恒星的一生是怎样的

恒星的一生是从形成到消失。

恒星演化是一个恒星在其生命期内(发光与发热的期间)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致于难以察觉。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。

1、以太阳为例： 原恒星 → 主序星 → 红巨星 → 白矮星 → 黑矮星。

2、质量小于0.08倍太阳质量：原恒星 → 褐矮星。

3、大于1.44倍太阳质量：原恒星 → 主序星 → 红巨星 → (超)新星 → 中子星(行星状星云)→ 黑矮星。

4、大于8倍太阳质量：原恒星 → 主序星 → 红巨星 → 红超巨星 → 脉动变星 → 超新星 → 黑洞/中子星 → 黑洞蒸发/黑矮星。

5、大于120倍太阳质量：核聚变过于剧烈，极不稳定，易解体。

扩展资料：

有关恒星：

以质量来计算，恒星形成时的比率大约是70%的氢和28%的氦，还有少量的其他重元素。因为铁是很普通的元素，而且谱线很容易测量到，因此典型的重元素测量是根据恒星大气层内铁含量。

由于分子云的重元素丰度是稳定的，只有经由超新星爆炸才会增加，因此测量恒星的化学成分可以推断它的年龄。重元素的成份或许也可以显示是否有行星系统。

百度百科-恒星

什么是恒星

现在最权威的说法是：在太阳系形成初期，99%以上的物质向中心聚合成为太阳，周围还有部分散在的物质碎片围绕着太阳旋转，经过很长一段时间的碰撞和引力作用，散在的碎片逐渐聚合成了九大行星，但那时的地球只是一团混沌的物质，又经过了几十万年，物质逐渐冷却凝固，形成了地球的初步形态，再经过几十万年，由于地球的引力作用，由地球内部化学反应所产生的气体喷出后被保存在地球周围，形成了大气层，并由氢气和氧气化合成了水，再然后经过太阳的能量辐射，地球本身的电场、磁场作用和适宜的生存环境，由水中产生了有机物，也就是一切生命的祖先……

地球是太阳系的一个成员。太阳系家属由太阳、水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星以及50万颗小行星、卫星和彗星组成。太阳是太阳系的家长。太阳系在形成之前，是一片由炽热气体组成的星云，当气体冷却引起收缩时，使得星云旋转起来。由于重力的作用，气体和风吹草动心收缩，旋转速度加快，星云变成扁的圆盘状。我们知道，现代家庭中洗衣服使用的洗衣机，有一个脱水机，把湿衣服放进去，脱水机快速旋转起来，衣服内的水分就会被“抛”出去，湿衣服变成了干衣服。把水抛出去的力，就是水滴在做圆周运动时产生的离开中心的力，叫离心力。同样道理，当旋转的星云边收缩边旋转，周围物质的离心力超过了中心对它的引力时，就分离了一个圆环来。就这样，一个又一个圆环产生。最后，中心部分变成太阳，周围的圆环变成了行星，其中一颗就是地球，地球是在四五十亿年前产生的。

这是一个科学的假说，是18世纪德国哲学家康德和法国数学家拉普拉斯提出的学说，人们称它为康德——拉普拉斯星云说。到了1944年德国物理学家魏扎克又发展了这个学说。

有关太阳系起源和地球形成的研究还在继续，不断完善。尽管如此，地球是我们人类的母亲，哺育着我们成长。我们人类应该认识它，了解它，即使有朝一日，人类迁居到其他星球上去，也将永远怀念它。

世界殿堂建在核废墟上

《大自然探索》2003/1 2003-03-06傅承启

你相信吗?世界的殿堂竟然建筑在核反应的“废墟”上。无论是高山流水，还是森林大海，无论是恒星和星系，还是太阳与地球，都是核反应的产物。从根本意义上讲，甚至你、我和其他所有生命也都是核反应的产物。当然，你无需担心——因为这种“废墟”绝大多数都是没有放射性的，相反，正是它们造就了我们的生命和整个灿烂的物质世界。为什么这样说呢?一切得从恒星的诞生谈起。

