[科普中國]-參宿四

參宿四（Betelgeuse）為參宿第四星，又名獵戶座α星（α Orionis），是一顆處于獵戶座的紅超巨星（獵戶座一等星）。它是夜空中除太陽外第十亮的恒星。

在冬季夜空中，它與大犬座的天狼星、小犬座的南河三組成冬季大三角。雖然它是獵戶座的α星，但實際在絕大多數(shù)時候獵戶座β星（參宿七）比它還要亮。它在中國古代天文中屬于西方白虎七宿的參宿（西宮白虎七宿：奎、婁、胃、昴、畢、觜、參）。

概述參宿四（Betelgeuse），也就是拜耳命名法中著名的獵戶座α（α Orionis或α Ori），是全天第九亮星，也是獵戶座第二亮星，只比鄰近的參宿七（獵戶座β ）暗淡一點。它有著明顯紅色的半規(guī)則變星，視星等在0.2至1.2等之間變化著，是變光幅度最大的一等星。這顆恒星標示著冬季大三角的頂點和冬季六邊形的中心。

在分類上，參宿四是一顆紅超巨星，并且是已知最大和最亮的恒星之一。如果它位于太陽系的中心，它的表面會超越小行星帶，并可能抵達并超越木星的軌道，完全地席卷掉水星、金星、地球和火星。但是，在上個世紀對參宿四的距離估計從180光年至1,300光年不等，因此對其直徑、光度和質(zhì)量的估計是很難被證實的。目前認為參宿四的距離大約是640光年，平均的絕對星等是-6.05。

而事實上，有關(guān)參宿四的質(zhì)量始終有爭議，有的資料顯示它的質(zhì)量不過太陽的14至15倍，但也有的資料認為它的質(zhì)量達到太陽的18至19倍甚至20倍的，而這種質(zhì)量的不確定性，正是由于測量距離的不確定性造成的。

在1920年，參宿四是第一顆被測出角直徑的恒星（除太陽之外）。從此以后，研究人員不斷使用不同的技術(shù)參數(shù)和望遠鏡測量這顆巨星的大小，而且經(jīng)常產(chǎn)生沖突的結(jié)果。目前估計這顆恒星的視直徑在0.043～0.056角秒，作為一個移動的目標，參宿四似乎周期性的改變它的形狀。由于周邊昏暗、光度變化（變星脈動理論）、和角直徑隨著波長改變，這顆恒星仍然充滿了令人費解的謎。參宿四有一些復(fù)雜的、不對稱的包層，引起巨大的質(zhì)量流失，涉及從表面向外排出的龐大冠羽狀氣體，使事情變得更為復(fù)雜。甚至有證據(jù)指出在它的氣體包層內(nèi)有伴星環(huán)繞著，可能加劇了這顆恒星古怪的行為1。

天文學(xué)家認為參宿四的年齡只有1,000萬年，但是因為質(zhì)量大而演化得很快。它被認為是來自獵戶座OB1星協(xié)的奔逃星，還包含在獵戶腰帶的參宿一、參宿二、和參宿三等0和B型晚期恒星的集團。以現(xiàn)行恒星演化的晚期階段，預(yù)料參宿四在未來的數(shù)百萬年將爆炸成為II型超新星，并變成一顆中子星。

基本參數(shù)赤經(jīng) 05h 55m 10.3053s

赤緯 +07° 24′ 25.426″

赤經(jīng)百年自行：+0“.186

赤緯百年自行：+0”.95

視星等(m)： 0.58等 (0.3 – 1.2)

光譜分類：M2Iab（紅超巨星），B-V 色指數(shù) 1.85（橙紅）、U-B 色指數(shù) 2.06

變星類型：SR c（半規(guī)則變星）

徑向速度（Rv）： +21.0 km/s ，自行 (μ) RA：24.95 ± 0.08 mas/yr、Dec.：9.56 ± 0.15 mas/yr

恒星視差（π）：5.07 ± 1.10 mas

絕對星等（MV）：-6.02

恒星質(zhì)量：19.4-19.7 M☉（根據(jù)演化模型，距離640光年）

(根據(jù)距離遠近有8-20M☉各個不同的值)

