当大多数人在一个晴朗、漆黑的夜晚仰望星空时，他们会惊叹于星星的数量。天文学家则有相反的反应：他们惊叹于星星的惊人稀缺。考虑到我们银河系中可用于恒星形成的总原材料数量，恒星数量应该比目前多10倍。那么，为什么夜空没有被星光照亮呢？
星星如此稀少并非坏事；恰恰相反。星星燃烧气体，主要是氢。宇宙中所有的氢气都是在大爆炸期间形成的，大约在138亿年前。每个星系都拥有这原始燃料的有限部分，而且无法制造更多。如果星星更多，星系将更快地耗尽其燃料储备，并在陷入永恒黑暗之前更短暂地发光。
了解恒星如何形成以及为什么它们如此难以形成，不仅仅预示着我们遥远的宇宙未来。恒星的诞生还解释了我们体内原子从何而来，以及宇宙今天为何呈现出这种面貌。正如科罗拉多大学天文学家约翰·巴利（John Bally）所说：“恒星形成是决定宇宙中正常物质命运和演化的最重要过程。”然而，直到最近，恒星诞生的细节仍然被神秘笼罩：恒星形成于阻挡可见光的致密尘埃和气体云中。
现在，天文学家们正在使用能够探测红外光的望远镜揭开面纱，这种光是地面夜视系统的核心。“用红外光观察很重要，因为尘埃云内部可见光的减弱可能非常巨大，”纽约罗彻斯特大学观测和实验天文学教授朱迪·皮弗（Judy Pipher）说，“当你使用红外相机时，这不是问题，因为在那些更长的波长下，云层将透明一百万倍。”
如果星系迅速耗尽其燃料储备，早期产生大量第一代恒星，那么后期具有岩石行星的恒星将很少诞生。生命的几率将大大降低。地球甚至很可能不会存在。
红外望远镜向我们展示的恒星形成景象充满了意想不到的暴力，而正是这种暴力是理解为什么恒星如此稀少的关键。一颗恒星的诞生会扰乱附近其他恒星的形成，限制了原始氢气聚集成闪耀恒星的速度。
2003年，美国国家航空航天局（NASA）发射了斯皮策太空望远镜，大大促进了对恒星诞生过程的窥探工作。被许多人认为是红外天文学之母的皮弗，与合作者威廉·福雷斯特（William Forrest）和丹·沃森（Dan Watson）合作了20年，开发出构成了这个2000磅重浮动天文台核心的探测器。
斯皮策不绕地球运行，而是在我们后面沿着地球绕太阳的轨道运行，距离地球约5600万英里。斯皮策之所以被送得这么远，是因为它精密敏感的红外仪器必须保持在略高于绝对零度的低温，而远离我们行星表面辐射的热量更容易维持这个温度。
斯皮策对恒星育婴室——一个充满混乱和湍流的地方——的新观察，与天文学家旧有的先入之见形成了鲜明对比。在没有红外望远镜提供的直接视角的情况下，科学家们在过去一个世纪的大部分时间里，一直在构建美丽的理论，认为单个气体云在自身引力作用下优雅地坍缩，形成单个恒星。恒星形成的基本模型是由英国天体物理学家詹姆斯·金斯爵士（Sir James Jeans）在大约100多年前绘制出来的。金斯从一个巨大的星际气体云开始，其向内的引力与自身内部热量产生的向外压力完美平衡。金斯发现这种平衡是不稳定的。只要轻轻一推——比如来自超新星冲击波的残余——引力就会赢得这场拔河比赛，并开始云团向内坍缩。在云团的中心，物质会堆积到足够的密度和温度（科学家后来意识到）来使氢原子聚变为氦。当聚变开始时，一颗恒星就诞生了。
20世纪的大部分时间都用于填充金斯故事的细节。“你从单个恒星开始，因为它们很简单，”耶鲁大学天体物理学家赫克托·阿尔塞（Héctor Arce）说，“它们有点像理论家的梦想。”这些早期模型很少关注幼年恒星可能如何相互影响。“在我们理解邻居如何影响单个恒星形成之前，”阿尔塞的前导师、哈佛-史密森天体物理中心（Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics）的阿丽莎·古德曼（Alyssa Goodman）解释说，“我们必须理解孤立恒星的演化。这本身就相当复杂。”
在1980年代和1990年代，斯皮策号的前身虽然技术不如斯皮策号先进，但它们将天文学家引向了一个更全面的恒星形成模型。从来之不易的红外图像中，一个比金斯所描述的更为复杂的恒星和行星诞生故事浮出水面。那些最初的图像暗示，恒星形成显然是家族事务——伴随着所有由此而来的湍流、混乱和骚动。