从云到星

蓝蓝的天上白云飘。其实，恒星之间到处“漂浮”着规模比白云大得多的“云”，它们由各种原子、分子和尘埃组成，称为“星际云”。其中的星际分子常常集结成团，构成了“分子云”。分子云通常都很大，直径一般可达上百光年，却又非常稀薄，比实验室内的真空还要稀薄得多，但是由于体积庞大，所以包含的物质还是很多，其质量总和可以达到太阳质量的几十万倍到上千万倍。分子云非常寒冷，温度通常只有10～20K(开，绝对温标的计量单位，与摄氏温标相差273.15K，即摄氏零度(冰点)等于273.15K，或者绝对零度等于-273.15度。天文学上的温度都是指绝对温度)。所以，分子云是一种既大又冷、在光学波段上看不见的天体，只能在红外或射电波段上看到它们，然而，它们却是光辉灿烂的恒星的孕育地。

分子云内部很不均匀，有的地方浓密，有的地方稀薄。在浓密的地方，物质聚集得更多，引力也更大。在引力作用下，星际分子向分子云的浓密中心部分下落，分子云开始收缩。由于分子云很冷很稀，云内部热运动产生的压力很小，所以星际分子的下落就像自由落体一样，几乎毫无阻力。

也许你见过流星：在地球的引力作用下，路过地球附近的太空碎片落入地球大气，与大气分子发生碰撞，其中一部分动能转化成热能并发光。星际分子在下落过程中也发生类似的情况，引力势能转变为动能，下落速度越来越快，并与其他分子、原子发生碰撞，使它们的动能转化为热能。起初，分子云的温度并不变化，因为它们非常稀薄，热量几乎都散发到星际空间中去了。但是分子云各个部分的收缩，使得原来巨大的分子云开始碎裂，变成规模较小的分子云。这种碎裂过程会不断地进行下去，直至分子云碎成原恒星云的大小，才不再碎裂。由于此时原恒星云的密度已经很大，热量的散发受阻，所以云内部的温度开始增高。

由于引力仍然大于内部的压力，所以原恒星云还会继续收缩。密度越来越高，热量的散发越来越困难，云内部的温度增加也越来越快。终于，云中心的温度达到这样的数值——内部分子热运动产生的斥力与引力达到平衡，这时云中心不再收缩，形成了一个云核。但是，云核外部的压力与引力并未达到平衡，物质还在继续下落，这使云核表面的压强不断增加，结果会打破云核已经达到的平衡，使之再度收缩，温度继续增加。当云核温度达到2000K时，氢分子发生离解，即一个氢分子分解成两个氢原子。分子的离解要吸收大量热量，使得云核内部压力骤降，于是云核崩陷为体积更小、密度更大的内核，我们称之为“原恒星”。

在原恒星阶段，能量来自于引力能。随着外层物质的继续下落，表面压强不断增大，原恒星继续收缩，中心温度继续增加。当温度达到700万K时，氢聚变为氦的核反应突然点燃，于是，一颗新的恒星诞生了。从此，恒星开始了它稳定而漫长的生涯，氢氦聚变能取代引力能成为恒星能量的来源，这个阶段的恒星称为“主序星”。

从分子云收缩到恒星诞生的时间，大约为100万年到上千万年，质量越大的恒星形成的时间越短。这是因为质量大意味着物质多、引力大，原来的加速度也大，物质的自由下落快，下落时间短，分子云很快就坍缩为一个原恒星。由于这个阶段相对于恒星的主序阶段来说十分短暂，所以我们把刚到达主序的恒星又称为“零龄主序星”，作为一颗恒星的起算年龄。这有点像婴儿的年龄从刚诞生起算那样，我们略去了婴儿在母体中孕育的时间。

宇宙的“核熔炉”

如果把天上的恒星标点在一张图上，图的横坐标是恒星的温度或颜色，纵坐标是它们的亮度或光度，就会发现绝大部分恒星都处在从左上到右下的一条带上，这条带称为“主序”，处在主序上的恒星称为“主序星”，这张图我们称为“赫罗图”。它得名于两位天文学家赫茨普龙和罗素姓名的头一个字，他们在上世纪初首先使用了这张图。

