對(duì)恒星演化過(guò)程的了解比恒星起源要認(rèn)識(shí)得全面和深入些。經(jīng)過(guò)恒星的幼年，恒星才真正成為一顆天體。年輕的恒星仍在收縮，因此溫度仍升高。升到1000萬(wàn)度以上時(shí)，星系核心的氫元素開(kāi)始進(jìn)行聚變反應(yīng)，并釋放能量。同時(shí)，恒星變得比較穩(wěn)定，并進(jìn)入“青壯年期”。

這些恒星的演化過(guò)程已研究得較多，其中最重要的成就是20世紀(jì)初丹麥天文學(xué)家赫茨普龍和美國(guó)天文學(xué)家羅素對(duì)恒星光譜和光度關(guān)系的研究，他們將此繪制成圖。人們稱(chēng)此圖為赫茨普龍一羅素圖，簡(jiǎn)稱(chēng)赫羅圖。由此圖可知，恒星要經(jīng)過(guò)主序星（青壯年）階段和紅巨星（老年）階段，這為恒星一生的歷史發(fā)展提供了重要線(xiàn)索。赫羅圖非常直觀，借此可發(fā)現(xiàn)觀測(cè)到的恒星中，有90％的是外在主序星段（太陽(yáng)也處在這個(gè)階段）。這個(gè)階段是恒星經(jīng)歷最長(zhǎng)的階段，約幾億年到幾十億年。這時(shí)的恒星已不收縮了，燃燒后的能量全部輻射掉。它的主要特征是：大質(zhì)量恒星溫度高、光度大、色偏藍(lán)；小質(zhì)量恒星溫度低、光度小、色偏紅。

當(dāng)恒星變老就成為一顆紅巨星．它的核反應(yīng)除了氫之外，氦也開(kāi)始燃燒，接著又有碳加入燃燒行列。此時(shí)的中心溫度更高，可達(dá)幾億度，發(fā)光強(qiáng)度也升高，體積也變得龐大。獵戶(hù)座的參宿四就是一顆最老的紅巨星。太陽(yáng)老了也會(huì)變成紅巨星，那時(shí)膨脹得非常大，以至于把地球吞掉，如果人類(lèi)還存在著，就要“搬家”了，搬到離太陽(yáng)遠(yuǎn)一些的行星上去住。

恒星演化的研究取得了很大的進(jìn)展，特別是赫羅圖的建立。這是天體物理學(xué)研究取得的重要成就之一。但是，由于材料尚不夠完善，問(wèn)題非常復(fù)雜，因此恒星演化過(guò)程的許多細(xì)節(jié)不很清楚，如星際物質(zhì)的化學(xué)成分，塵埃和氣體的比例，塵埃的吸收能力，就拿太陽(yáng)中微子丟失問(wèn)題來(lái)說(shuō)，尚未得到完滿(mǎn)的解釋?zhuān)@也使恒星演化理論受到了一種很大的挑戰(zhàn)。

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