天文学家们意识到，气体旋转盘总是围绕着新恒星的核形成，为它提供物质，并作为行星发展的孵化器。盘的形成是由于原始气体云的自然旋转。正如一个旋转的溜冰运动员收回手臂会增加她的旋转速度一样，坍缩云中的气体也会旋转得更快，直到它自然形成一个旋转的盘。如果星际磁场穿过云团，那么它们也会随着坍缩旋转的气体向下运动。扭曲的磁场将充当驱动带，利用旋转盘的巨大能量，沿着盘的轴线向外太空发射强大的气体喷流。
这些喷流寿命异常长，在恒星形成环境中可延伸10光年或更远。以每秒数百英里的速度从尘埃笼罩的原恒星喷射出的喷流的发现，是天文学家首次意识到恒星形成过程比他们想象的要混乱得多。
在过去的几十年里，理论和观测方面的密集努力使天文学家得以建立一个连贯、一致的单个恒星诞生图景，其中包括气体盘和喷流。但是研究人员知道他们的故事仍然非常不完整，因为它没有考虑一颗恒星的形成可能如何影响另一颗。“问题在于，”古德曼解释说，“你需要看到整个云团，其中许多恒星同时形成。但这些云团很致密，而且它们横跨天空的很大一部分。如果你真的想了解正在发生什么，你需要新的仪器，而且你必须系统地进行。”
斯皮策望远镜的部分建造就是为了满足这些需求。
凭借斯皮策三英尺宽的红外眼，天文学家可以深入观测最年轻的恒星育婴室，那里恒星才刚刚开始形成。他们可以看到原恒星盘正在成形，并将其喷流射向太空，而且他们一直在努力将新数据与光学和射电望远镜（尤其是无线电波和毫米波长，它们也能穿透尘埃和气体）的结果相结合。结合射电和红外观测，古德曼和阿尔塞等研究人员创建了整个恒星形成云的高分辨率、多波长图像。这个历时多年、多机构参与的项目，名为“完整巡天”（Complete Survey），为天文学家提供了他们所需的大局视角，以研究恒星形成。最终，他们能够绘制出幼年恒星与其环境之间相互作用的详细性质，一个真实的恒星形成图景开始浮现。
“你真的必须从城市、郊区和乡村的背景下来思考恒星形成，”古德曼说，“你出生在谁附近很重要，而且‘附近’意味着什么也很重要。”
恒星育婴室有低质量和高质量两种。高质量的恒星育婴室，比如大约1500光年远的猎户座大星云，恒星像蜂群一样密集。（在我们银河系的邻近区域，太阳独自漂浮在一个边长约三光年的立方体中。而在一个高质量的恒星形成星团中，数千颗恒星占据相同的空间。）更重要的是，高质量星团产生高质量恒星——亮度高，燃烧核能的熔炉，质量是我们太阳的10到100倍。这些庞然大物生命短暂，死得也早。我们的太阳将燃烧100亿年，但高质量恒星能活到1000万年就已是幸运。“大质量恒星对恒星形成有巨大影响，”巴利说，“它们会发出强大的恒星风和大量的紫外线辐射。”恒星风和紫外线撕裂周围的气体，形成巨大的、发光的“水泡”，扰乱星云。这种骚动可以抑制其他恒星的形成——或者促进其他区域的恒星诞生。
红外望远镜向我们展示的恒星形成图景充满了意想不到的暴力，而正是这种暴力是理解为什么恒星如此稀少的关键。
仅仅在过去十年中，天文学家才开始理解恒星及其育婴室之间的反馈是多么普遍和重要。“这其中有一种自我调节，”巴利说，“形成的恒星可以改变它们自身的恒星形成环境。”鹰状星云中的创生之柱（哈勃太空望远镜拍摄的最著名图像之一）就是这种反馈的一个清晰例子。就像风蚀沙漠中形成的致密岩石尖塔一样，鹰状星云中的气体柱已被星云中大质量恒星的恒星风和高能紫外线塑造和压缩。斯皮策望远镜拍摄的鹰状星云图像显示，这种压缩反过来触发了柱内新恒星的形成。
恒星形成所处的复杂环境也影响着行星的产生。事实上，大质量恒星对幼年恒星周围（行星诞生之地）的盘状结构的影响可能是致命的。“大质量恒星发出的紫外线辐射会电离并加热附近低质量恒星周围的气体盘，”巴利说，“盘中的气体随后会蒸发到太空中。一颗行星可能需要1000万年才能形成，但大质量恒星的紫外线辐射只需10000年就能烧掉盘状结构的外层部分。”由于气体耗尽，大质量星团中恒星周围的盘状结构可能无法形成木星或土星那样巨大的行星。在盘状结构未受干扰的恒星附近，仍然可能形成像地球一样的世界，但这一点仍有争议。
大质量恒星在死亡时也会在星云内造成浩劫。在其生命的尽头，一颗大质量恒星不可避免地会以超新星的形式爆炸。这将向周围环境倾泻灾难性的能量：一颗超新星可以在短时间内超越整个星系的亮度。超新星也创造了所有比铁重的元素。由于生命周期短，大质量恒星会在其诞生地点附近消亡，通常仍在它们开始形成的恒星形成区域内。