从主序的左上角到右下角，恒星的温度由高到低，质量由大到小，光度由亮到暗，颜色从蓝白到红色。太阳处在主序的中下部分，呈黄橙色。处在主序的恒星都依靠氢氦聚变反应释放的能量维持自己发光。因为这种反应非常缓慢，所以恒星的一生主要是在这个阶段度过的。

氢氦聚变反应有很高的产能效率，每一次反应都会释放近27兆电子伏的能量，比其他核反应高得多。如煤的燃烧，一个碳原子和两个氧原子生成二氧化碳的过程产生的热能，只有前者的600万分之一。太阳每秒钟发出近400亿亿亿焦耳的能量，假如太阳的能量全部来自氢氦聚变，那么它每秒钟需消耗掉6亿吨氢核；太阳一共具有2000亿亿亿吨物质，如果全部是氢，就可维持太阳今天的状态1000亿年。实际上，当主序星核心部分的氢消耗殆尽后，恒星将离开主序而变成红巨星，红巨星核心部分的质量只占恒星总质量的百分之十几。另外，恒星也不全是由氢元素组成，因此，太阳的寿命要短得多，大约只有100亿～120亿年。

如果恒星内部的温度更高一些，高于比如1600万K，那么能量的主要来源将是碳氦氧的循环反应——4个氢核聚变成1个氦核，并释放约25兆电子伏的能量。质量是太阳两倍以上的恒星，主要依靠这种反应提供能量。

太阳和恒星的能量来源曾经引起许多科学家的好奇。是什么东西的燃烧在长久稳定地维持它们发光呢？每克煤燃烧释放的热量为6.5卡，石油为10卡。假如太阳是依靠燃烧煤或石油提供能量，那么只要4～7年时间太阳就将用完自己的燃料，这显然是不可能的。在发现核能源之前，科学家也曾计算过引力收缩产生的能量。

以钟摆为例，钟摆不停地摆动，就是摆的引力势能与动能相互转变的过程。钟摆垂直时，摆的动能最大，势能为零；摆到最高处时，势能最大，动能为零。由于摆与空气的摩擦，摆最后会停下来，势能全部转化为热能，散发到周围的空气里。

对于太阳，假如是引力在维持太阳发光，它从现在的大小收缩到一个点所提供的能量也只够太阳用2000年。上世纪30年代，英国天文学家爱丁顿提出，根据爱因斯坦质能关系可以解释恒星的能量来源。1938年，美国天文学家贝蒂指出氢氦聚变反应和碳氮循环核反应提供了恒星的能量，从而解决了恒星的能源问题，贝蒂也因此获得了1967年的诺贝尔物理学奖。

恒星在主序阶段停留的时间占恒星寿命的80％。恒星质量越大，停留的时间越短，质量越小，停留的时间越长。其中的道理很简单，假如一颗恒星全部由氢组成，它能够维持氢燃烧的时间等于恒星的质量除以它每秒发射的能量，就是主序星存在的时间。质量最大的恒星质量大约是太阳的100倍，而光度却是太阳的100万倍。显然，它能维持氢燃烧的时间只及太阳的万分之一，也就是只有数百万年。可以形象地打个比方，大质量恒星就好像一个挥霍浪费的富人，小质量恒星却是个节省俭朴的穷人，前者虽然富有，却肆意地挥霍，财富很快消耗殆尽；而后者则能细水长流地安度一生。

核反应的“灰烬”

