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氦燃烧进行得非常迅猛，人们也不应该相信，在太阳（假定有朝一日太阳变到这一步）的外部会有明显的感觉。由于太阳的惯性可以使内部产能率短时间的增大而在外部仅有很小的影响。氦燃烧在200年时间里进行得很剧烈，然后它又逐渐回复为平稳的燃烧。在这以后就再次出现了所有后期演化恒星的老年毛病。壳房源以闪跃方式燃烧，并迫使计算机去考察在100年内所发生的各种过程。在这种情况下要通过计算途径去研究几百万年，甚至更长时间的恒星演化就成为不可能。但是要想知道恒星下步的演化就必须要很长时间。我们的技巧只能到此为止。余下的是，或许通过观测能够找到已经越过这个演化阶段的恒星，从而获得有关恒星下步演化情况的信息。为此，图2…9所示的球状星团赫罗图对我们很有帮助。我们可以回忆一下，在这里能够观测到的恒星都是处于由主序向红巨星演化途中的恒星，在它们的内部氦还没有开始燃烧。计算告诉我们，当氦燃烧开始时，恒星的位置处于图中的右上方。由此可以得到这样的结论，图中在水平分支上的恒星，它们内部的氦必定已经开始燃烧了。可是描述氦闪跃以后的计算模型丝毫也没有向左转到水平分支的趋势，它们仍然停留在右边红巨星区域内。那么水平分支上的恒星是怎么来的呢？现在在加利福尼亚工作的霍伊尔的学生约翰·福尔克纳（HohnFaulkner）首先提出了解决这个问题的想法。人们可以用有氦燃烧的类太阳恒星的计算模型进行一个小实验。如果从它的表面人为地去掉一部分质量，再让计算机去计算这个被部分切除的恒星模型的内部结构，就会得到这个恒星模型不再位于赫罗图的右上方，而是靠近水平分支。而且并不需要将氦核外面的全部含氢丰富的外壳都去掉，只需部分切除就够了。通过这个计算实验我们是否已找到了真正的踪迹？也许在红巨星阶段的类太阳恒星一旦从表面损失一部分物质，即丢失一部分外壳以后，它就会移到人们在球状星团赫罗图中已观测到的水平分支上？在水平分支上的恒星似乎内部已开始了氦燃烧。下面我们看一下图7…2。或许那就是太阳遥远的将来：在红巨星阶段它损失了很多物质，将外壳的相当部分抛到宇宙中去了，然后它就能长时间地停留在水平分支上？情况好像就是这样的。太阳迟早会把几乎全部的质量集中到它的白矮核内，并且最终在某一演化阶段将外壳抛出去，然后变成一颗白矮星。
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■计算得到的恒星后期演化模型使我们认识到恒星会损失物质。根据这个认识我们再进行观测，则发现有一系列迹象可以说明，不仅是后期演化恒星，而且像太阳这样很平稳的主序星也存在物质损失。彼得·阿皮阿努斯、路德维希·比尔曼和彗星彼得·阿皮阿努斯（PeterApianus），萨克森人，16世纪在因戈施塔特教天文，原名叫彼得·比内维茨（PeterBienewitz）。路德维希·比尔曼住在慕尼黑，在马克斯…普朗克学会中担任我的前任职务。这里要讲述关于彗星的一个奇妙的性质，并且会引出有关太阳物质损失的问题。…6彗星是比地球质量的10还要小的物体。它们是在拉伸得很长的椭圆轨道上绕太阳运动。它们之中最有名的是哈雷彗星，大约要75年才沿轨道转一周。它将于1986年再次回到太阳的附近。当彗星来到太阳附近时，气体物质被蒸发。在通常情况下彗星内的物质被冻结成冰或雪，而且在雪中还混合有一些尘埃粒子。气体和尘埃不是各个方向都均匀地离开彗星，它们会形成一条有方向的尾巴。这条尾巴给彗星以奇妙的外观。严格地说，彗星有两条尾巴。一条是尘埃尾巴，尘埃粒子沿这条尾巴飞走；另一条是气体尾巴。由于受太阳辐射压的作用使尘埃粒子沿一条背离太阳方向的并且常常有点弯曲的轨道运动。我们对彗星的尘埃尾巴不很感兴趣，但气体分子对我们却是一个谜。它们沿着一条直线尾巴以很高的速度离开彗星，有时可以达到每秒100公里。彗星的奇特现象（不要和迅速飞过天空的流星相混同）总是使人激动不安（见图7…3）。