许多河外星系的信息。目前的天文望远镜不仅是口径日益增大，而且还装置了光电成像高灵敏度的终端设备，使用了激光测距、星象复原等技术。特别是电子计算机的应用，使光学观测仪器的面貌焕然一新，获得宇宙信息的能力大为提高。自然科学概论1、美国于1992年，1996年建成的两个10米口径的凯克I和凯克II号望远镜，其联合干涉观测相当于一架口径14米望远镜的威力。2、欧南天文台(ESO)建造的超大望远镜(VLT)，由4架口径8米的望远镜组成(=16m)；3、美国、英国等六国联合建造的双子座望远镜由两个8m望远镜组成，于1998年完成一架，第二架于2000年完成。4、日本的8.2m昴星团望远镜也已投入使用。世界上的大望远镜我国的光学望远镜

名称与口径天文台地点2.40米望远镜国家天文台（云南）丽江高美谷2.16米望远镜国家天文台(总部)河北兴隆1.5米望远镜上海天文台上海佘山1.26米望远镜国家天文台(总部)河北兴隆1.2米望远镜国家天文台(云南)云南昆明1.05米望远镜陕西天文台陕西临潼1.0米望远镜国家天文台(云南)云南昆明太阳磁场望远镜国家天文台（总部）北京怀柔未来世界大望远镜CELT加州超大望远镜30米美里克天文台GSMT巨型拼嵌望远镜30米美麦克唐纳ELT超大望远镜50米瑞典伦德天文台MAXAT极大口径望远镜

50米美国立天文台OWL超凡望远镜100米欧南台1KM射电望远镜多国

2、近几十年来红外探测技术得到了迅速的发展，制出了许多大口径的红外望远镜。特别是由于空间技术的发展，用红外技术探测到光学望远镜根本看不到的数万个红外光源，发现了低温红外星和红外星云等。

3、开辟了新的“天窗”，增加了地面上的天文探测能力。宇宙天体不停地向周围发射大量的电磁波，但是大部分电磁波都被地球的大气层严重吸收而不能到达地面。自然科学概论能够到达地面的只有两个波段，通常称为两个天窗。一个是光学天窗，它包括可见光和一小部分红外线和一小部分紫外线。另外一个是无线电天窗，它是波长为1毫米至波长60米的无线电波。自古以来，人们只能通过光学天窗，尤其是可见光来观测太空。无线电天窗是1931年才发现的。1937年人类制成了第一台射电望远镜。随着射电观测技术的发展，人们又发现了大量的天体和新的天文现象。自然科学概论

4、开创了空间探测技术。光学天窗和无线电天窗只占天体电磁波谱的很小一部分，这使得地面上的天文探测还是受到很大的局限。为了摆脱这一局限，20世纪40年代有人使用高空气球和高空火箭升到稠密的大气之外去进行探测。但是升高的极为有限，效果甚微。近20多年来，由于人造地球卫星和宇宙飞船的制造和应用，由于紫外望远镜、X射线望远镜等各种先进的探测工具的使用，天文学开辟了空间探测的新领域。

自然科学概论哈勃望远镜大学物理

不同辐射波段的太阳光学紫外X射线射电大学物理不同波段的旋涡星系M81

光学中红外远红外

X射线紫外射电

空间探测技术的发展使人类突破了大气层的屏蔽，获得了许多新的成果。这些成果是站在地面上无法得到的。例如，1975年，发现了宇宙X射线源的爆发。由于空间探测技术的应用，天文学不但由天窗时代进入了全波时代，而且还从观测时代推进到实验时代。这是天文学发展的重要转折点。自然科学概论二、射电天文学的发展自然科学概论

1、射电天文学是利用天体的射电性质来研究天文现象的一门科学。天体发射无线电波的现象被称为射电现象。天体发射的无线电波到达地面时一般都比较微弱。但是由于无线电接收设备的灵敏度不断提高，射电波便对地面上的无线电通信产生了干扰，从而引起了人们的注意，发展了射电天文学。利用天体的射电性质来研究天文现象是天文学各个分支普遍使用的一种方法和手段。由于它手段独特、发展迅速，能与空间天文学、光学天文学并驾齐驱，是天文学中重要的分支学科。