随着时间的推移，经过氢氦聚变的恒星核心部分的氢燃料逐渐减少，氦元素逐渐增多。但是在星核外的壳层里仍有丰富的氢。所以，核心的氢燃料一旦耗尽之后，氢氦聚变反应就向包在氦核外面的壳层转移。这时的恒星中央是一个氦核，周围的壳层里进行着氢氦聚变。壳层的核燃烧使恒星整个外层变热发生膨胀，而膨胀就要变冷。从外面看来，恒星开始变大、颜色发红，恒星开始进入老年阶段。只需几亿年的时间，一颗主序星就会变成一颗红巨星，直径可达到原先的几十甚至几百倍。当太阳变成红巨星时，地球也可能会被太阳所吞没。那时，作为一个熔融的残核，地球可能依旧绕着太阳运行——在几千摄氏度高温的稀薄太阳大气中穿行，经过漫长的岁月后，最终旋入太阳中心。实际上，一旦到了主序的最后阶段，核反应就已向壳层逐渐转移，恒星开始变红变大。所以，未来20亿～30亿年之后，太阳就将进入这个阶段，届时，地球早巳变得很不适宜于人类居住。

恒星在主序后阶段的演变和最后的结局，与它们的质量密切相关。对于中小质量的恒星(两个太阳质量以下)，中央氦核因氢氦聚变反应停止、热量得不到补充而开始引力收缩。而壳层里氢燃烧的氦“灰烬”却不断落入氦核，增大核区的引力，这使得氦核受到越来越大的压力。在恒星的核区，极高的温度使得电子早巳电离，脱离原子核的束缚，成为自由电子。现在，在巨大的压力下，自由电子将原子核间可能存在的空隙占满。

当氦核的温度达到上亿K时，将点燃氦聚变成碳和氧的核反应。两个氦核碰撞生成铍，铍又与氦核碰撞生成碳，碳与氦核生成氧。整个过程会释放约14兆电子伏的能量。在氦燃尽后，就留下一个碳氧核。

氦燃烧与氢燃烧不同。在氢燃烧阶段，恒星的核心呈气体状态，它在受热后能够极大地膨胀。膨胀起了控制核反应速度的作用——核心温度稍稍下降，于是核反应的速度减慢，释放的热量变少，核心又会稍稍地收缩，这有点像可控核反应。但是，在氦燃烧阶段，恒星的氦核却像固体那样，核心变热后膨胀极少，于是氦核反应是不可控制的，而是像脉冲式的一阵阵爆发。

对于质量较大的恒星，例如不超过6～8个太阳质量，主序之后的演化与中小质量恒星有所不同。质量较大的恒星，由于有足够多的物质，所以可以形成质量更大的氦核，温度也可以升得更高，因此，还可以点燃一系列核反应，比如温度达到8亿K时碳被点燃，可以聚变成氧、氖、钠、镁。质量大于8倍太阳质量的恒星，还能点燃更重元素的核反应，比如温度达到15亿K时点燃氖，20亿K时点燃氧，30亿K时点燃硅，一直到铁元素聚合形成为止。此后不再有新的能源，聚合成比铁更重的元素则吸收热量，而不是释放热量。

在氦燃烧阶段，恒星的光度常常时亮时暗，很多类型的变星都处在这个阶段。红巨星阶段较短，一般只是主序阶段的20％。

像太阳一样的恒星，依靠氦燃烧可以维持30亿年，而5倍太阳质量的恒星只能维持1000多万年。

经过红巨星的阶段后，恒星内留下了各种“核灰烬”：碳、氧、氖、镁、硅、氩、钙、钛、铁……成为今天的物质世界和一切生命中不可缺少的元素。

恒星的最后归宿

一旦氦核或碳氧核燃烧完毕，恒星即进入它一生的最后阶段。核心区内的核反应停止，氦燃烧转移到核外层，而氢在更外面的壳层内燃烧，它们维持着恒星最后的光芒。星核将再次收缩，而核外壳层却受热膨胀。这时，质量较大的恒星将成为一个又大又亮的“超巨星”。