在中世纪它们被看作是战争、饥荒和瘟疫的预兆。但是它们也不断地激发起科学家的思想。还在16世纪的前半期，数学家阿皮阿努斯就发现彗星发亮的尾巴总是指向离开太阳的方向。彗星在空中的运动从来不会把它的尾巴也拖在彗星运动的轨道上。它的运动总是要使气体尾巴指向背离太阳的方向（见图7…4），当它远离太阳的时候，它的气体尾巴会向它运动的前方移动。由于存在背离太阳方向的尾巴以及离开彗星的气体能以很高的速度朝着远离太阳方向飞去的事实，使得上个世纪的人们就产生了一种想法，认为必定存在一种和重力相反的力，是它把物质推向背离太阳的方向。■具有这种作用的唯一已知的力是太阳辐射压对彗尾中粒子的作用力。然而1943年正在汉堡工作的天文学家卡尔·武尔姆（KarlWurm，1899…1975）指出，用辐射压来解释彗星气体尾巴的巨大速度是不行的，因为它太弱了。不管怎样，我们已观测到这样飞快的速度，并需要给以解释。由于气体粒子总是朝远离太阳的方向飞去，原因必定来自太阳。这就使路德维
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希·比尔曼在1950年产生了这样一个想法，即很可能存在一个来源于太阳并穿过我们太阳系的粒子流，它能把由彗核蒸发出来的分子一起带走。过去人们已经知道，太阳上偶然的爆发可以将气体云抛到空间中去，例如北极光就是由于这个原因形成的。比尔曼当时断言，在太阳上存在一个与爆发无关的由带电粒子组成的永恒的风。这些主要由质子组成的带电粒子将彗核释放出的气体中的带电部分一起带走，而不带电的分子则留在彗核内。比尔曼用来解释彗星尾巴的方向而预言的太阳风后来已被人造卫星所证实，并且利用宇宙探测器测定了它的强度和方向。这样由阿皮阿努斯的发现而提出的关于彗星的尾巴为什么总是指向远离太阳方向的问题就得到了回答。太阳不断地损失物质，这是不是说我们假定恒星保持初始质量不变，所进行的所有演化计算都错了？也许还能由此找到至今还没有解决的太阳中微子佯谬的一个解释？今天人们知道，太阳每年要将10万亿吨的物质作为太阳风吹到宇宙中去。虽然这个数字很大，但在太阳演化的几十亿年中，这只减少了它的质量中不值得一提的一小部分。即使有气体从太阳中流出去，并且流出的气体能够使彗星的尾巴像飘扬在风中的旗帜一样有确定的方向，但是对于处在主序阶段的太阳来说，它的质量好像没有变化。演化后期的恒星丢失物质太阳在主序阶段只损失了很少的物质，而演化后期的恒星会损失更多的物质。很多红巨星的表面都有气体流到宇宙中去。对于它的机制我们至今还不很清楚，即便是太阳风的严格理论至今也还没有。不过我们可以测量流出物质的速度，并估算恒星的物质损失。这样可以知道有些恒星的物质损失率比太阳大1000万倍。在很多情况下恒星的物质损失十分严重，致使恒星在1亿年时间能够将总质量的相当部分都推到宇宙中去。不仅红巨星会损失物质，而且刚刚才离开主序的大质量热星也有气体流到宇宙中去。这些恒星的星风速率特别大，物质往往能以每秒2000至3000公里的速度飞出去。有些恒星在演化过程中有很大的物质损失，但并不意味着我们关于恒星演化的概念都必须修正。对于演化到后期的大质量星来说，1亿年仍然是一个很长的时间，它比氦在中心区域开始燃烧到燃烧完毕所需的时间要长得多。对于类太阳恒星，只有当它已经变成红巨星时，才会有一些物质损失。而正是这个物质损失使我们能解释球状星团的水平分支。在继续讨论之前，先介绍一颗演化后期恒星的物质损失例子。这就是鲸鱼星座中的■藁增二。1596年东弗里西亚群岛的牧师戴维·法布里修斯（DavidFabricius）发现这颗星只是偶然间可以用肉眼看到，然后又长时间
