天文 | 一个太阳落山了，几千个“太阳”升起来

在印度，流传着一句古老的梵文诗：“Sarva dishanaam，suryaha，suryaha，suryaha”，翻译过来就是“夜空中啊，处处是太阳”。这个看似荒诞的句子，却让不少现代天文学家吃惊不已，因为这表明古代印度人很可能认识到太阳也是一颗恒星。

为什么说白天的太阳和夜晚的星星是同一类天体呢？这还真不是个简单的问题。

认识恒星

古人常常把日、月、星并列，《三字经》里就有：“三光者，日月星”。日为太阳，月为太阴，那么星星是什么呢？古希腊哲学家阿那克西曼德（约公元前610—前545年）认为，在大地之外包围着一片火焰，星星就是天球上的洞，火光从这里透了进来。亚里士多德认为星星是由纯净的第五元素（有书上记作以太或精质）构成的，镶嵌在遥远的透明水晶球上。中世纪的著名学者塞维利亚的伊西多尔（约560-636年），相信是太阳照亮了星星。文艺复兴时期，意大利哲学家和科学家乔尔丹诺·布鲁诺于1584年提出，如果从遥远的距离上观察，太阳和其他恒星并没有什么区别，太阳也不过就是一颗星星，而夜空中的每一颗星星都是遥远距离上的“太阳”。

但是在缺乏进一步观测手段的年代，要搞清楚这个问题实在是太困难了。人们提出的只能是一些假说，他们最有力的论据，或许不过就是恒星和太阳都在发光这一点而已。1609年，望远镜的发明极大地扩展了人类的视野。1610年，伽利略发现银河是由无数颗恒星组成的。随后天文学家们注意到了行星的视圆面以及金星和水星的相位变化，而恒星无论在多大的望远镜里看来都只是一个小点儿。这表明恒星离我们极为遥远，它们应该是自发光的，就像太阳一样。

天狼星

到了牛顿时代，科学和理性达到前所未有的高度，“水晶球”模型已被摈弃。他在《宇宙体系》（《自然哲学之数学原理》第三编的初稿）中提出，如果（注意是如果）天狼星与太阳的物理性质相似，那么通过比较二者的亮度，可以知道它的距离比太阳远100万倍。荷兰天文学家惠更斯进行了实验，得出天狼星距离地球至少达27664天文单位。到了1667年，恒星就是太阳的同类这一观点已经基本成为共识。法国神父、天文学家布里亚奥就曾通过类比太阳的自转和黑子，来解释某些恒星的亮度变化。

1780年代，恒星天文学之父——英国天文学家威廉·赫歇尔第一次对银河系里的恒星进行了计数观测，数出了11万多颗星，并绘制了历史上第一幅银河系结构图。尽管他错误地把太阳放在了银河系的中心，但他的工作让人们看到，太阳的确只不过是银河系里的一颗恒星而已。

光谱立功，验明正身

就像亲子鉴定要做DNA一样，要确定星星和太阳的关系，最坚实的证据也来自于“化验”。天文学家们化验的是恒星的星光，它能告诉我们恒星的组成。

早在17世纪，牛顿就通过三棱镜将阳光分解，发现它是由不同颜色的光组成的。1814年，德国物理学家约瑟夫·夫琅禾费通过光谱测量发现，阳光中除了包含不同颜色的连续光，还存在很窄的暗条纹。后来人们知道这些暗线都是恒星大气中的特定元素吸收了相应波长的光而形成的，实际上是原子的“吸收线”，可以唯一地标识元素的“身份”。观测表明宇宙中许许多多的恒星都具有和太阳类似的光谱，它们确实是太阳的同类。

太阳的光谱示意图 作者供图

光谱能告诉我们很多信息，例如恒星的运行速度、化学组成、表面重力加速度等，其中一个重要信息是恒星表面的有效温度。1910年代，赫茨普龙和罗素分别独立地发现，恒星的表面温度和它们的固有亮度（称为光度）有着对应关系，从而提出了赫罗图。赫罗图清楚地显示了恒星具有不同的类型，而且可以标记出一颗恒星从诞生、成长再到死亡的演化过程，大大推动了恒星物理学的研究。

1920年代，天体物理学家建立了恒星的内部结构模型，破解了恒星能量来源的奥秘。原来绝大多数恒星的内部在进行由氢聚变为氦的核反应，为它们提供了能量。例如在太阳的核心，每秒钟要燃烧掉6亿吨氢，其中大约0.7%的质量转化为了能量。这一能量是极其巨大的，如果都汇聚到地球上，只需要6秒钟就能把海水全部蒸发，3分钟就可以融化整个地壳！所以尽管最近的恒星也远在4.2光年以外，它们的星光仍然能为我们所见。如果像伊西多尔所说是太阳照亮了星星，那么全天第一亮星——天狼星的亮度将最多只有现在的千万万亿分之一，超出10米口径望远镜的探测极限100亿倍！绝不可能用肉眼看到。

恒星内部结构和恒星演化模型，是20世纪天文学上最成功的理论之一，是人类认识宇宙的伟大突破。现在我们知道，夜空中那些闪闪发光的恒星，就是一颗颗太阳。它们有近有远，有大有小，可以根据光谱分为不同的类型，但都是通过中心的核聚变反应而发光。

来源：科普时报