恒星最后阶段的主要特征是向外大量抛射物质。对于中小质量的恒星，抛射物质和强大的辐射压力会引起物质的高速外流，这种现象称为“超星风”。超星风的速度可达到每秒1000多公里，会吹散星核外面的壳层，驱散周围残余的分子云物质，裸露出星核，恒星就成为“白矮星”。有时候，在恒星周围还会留下一个环状星云，称“行星状星云”。白矮星的个头很小，像太阳一样大的恒星最后生成的白矮星，直径也只有1万公里，比地球还小一些。但是，白矮星的密度极大，一勺物质可重达上万吨，密度是水的100万倍。白矮星的质量不会超过1.44倍的太阳质量，否则，星核还会收缩，最后形成“中子星”。白矮星形成后，将依靠余热发光，渐渐地变暗，变成“褐矮星”，最后成为一颗看不见的“黑矮星”，就像一块燃尽可燃物质的煤渣，颜色由明亮、暗红变到灰黑色。

恒星常常成双结伴，我们称为“双星”。当双星中的一颗成为白矮星后，会有物质源源不断地从伴星流向白矮星，从而引发热核反应，并以“超新星爆发”的面目出现。爆发的结果，有可能是仍然留下一颗白矮星，也可能是炸毁整个白矮星，什么都不留下。这种热核反应和超新星爆发，是铁族元素(铁、镍、钴等)和中等质量元素(钙、硅、硫、镁等)的重要来源。

对于质量更大的恒星，最后生成的是铁核。一旦铁核生成，核聚变反应就停止，铁核开始引力收缩，使密度和温度不断升高。当温度达到50亿K时，光子的能量就会破坏各种重原子核，使它们全部蜕变成质子和中子。最后，质子俘获电子生成中子。这些过程要吸收大量的热量，使得铁核的压强遽然下降，再也抵挡不住强大的引力，从而发生迅速的坍缩直径缩小到10公里左右。

整个过程十分短暂，一个密度达每立方厘米1万吨的铁核只需1毫秒便可完成坍缩，使其中全部物质被压缩到直径10公里大小的更小的核内，密度达到每立方厘米几亿吨。坍缩后的铁核不可能再被压缩，但是外层物质还在源源不断地以超音速落向铁核，当物质下落到铁核表面时，速度突然降为零，于是根据能量守恒定律，它们会像皮球般地反弹回去，从而引起超新星爆发，将核外的壳层抛向空间，剩下一颗中子星或一个黑洞，周围则常常遗留下一个星云遗迹。剩余的残核取决于恒星原先的质量和残核的质量，大于3倍太阳质量的残核将形成黑洞。

当然，十分剧烈的爆发也可以毁灭残核，什么都不留下。比铁更重的元素，如铂、金、铀，就是在这个最后阶段的超新星爆发时俘获中子而形成的。因为中子是中性的，所以它不会受到电荷之间作用力的影响，因而很容易接近原子核，形成更重的元素。

早在我国殷商时代的甲骨文字中就已经有超新星的记载，从汉代起，古代记录中的“客星”有时指的就是超新星。特别是北宋至和元年(1054年)，当时的司天监记录了一颗客星，详情后载于史书《宋会要》中，这颗客星就是现在著名的蟹状星云，它得名于自己的形状。

20世纪20年代，有人发现这个星云在向外膨胀，推算这些云物质大约是在900年前从一个中心飞出来的，由此认为是发生于上世纪的一次超新星爆发。经过研究，证实了它就是宋代记载的1054年的客星遗迹。这次超新星爆发具有很高的研究价值，它是银河系内最年轻的超新星遗迹之一。1968年，在蟹状星云中心发现了一颗脉冲星，证明了中子星确实是超新星爆发所产生的。

2000年，天文学家在银河系里发现了3颗铅含量不同寻常的恒星，每颗所包含的铅都有月球质量那么多(即7000亿亿吨)。铅比铁更重，因此它们不可能是在恒星的红巨星阶段形成的。但是，超新星爆发时的短暂过程也不可能形成这么多的铅，这说明还存在另一种缓慢而温和的重元素俘获中子的过程。这种过程可能在恒星走向生命尽头并点燃内部氦燃料时就会发生