1931年，美国贝尔电话实验室的工程师央斯荃用高灵敏度的天线研究长途电信中的干扰时，屡屡接收到一种来历不明、但是较为稳定的干扰。经过一年多的精心测量和深入地分析，他发现这种干扰电波是来自遥远的太空，而且每当天线指向银河系的中心时，这种电波就会显得格外地强烈。自然科学概论人们从此就发现了射电现象。自此以后，无线电技术不断发展，射电现象就频繁出现。1937年，瑞伯制成了第一台射电望远镜，并证实了央斯荃的发现。在第二次世界大战期间，由于战争的急需，雷达技术迅速发展起来。1942年，英国的雷达接收到来自太阳的射电干扰。这时人们才确认天体能发射无线电波。从此雷达技术被用于天文观测，开始了射电天文学的发展。自然科学概论最初的射电探测技术在分辨本领和成像能力两方面比光学观测差的很多。用它只能测出射电天体的方向，并不能确定它的形状和位置。解决这两个问题是发展射电天文学的关键。20世纪60年代的研究很有成效，取得了两次突破。一个是采用“甚长基线干涉仪”，大大的提高了射电探测的分辨率。另一个是采用了“综合孔径”射电望远镜，从而能容易得到天体的射电图像，能达到很高的灵敏度。

自然科学概论在60年代制成了直径100米，工作波长为2厘米至3厘米的抛物面射电望远镜，以及直径为10米、工作波长为2至3毫米的抛物面射电望远镜。这两种射电望远镜能测量射电天文谱线，还能证认大批的星际分子谱线。射电探测能力的提高，不仅能对已知天体进行射电研究，获得它们的静态和动态信息，而且还发现了大量的以往不知的天体和天文现象。这些新的发现推动了对天体结构和天体演化的研究。自然科学概论贵州省平塘县的500米口径球面射电望远镜（FAST）中国在建世界最大射电望远镜/a/20140103/002154.htm射电天文学的兴起，迅速地改变了人们脑海中的宇宙图景。它的突出成就是20世纪60年代的关于类星体、脉冲星、3K微波背景辐射和星际有机分子的发现。

2、最早被射电望远镜发现的是类星体。美国的桑德奇等人为了寻找某些射电源的对应光学天体，于1960年用月掩射电源法发现了一种天体具有很特殊的光谱。1962年其他天文学家也发现了类似的天体。这种天体在天文照相底片上貌似恒星，于是称其为“类星体”。

自然科学概论

类星体是一种光度极高、距离极远的奇异天体，它们的大小不到一光年，而光度却比直径约为10万光年的巨星系还大一千倍！

1963年施来特首先辨认出类星体的谱线是氢原子产生的。不过它的很大的红移使谱线变得奇特了。同时人们还发现，类星体距我们很遥远，体积很小，能量却很大。这些观测结果是物理学和天体学都无法解释的。因此，类星体的发现是物理学和天体演化学中新的课题，具有很大的影响。自然科学概论发现宇宙中最恐怖类星体群

3、脉冲星是英国休伊什等人于1967年发现的。当时他们用射电望远镜研究星际的闪烁现象，偶然间接收到来自宇宙空间的射电脉冲信号。这些脉冲的周期从0.1秒到0.2秒不等，但它们的周期却非常稳定，因而使发现者认为它是外星“小绿人”发来的电码。后来，天文学家把这种能发出电脉冲的天体称为脉冲星，并且证明脉冲星就是朗道(苏)等人在30年代时所预言的中子星。自然科学概论

中子星是恒星演化到晚期时形成为一种特殊的星体。它之所以能发出射电脉冲，是因为它是一个自转很快的磁体。脉冲星具有超高压、超高温、超高密度、超强磁场和超强辐射等极端性质。因此对脉冲星的研究不仅能极大地丰富天体演化的理论，而且对于极端物理和极端技术的研究也具有重要意义。自然科学概论脉冲星

4、3K微波背景辐射是解决无线电通信问题时发现的。20世纪60年代初期，为了改进与通信卫星的联系，美国的贝尔实验室建立了高灵敏度的号角式接受天线系统，以寻找各种可能的干扰。1964年，彭乔亚斯(美)和威尔逊(美)在做实验时，收到了一种来历不明又消除不掉的微波干扰。经测试，这种干扰相当于物质在3.5K的温度下发出的辐射。又经过一年的测量，他们发现这种辐射不仅是各向同性，而且与季节无关。自然科学概论

宇宙背景辐射的发现在近代天文学上具有非常重要的意义，它给了大爆炸理论一个有力的证据。宇宙背景辐与类星体、脉冲星、星际有机分子一道，并称为20世纪60年代天文学“四大发现”。彭齐亚斯和威尔逊也因发现了宇宙微波背景辐射而获得1978年的诺贝尔物理学奖。自然科学概论普朗克探测器绘出精确宇宙微波背景辐射图

