【编辑推荐】

恒星是宇宙中蕞古老、蕞恒久的存在。我们体内的每一个原子都曾是恒星的一部分，我们的存在与恒星的演化历程密切相关。了解恒星的起源、演化与终结，不仅是天文学家的使命，也吸引着每一个对宇宙充满好奇的人。

本书对恒星的形成机制，它们的发光原理，恒星如何演化，如何生成种类丰富的化学元素，以及它们如何走向死亡，进行了细致、专业的考察，呈现了恒星完整的生命周期，展示了人类对恒星科学的迷人探索。此外，安德鲁·金还介绍了天文学家现在如何利用恒星来观测宇宙的性质，如宇宙膨胀等。作者善于用生动的比喻深入浅出地阐释天文现象与原理，并结合大量精确的数据、严谨的公式进行论证，语言通达晓畅，引人入胜。本书特别邀请到中国科学院院士、中国科学院国家天文台研究员赵刚作序推荐。

【名人评价及推荐】

这是一本优秀的恒星科学入门书……不仅有深入浅出的讲解、系统全面的内容、丰富的图表和插图、前沿科学的引入等，还颇具互动性和启发性，以简洁的篇幅涵盖了恒星从诞生到死亡的过程，并巧妙地将基础理论与前沿研究相结合，既传递了知识，又激发了读者对宇宙的好奇心。

——赵刚，中国科学院院士、中国科学院国家天文台研究员

作为“牛津通识读本”中的一本，安德鲁·金所著的这部作品为恒星科学提供了一个引人入胜的概述。这本小书读来令人非常愉快。

——道恩·E·莱斯利，《当代物理学》杂志

【作者简介】

作者

安德鲁·金（Andrew King），英国莱斯特大学天体物理学荣休教授，《皇家天文学会月报》副主编。2014年，由于对理论天体物理学的杰出贡献，被授予英国皇家天文学会爱丁顿奖章。其合著作品有《天体物流学》（2007），发表专业论文250多篇。

序言作者

赵刚 中国科学院院士，中国科学院国家天文台研究员，“郭守敬望远镜”（LAMOST）科学委员会主任。在恒星元素丰度、太阳系外行星、银河系形成与演化、实验室天体物理等领域开展研究。成果多次被评为中国年度十大天文科技进展，利用恒星丰度探索银河系化学演化的研究获国家自然科学二等奖。目前担任国家自然科学基金委“基础科学中心”项目负责人，以及国家重点研发计划“基于LAMOST 巡天的银河系研究”项目首席科学家。

【内容介绍】

恒星是由什么构成的？太阳如何在漫长的岁月里持续发光？天文学家如何利用恒星来探测宇宙特性？脉冲星、超新星爆发、γ射线暴等奇特的天体或天文现象是怎样形成的？诸多疑问盘桓多年，让人类对迷人的恒星科学展开了长久的探索。

在本书中，莱斯特大学天体物理学荣休教授安德鲁•金将为你揭示，恒星是如何形成的，以及物理定律如何驱使恒星演化，使它们经历一个个阶段走向成熟，直至那无可逃避，但有时也无比壮丽的死亡来临，蕞终化为黑洞等天体。作者特别指出，探究恒星的本质，对我们理解宇宙、理解自身至关重要。

【目录】

前言

第一章 科学与恒星

第二章 恒星何以存在

第三章 主街的生活

第四章 烹饪元素

第五章 恒星的遗体

第六章 寻找恒星的遗体

第七章 测量宇宙

第八章 开端

索 引

英文原文

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（编辑不填）

【文摘】

第八章 开端

循 环

在本书中，我们跟随恒星的演化一直到达它们的终点。但你可能会觉得意外，我们对恒星一生的开端竟然几乎只字未提。理由有两个。第一，这样比较好。我们发现恒星的演化几乎完全只由它的质量决定。我们不用知道它怎么形成，只须从既定质量的恒星开始，探究它如何让自己保持平衡状态即可。我们看到，这铺开了恒星未来发展的整个故事。这种讲述方式与恒星最开始是怎么形成的基本上没有任何关系。这里的“基本上”是个提醒，因为恒星演化也受初始的化学组成影响。诚然，它的影响不如质量的大，但有时候依然重要，在区分成分不同的造父变星的周期—光度关系时，这一点已经有所体现。

第二个将恒星的形成留到最后的理由是，这部分比恒星演化的其他部分都更难理解。所以，我们要用恒星演化后续阶段的知识帮助我们理解恒星的形成。这种倒推在天文学中是个非常常见的方法。例如，在研究整个宇宙的演化时，我们显然没有其他选择。