恒星直徑：4.2天文單位到5.1天文單位 大約太陽直徑887倍到1090倍

恒星亮度：120000（90000–150000）L☉

表面溫度：3300 K-3625K

自轉(zhuǎn)周期：17 年（14.6 km/s）

其他命名**：**獵戶座α，Alpha Orionis，58 Ori，HR 2061，BD+7°1055，HD 39801，SAO 113271，F(xiàn)K5 224，HIP 27989。

簡要介紹參宿四（獵戶座α，Betelgeuse，源自阿拉伯語，意思是腋下）是全天第10亮星（由于它在亮度變化的關(guān)系，有時視星等會超過波江座水委一成為全天第9亮星），亮度在0.06至0.75等之間變化，變光周期為5.5年，屬于脈動變星。它是一顆M2Iab型紅超巨星，半徑在太陽的1120倍到1200倍間變化，而半徑的變化使得它的光度也跟著變化（在0.2至1.3等間變化）。絕對星等-6等，距離地球約640光年，質(zhì)量為太陽的18-23倍，表面溫度3500開，光度為太陽的7萬倍，體積約為太陽的16億倍，是迄今人類發(fā)現(xiàn)的體積最大的恒星之一。因為這些原因，使它成為除了太陽之外，人類首度能夠解析出表面大小的恒星。

參宿四是第一個直接用恒星干涉儀測定角直徑的恒星。1966年就已發(fā)現(xiàn)參宿四是射電星。射電頻譜觀測表明，參宿四既有大氣射電，也有恒星圓面射電。通過2.1米望遠鏡電視分光裝置觀測，發(fā)現(xiàn)參宿四周圍已形成極厚的氣殼，至少伸展到本星半徑約 600倍處，這表明該星向星際空間拋出了大量物質(zhì)。還有人認為參宿四至少有兩個星周殼層，它們分別離本星約五十和幾百個半徑處，膨脹速度分別約每秒鐘11和17公里。參宿四的距離迄今難于測準(大約200秒差距)，因此關(guān)于它的真半徑、光度等尚缺乏可靠數(shù)據(jù)。美國基特峰天文臺曾用4米望遠鏡結(jié)合星像處理技術(shù)獲得了參宿四圓面的照片。

在天文學(xué)上，參宿四是很有趣的。它是最初幾個利用到天體干涉儀測量出直徑的恒星之一。天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)它的直徑是不定的，由最小的10.34億公里到最大的16.8億公里，比木星圍繞太陽的公轉(zhuǎn)軌道的直徑還要大。

演化末期如今參宿四已走入生命末期，推測在未來數(shù)百萬年中，可能變成Ⅱ型超新星。天文學(xué)家預(yù)計參宿四最終會以II型超新星爆發(fā)來結(jié)束它的生命，或是其質(zhì)量只足夠變成一顆小質(zhì)量黑洞。但各方對它還有多長壽命并沒有一致的意見：有些人認為它的直徑不停變化代表著參宿四正在融合它的碳原子，而會在數(shù)千年之內(nèi)變成超新星；不同意這觀點的人則認為它可以生存更久。 如果真的發(fā)生超新星爆發(fā)，其光度將增至原來的10萬倍以上，約為弦月的光度，也有一些預(yù)測指，最大光度甚至可與滿月一樣亮（負12.5等）。超新星的光將持續(xù)數(shù)月，在日間也能看見，然后將會逐漸轉(zhuǎn)暗，在肉眼的夜空中消失，獵戶的手臂將消失，在數(shù)個世紀之后，將會演變成星云。但是，如果這顆中子星的自轉(zhuǎn)軸是朝向地球，那便較為麻煩了，它釋出的高能伽瑪射線及宇宙粒子將如雨般直達地球，并將削弱臭氧層，在多處天空均會出現(xiàn)極光。（注：已確認參宿四自轉(zhuǎn)軸與地球夾角約為20度）

