什么是宇宙(universe)

  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。宇宙是物质的世界。它处于不断的运动和发展中,在空间上无边无界,在时间上无始无终。宇宙是多样而又统一的。它的多样性在于物质的表现形态;它的统一性在于其物质性。古人说:“四方上下曰宇,古往今来曰宙,以喻天地。”宇宙,一般当作天地万物的总称。人类对宇宙的认识,从太阳系到银河系,再扩展到河外星系、星系团乃至总星系。现在,人们的视野已达到一百多亿光年的宇宙深处。有人把总星系称为“观测到的宇宙”、“我们的宇宙”;也有人把总星系称为宇宙。宇宙天体呈现出多种多样的形态:有密集的星体状态,有松散的星云状态,还有辐射场的连续状态。各种星体千差万别,它们的大小、质量、密度、光度、温度、颜色、年龄、寿命也不相同。天体不是同时形成的。球状体是在形成中的星体,O型星、B型星是年轻恒星,主序星(包括太阳)是中年恒星,白矮星和中子星是老年恒星。每个天体都有它的发生、发展、衰亡的历史,但作为总体的宇宙则不生不死,无始无终。

艺术家笔下的宇宙

在天文学上,宇宙是指所有实际观测到或假想的天体及现象所组成的整个客观世界。宇宙的主要成分包括:星系、恒星和星团、星云(星际气体和尘埃云)。还有许多较小的成分,如行星、卫星、彗星和流星。除了这些天体和弥漫的物质外,宇宙还含有引力场及各种形式的辐射,如可见光、电磁波、X射线等等。

16世纪起,哥白尼的太阳为宇宙中心的学说、第谷的天体精密测量、开普勒的数学发现、伽利略的观测和论证以及牛顿的万有引力论等等,在大约200年间,使人们开始意识到宇宙可能是无限的,宇宙的中心并非有特定的位置。17世纪末期,有人将银河系描绘成扁平的恒星和星云体系,在太空中自成一体,到20世纪初,科学家成功地指出银河系的大小和太阳在银河系中的位置。进而更确认银河系之外还存在着别的星系。

宇宙中恒星的光谱分类系统

哈佛系统:一颗恒星的颜色取决于它的温度:温度最高的恒星呈蓝白色,温度最低的显出橘红色。人们把恒星的光谱分成七种类型,分别是O、B、A、F、G、K和M,其中O型是最热的一类星,M型是相对最冷的一类星,同时每一种谱型还分为从0到9十个等级(从热到冷);太阳的谱型属于G2型。

威尔逊山系统: 按光度分类的物理依据是压力效应,因为物质的电离状态除决定于温度外,还与压力有关。光度高的巨星大气中气体压力较低,物质的电离比在温度相同的光度低的矮星大气中容易,因而会在光谱中表现出来。在这一系统中,光度判据选用一些对光度敏感的谱线对的相对强度。绝对星等的光度级用小写拉丁字母表示:c表示超巨星,g表示巨星,d表示矮星,加在哈佛系统的光谱型符号之前。例如太阳的光谱型为dG2。光度级的这种表示法多见于早期文献,目前已很少采用。
摩根-基南系统:
依据的物理参量也是温度和光度。温度型沿用哈佛系统符号。光度级比威尔逊山系统精确,共分七级,用罗马数字表示:Ⅰ──超巨星,Ⅱ──亮巨星,Ⅲ──正
常巨星,Ⅳ──亚巨星,Ⅴ──主序星(矮星),Ⅵ──亚矮星,Ⅶ──白矮星。如能进一步细分,则在罗马数字后面附加小写拉丁字母来区别,如Ia──最亮的超巨星,Iab──亮超巨星,Ib──亮度较低的超巨星。在MK系统中,太阳的光谱型是G2V。
O型 B型 A型 F型
4万至2万9千摄氏度 2万8千至9千7百摄氏度 9千6百至7千2百摄氏度 7千1百至5千8百摄氏度
G型 K型 M型  
5千7百至4千7百摄氏度 4千6百至3千3百摄氏度 3千2百至2千1百摄氏度  

   恒星的大小变化很大,从300倍于太阳的超级巨星到比地球还小的中子星和黑洞;有些恒星只有几百万年,有的却和宇宙一样古老。天文学家通过一张特殊的图表对恒星进行分类。这个表叫赫-罗图。银河系中,大多数恒星在赫罗图上密集于由左上方(高温、强光度)至右下方(低温、弱光度)沿对角线的狭窄带区内,形成一个明显的序列,这个序列叫作主星序,又叫矮星序。位于主星序内的恒星叫主序星,因其光度比巨星和亚巨星小,所以又叫矮星。主序星的光谱范围很广,从O型到M型。太阳是G2型的主序星。主序星的光度随着表面温度的增高而增大。主序星的质量从约百分之几到约60倍太阳质量,光度从约10万分之一到10万倍太阳光度,半径从比太阳小一个数量级到太阳的20倍左右。主序星的能量来源于内部氢燃烧变为氦的热核反应。进行热核反应的阶段正是恒星演化的中期阶段,恒星在这个阶段停留的时间最长,占其寿命中90%的时间。

位于主序列带中的恒星按照质量排列,质量最大的在左上端,质量最小的在右下端。主序列恒星的光度也取决于它们的质量,质量越大光度越大。最亮的位于左上,最暗的位于右下。位于左上的最热、最亮、最大的恒星大约在100万年时间内就会烧尽自己的核燃料,而位于右下的那些闪着微弱星光的恒星,它们的氢燃烧能延续1000亿年,比现在宇宙的寿命还要长。