恒星演化带给我们大量有关恒星如何形成的线索。首先，我们知道氦之后的化学元素都是在恒星中产生的。我们还知道恒星（即使质量相同）中这些更重元素的含量各不相同。由于大质量恒星会通过超新星爆发将大量富含重元素的气体抛射到太空中，这强烈暗示星际气体会不断形成恒星。我们在上一章中采用了这个说法，来解释星系为什么不会迅速变红、死亡。

图13“创生之指”。恒星在这些长达7光年的气体、尘埃柱中形成

大部分星系包含大量气体与尘埃，这里的“尘埃”指微小的固体颗粒。它们非常松散地遍布在恒星之间。这些巨大的物质云的辐射光谱表明它们温度很低，有时只比绝对零度高几开。它们不只包含氢、氦和重元素，还常常含有分子。巨大的分子云 显然是恒星诞生的地方（图13）。为了形成恒星，一部分分子云 一定会更加致密，这也许是因为它们在自身引力作用下会收缩。但就像大气中由水蒸气形成的云那样，分子云也不是完全由相同的物质所构成的固定实体。它们会在星际介质更热的阶段（比如超新星和恒星风）中不断失去或者获得物质。它们就像开水壶里冒出的蒸汽，不是一团巨大的靠自身引力聚集的气体。当然，它们之间确实有引力。但大体上，气体运动都非常快，它们并没有落向彼此的趋势。

令人费解的出生

但纯粹出于偶然，这些云中的某些部分确实会感受到自身的引力，或是受某一外部事件（如超新星爆发）影响而压缩。即便如此，它们也未必会坍缩，因为就算是这么冷的分子气体也能产生压强。一团气体抵抗引力的能力强弱，取决于它能否快速提高内部压强，阻止内陷。我们现在知道，压强变化会以当地声速在气体中传播。如果气体团很小，声音穿过它的速度就比它因自身重量而坍缩的速度快得多，这样它就能保持稳定并产生振荡，不会坍缩。然而，如果气体团越来越大，最终就会达到某种规模，此时声波无法在气体团因内陷变得更加致密前穿透它，并提高内部压强。这个临界尺度取决于气体团的温度与密度之 比，被称为金斯长度，以20世纪初最早研究这个问题的英国天文学家命名。一个以金斯长度为半径的球体，其中的气体和尘埃的总质量被称为金斯质量。质量比它更大、依靠自身引力聚集成团的气体必然会坍缩。在银河系中，这个临界质量是太阳质量的几千倍。

现在情况就复杂起来了，因为坍缩意味着密度增大。金斯长度和质量由此变小，原坍缩团块的各个部分也呈各自坍缩趋势，团块变成越来越小的碎片。等到每块碎片对自身的辐射来说不再透明，碎裂也就终止了。被缚的光子无法自由逃逸，只能在气体团内部跳来跳去，使团块的温度和压强都升高，最终与引力平衡。这防止了气体团中更小的部分继续坍缩，也就阻止了进一步碎裂。这些小团块依然还不是恒星：它们唯一的能量来源是在引力作用下因平缓收缩而产生的热。

我们之前考察过类似的情况，那是在第二章中，我们想知道太阳怎样对抗引力、维持自身形态。我们发现，恒星通过表面辐射损失能量时，根据位力定理，它的内部必须逐渐升温。这个过程的时间是热时标，也叫开尔文—亥姆霍兹时标。这个时间对质量与太阳相同的气体团来说大约是3 000万年，对大质量恒星而 言要短得多，对小质量恒星而言则长得多。最终，经过这段热时标的收缩，缩紧的团块中心变得又热又致密，足以启动氢燃烧，于是它们终于加入了主序星家族。最终，一个星团在这样的恒星形成过程中诞生了。

【序言/后记】

序  言

赵 刚

在广袤无垠的宇宙中，恒星是最古老、最恒久的存在。它们不仅以核聚变的光芒书写着宇宙史诗，用引力之笔勾勒出时空结构，更是生命诞生与演化的基石。我们体内的每一个原子，都曾是恒星的一部分，我们的存在与恒星的演化历程密切相关。因此，了解恒星的起源、演化与终结，不仅是天文学家的使命，也吸引着每一个对宇宙充满好奇的人。