位置結(jié)構(gòu)在中國的星座系統(tǒng)中，都屬參宿，首先介紹參宿在天空中的位置、結(jié)構(gòu)以及相關(guān)的典故。參宿是冬季星空中最美麗而明亮的星宿之一。在它的北面是五車星官，西面有畢宿大星，東南面有全天第一亮星——天狼星。在參宿的七顆主星中有一顆0等星，即本文的主角之一的參宿四；一顆1等星，即本文的另一主角——參宿七；五顆2等星，即參宿一（獵戶座ζ）、二（獵戶座ε）、三（獵戶座δ）、五（獵戶座γ）、六（獵戶座κ）。

《史記·天官書》說：“參為白虎。三星直者，是為衡石。下有三星，兌，曰罰，為斬艾事。其外四星，左右肩股也。小三星隅置，曰觜，為虎首?！?/p>

這段話的意思是說，有三顆星橫向排列在星空中，差不多正好在赤道上，稱之為衡石，即一塊起到平衡作用的石頭，因此，衡石的含義，就是赤道的中腰，也是白虎的中腰。這三顆星就是參宿的標志星，參宿之名就源于此。

可見性參宿四是很容易在夜空中發(fā)現(xiàn)的，它就出現(xiàn)在著名的獵戶腰帶附近，并且肉眼就可以看見它發(fā)出的橙紅色光芒。在北半球，從每年的一月開始，可以看見它于日落時從東方升起。在3月中旬，這顆恒星在黃昏時已經(jīng)在南方的天空中，而且?guī)缀跞蚋鞯氐木幼≌叨伎梢钥匆姡瑑H僅只有南極洲少數(shù)幾個位置在南緯82°更南邊的偏遠研究站才看不見。在南半球的大城市 (像是雪梨、布宜諾斯艾利斯、和開普敦)，參宿四的高度角幾乎可以達到地平線上49°。一旦來到5月，就只能在太陽剛西沉之際在西方地平線上驚鴻一瞥了。

在SIMBAD的列表中，參宿四的視星等是0.42，使它的平均亮度是天球上的第9亮星，正好就在水委一的前面。但因為參宿四是一顆變星，它的光度變化范圍在0.2至1.2之間，因此有的時候他的光度會超越南河三，成為全天第八亮星。參宿七也是一樣，它通常的視星等是0.12，但報告指出光度有0.03至0.3星等的波動，這也可能使參宿四偶爾會比參宿七明亮而成為全天第七亮星。當(dāng)它最暗時，會比第19亮的天津四還要暗，并與十字架三競爭第20名的位置。

來自ESO的甚大望遠鏡所顯示的圖像，不僅有恒星的盤面，還有以前不知道的被氣體圍繞著的煙羽伴隨著擴展的大氣層。

參宿四的色指數(shù) (B–V) 是1.85—在圖形上指出這是個極度"紅色"的天體。光球有著擴展的大氣層，光譜中呈現(xiàn)強烈的發(fā)射線而不是吸收線，這是一顆恒星外面有著濃厚的氣體包殼時出現(xiàn)的現(xiàn)象。取決于光球?qū)訌较蛩俣鹊牟▌?，這些擴展的氣體曾經(jīng)被觀察到遠離和朝向參宿四移動的運動。這顆恒星的輻射能只有13%的是經(jīng)由可見光發(fā)射出來，而大部分的輻射都在紅外線的波段。如果眼睛可以感覺到所有輻射的波長，參宿四可能會成為全天空最亮的恒星。

視差自從白塞爾在1838年成功的測量出視差，天文學(xué)家就對參宿四的距離極為困惑，不確定性使得許多恒星的參數(shù)值很難得到正確的估計。準確的距離和角直徑將揭示恒星的半徑和有效溫度，導(dǎo)出清楚的解讀熱輻射的光度；光度與同位素豐度結(jié)合可以提供對恒星年齡和質(zhì)量的估計。在1920年，當(dāng)?shù)谝淮我愿缮鎯x研究恒星的直徑時，假設(shè)視差是0.18角秒。這等同于距離是56秒差距，或是180光年，這樣不僅獲得的恒星半徑不正確，恒星的特征也不同。在這之后，有些進行的調(diào)查將這神秘的實際距離建議為高達400秒差距，或是1,300光年。