§5.3

宇宙学的发展自然科学概论人们对宇宙这个词：常有两种不同的理解。第一种是哲学家或神学上的理解，认为宇宙泛指天地万物，包含自然界的一切，是无限的。第二种是科学上的理解，宇宙是指人类观测到的大尺度的时空系统，宇宙是有限的。因此，哲学上的宇宙是一种信仰对象，科学中的宇宙是一种认识对象。宇宙学就是人类对宇宙的认识和研究成果。宇宙是发展的、变化的、可认识的，因而宇宙学也必然是发展的、变化的、有时代特征的。自然科学概论一、经典宇宙观自然科学概论

1、人类对宇宙的认识是由近及远，由小及大的。古代自然哲学家谈论的宇宙仅是大地和天空。公元2世纪时，托勒密提出了“地心说”，认为宇宙是个有限的球体、地球静止地位于球心，日月星辰则围绕着地球运转。托勒密写出了13卷的《天文学大成》，在中世纪被基督教奉为经典名著，盛行了一千多年。托勒密的地心说就是他那个时代的宇宙学，是为了解释当时的天文现象而提出的。地球中心学说模型在15-16世纪，波兰的哥白尼经过几十年的观测和研究，发现了地心说的错误，提出了日心论。他认为太阳是宇宙的中心，地球和行星都绕太阳运转，人们所看到的天体运动只是地球自转所造成的视觉发应。哥白尼的日心论代表了他那个时代的宇宙学水平，不但在当时有重大的反宗教意义，而且奠定了现代天文学的基础，对后世的自然科学有深远的影响。自然科学概论日心学说到了1609年，伽里略使用自制的望远镜发现了木星的四个大卫星和金星的盈亏，充分证明了日心说的正确性，而且视野已经扩展到银河系。银河是由无数个恒星组成的。从此人类对宇宙的理解便从太阳系扩大到了银河系。18世纪时，天文学家认为宇宙就是“星系”，而不再是银河系了。自然科学概论到了20世纪，大型的天文望远镜的发展，电子技术和无线电技术的广泛应用，射电望远镜和雷达技术的应用，自动化技术和电子计算机的应用，特别是空间技术的发展和应用，极大地推进了人类对宇宙的观测和理解。

1957年，第一颗人造卫星上天，开创了从太空观测，研究地球和宇宙的新时代。1969年，宇宙飞船把人类送上了月球，随后，宇宙探测器飞近水星，金星和火星。自然科学概论

20世纪70年代，先驱者号宇宙飞船携带了与外星人联系的金星信息板飞向太空深处。旅行者2号携带地球之音，115张幻灯片，35种地球音响，60种人类语言，擦木星，火星而过，脱离了太阳系，向宇宙的深处飞去，以探索宇宙人是否存在。“天空实验室”及航天飞机的成功使人类在没有地球大气层干扰的情况下能对月球和各大行星就近观测和直接取样观测，以及对宇宙环境的直接观测。自然科学概论1973年美国发射第一艘星际飞船先驱者10号这些观测发现了地球大气的磁层和宇宙中存在的Z射线、R射线、红外线、紫外线，并且测到了大行星表面的物理特征和化学成分，极大地丰富了人类对太阳系和宇宙的认识。

2、牛顿总结了前人的成果，提出了物体运动的三大定律和万有引力定律，对地面上物体的运动和天空中星球的运动给出了统一的运动规律。由于这种成功，牛顿提出了他的宇宙模型：不计其数的形体在无限的、绝对的时空中均匀的分布。自然科学概论他们靠万有引力互相联系，沿着各自的轨迹永不停息的循环运动。这样的模型代表了17世纪到20世纪初人们的宇宙观，通常称为牛顿经典宇宙观。

在牛顿的模型中，宇宙没有边界。在无限的宇宙空间中，不论沿什么方向都可看到均匀分布的无穷多天体。这种无限宇宙模型虽然得到了公认，但是它却存在着无法弥补的缺陷。这种缺陷反映在两个著名的佯谬中。自然科学概论第一个是本特利佯谬。1692年，本特利致信牛顿，对他的宇宙模型提出异议：如果宇宙是无限的，则宇宙中每一个质点都需要受到无穷大的力，这将使宇宙中的物质坍缩到一点，不可能均匀分布。牛顿则认为，由于恒星的分布是均匀的，因而万有引力达到平衡，不会造成坍缩。其实，这种解释是不能成立的。因为一旦有一颗恒星发生些微的移动，平衡便会失去，坍缩就会出现。自然科学概论第二个佯谬是奥伯斯佯谬。早在1720年，哈雷就已提到：如果恒星是无限多，那么向任何一个方向都能看到恒星，天空就会通亮，就不会出现日落之后的黑夜。后来奥伯斯解释说，恒星之间存在云和尘埃，挡住了我们的视线，出现了黑夜。这个解释显然也是不能成立的。因为恒星发出去的光线一定能把尘云加热到发光，使得天空被光芒照亮。自然科学概论牛顿宇宙学的困难是无法克服的。这就使得提出新的宇宙模型是很有必要的了。爱因斯坦的相对论为依据，提出了新的宇宙模型。自然科学概论二、现代宇宙学的产生自然科学概论