在氦被点燃时，会产生同位素碳13(6个质子，7个中子)，碳13被氦4(2个中子，2个质子)撞击后，会产生氧16(8个中子，8个质子)。在这个过程中，竟然少了一个中子。正是该中子被重元素俘获，使得更重的金属元素的形成成为可能。2000年发现的3颗铅星都是双星，它们的伴星都是白矮星。事实上，铅星的伴星在成为白矮星前要大量抛射物质，这时铁族重元素也随之被抛到了空间，并进入铅星大气中，它们俘获中子生成了铅，逐步累积到了现有的含量。在你所乘坐的汽车的蓄电池里，也许就有这样生成的铅。

2002年，天文学家通过X射线望远镜，还发现了两个比中子星更为稠密、但还未稠密到能形成黑洞的天体，他们认为这种天体可能由夸克组成，所以称它们为“夸克星”。一小勺夸克星物质可以重达10亿吨。所有的重元素随着超星风、超新星爆发散发到星际空间，像种子一样掺和到星际气体尘埃中，变成了下一代恒星的原料。

在“核灰烬”中重生

经过数百万年，掺和有重元素的星际气体尘埃又将再次慢慢地汇聚成巨大的云团，然后重复前面发生的过程。超新星爆发产生的激波也会直接触发周围星际云的收缩，开始形成新一代恒星。就这样，一代又一代地传到了今天，每一代恒星都将自己产生的“核灰烬”——重元素留给下一代，造就了今天宇宙中各种元素的比例。

宇宙在大爆炸后约几十万年开始形成原子，从10亿年后开始形成星系和恒星。在宇宙的早期，主要成分是氢与氦，只有极少量的氘和锂，没有更重的元素。太阳的年龄为50亿年，按质量计算，它含有73％的氢、25％的氦和2％的金属元素，显然太阳不是第一代的恒星，因为太阳含有相当多的金属成分。银河系和其他附近星系的金属含量达到1％～3％，说明星系内的恒星绝大部分不是第一代。今天，在银河系和其他星系中，恒星的形成过程依然在进行着，不过远不如宇宙早期那么活跃。

恒星形成以后，某些恒星周围掺和有“核灰烬”的残余尘埃气体在绕恒星转动的过程中慢慢地形成星盘，最后诞生了像地球和火星一样的行星及彗星、小行星一类的小天体，以及行星上面的所有东西。所以，无论是岩石还是土壤，以及正在读这篇文章的你和写这篇文字的我——我们都是恒星“核熔炉”中的产物。

恒星由炽热气体组成的,能自己发光的球状或类球状天体。离地球最近的恒星是太阳。其次是半人马座比邻星，它发出的光到达地球需要4.22年，晴朗无月的夜晚，在一定的地点一般人用肉眼大约可以看到 3000多颗恒星。借助于望远镜，则可以看到几十万乃至几百万颗以上。估计银河系中的恒星大约有一、二千亿颗。恒星并非不动，只是因为离开我们实在太远，不借助于特殊工具和方法，很难发现它们在天上的位置变化，因此古代人把它们认为是固定不动的星体，叫作恒星。

恒星也有自己的生命史，它们从诞生、成长到衰老，最终走向死亡。它们大小不同，色彩各异，演化的历程也不尽相同。恒星与生命的联系不仅表现在它提供了光和热。实际上构成行星和生命物质的重原子就是在某些恒星生命结束时发生的爆发过程中创造出来的。

距离

测定恒星距离最基本的方法是三角视差法，先测得地球轨道半长径在恒星处的张角(叫作周年视差)，再经过简单的运算，即可求出恒星的距离。这是测定距离最直接的方法。但对大多数恒星说来，这个张角太小，无法测准。所以测定恒星距离常使用一些间接的方法，如分光视差法、星团视差法、统计视差法以及由造父变星的周光关系确定视差，等等（见天体的距离）。这些间接的方法都是以三角视差法为基础的。

星等

恒星的亮度常用星等来表示。恒星越亮，星等越小。在地球上测出的星等叫视星等；归算到离地球10秒差距处的星等叫绝对星等。使用对不同波段敏感的检测元件所测得的同一恒星的星等，一般是不相等的。目前最通用的星等系统之一是U(紫外)B（蓝）、V（黄）三色系统(见测光系统'" class=link>测光系统);B和V分别接近照相星等和目视星等。二者之差就是常用的色指数。太阳的V=-26.74等，绝对目视星等M=+4.83等，色指数B-V=0.63，U-B=0.12。由色指数可以确定色温度。