恒星的演化是一个漫长而复杂的过程，涉及物理学的多个领域，包括引力、热力学、核物理等。通过研究恒星，我们不仅能够理解宇宙中物质的循环和转化，还能探索宇宙的起源和未来。恒星的诞生和死亡，如同宇宙的呼吸，不断地塑造着星系的形态和演化。作为“宇宙的原子”，恒星是构建星系的基本单元，其核聚变过程创造了构成行星和生命的重元素。超新星爆发不仅释放出巨大的能量，还将恒星内部合成的重元素抛撒到宇宙空间中，这些重元素最终汇聚在一起，形成了行星、生命，乃至我们所熟知的一切。此外，造父变星作为“标准烛光”帮助天文学家测量宇宙距离，Ia型超新星 爆发揭示了宇宙加速膨胀的惊人事实，脉冲星成为验证广义 相对论的天然实验室……恒星研究对现代宇宙学的贡献不可估量。

恒星科学的发展史，堪称一部浓缩的人类认知革命史。从古希腊天文学家阿里斯塔克推测太阳远比地球庞大，到伽利略用望远镜发现太阳黑子；从夫琅禾费发现恒星光谱中的暗线，到爱丁顿验证爱因斯坦广义相对论时观测的日全食；从塞西莉亚·佩恩-加波施金揭示恒星主要由氢和氦组成，到今天的天文 学家探测系外行星大气成分——每一次对恒星认识的深化，都伴随着人类思维范式的转变。

《恒星》（Stars: A Very Short Introduction）是一本优秀的恒 星科学入门书，作者安德鲁·金是天体物理学领域的资深学者。本书不仅有深入浅出的讲解、系统全面的内容、丰富的图表和插图、前沿科学的引入，还颇具互动性和启发性，以简洁的篇幅涵盖了恒星从诞生到死亡的过程，并巧妙地将基础理论与前沿研究相结合，既传递了知识，又激发了读者对宇宙的好奇心。尽管受限于篇幅无法深入细节，但它作为一本科普读物，成功实现了“通识”的目标，是了解恒星科学的理想起点。

《恒星》这本书旨在为读者揭开恒星神秘的面纱，它深入浅出地阐述了恒星物理的基础概念，恒星的物理本质、演化过程以 及它们在宇宙中的重要地位。安德鲁·金引导读者理解恒星从诞生到死亡的完整生命周期。从分子云在引力作用下的坍缩，原恒星核心达到氢燃烧的临界温度时的“出生啼哭”，主序星阶段核聚变与引力的精妙平衡，红巨星阶段的膨胀与脉动，直至白矮星、中子星或黑洞的最终归宿——这些复杂的天体物理过程被作者转化为可触可感的生动叙述，既保持了学术严谨性，又避免了专业术语的艰深晦涩。

恒星科学的前沿发展也令人振奋。引力波天文学让我们“听见”中子星并合产生的时空涟漪，大型巡天项目绘制出银河系数十亿恒星的立体地图，系外行星研究寻找着可能孕育生命的“第二个地球”。在这个探索的新纪元，中国科学家正做出重 要贡献—郭守敬望远镜（LAMOST）的海量巡天光谱数据，中国天眼（FAST）射电望远镜对脉冲星的观测发现，以及即将发 射的中国空间站巡天望远镜（CSST）……《恒星》双语版的出版恰逢其时，将为国内读者提供理解这些前沿进展的概念基础。中文读者通过本书，能够以一种全新的视角去看待恒星：它们不仅在夜空中闪烁着光芒，还是宇宙中活跃的参与者，其每一个演化阶段都深刻地影响着宇宙进程。

当恒星的光芒穿越浩瀚太空抵达我们的眼睛时，可能已经旅行了数百年甚至数千年。阅读《恒星》一书的体验与之相似——我们接受的是人类几个世纪积累的科学智慧，而这些知 识又将照亮我们未来的探索之路。在这个意义上，安德鲁·金的著作不仅传递了关于恒星的事实性知识，更延续了人类对宇宙的好奇与敬畏。恒星的一生，亦如人的一生，有诞生，有成长，有衰亡。当读者合上这本书再次仰望星空时，眼中的星辰将不再只是美丽的光点，而是包含着诞生与死亡、时间与空间相互交织的壮丽史诗。无论你是天文爱好者，还是对宇宙充满好奇的普通读者，愿《恒星》双语版成为一座桥梁，连接中文读者与宇宙奥秘，激发更多年轻人走上探索星空的旅程。因为理解恒星的本质，在某种程度上就是理解人类自身在宇宙中的位置与意义。

2025年5月

于中国科学院国家天文台