在依巴谷星表公布之前 (1997)，有兩份受人尊重的出版物有參宿四最新的視差資料。第一份是耶魯大學(xué)天文臺 (1991) 公布的視差是π = 9.8 ± 4.7 mas，相當(dāng)于距離大約是102秒差距，或是330光年。第二份是依巴谷輸入星表 (1993)，它的三角視差是π = 5 ± 4 mas，相當(dāng)于200秒差距或是650光年－幾乎是耶魯估計值的兩倍。這種不確定性，使研究人員對距離估計使用寬松的范圍，這種現(xiàn)象引燃了許多的爭議－不僅僅是在恒星的距離上，還影響到其它的恒星參數(shù)。

圖片顯示的是美國國家無線電天文臺坐落在新墨西哥州索科洛的甚大天線陣 (Very Large Array，VLA)。27只天線每只的重量是209公噸 (230噸)，需要時可以在陣列中的軌道上移動，以使用孔徑合成干涉儀進行詳細的研究。

期待已久的依巴谷任務(wù)結(jié)果終于在1997年發(fā)表 (釋出)。解決了這一個問題，新的視差值是π = 7.63 ± 1.64 mas，這相當(dāng)于131秒差距，或是430光年。因為像參宿四這種變光星，會造成具體的問體影響到它們距離的量化。因此，the large cosmic error in the Hipparcos solution could well be of stellar origin, relating possibly to movements of the photocenter, of order 3.4 mas, in the Hipparcos photometric Hp band.

在這次的爭論中，電波天文學(xué)的最新發(fā)展似乎占了上風(fēng)。格雷厄姆和同事們使用美國國家無線電天文臺 (NRAO) 的甚大天線陣 (VLA)，以新的高空間分辨率和多波長無線電對參宿四位置的指引，獲得更精確的估計值，加上依巴谷的資料，提供了新的天文測量解答：π = 5.07 ± 1.10 mas，在嚴謹?shù)恼`差因子下得出的距離是197 ± 45 秒差距或643 ± 146 光年。

接下來在計算上的突破將可能來自歐洲空間局即將進行的蓋亞任務(wù)，它將承擔(dān)詳細的分析每一顆被觀測恒星的物理性質(zhì)，揭示亮度、溫度、重力和成分。蓋亞將多次測量每一個亮度暗達20星等和比15等亮的天體位置，精確度達到24微角秒－相當(dāng)于從1000公里外測量的人發(fā)直徑。攜帶的檢測設(shè)備將確保能測量像參宿四這種變星在最暗時的極限，這將解決較早時依巴谷任務(wù)位置上絕大部分的局限性。事實上，對最近的那些恒星，將能以小于0.001%的誤差因子來測量他們的距離。即使是靠近銀河中心的恒星，距離大約是30,000光年，距離測量上的誤差也將在小于20%以內(nèi)。

光度變化參宿四的紫外線影像，顯示出恒星的不對稱脈動，擴展和收縮。

作為脹縮變化恒星"SRC"的次分類，研究人員提供了不同的假設(shè)試圖解釋參宿四反復(fù)無常的舞蹈－這導(dǎo)致絕對星等在-5.27至-6.27之間的振蕩現(xiàn)象。以我們了解的恒星結(jié)構(gòu)認為是這顆超巨星的外層逐漸的膨脹和收縮，造成表面積 (光球) 交替的增加和減少，和溫度的上升和降低－因此導(dǎo)致測量到這顆恒星的亮度有節(jié)奏的在最暗的1.2等，如同1927年早期見到的，和最亮的0.2等，如同1933和1942年，之間變化著。像參宿四這種紅巨星，因為大氣層本來就不穩(wěn)定因此會通過脈動的方法。當(dāng)恒星收縮，它吸收越來越多通過的能量，造成大氣層被加熱和膨脹。反過來，當(dāng)恒星膨脹時，它的大氣層變得稀薄，允許較多的能量逃逸出去并使溫度下降，因此啟動一個新的收縮階段。在計算恒星的脈動和模型都很困難的情況下，看來有幾個交錯的周期。在上個世紀的1930年代，Stebbins和Sanford的研究論文指出有一個由150至300天的短周期變化調(diào)制成的大約5.7年的規(guī)則循環(huán)變化周期。