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看不见。今天我们知道，■藁增二的亮度是以11个月为周期进行变化。极小时的亮度比极大时弱600倍。此外，■藁增二是一颗红巨星，所以是一颗演化后期的恒星。很多红巨星都有这样的亮度起伏，但是其原因还不清楚。但它的机制肯定不同于我们说过的造父变星的机制。这里我们不再深入研究这颗演化后期的恒星的光变性质，而是研究一下它的伴星。当■藁增二处于极小亮度时，可以看到它有一颗白矮星作为伴星。在通常情况下红巨星的亮度远远大于伴星的亮度。我们回忆一下，天狼星也有一颗白矮星围绕着它运动。不过■藁增二的伴星沿轨道绕它转一周需要261年。南非天文学家布赖恩·沃纳（BrianWarner）观测到这颗白矮星的光会不稳定地跳动。我们知道白矮星一般是不活跃的，因而是从来不会变化的星。那么■藁增二的伴星为什么会不安宁呢？沃纳认为，当■藁增二和大多数红巨星一样向周围空间吹出物质时，它的伴星就在它的星风中运动。伴星的引力可以将一部分流出的气体吸引到它的表面上来。由于伴星的引力很大，气体将以很高的速度撞击表面，并在和表面碰撞时释放出热量。伴星发光的能源主要部分来自灼热气体撞击表面时释放出的能量。由于到达伴星表面的气体流的不规则性，使我们观测到的辐射能量出现跳动现象。布赖恩·沃纳并不要求■藁增二有十分巨大的物质损失速率，就可以解释白矮星的发光以及它的跳动。同样，在这里似乎物质损失对于■藁增二的演化也无多大影响。利用已观测到的恒星的物质损失速率虽然可以解释类太阳恒星怎样可以到达赫罗图中的水平分支，但要利用它解释一颗大质量恒星能否在演化过程中将很多物质丢掉而只留下内部的白矮星的问题却是不够的。这正是我们要研究的问题。所幸的是，还有一种现象可以使我们进一步相信，恒星能够在很短时间里丢失相当多的物质。白矮星露面如果知道准确位置的话，只需用一架小型望远镜就可以在天琴星座中看到一个小的发亮的环，即天琴座的环状星云。今天人们已经知道大约有700个这样的天体。由于在望远镜中它们有时候几乎像发亮的小圆盘，如同行星的圆盘，所以人们称它们为行星状星云（见图7…5），但它们和我们太阳系中的行星毫无关系。它们和恒星一样距离我们很远，并且是围绕在一颗高温恒星周围发亮的气体。气体物质分布在一个空心球上，而在它的内部靠近中心的地方有一颗热星。由于受中央恒星的照射使得气体发亮。人们可以看到气体外壳在向外膨胀，速度大约为每秒50公里。在这里显然是恒星将气体由它的表面向外吹出去了。外壳上的发亮的云状物质大约为太阳质量的10％～20％，可以和一颗恒星的质量相比。我们不知道是什么原因使得恒星会把物质推出去，是什么机制造成这
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个物质损失。我们只是看到实际发生了这种现象，我们还看到了更多的现象。如果仔细观测中央恒星，就会发现它的性质能使人联想到白矮星，即表面温度很高，而恒星本身很小。我们在这里似乎找到了一个证明，证明一颗红巨星刚刚把它的外壳推出去，而露出了它内部的白矮星。有很大的可能是，恒星早已开始把它的物质吹出去，只是现在才露出了表面温度很高的白矮星，它激发了它附近的气体物质使其发亮。因此我们在行星状星云中很可能目睹了一颗白矮星的诞生。恒星并不是只会采取这种相对平稳的方式将它们含氢丰富的外层脱掉，也存在恒星以爆炸的方式将外壳去掉的情况。仙女座星云中的哈特维希星有时天文中的某些进展是可以准确地给出它们的日期和时间。这种情况只能发生在当它们只依赖于一次天文观测时。在某种程度上说它们就是恒星研究中的“恒星时”。1885年8月31日的夜晚就是这样的时刻。在爱沙尼亚的塔尔图天文台有位来自法兰克福的34岁的观测者恩斯特·哈特维希（ErnstHartwig），他把望远镜对准了仙女座星云。仙女座星云是一个旋涡星云（图0…1），但是，当时的哈特维希和全世界的天文同行对这类天体的实质却不了解。人们是在1939年后才知道了这一点。当哈特维希在望远镜中瞄准了星云时，他发现有一颗星亮到几乎可以用肉眼看到，它的位置又是在星云最亮的地方，也就是在靠近仙女座星云的核心地方，而在这个地方以前是没有这颗星的。恒星有时发亮，然后又暗下去，这在当时已经不是什么