1905年爱因斯坦创立了狭义相对论，1916年又提出了广义相对论。在当时，爱因斯坦为了检验自己的理论，把具有强引力场的天体系统作为广义相对论的处理对象。1917年，他发表了第一篇宇宙学论文，从而开创了现代宇宙学。在这篇论文中，爱因斯坦分析了牛顿的无线宇宙模型的不合理处，提出了一个“有限、无边、静态”的宇宙模型。同年，德西特提出了空虚膨胀宇宙模型。1922年，弗里德曼提出了一个非静态宇宙模型，1927年，勒梅特在弗里德曼理论的基础上提出了大尺度空间随时间膨胀的概念。上述这些宇宙模型都是以广义相对论为前提的早期研究成果。自然科学概论爱因斯坦关于时间、空间和引力的全新理论爱因斯坦1897—195520世纪最伟大的科学家1917年爱因斯坦建立有限无边的静态宇宙模型1922年弗里德曼提出宇宙演化动态模型1927年勒梅特提出膨胀宇宙模型对于爱因斯坦的“有限，无边，静态”模型可以做些粗浅的理解。通常的球面就是一个例子。有限是指它的面积有限，无边是指球面上没有边界。在球面上的任意两点之间，最短的连线不是直线，而是球面上的某条曲线。因此，球面不是平直空间，而是二维的弯曲空间。自然科学概论人物栏目_爱因斯坦爱因斯坦宇宙模型是一个有限无边的三维空间，数学上可以把这样的空间表达为三维超球。在这个超球上运动是遇不到边界的。如果你一直往西走，就会从东边回到出发点，这就是爱因斯坦的有限无边宇宙。不过这个宇宙的范围极大，光线绕行一周也需要许多亿年。自然科学概论在人们的观念中总是乐于接受静态的宇宙模型，因为静态模型不需要与创生之前，末日之后的问题打交道。当初爱因斯坦建立的引力场方程并没有静态的解，可是他在方程中添加了一个宇宙常数项，得到了他喜欢的静态解。自然科学概论

宇宙学原理：爱因斯坦提出的相对论宇宙模型消除了牛顿宇宙模型中的佯谬。他的思想和方法为现代宇宙学的发展奠定了基础。但是他的静态模型是不符合天文事实的。天文观测表明，宇宙是动态的，正在做膨胀运动的。

1917年，爱因斯坦在构造第一个宇宙模型时使用了一个假设：物质在宇宙空间中的分布是均匀的，各向同性的。如果从我们习惯的宏观角度来看，有些地方星体密集，有些地方没有星体，这条假设显然是错误的。自然科学概论宇宙学中把爱因斯坦的上述假设称为“宇宙学原理”。这条原理是历史的产物。回想古代，亚里士多德和托勒密从日常经验出发，提出地球是宇宙的中心。后来人们才逐渐认识到地球、太阳、银河系都不是中心；宇宙根本就没有中心。今日的学者已经公认：在宇宙中，观察者在任何一点观测到的自然规律都应该是一样的。

自然科学概论目前，已经有资料显示，在3亿-10亿光年的范围内，星系的分布是相当均匀的。宇宙学原理是否能成立，还有待进一步的验证。在1910-1920年间，洛威尔天文台的斯里弗(美)发现许多星系的光谱线都有向红端移动的现象。这说明光谱线的波长增大了。产生红移现象的原因可以用多普勒效应来解释。自然科学概论火车鸣笛而过(多普勒)马航与多普勒效应

哈勃红移与哈勃定律：当一列火车迎面驶来时，我们听到汽笛的声调（频率）会变高，当火车驶去时，汽笛的声调会变低。光源也有类似的多普勒效应。星系存在红移现象，说明星系正在离开我们向远处运动。星系的红移量Z与其退行的速度V成正比，即Z=V/C。