圖解的太陽結(jié)構(gòu)顯示出光球的米粒斑：

1. 核心
2. 輻射層
3. 對流層
4. 光球?qū)?br /> 5. 色球?qū)?br /> 6. 日冕
7. 太陽黑子
8. 米粒斑
9. 日珥

事實上，超巨星始終顯示不規(guī)則的光度、極化和光譜的變化，這指出在恒星的表面和擴展的大氣層有著復(fù)雜的活動。對照于受到監(jiān)測的大多數(shù)巨星都是有著合理的規(guī)則周期的長周期變星，紅巨星通常都是半規(guī)則或不規(guī)則的，有著脈動特性的變星。在1975年，Martin Schwarzschild發(fā)表了一篇具有里程碑意義的論文，認為光度起伏不定的變化是因為一些巨大的對流細胞（米粒斑的模式）覆蓋在恒星表面所導(dǎo)致的。在太陽，這些對流細胞，或是稱為太陽米粒，代表熱傳導(dǎo)的一種重要模式－因未那些對流元素主宰著太陽光球的亮度變化。太陽的米粒組織典型的直徑大約是2,000公里的大小 (大約相當(dāng)于印度的表面積)，深度大約700公里。在太陽表面大約有200萬個這樣的米粒斑覆蓋著6兆公里的光球面積，如此巨大的數(shù)量產(chǎn)生相對恒定的通量。在這些米粒斑之下，連結(jié)著5000至10,000個平均直徑30,000公里，深度達到10,000公里的超米粒斑。對照之下，Schwardschild認為像參宿四這樣的恒星可能只有一打左右像怪獸的米粒斑，直徑達到1億8千萬公里或更大而足以支配恒星的表面，與深度6千萬公里，這是因為紅巨星的包層溫度和密度都很低，導(dǎo)致對流的效率極低。因此，如果在任何時間都只能看見三分之一的對流細胞，它們所觀測到的光度隨著時間的變化就可能反映出恒星整體的光度變化。

Schwarzschild的巨大對流細胞主宰巨星和紅巨星表面的假說似乎有張貼在天文討論社區(qū)，當(dāng)哈柏太空望遠鏡在1995年首度直接捕捉到參宿四表面神秘的熱點時，天文學(xué)家就將它歸因為對流。兩年后，天文學(xué)家揭露至少有三個亮點造成觀測到這顆恒星錯綜復(fù)雜的亮度分布不對稱，其幅度"符合表面的對流熱點"。然后在2000年，另一組由哈佛-史密松天體物理中心(Cfa) 的Alex Lobel領(lǐng)導(dǎo)的小組，注意到參宿四湍流的大氣層中冷與熱的氣流展示出肆虐的風(fēng)暴。小組推測在恒星大氣層中大片活力充沛的氣體同時向不同的方向膨脹，拋射出長長的溫?zé)釟怏w羽流進入寒冷的塵埃包層。另一種解釋是溫?zé)岬臍怏w在橫越恒星較冷的區(qū)域時造成激波的出現(xiàn)。這個團隊研究參宿四大氣層的時間超過5年，使用的是哈柏的太空望遠鏡影像攝譜儀在1998年至2003年的資料。他們發(fā)現(xiàn)在色球?qū)由匣顒拥臍馀?，在恒星的一邊拋起氣體，當(dāng)落在另一邊時，好像慢動作翻騰的熔巖燈。

