如何来建造一颗恒星?

假设你想要建造一颗恒星。也许你是来自先进的卡尔达肖夫Ⅲ型文明(即星系文明)，制造一颗恒星是你所要完成的小学三年级科学项目。那你该如何来**一颗恒星呢?

在基本层面上，构造一颗恒星很简单。只要收集构成恒星的气体和尘埃，然后让其在自重下坍缩到一起，并给予足够的时间，一颗恒星将就此形成。这是在宇宙中恒星的自然形成过程。但是因为这个项目可能还会进行评级，所以*好还是要知道我们需要多少质量的氢，以及由此产生的恒星的可能大小和温度。

这个答案很大程度上取决于你所使用的材料，以及在不同温度和压力下的材料行为(有时称为状态方程)。由于宇宙中*常见的材料是氢，这样可让事情变得简单，并且我们就假设用纯氢来建造太阳。因为氢有着非常简单的状态方程，所以就很容易通过计算来知道在建造恒星过程中将会出现怎样的情况。

恒星系统是在一片星云中诞生

当开始把氢聚集在一起时，会发生两件事情。*先，氢原子之间的引力将开始使气体在自重下坍缩。其次，氢的压力将抵抗自重。给予一定时间，气体将会达到流体静力学平衡，即气体的压强等于它的自重，此时得到一个稳定的氢球。这本身并不足以制造出一颗恒星。如果聚集到土星质量的氢，所得到的将会是一颗土星大小的星球，而不是一颗恒星。显而易见的解决方案是只要添加更多的氢即可，这将使这颗星球越来越大。*终，这个气体球将会增长至木星大小的星球，而你还需继续添加更多的氢。

但事实证明，在持续增加更多的氢之时，会出现有趣的情况。氢越多，质量就越大，这意味着气体受到的挤压更强烈，因此就会被紧紧压缩。所以如果把土星大小的星球质量增加两倍，并不会得到体积是土星两倍的星球，而是一个比土星稍大一些的星球，但其密度会更高。例如，木星的质量是土星的三倍多，但体积只高出了15%。然而，木星的平均密度是土星的两倍。

当不断地增加更多的质量时，这颗星球将变大到木星质量的3倍。此时，这个星球的自重变得非常大，以致于再继续增加氢实际上会使星球变小。因此，质量是木星的10倍的星球其体积将会与木**一致。这对研究系外行星的天文学家构成了真正的挑战，因为一颗木星大小的星球并不意味着它有着与木**同的质量。这也同样适用于较小的行星，例如，一颗比地球稍大的“超级地球”可能是一颗岩石行星或者是一颗小型的类海王星行星，这取决于该行星的构成。

一旦氢球达到木星质量的15倍，它进入褐矮星的行列。添加更多的质量会使其继续变小，但此时，其内部的温度开始发挥重要作用。这颗星球中的流体静力学平衡将会被打破。中心的氢将被强烈挤压，使其温度明显升高。所以约莫木星大小的褐矮星其温度将会高于木星的10倍。

赫罗图显示了各类恒星

添加更多的质量将继续使褐矮星略有缩小，但这会到达一个点，此时内部变得太热，使得氢压力的升高速度要快于可以挤压的增加重量。就像行星有*大尺寸一样，褐矮星也有*小尺寸。这个*小尺寸大约是木星体积的80%，此时褐矮星的温度约为2000 K。这样的褐矮星看起来就像一颗小而昏暗的恒星。

但真正的恒星其核心会进行核聚变。恒星的光和热并不是由于引力收缩，而是通过把氢融合成氦所产生的能量。这种核聚变过程开始于当氢球达到约90倍的木星质量，而这也是*小尺寸褐矮星的质量。那么，现在已经制造出一颗恒星了，添加更多的氢只会是让它变得更大更热。因为恒星在其核心进行核聚变，所以它们的大小和密度都会随着时间而改变。但是如果我们只考虑稳定的主序星，它们的质量和大小之间有着一种简单的关系。所以，可以决定使用多少氢，并能计算出恒星的大小。

当然，这只是一种简单的假想恒星。真正的恒星并不是纯粹由氢构成，而是取决于它们的起源和年龄，它们会不同于这种简单的恒星。