一些天文学家认为，我们太阳的形成是由附近一次恒星爆炸的冲击波触发的。“有强有力的证据表明，我们自己的太阳系诞生于一颗大质量恒星超新星爆发附近，”巴利说，“即使我们的形成并非由超新星触发，某些放射性元素的衰变产物也表明，超新星可能向已经形成的年轻太阳系播撒了富集的元素。”这意味着我们的恒星诞生于一个大质量星团的边缘附近——足够近，可以感受到超新星的影响，但又不是深到我们的原行星盘会被撕裂的程度。
恒星形成反馈造成的破坏并非局限于大质量星团。像NGC 1333（一个距离约1000光年的星云和恒星育婴室）这样的低质量星团，只包含数百颗恒星，而不是数千颗。即使这些星团中没有大质量恒星形成，那里的恒星都会从其伴随的盘中产生原恒星喷流，而这些喷流同样可以在塑造星团命运中发挥巨大作用。斯皮策望远镜拍摄的NGC 1333和其他低质量星团的图像显示，它们被优美的喷流物质弧线贯穿，这些弧线从这些恒星育婴室的一端延伸到另一端。在低质量星团中，喷流的反馈可能扮演着与大质量星团中大恒星的恒星风和紫外线辐射相同的破坏性角色。不幸的是，我们还没有足够的信息来判断银河系中的大多数恒星是在大质量还是低质量星团中形成的。如果我们知道了答案，我们就能更接近估计有多少像我们这样的太阳系存在。
喷流、恒星风、辐射和超新星爆发的综合效应表明，自然界可能实施了一种天体计划生育。恒星可以孕育其他恒星，但它们也可以终止生育过程。“我们可以看到不同恒星的喷流相互作用，”阿尔塞说，“这些外流既可以触发新恒星的形成，也可以驱散本应参与恒星形成过程的气体。”
然而，这种恒星节育的影响仍在激烈争论中。一些天文学家认为，这种内部过程并不是抑制恒星形成的关键因素。他们说，星团外部的因素，例如星系旋转产生的剪切力，对星团的扰动更为强烈，并阻止了恒星的形成。但是斯皮策望远镜的图像提供了令人惊叹的美丽证据来支持内部过程的观点。最近的计算机模拟显示，数百个喷流如何像超音速搅拌棒一样搅拌星团中的气体，使其进入湍流运动，从而抑制新恒星的形成。新的研究也进一步支持了恒星反馈的观点。“通过完整巡天，我们几乎使我们能看到的撞击云团的外流数量增加了两倍，”古德曼说。
随着天文学家们研究了在大质量和低质量星团中运作的反馈机制，一个与所有最大的潜在恒星形成区域相关的谜团仍然存在。低质量和高质量星团都形成于更大的气体和尘埃复合体中，这些复合体被称为巨分子云。其中一些云由高质量星团主导，另一些由低质量星团主导，还有一些两者兼有。一个典型的星团将延伸几光年。其母云可以延伸300光年，并包含足以形成一百万颗恒星的物质。但并没有形成一百万颗恒星。相反，整个巨分子云中的恒星形成是一个相当贫血的过程，相对较少的恒星育婴室出现。平均而言，只有约10%的云团质量通过引力坍缩转化为恒星。其余的从未坍缩，最终分散到整个星系稀薄的星际介质中。是什么阻止了这些巨大的云团在自身重量下坍缩？
一些天文学家认为答案在于已知穿过云层的强大磁场。另一些人则认为，穿过云层的星系冲击波阻止了大部分气体的坍缩。还有一些人则认为，天文学家在大质量和低质量星团中看到的恒星反馈效应足以扰乱更大的分子云。
“你必须问为什么只有10%的云变成了恒星，”巴利说，“但我们知道恒星形成通过恒星风、辐射和喷流为系统增加了能量。超新星爆发的冲击波当然是雪上加霜。”
“如果所有这些恒星都产生了湍流，”古德曼说，“那么这种湍流就像一种热量，使云保持膨胀。”
阻止巨分子云坍缩的机制——无论它是什么——与我们最初的存在息息相关。恒星是工厂，将轻元素转化为重原子。这些原子包括碳、氧、氮以及我们所知生命所需的所有其他元素。当一颗恒星死亡时，这些物质会被抛入太空。当后代恒星形成时，其中一些物质会凝结成像地球这样的岩石行星。如果星系迅速耗尽其燃料储备，早期产生大量第一代恒星，那么后期具有岩石行星的恒星将很少诞生。生命的几率将大大降低。地球甚至很可能不会存在。
通过观测银河系中的恒星形成区域，天文学家向我们展示了关于我们自己的恒星和行星诞生的一些内在而又奇特熟悉的东西。心理学家知道，在人类家庭中，兄弟姐妹的作用与父母的作用同样重要。感谢斯皮策望远镜，现在对天堂也可以这样说了。