角直徑天文學(xué)家面對的第三個挑戰(zhàn)是測量恒星的角直徑。在1920年12月13日，參宿四成為第一顆在太陽系之外曾經(jīng)被測量出直徑的天體。雖然干涉儀仍處在發(fā)展的初期，經(jīng)由實驗已經(jīng)成功的證明參宿四有一個0.047"的均勻盤面。天文學(xué)家對周邊昏暗的見解視值得注意的，除了10%的測量誤差，小組得出的結(jié)論是由于沿著恒星邊緣部分的光度強烈的減弱，盤面可能還要大17%，因此角直徑大約是0.055"。從那時已來，已有其他的研究在進行，得到的范圍從0.042至0.069角。結(jié)合歷史上估計的距哩，從180至815光年，與這些資料，得到恒星盤面的直徑無論何處都在2.4至17.8天文單位，因此相對來說半徑是1.2至8.9天文單位 使用如同太陽系的標準，火星的軌道大約是1.5AU，在小行星帶的谷神星是2.7AU，木星是5.5AU。因此，取決于參宿四與地球的實際距離，光球?qū)涌梢詳U展至超出木星軌道的距哩，但不能確定是否會遠達土星的9.5AU。

電波的影像顯示出參宿四光球?qū)拥拇笮?(圓圈) 和使恒星不對稱的大氣層擴展至土星軌道之外的對流力效應(yīng)。

有幾個原因使精確的直徑很難定義：

光球收縮和膨脹的節(jié)奏，如理論所建議的，意味著直徑不是永遠不變；

由于周邊昏暗造成從中心向外延伸的越遠光的顏色改變和輻射衰減越多，而沒有明確定義的"邊界"；

參宿四被從恒星逐出的物質(zhì)組成的星周包層環(huán)繞著－這些物質(zhì)吸收和輻射光線－造成光球?qū)拥倪吔绾茈y定義；

在電磁頻譜內(nèi)以不同的波長測量，每個波長透露一些不同的東西。研究顯示可見光的波長有較大的角直徑，在近紅外線減至最小，不料在中紅外線再次增加。報告的直徑差異可已多達30－35%，但因為不同的波長測量不同的東西，將一種結(jié)論與另一種比較是有問題的；

大氣層的閃爍使得地面上的望遠鏡因為大氣湍流的影響降低了解像力的極限角度值。

為了克服這些限制，研究人員采用了各種方案解決。天文干涉儀的觀念是Hippolyte Fizeau在1868年最早提出的。他提出經(jīng)由兩個孔洞觀察恒星的干涉，將可以提供恒星空間強度分布的資訊。從此以后，科學(xué)的干涉儀已經(jīng)發(fā)展出多孔徑干涉儀，可以將多個位置的影像彼此重疊。這些"斑點"的影像使用傅立葉分析綜合－一種廣泛用于審視天體的方法，包括研究聯(lián)星、類星體、小行星和星系核。自1990年出現(xiàn)的自適應(yīng)光學(xué)徹底改變了高分辨率天文學(xué)，同時，像是依巴谷、哈柏、和史匹哲等太空天文臺，也產(chǎn)生其他重大的突破。另一項儀器，天文多波束接觸器 (the Astronomical Multi-BEam Recombiner，AMBER)，提供了新的觀點。最為甚大望遠鏡的一部分，AMBER有能力同時結(jié)合3架望遠鏡，使研究人員可以實現(xiàn)微角秒的空間解析。此外，通過組合三個干涉儀#天文干涉儀取代兩個，這是習(xí)慣用的傳統(tǒng)干涉測量，AMBER能讓天文學(xué)家計算閉合相位－天文成像中的一個重要組成部分。

目前的討論圍繞著波長－可見光、近紅外線 (NIR)或中紅外線 (MIR)－獲得最精確的角度測量。最被廣泛接受的解決方案，他的出現(xiàn)，是由加州大學(xué)柏克萊分校的太空實驗室的天文學(xué)家在中紅外線波段執(zhí)行的ISI。在歷元2000年，這個團體，在約翰韋納的領(lǐng)導(dǎo)下發(fā)表了一份論文，以一般不太被注意的中紅外線，忽略任何可能存在的熱點，顯示參宿四均勻的盤面直徑是54.7 ± 0.3 mas。這篇論文也包含理論上承認的周邊昏暗直徑是55.2 ± 0.5 mas－假設(shè)與地球的距離是197.0 ± 45 秒差距，這相當(dāng)于半徑大約5.5天文單位的外觀 (1,180R☉)。不過，有鑒于角直徑的誤差在± 0.5 mas，與哈珀 (Harper) 的數(shù)值有± 45秒差距的誤差結(jié)合在一起，光球的半徑實際上可以小至4.2AU，或是大至6.9AU 。