温度

恒星表面的温度一般用有效温度来表示，它等于有相同直径、相同总辐射的绝对黑体的温度。恒星的光谱能量分布与有效温度有关，由此可以定出O、B、A、F、G、K、M等光谱型（也可以叫作温度型）温度相同的恒星，体积越大，总辐射流量（即光度）越大，绝对星等越小。恒星的光度级可以分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ，依次称为超巨星、亮巨星、巨星、亚巨星、主序星（或矮星）、亚矮星、白矮星。太阳的光谱型为G2V,颜色偏黄,有效温度约5,770K。A0V型星的色指数平均为零，温度约10,000K。恒星的表面有效温度由早O型的几万度到晚M型的几千度，差别很大。

大小

恒星的真直径可以根据恒星的视直径（角直径）和距离计算出来。常用的干涉仪或月掩星方法可以测出小到0001的恒星的角直径，更小的恒星不容易测准,加上测量距离的误差，所以恒星的真直径可靠的不多。根据食双星兼分光双星的轨道资料，也可得出某些恒星直径。对有些恒星，也可根据绝对星等和有效温度来推算其真直径。用各种方法求出的不同恒星的直径，有的小到几公里量级，有的大到10公里以上。

质量

只有特殊的双星系统才能测出质量来，一般恒星的质量只能根据质光关系等方法进行估算。已测出的恒星质量大约介于太阳质量的百分之几到120倍之间,但大多数恒星的质量在0.1～10个太阳质量之间恒星的密度可以根据直径和质量求出，密度的量级大约介于10克/厘米（红超巨星）到 10～10克/厘米（中子星）之间。

恒星表面的大气压和电子压可通过光谱分析来确定。元素的中性与电离谱线的强度比，不仅同温度和元素的丰度有关，也同电子压力密切相关。电子压与气体压之间存在着固定的关系，二者都取决于恒星表面的重力加速度，因而同恒星的光度也有密切的关系（见恒星大气理论）。

根据恒星光谱中谱线的塞曼分裂（见塞曼效应）或一定波段内连续谱的圆偏振情况，可以测定恒星的磁场。太阳表面的普遍磁场很弱，仅约1～2高斯，有些恒星的磁场则很强，能达数万高斯。白矮星和中子星具有更强的磁场。

化学组成

与在地面实验室进行光谱分析一样，我们对恒星的光谱也可以进行分析，借以确定恒星大气中形成各种谱线的元素的含量，当然情况要比地面上一般光谱分析复杂得多。多年来的实测结果表明，正常恒星大气的化学组成与太阳大气差不多。按质量计算，氢最多,氦次之,其余按含量依次大致是氧、碳、氮、氖、硅、镁、铁、硫等。但也有一部分恒星大气的化学组成与太阳大气不同，例如沃尔夫－拉叶星，就有含碳丰富和含氮丰富之分（即有碳序和氮序之分）在金属线星和A型特殊星中，若干金属元素和超铀元素的谱线显得特别强。但是，这能否归结为某些元素含量较多，还是一个问题。

理论分析表明，在演化过程中，恒星内部的化学组成会随着热核反应过程的改变而逐渐改变，重元素的含量会越来越多，然而恒星大气中的化学组成一般却是变化较小的。

物理特性的变化

观测发现，有些恒星的光度、光谱和磁场等物理特性都随时间的推移发生周期的、半规则的或无规则的变化。这种恒星叫作变星。变星分为两大类：一类是由于几个天体间的几何位置发生变化或恒星自身的几何形状特殊等原因而造成的几何变星；一类是由于恒星自身内部的物理过程而造成的物理变星。

