變星是指亮度起伏變化的恆星,它包括爆發型變星和非爆發型變星兩類。我們知道,肉眼看到的恆星數目和亮度都不是永恆不變的,有些恆星的亮度在有規律地做週期變化,這就是後一類非爆發型變星。而另一些本來勉強可見甚至根本觀測不到的暗星,在幾天之內亮度突然增加幾萬倍,這樣的恆星爆發便生成所謂的新星。

如果這些星爆發得特別猛烈,其亮度增加了幾千萬乃至上億倍,則生成所謂的超新星。新星和超新星都屬於前一類爆發型變星,而且超新星是現在所能知道的恆星世界中最激烈的爆發現象。

中國古人觀測變星的傳統在相當大的程度上是出於占星術的需要。在司馬遷的時代,對於恆星亮度變化的觀測已經有了一些記錄,《史記・天官書》曾提到個著名的星官貫素,說其中的三顆星或實或虛,而今天恰好在那裡發現了三顆變星,它們的變化都在可見與不見之間。此後的史籍中也不乏類似的記載,但它們是否可以與變星建立起真正的聯絡,目前的研究還很不夠。

中國古人以圓點的大小表示恆星亮度的做法至少在戰國時期就已經出現了,三國東吳的天文學家徐整可能還記得這種方法,因此他提出了"大星徑百里,中星五十,小星三十"的觀點,這顯然可以理解為是對恆星亮度的一種分類。遺憾的是,這種分類並沒有引起人們的注意,以致使這個古老傳統未能最終流傳下來,這甚至成為後來對恆星亮度變化觀測的一個主要障礙。

中國古代稱新星和超新星為"客星",這個名字在漢代已經出現,它的本義便是將新星和超新星視為來到天空作客的星辰,而並非常居,當然這與新星爆發前後的亮度變化並最終"消失"的現象有著直接的關係。我們知道,彗星也恰好具有類似的現象,這使古代有些新星的記錄不可避免地與彗星相混淆。儘管如此,中國古代可靠的新星記錄仍是世界上獨有的

人們一直傾向將殷商ト辭中的一條關於"新大星"的材料作為中國最早的超新星觀測記錄，這一看法目前還無法得到確認。董作賓首先將ト辭中的"新星"與中國古人傳統認識的客星聯絡了起來,並且認為,卜辭所說的"有新大星併火"即指有新星之大者傍近大火星,而大火實即大辰,也就是東宮蒼龍七宿的心宿二(天蠍座a),如此則新星便可以毫無爭議地認定為客星。這個結論曾在相當長的時期內為學者深信不疑,併為科學史家竟相引用。

根據中國古代的典籍記載,可靠的新星記錄自漢代到十七世紀末不少於六十次,其中有十次屬於爆發規模特別大的超新星記錄。一般認為,最早的一次新星記錄見於《漢書・天文志》,馬續對它作了如下的描述:

元光元年(公元前134年)六月,客星見於房。

房宿位於天蠍座。這次新星爆發在西方也曾被依巴谷觀測過,不過有些人懷疑,它可能是彗星而不是新星,司馬遷的記錄似乎支援了這種看法。《史記・天官書》:光、元將,蚩尤之旗再見,長則半天。"正像西方學者認為它在移動一樣,司馬遷則採用了中國傳統的彗星名稱為它命名。不過根據中國史籍的記載,元光元年彗星與新星同時出現似乎更有可能,中國的天文家將這兩種天象混淆的可能性應該很小。

此後的觀測記錄應該是無可爭議的,西方學者曾對其中某些可疑的新星做過有關的複核,他們把這些新星按銀道座標標出,發現它們的空間分佈和現代觀測到的新星非常接近,從而證明中國古代的新星記錄是可靠的。最早的超新星觀測也出現在漢代,《續漢書・天文志下》詳細記載了發生於

東漢靈帝時期的這一天象:中平二年(185年)十月癸亥,客星出南門中,大如半筵,五色喜怒,稍小,至後年六月乃消。

這次超新星爆發的可見時間約有兩年,位置在半人馬座的兩星之間,而今天在這個位置上已經認證出有一個射電源。然而在所有超新星記錄中,似乎沒有比1054年天關客星的觀測更有意義的了,這不僅因為這次超新星爆發對於現代天文學研究具有極其重要的影響,而且還在於對它的觀測幾平只有中國人完成了。

《宋會要》最早記錄了這次超新星爆發,書中講到,北宋至和元年(1054年)五月的一天早晨,當天關星從東方地平線升起的時候,人們看到在它附近出現了一顆客星,它在白天看上去都像金星那樣明亮,光芒四射,呈紅白色,而且一直持續了二十三天,宋朝的天文官員觀測並記錄了這個奇異天象,我們在這裡領略一下這條重要的原始記錄

嘉佑元年(1056年)三月,司天監言:"客星沒,客去之兆也"。初至和元年五月,晨出東方,守天關,晝見如太白,芒角四出,色赤白。凡見十三日這顆超新星的最高視亮度超過了金星,儘管它的位置靠近黃道,但白天看到它仍相當明亮,因此很容易算出,當它爆發時,亮度要超過太陽幾億倍。兩年以後,超新星消失了,人們對它的記憶也漸漸淡漠。

進入十八世紀,英國的天文愛好者比維斯用小型望遠鏡首次觀測到在天關星附近有一塊朦朧的橢圓形霧斑,一百年之後,他的同胞羅斯利用自制的大型反射望遠鏡進一步識別出這塊霧斑的纖維狀結構,並根據其蟹鉗狀外觀命名為蟹狀星雲。後來人們發現,這個星雲一直在向外膨脹,根據膨脹的速度回推,它大概是在九百年前從個密集的中心飛散出來的,而這個時間和位置恰好與中國文獻記錄的天關客星相近。這自然使人聯想到,蟹狀星雲的形成是否真的與那次著名的超新星爆發有關?

中國古代天文學家的這一恆星觀測的重大成就,對現代天文學研究有著特殊的價值。作為超新星遺蹟,蟹狀星雲是天上最強的射電源之一。天文學家通過觀測,在星雲中終於發現了德國天文學家巴德於1934年在理論上預言的一種超新星爆發後的殘留中心星一一中子星。巴德認為,超新星爆發後,其中心部分一一品質約為二至三倍太陽品質一一在引力作用下將坍縮,變成體積小、密度極高、快速旋轉的中子星。中子星的發現是現代天文學和物理學的一件大事,對它的研究涉及許多學科的一系列理論問題,而蟹狀星雲所顯示的種種奇特現象,既是這些理論的觀測基礎,同時也是檢驗的依據。很明顯,對蟹狀星雲及其核心的研究,便不能不回溯它的形成歷史和超新星爆發的性質,這在西方文獻普遍缺載的情況下,中國的超新星記錄就顯得更為珍貴。