曾经的宇宙假说——星云说
最成功的太阳系理论是从18世纪的星云假说开端的。1796年，法国数学家拉普拉斯认为，有一个庞大的原始高温的气态星云在空间里缓慢地转动，它的体积比现在的太阳系大好几倍。在逐渐冷却的过程中，星云的体积减小，密度加大，导致转动加快，离心力随之增加。这个过程就好像冰上舞蹈演员在旋转时双手上举，身体的转动越来越快的情景。离心力的增加使星云变成了扁平的盘状。当边缘物质的离心力大于中心的吸引力时，就会从边缘自外而内分出一个个圆环来。
每一个环里的物质并不均匀，大的凝团吸引小的尘埃，如同滚雪球一样越聚越多，逐渐发展成行星。而围绕着行星又重复着同样的过程，从而形成了卫星。星云假说成功地解释了行星的运行及其轨道的规律，密度的不一致现象等，所以在产生后的一个多世纪里为人们广泛接受。
但是假说产生的年代对宇宙的探索还很不深入，因此对太阳系产生的描述过于简化。
特别是后来人们又发现了一些太阳系运转的规律，例如有些卫星的逆行和角动量分配不平均等问题。角动量是指物体的角速度与旋转半径的乘积，当没有外力作用时，物体的角动量是守恒的。前面我们举的旋转的冰上舞蹈演员的例子就是角动量守恒的，在她旋转开始时，双臂张开，旋转速度不是很快；但当她将双臂收拢，她便转动得快了。而在太阳系中，太阳的质量虽然远远超过行星们质量的总和，太阳的角动量居然只有全太阳系的2%，也就是说，位于中心的是旋转极慢的庞大的太阳，在离中心很远的地方旋转着角动量很大的诸行星。按照星云假说预测，太阳的自转周期应该在12小时左右，然而观察的结果却是26天。显然太阳的角动量太小了，星云假说无法解释这个现象。20世纪60年代，英国天文学家霍伊尔和法国天文学家沙兹曼开始拯救星云假说，他们提出，物体的角动量可以通过带电粒子在磁场中运动的方式来转移给其他物体。他们认为，原始太阳演化早期，存在很强的磁场，热核反应使太阳发出电磁辐射，使周围圆盘状的气体电离，产生的带电粒子将太阳的角动量大量地转移给外围的圆盘气体，使之角动量增加而向外扩展。太阳由于不断地失去角动量而转速越来越慢。这种说法使星云假说重新赢得了支持者。
有许许多多的各种各样的天体悬浮在宇宙之中，它们不规则却又很有规律地运行着，组成宇宙空间色彩斑斓又富有神奇的万象。看看无数前人和今天的科学家们的探索成就吧，你会发现，美好的地方可不仅仅是我们生活的地球呢！
恒星的演化
恒星的两个重要特征就是温度和绝对星等。大约100年前，丹麦的艾基纳和美国的诺里斯各自绘制了查找温度和亮度之间是否有关系的图，这张关系图被称为赫—罗图，或者H—R图。
在H—R图中，大部分恒星构成了一个在天文学上称作主星序的对角线区域。在主星序中，恒星的绝对星等增加时，其表面温度也随之增加。90%以上的恒星都属于主星序，太阳也是这些主星序中的一颗。巨星和超巨星处在H—R图的右侧较高较远的位置上。白矮星的表面温度虽然高，但亮度不大。
恒星演化是一个恒星在其生命期内（发光与发热期间）的连续变化。生命期则依照星体大小而有所不同。单一恒星的演化并没有办法完整观察，因为这些过程可能过于缓慢以至于难以察觉。因此天文学家利用观察许多处于不同生命阶段的恒星，并以计算机模型模拟恒星的演变。
天文学家赫茨普龙和哲学家罗素首先提出恒星分类与颜色和光度间的关系，建立了被称为“赫—罗图”的恒星演化关系，揭示了恒星演化的秘密。“赫—罗图”中，从左上方的高温和强光度区到右下的低温和弱光区是一个狭窄的恒星密集区，我们的太阳也在其中；这一序列被称为主星序，90%以上的恒星都集中于主星序内。在主星序区之上是巨星和超巨星区，左下为白矮星区。
色彩斑斓的恒星
天上的星星，除了有明有暗以外，颜色也各不相同，有的泛红，有的泛黄，有的泛白，有的泛蓝。大多数恒星的颜色，要用专门仪器来测定，肉眼很难分清楚。但是，有些亮星的颜色是容易看出来的。比如，天狼星和织女星是白色的，离我们最近的一颗恒星南门二是黄色的。猎户星座有七颗亮星，其中六颗是蓝白色的，还有一颗星叫参宿四，是红色的。天蝎星座中最亮的一颗星叫心宿二，颜色很红，像火星那样，所以又有个名字叫大火。为什么恒星会有各种不同的颜色呢？在炼钢炉里，钢水是蓝白色的。