1929年，哈勃进一步发现所有银河外星系的谱线都有红移现象，而且红移量Z与距离D成正比，即（Z=HoD/C）自然科学概论

这个关系式叫做哈勃定律。式中C为光速Ho是哈勃常数，D是星系和我们的距离。由哈勃定律可得V=HoD。这说明：星系的运行速度与它到我们的距离成正比，也就是说，星系越远，退行越快，红移量也越大。哈勃定律是20世纪天体物理学中的一项重大发现。它告诉我们，所有的星系都在离我们而去。把哈勃定律和宇宙学原理结合起来便可以推知，各个星系并不只是对我们做远离运动，而是毫无例外的相互远离。自然科学概论这就是说，从任何一个星系上看。其他星系都在退后。由此得知：宇宙的空间尺度正在增大，宇宙正处在膨胀之中。不仅如此，由哈勃定律还可以证明：宇宙的膨胀是一种全空间的均匀膨胀。也就是说宇宙在膨胀的同时仍然保持空间分布的均匀性。自然科学概论对于三维有限无边宇宙的膨胀，我们仍可以用二维的球面来加以类比。不妨把膨胀的宇宙类比为一个不断吹大的气球。球面上的点代表一个星系。在气球不断膨胀时，气球上所有点之间的距离都在不断增大，点的密集程度不断减小。站在任意一个点上观测其他的点，会发现一切点都在做退行运动，而且越运动退行得速度越快。这种情景好像是哈勃站在地球上能观察到的星系退行情况。自然科学概论宇宙的膨胀模型红移现象和哈勃定律否定了静态的宇宙模型，雄辩地证明宇宙是动态的，宇宙是在膨胀。爱因斯坦的引力场方程本来给出的是动态宇宙群，可是他当时竟然修改引力场方程，非要弄成静态解，塑造出自己喜欢的静态宇宙模型。后来爱因斯坦责备了自己，说这是他一生中做出的最大的一件错事。自然科学概论三、大爆炸宇宙学自然科学概论如果承认由哈勃定律得出的宇宙膨胀结论，必然要认为早期的宇宙比现在小，物质比现在密集。20世纪40年代，加莫夫(美)等人提出了一个大胆的假设：宇宙在100多亿年以前是由一个超高温、超高密的“宇宙蛋”经过爆炸产生出来的。宇宙大爆炸宇宙蛋发生了大爆炸，宇宙便生出了，然后经过由热到冷，由密到疏的演化，发展成为今日的宇宙。用这种观点研究宇宙的起源和演化，被人称为大爆炸宇宙学。由大爆炸学说建立的宇宙模型称为标准模型。自然科学概论

大爆炸理论的不少预言已经被观测证实。它的一个最著名的预言是：今日的宇宙仍然存在背景辐射。大爆炸理论认为，宇宙物质由空间中一个点爆炸以后，所有的物质都被抛射出去，互相远离。在初期，这些物质是高温、高压、高密的，温度在1000亿度左右。到100万年时，早期的热辐射开始在宇宙空间中自由传播。伴随宇宙膨胀，温度逐渐降低。根据理论计算，到今日残留下来的热辐射温度是3K左右。自然科学概论

1964年，彭齐亚斯和威尔逊在美国的贝尔实验室工作从事消除噪音，改善卫星通信的工作。他们反复改进仪器，但总是消除不掉来自天空的、温度为3K的噪音。最后得出结论：这种辐射不可能来自某个天体。

1965年，普林斯顿大学的迪克(美)率队访问了彭齐亚斯和威尔逊。经过一番分析，他们认定：这种噪音就是大爆炸理论所预言的背景辐射。自然科学概论彭齐亚斯威尔逊彭齐亚斯和威尔逊的发现使大爆炸理论声名大作，使大多数宇宙学家认同了这一理论。他们两人也因这一重大发现获得1978年诺贝尔奖。

大爆炸理论的另一个预言是：在宇宙物质中氦占四分之一。经许多天文学家的大量测量，结果确实如此。自然科学概论大爆炸理论还预言:宇宙的年龄约为160亿年。人们用测定放射性同位素半衰期的方法测得太阳系的年龄约为50亿年；利用天文学方法测量恒星表面的温度，从而确定球状星团的年龄是100亿年；用哈勃太空望远镜已经观测到了130亿年的天体。这证明天体年龄的测量结果与大爆炸理论的预言是相符的。自然科学概论一系列预言的证实，使大爆炸宇宙学获得巨大的成功，成为现代宇宙学的主流。大爆炸宇宙模型是当代人类的宇宙观。大爆炸宇宙学认为宇宙是由原始火球（素点）的爆炸产生出来的。在爆炸之后，宇宙开始膨胀，在膨胀的过程中温度不断下降，密度不断减小。它的演变过程可以分为以下几个阶段：自然科学概论

1、基本粒子形成阶段。这一阶段经历1秒钟，又称为宇宙极早阶段。

0秒时发生大爆炸，宇宙由一个原始的素点开始，时间和空间也同时开始。这时的宇宙温度无限高，密度无限大；物质的存在形式不得而知。在10-44秒时，宇宙的密度为1023kg/m3，温度为1032K。这时的宇宙只有时间、空间和真空场，没有任何粒子。自然科学概论在10-36