几何变星中，最为人们熟悉的是两个恒星互相绕转（有时还有气环或气盘参与）因而发生变光现象的食变星(即食双星)。根据光强度随时间改变的“光变曲线”，可将它们分为大陵五型、天琴座β（渐台二）型和大熊座W型三种几何变星中还包括椭球变星（因自身为椭球形，亮度的变化是由于自转时观测者所见发光面积的变化而造成的）、星云变星（位于星云之中或之后的一些恒星,因星云移动,吸光率改变而形成亮度变化）等。可用倾斜转子模型解释的磁变星，也应归入几何变星之列。

物理变星，按变光的物理机制，主要分为脉动变星和爆发变星两类。脉动变星的变光原因是：恒星在经过漫长的主星序阶段以后（见赫罗图），自身的大气层发生周期性的或非周期性的膨胀和收缩，从而引起脉动性的光度变化。理论计算表明脉动周期与恒星密度的平方根成反比。因此那些重复周期为几百乃至几千天的晚型不规则变星、半规则变星和长周期变星都是体积巨大而密度很小的晚型巨星或超巨星周期约在1～50天之间的经典造父变星和周期约在,0.05～1.5天之间的天琴座RR型变星(又叫星团变星)，是两种最重要的脉动变星。观测表明，前者的绝对星等随周期增长而变小（这是与密度和周期的关系相适应的），因而可以通过精确测定它们的变光周期来推求它们自身以及它们所在的恒星集团的距离，所以造父变星又有宇宙中的“灯塔”或“量天尺”之称。天琴座RR型变星也有量天尺的作用。

还有一些周期短于0.3天的脉动变星 (包括'" class=link>盾牌座型变星、船帆座AI型变星和型变星'" class=link>仙王座型变星等)，它们的大气分成若干层，各层都以不同的周期和形式进行脉动，因而，其光度变化规律是几种周期变化的迭合，光变曲线的形状变化很大，光变同视向速度曲线的关系也有差异。盾牌座δ型变星和船帆座AI型变星可能是质量较小、密度较大的恒星，仙王座β型变星属于高温巨星或亚巨星一类。

爆发变星按爆发规模可分为超新星、新星、矮新星、类新星和耀星等几类。超新星的亮度会在很短期间内增大数亿倍，然后在数月到一、二年内变得非常暗弱。目前多数人认为这是恒星演化到晚期的现象。超新星的外部壳层以每秒钟数千乃至上万公里的速度向外膨胀，形成一个逐渐扩大而稀薄的星云；内部则因极度压缩而形成密度非常大的中子星之类的天体。最著名的银河超新星是中国宋代（公元1054年）在金牛座发现的“天关客星”。现在可在该处看到著名的蟹状星云，其中心有一颗周期约33毫秒的脉冲星。一般认为，脉冲星就是快速自转的中子星。

新星在可见光波段的光度在几天内会突然增强大约9个星等或更多,然后在若干年内逐渐恢复原状。1975年8 月在天鹅座发现的新星是迄今已知的光变幅度最大的一颗。光谱观测表明，新星的气壳以每秒500～2,000公里的速度向外膨胀。一般认为，新星爆发只是壳层的爆发，质量损失仅占总质量的千分之一左右，因此不足以使恒星发生质变。有些爆发变星会再次作相当规模的爆发，称为再发新星。

矮新星和类新星变星的光度变化情况与新星类似，但变幅仅为2～6个星等，发亮周期也短得多。它们多是双星中的子星之一，因而不少人的看法倾向于，这一类变星的爆发是由双星中某种物质的吸积过程引起的。

耀星是一些光度在数秒到数分钟间突然增亮而又很快回复原状的一些很不规则的快变星。它们被认为是一些低温的主序前星。

还有一种北冕座 R型变星，它们的光度与新星相反，会很快地突然变暗几个星等，然后慢慢上升到原来的亮度。观测表明，它们是一些含碳量丰富的恒星。大气中的碳尘埃粒子突然大量增加，致使它们的光度突然变暗，因而也有人把它们叫作碳爆变星。

随着观测技术的发展和观测波段的扩大，还发现了射电波段有变化的射电变星和X射线辐射流量变化的X射线变星等。