出炉之后，钢水的温度慢慢降了下来，颜色也逐渐变黄、变红，最后凝成黑色的钢锭。钢水颜色由浅变深的这个过程，也就是温度由高变低的过程。同样的道理，恒星有不同的颜色，也是因为它们的表面温度不同。红色星的温度是最低的，只有2600~3600益，黄色星是5000~6000益，白色星有7700~11500益，蓝色星温度最高，有25000~40000益。我们的太阳是颗黄色星，这种情况可非常要紧。假如太阳是颗红色星，整个地球就都会像南、北极那样一年到头冰雪覆盖。
假如太阳是颗蓝色星呢？地球上的一切东西就都会被烤焦，在这两种情况下，人类恐怕都无法生活。钢水颜色的变化是那样明显，那样快，恒星的颜色是不是也会变化呢？正是这样，恒星并不是恒定不变的，它们同人的出生、长大、衰老、死亡一样，也有从产生到灭亡的演化过程。所以，不光是颜色变，其他各方面的特征也都会变。但是，恒星的一生是很长很长的。以太阳来说，它的寿命大概有一百多亿年。这样恒星的颜色变化非常缓慢。不要说在一个人的一生中，就是在人类有文字记载的几千年历史上，也很难发现这种变化。不过，我们很幸运，能够知道有一颗星，即参宿四，它的颜色确实变化了。有什么证据呢？这得感谢我们的祖先——中华民族的勤劳智慧的前辈。我国古代把恒星的颜色分为五种，就是白、红、黄、苍（就是青色）和黑（就是暗红色）。每种颜色都选定了一颗星作标准。把别的恒星拿来跟这五颗标准星比较，就能定出它们的颜色来。选作黄色标准的星，就是参宿四。我国古代一部很有名的历史书《史记》上对这些都记载得很清楚。《史记》是在两千多年前写的，这说明那时的参宿四颜色是黄的。
可是，我们今天看到这颗星的颜色却明明是红的。这就证明，两千年中，它的颜色确实变了，由黄色变成了红色。参宿四这颗星的质量很大，大约是太阳的20倍。科学家们按照现代的恒星演化理论算出来，这么大的恒星从黄色阶段变到红色阶段，正好要两千年左右的时间。这跟我们祖先的观察记录很符合。
红巨星的形成
恒星开始核反应后在反抗引力的持久斗争中，其主要武器就是核能。它的核心就是一颗大核弹，在那里不断地爆炸。正是因为这种核动力能自我调节得几乎精确地与引力平衡，恒星才能在长达数十亿年的时间里保持稳定。
热核反应发生在极高温度的原子核之间，因而涉及物质的基本结构。在太阳这样的恒星中心，温度达到1500万K，压强则为地球大气压的3000亿倍。
在这样的条件下，不仅原子失去了所有电子而只剩下核，而且原子核的运动速度也是如此之高，以至于能够克服电排斥力而结合起来，这就是核聚变。
恒星是在氢分子云的中心产生的，因而主要由氢组成。氢是最简单的化学元素，它的原子核就是一个带正电荷的质子，还有一个带负电荷的电子绕核旋转。恒星内部的温度高到使所有电子都与质子分离，而质子就像气体中的分子在所有方向上运动。由于同种电荷互相排斥，质子就被一种电“盔甲”保护着，从而与其他质子保持距离。但是，在年轻恒星核心的1500万K的高温下，质子运动得如此之快，以至于当它们相互碰撞时就能够冲破“盔甲”而黏合在一起，而不是像橡皮球那样再弹开。
四个质子聚合，就成为一个氦核。氦是宇宙中第二位最丰富的元素。氦核的质量小于它赖以形成的四个质子质量之和。这个质量差只是总质量的千分之七，但是这一点质量损失转化成了巨大的能量。像太阳那样的恒星有一个巨大的核，在那里每秒钟有6亿吨氢变成氦。巨大的核能量朝向恒星外部猛烈冲击就能阻止引力收缩。
然而，“恒定”的演化历程终将结束，当所有的氢都变成了氦时，核心的火就没有足够的燃料来维持，恒星在主序阶段的平静日子就到了尽头，大动荡的时期来到了。
一旦燃料用光，热核反应的速率立即剧减，引力与辐射压之间的平衡被打破了，引力占据了上风。有着氦核和氢外壳的恒星，在自身的重力下开始收缩，压强、密度和温度都随之升高，于是恒星外层尚未动用过的氢开始燃烧，产生的结果是外壳开始膨胀，而核心在收缩。在大约1亿益的高温下，恒星核心的氦原子核聚变成为碳原子核。每3个氦核聚变成1个碳核，碳核再捕获另外的氦核而形成氧核。这些新反应的速度与缓慢的氢聚变完全不同。它们像闪电一样快地突然起爆（氦闪耀），而使恒星不得不尽可能地相应调整自己的结构。经历约100万年后，核能量的外流渐趋稳定。此后的几亿年里，恒星处于暂时的平稳，核区的氦在渐渐消耗，氢的燃烧越来越向更外层推进。但是，调整是要付出代价的，这时的恒星将膨胀得极大，以使自己的结构适应于光度的增大。它的体积将增大10亿倍。这个过程中恒星的颜色会改变，因为其外层与高温的核心区相距很远，温度就低了下来。这种状态的恒星称为红巨星。