秒时，温度降到1028K

，宇宙突然暴涨，直径增大了1050倍。在4×10-11秒—10-6秒期间，出现了夸克、轻子等大数量的基础组元。由于能量非常高，这时强、弱和电磁作用没有区别，是统一的一种力。在10-6秒左右，宇宙的温度降到1013K。这时夸克有可能结合成介子、重子（质子和中子等一类强子），是强子的生成阶段。这时强、弱、电磁作用逐渐分开。自然科学概论在10-2秒左右，宇宙温度到1011K，物质密度下降到1011kg/m3，产生重子的反应停止，重子中只剩下质子和中子。宇宙进入了轻子时代。宇宙中最重要的成分变为光子、各种中微子和正负电子。相对实物粒子来讲，光子占优势。于是，宇宙进入辐射优势阶段。

2、辐射优势阶段。这个阶段又叫元素起源阶段，是大爆炸后的第一秒到30分钟。自然科学概论在1秒时，宇宙的物质密度降到107kg/m3

，温度降到1010K。这时的宇宙不仅整体上膨胀占优势，而且各处都是辐射为主的阶段。这时质子与中子的相互转换使质子数目增多、中子的数目减少。

4秒以后，宇宙的温度降到109K以下。此时正负电子对迅速湮灭，中子与质子的转换反应基本停止。这时的重子中，中子数约占14%，质子数约占86%。自然科学概论

3分钟以后，宇宙的温度降到106K以下。中子和质子有可能结合成氘核，氘核又进一步反应形成氦核，所以这个阶段又叫核合成（即元素形成）阶段。核合成结束时，氦的质量占宇宙总质量的28%左右，氘占1%，其余的大部分是氡，还有少量的锂和铍。在30分钟时，由于温度较低，各种粒子相互碰撞，再发生反应的可能性很小，于是宇宙中各种粒子数的丰度便基本上保持不变。自然科学概论在大爆炸后的半小时，宇宙中光子数与重子数之比约为109。这时的宇宙是光子的海洋，进入了辐射的鼎盛期。

3、物质的优势阶段。大爆炸后的1万年左右，宇宙的温度降到105K，光子的辐射逐渐减弱。40万年后，高能光子都变成低能光子，它们不能再激发原子。这样，宇宙中的光子和原子成为没有耦合作用的两种独立组分，于是宇宙变得透明。当宇宙的温度降到4000K时，原子开始形成。自然科学概论

起先只产生了较轻的元素，宇宙中的物质主要是气状的。在以后漫长的时期中，当发生了某种非均匀的扰动时，有些气体物质便在引力的作用下凝成了气体云（星云）。气体再进一步收缩，就产生了各种各样的星系和恒星。在星系和恒星的内部才产生了较重的元素。以上是大爆炸宇宙学描绘的宇宙演化的大致图景。由于没有观测和实验的佐证，至今只能作为一种假说。自然科学概论大爆炸宇宙标准模型宇宙诞生（100多亿年前）高温、高密状态Planck时代1032K大统一时代1028K强子时代轻子时代核合成时代复合时代1013K1011K109K4000K10-44s粒子产生10-36s重子不对称性产生10-6s大量强子过程10-2s轻子过程3min

中子质子合成轻原子核4×105a中性原子生成，光子脱耦，星系形成大爆炸宇宙理论与其他的各种宇宙模型相比，是比较成功的一种。它能证明较多的观测事实而且能证明其它学说不能证明的宇宙氦丰度。但是大爆炸理论也遇到了一些困难。其一是膨胀的原始物质云如何凝聚成各级天体的问题没有得到解决。其二是原始火球在爆炸时是具有无限高的温度和无限大的密度的“奇点”，这是一种无法理解的说法。其三，对原始火球或宇宙蛋的来源很难给出合理的科学解释或哲学解释，很有些神话的味道。自然科学概论

其四，大爆炸宇宙理论的依据是星系的退行引起了星系的谱线红移。但是“红移”未必是“退行”造成的。红移的原因有待于进一步的观测和探讨。由于大爆炸宇宙理论存在不少困难，英国的邦迪等人于1948年提出了稳恒态宇宙理论。这一理论首先补充了宇宙学原理，认为“宇宙的大型结构不随时间变化”。他们认为，宇宙中的物质分布不但在空间上是均匀的、各向同性的，而且在时间上也是稳定不变的。自然科学概论

他们既提出新的宇宙原理又认同宇宙膨胀，于是认为在宇宙膨胀中有新的物质不断产生出来，否则的话，就不能保持物质的密度不变、不能保持宇宙的稳恒性。这种理论认为新的物质不是由辐射形成的，而是从虚无中创生出来的。另外，这个理论也解释不了宇宙中的微波背景辐射。法国的伏库勒等人提出了另一种等级式宇宙模型。他们首先不承认宇宙学原理，而是认为宇宙的结构是分等级的。自然科学概论宇宙由小到大分别是恒星、星系、星系团、超星系团等，而且在大尺度上宇宙物质也是成团的。由这个模型推出，离我们越远的地方物质密度越小。等级式模型没有严谨的数学表述，也没有重要的理论预言，所以附和的人不多。按照大爆炸理论，自大爆炸以后，宇宙便不断地膨胀，至今已有150多亿年。宇宙是一个引力作用的系统，膨胀的速度应该逐渐减小，但是目前的观测表明，宇宙膨胀的速度还没有明显的减缓。自然科学概论自然科学概论由广义相对论可知，宇宙将来是继续膨胀还是可能收缩要取决于宇宙的密度是大于还是小于临界密度。

弗里德曼(苏)等人曾利用广义相对论的爱因斯坦方程推导出了决定宇宙命运的临界密度式中Ho是哈勃常数，G是万有引力常数。取=15千米/秒·百万光年，可以算出:自然科学概论如果宇宙的真实密度，则得出结论：宇宙将一直膨胀下去，称其为开放宇宙。对于开放宇宙而言，星系和恒星内部的核燃料必将耗尽，宇宙必然衰亡，成为黑暗世界。如果，则宇宙将会收缩，称为封闭宇宙。随着收缩的进行，宇宙的温度会越来越高，又将恢复成原始火球，再往后又会突然爆炸、膨胀。所以封闭的宇宙又可称为震荡宇宙或循环宇宙。许多学者认为，我们现在的宇宙是震荡宇宙。其理由是，在我们的宇宙中还有数量巨大的暗物质没有计算进去。就目前的计算，宇宙的平均密度还不足临界密度的1/10，显然是开放宇宙。但是我们计算的物质只不过是宇宙中的一点发光物质。其实宇宙物质的大部分是暗物质。自然科学概论有人估算银河系中的暗物质就多达80%。由此可见，如果大爆炸理论是可靠的，临界密度理论是可靠的，暗物质理论也是可靠的，我们便可相信：现在的宇宙是一个可以死而复生的震荡宇宙。自然科学概论

§5.4天体的演化自然科学概论天体演化学是天文学的一个重要分支。它研究各种天体和天体系统的起源和演化。18世纪康德和拉普拉斯提出星云假说来解释太阳系的起源，开创了天体演化学。到了20世纪，由于天文观测取得新的成果以及物理学的支持，又进一步推动了天体演化学的发展。一、星系和星系团的起源和演变自然科学概论

万有引力把分散的物质聚集成团，从而形成了星系和星系团。星系是构成宇宙的基本单元。每个星系中都有数十亿数千亿颗恒星以及星云和星际尘埃等。不同星系的大小和质量相差极大。小星系的质量大约是太阳质量的106倍，而大星系的质量可以达到倍1011以上。小星系的尺度有数万光年，大星系的尺度可以达到数百万光年以上。宇宙中单独存在的星系是比较少的。大多数星系是相互结合，形成双星系、多重星系群和星系团。有些星系团还进一步组成超星系团。例如银河系和仙女星系等40多个星系组成了一个小星系团。室女座星系团是离我们最近的星系团；它距我们约有6.2×107光年。目前人类能够观察到的星系团已经超过了一万个。自然科学概论随着观测技术的改进，天文学家发现宇宙中星系的分布是不均匀的。有的区域中星系特别少，形成很大的空洞。但是这和宇宙学原理并不矛盾。因为在亿光年的大范围内，星系、星系团的分布仍然是很均匀的、各向同性的。自然科学概论

大爆炸宇宙学认为，星系的产生是宇宙诞生以后40万年的事情。在产生星系之前，宇宙空间的温度已经降到4000k以下。那时宇宙中充满了中性的原子气体，物质在任何范围内都是均匀分布的。那么在均匀的物质分布中是怎样形成星系、星系团的呢？这是宇宙学中很重要也很难回答的问题。目前比较一致的说法是：万有引力把分散的物质聚集成团，从而形成了星系和星系团。自然科学概论

万有引力有一个极为重要的性质：引力的不稳定性。例如均匀介质的一个区域中如果有一个扰动使这个区域突然缩小一点，那么这个区域中各质点间的距离便减小一点。这就使得质点间的相互引力增大了，于是导致这个区域进一步缩小。最终这个区域内的物质便会凝聚成天体。