白矮星的由来
白矮星是中低质量的恒星的演化路线的终点。在红巨星阶段的末期，恒星的中心会因为温度、压力不足或者核聚变达到铁阶段而停止产生能量（产生比铁还重的元素不能产生能量，而需要吸收能量）。恒星外壳的重力会压缩恒星产生一个高密度的天体。
一个典型的稳定独立白矮星具有大约半个太阳质量，比地球略大。这种密度仅次于中子星和夸克星。如果白矮星的质量超过1.4倍太阳质量，那么原子核之间的电荷斥力不足以对抗重力，电子会被压入原子核而形成中子星。
大部分恒星的演化过程都包含白矮星阶段。由于很多恒星会通过新星或者超新星爆发将外壳抛出，一些质量略大的恒星也可能最终演化成白矮星。双星或者多星系统中，由于星际物质的交换，恒星的演化过程可能与单独的恒星不同，例如天狼星的伴星就是一颗年老的大约一个太阳质量的白矮星，但是天狼星是一颗大约2.3个太阳质量的主序星。
中子星的发现
脉冲星是20世纪60年代四大天文发现之一（其他三个是类星体、星际有机分子、宇宙3K微波辐射）。因为它不停地发出无线电脉冲，而且两个脉冲之间的间隔（脉冲周期）十分稳定，准确度可以与原子钟媲美。各种脉冲星的周期不同，长的可达4.3秒，短的只有0.3秒。
脉冲星就是快速自转的中子星。中子星很小，一般半径只有10千米，质量却和太阳差不多，质量下限是0.1个太阳的质量，上限是3.2个（据爱因斯坦的广义相对论，可以达到这个水平），是一种密度比白矮星还高的超密度恒星。
中子星的前身一般是一颗质量比太阳大的恒星。它在爆发坍缩过程中产生的巨大压力，使它的物质结构发生巨大的变化。在这种情况下，不仅原子的外壳被压破了，而且连原子核也被压破了。原子核中的质子和中子便被挤出来，质子和电子挤到一起又结合成中子。
最后，所有的中子挤在一起，形成了中子星。显然，中子星的密度，即使是由原子核所组成的白矮星也无法和它相比。在中子星上，每立方厘米物质足足有10亿吨重。
中子星的质量极大，一个中子化的火柴盒大小的物质，需要96000个火车头才能拉动！所以中子星的质量是不可忽视的。
中子星的能量辐射是太阳的100万倍。按照目前世界上的用电情况，它在1秒钟内辐射的总能量若全部转化为电能，就够我们地球用上几十亿年。
中子星并不是恒星的最终状态，它还要进一步演化。由于它温度很高，能量消耗也很快，因此，它的寿命只有几亿年。当它的能量消耗完以后，中子星将变成不发光的黑矮星。
脉冲星的特征
1968年有人提出脉冲星是快速旋转的中子星。中子星具有强磁场，运动的带电粒子发出同步辐射，形成与中子星一起转动的射电波束。由于中子星的自转轴和磁轴一般并不重合，每当射电波束扫过地球时，就接收到一个脉冲。
恒星在演化末期，缺乏继续燃烧所需要的核反应原料，内部辐射压降低，由于其自身的引力作用逐渐坍缩。质量不够大（约数倍太阳质量）的恒星坍缩后依靠电子简并压力与引力相抗衡，成为白矮星，而在质量比这还大的恒星里面，电子被压入原子核，形成中子，这时候恒星依靠中子的简并压与引力保持平衡，这就是中子星。典型中子星的半径只有几千米到十几千米，质量却为1~2倍太阳质量，因此其密度可以达到每立方厘米上亿吨。由于恒星在坍缩的时候角动量守恒，坍缩成半径很小的中子星后自转速度往往非常快。又因为恒星磁场的磁轴与自转轴通常不平行，有的夹角甚至达到90毅，而电磁波只能从磁极的位置发射出来，形成圆锥形的辐射区。
此为在持脉冲星便是中子星的证据中，其中一个便是我们在蟹状星云（M1；原天关客星，SN1054）确实也发现了一个周期约0.033S的波霎。
脉冲星靠消耗自转能而弥补辐射出去的能量，因而自转会逐渐放慢。但是这种变慢非常缓慢，以至于信号周期的精确度能够超过原子钟。而从脉冲星的周期就可以推测出其年龄的大小，周期越短的脉冲星越年轻。
脉冲星的特征除高速自转外，还具有极强的磁场，电子从磁极射出，辐射具有很强的方向性。由于脉冲星的自转轴和它的磁轴不重合，在自转中，当辐射向着观测者时，观测者就接收到了脉冲。到1999年，已发现1000颗脉冲星。
黑洞与白洞
黑洞就像宇宙中的一个无底深渊，物质一旦掉进去，就再也逃不出来。根据我们熟悉的“矛盾”的观点，科学家们大胆地猜想到：宇宙中会不会也同时存在一种物质只出不进的“泉”呢？并给它取了个同黑洞相反的名字，叫“白洞”。