20世纪初，英国的物理学家金斯对恒星和星系的起源做了深入的研究。他用流体力学的方法研究了万有引力的不稳定性，得出了金斯定理。自然科学概论

另外星系和星系团的形成还和宇宙的暗物质有直接的关系。我们能看见的物质主要是中子、质子这一类可见的重子物质。如果单靠看得见的这些重子物质，宇宙是形成不了今天所能观测到的星系和星系团的。这就说明宇宙中还存在大量的我们看不见的物质，这些物质要比看得见的物质的总质量大的多，称为暗物质。暗物质虽然不能看到，但是也具有质量和引力。暗物质中可能有重子物质，但是大部分不可能是重子物质。自然科学概论暗物质对于宇宙的运动演化和结构的形成起到极为重要的作用，甚至是主要的作用。人们发现星系的质量与光度的比值（质光比）要大于太阳的质光比。这一事实表明，越大的天体系统包含的暗物质越多。暗物质是分布于整个宇宙之中的。自然科学概论二、恒星的起源和演化自然科学概论

由于万有引力的不稳定性，宇宙中均匀分布的中性原子气体会逐渐聚集成星系和星系团。早期的星系仍是十分稀薄的气体云。它的主要成分是氢原子，还有一些氮原子。氢与氮的数目比约为16:1。需要解释的是气体云是怎样演变成恒星的，恒星的内部又是怎样产生各种重元素的。目前的解释依然是依据万有引力的不稳定性。在某种扰动之下，由于万有引力的不稳定性，使星系中的气体云继续收缩，原子之间的万有引力不断增大。当引力的作用压倒了热运动时，空洞区域中的原子越来越少，密集区中的原子更加密集，以致于变成密集的球体。随着收缩的持续，球体中心处气体的压强、温度和密度都急剧的增大，氢原子也被电离了。当核心的温度高到1.5×107k时，电离了的高能质子相互碰撞，发生了核反应。自然科学概论这种质子-质子反应相当于四个氢核聚变成一个氮核，同时产生两个中微子，两个正电子和两个光子。根据反应中的质量亏损可以计算出1克的氢转化为氮时释放出来的能量是1011焦耳。热核反应中不断释放出来的能量必然形成巨大的辐射压力，阻止球体的收缩。当辐射压力与引力相等时，球体便处于动态平衡，成为一颗恒星。以上就是恒星起源的简要理论。自然科学概论恒星诞生以后，都会进入一个稳定时期。在稳定期中，虽然星内的热核反应仍然在继续，但是恒星的体积和温度却没有明显的变化。宇宙学中把热核聚变产生的恒星称为主序星，把主序星的稳定期称作主序星阶段。主序星的稳定期是它寿命的99%。在恒星的核心部分，氢不断地聚变成氮，以延续他的寿命。当核心部分的氢快用完时，热核反应的速度明显地减小，引力与辐射压力的平衡就会被破坏。自然科学概论由于引力大于压力，恒星又要收缩。在收缩中，恒星内层和中层的温度，压强和密度将随之升高，这导致恒星外壳的氢开始燃烧并且膨胀。当核心区的温度达到109K时，在核心区将发生三个氮核聚变成碳核，碳核和氮核再聚变成氧核的热核反应。由于外壳的氢燃烧区不断膨胀，离核心越来越远，使得恒星的表面的温度降低，颜色变红。这时我们称它为红巨星，表明恒星已经老化了。自然科学概论当恒星内部的核燃料耗尽时，在引力的作用下它猛烈的坍缩，走向终点。由于质量的不同，恒星的结局分为三种：演变成白矮星，或中子星，或黑洞。第一类：若恒星的原始质量小于8倍太阳质量，则坍塌以后将形成白矮星。白矮星的质量为1.4倍太阳质量，而且密度极大，可以达到106kg/m3,是地球密度的几十万倍。自然科学概论白矮星的表面温度很高，发出白光。他的内部已经没有核反应，表面温度必然下降，因而白光不能持久，慢慢的变成红矮星，黑矮星。第二类：若恒星的原始质量大于8倍的太阳质量，则坍缩以后将成为中子星。这类恒星坍缩之后的质量约为1.4倍太阳质量，而且电子被挤到原子核内，与质子结合成中子，同时发出中微子。于是恒星核变成了主要由中子组成的一个巨大的原子核，所以称为中子星。自然科学概论形成中子星的过程非常猛烈，导致恒星内部发生巨大的核爆炸，以致于把外壳炸得粉碎，喷向四面八方。由于爆炸时释放出极为巨大的能量，使星的亮度突然增大了几十亿倍，人们认为产生了新星，超新星。其实这是恒星死亡的信号，并没有产生新的星球。爆发后留下的残骸坍缩成一颗直径为10千米的星球。他几乎完全是由中子组成的，故名中