跨過大西洋，另一組由巴黎天文臺佩蘭 (Guy Perrin) 領(lǐng)導(dǎo)的天文學(xué)家在2004年以紅外線對有爭議的參宿四光球半徑做出43.33± 0.04 mas的精確測量 "佩蘭的報告給了一個合理的劇本，可以一致性的解釋從可見光到中紅外線的觀測。"這顆恒星看似很厚、溫暖的大氣層使短波的光線散射因而略微增加了直徑，波長在1.3μm以上的散射可以忽略不計。在K和L，上層的大氣層幾乎是透明的－在這些波長上看見的是傳統(tǒng)的光球，所以直徑是最小的。在中紅外線，熱輻射溫暖了大氣層增加了恒星的視直徑。"這些參數(shù)還未獲得天文學(xué)家廣泛的支持。

使用IOTA和VLTI在近紅外線上的研究，強烈的支持佩蘭的分析，直徑的范圍在42.57至44.28 mas，最小的誤差因子小于0.04mas。這次討論的中心，是由查理斯湯所領(lǐng)導(dǎo)柏克萊團隊在2009年的第二份論文，報告參宿四的直徑從1993年至2009年縮減了15%，在2008年測量的角直徑是47.0mas，與佩蘭的估計相距不遠。 不同于以前發(fā)表的大部份論文，這份研究專注于一個特定的波長15年的視野，早期的研究通常只持續(xù)1至2年，并且是在多種波長上，經(jīng)常會產(chǎn)生截然不同的結(jié)果?？s減的角度分析相當(dāng)于從1993年看見的56.0 ± 0.1 到2008年的47.0 ± 0.1 mas － 在15年內(nèi)幾乎縮減了0.9天文單位，或大約相當(dāng)于每小時1,000公里。天文學(xué)家都認為我們完全不知道這顆恒星膨脹和收縮的節(jié)奏，果真如此，循環(huán)的周期可能是什么，雖然湯認為不存在這樣的周期，但它也可能長達數(shù)十年，其它可能的解釋是光球?qū)佑捎趯α骰蛞驗椴皇乔蝮w因而稍微有些不對稱，造成恒星繞著軸旋轉(zhuǎn)時外觀上的膨脹和收縮。當(dāng)然，除非我們收集了周期的完整資料，我們不會知道1993年的56.0mas是表現(xiàn)出恒星膨脹的最大值還是平均值，或是2008年的47.0事實上是個極小值。在我們得知確切的數(shù)值之前，我們可能還要繼續(xù)觀測15年或更久的時間 (2025年)，也就是說，相當(dāng)于木星軌道半徑的5.5天文單位，可能將持續(xù)很長的一段時間繼續(xù)被視為它的平均半徑。

體積縮小光發(fā)明人查爾斯·湯斯當(dāng)天在一份聲明中說：“新測量發(fā)現(xiàn)，過去15年中，‘參宿四’的直徑縮小50%，其縮小幅度平緩，但呈逐年加快趨勢?！?“參宿四”半徑為5個天文單位，也就是5倍于地球到太陽的距離。如果把它安放在太陽系的中心，它的表面幾乎達到木星的軌道。這意味著，“參宿四”這15年中縮減了相當(dāng)于火星到太陽的距離。今天，“參宿四”依然巨大，用“哈勃”太空望遠鏡觀察，它仍屬于少數(shù)呈碟狀、而非光點的恒星。但作為紅超巨星，它已快走到生命的盡頭。

愛德華·威什諾說，他們并不清楚為什么“參宿四”體積會縮減，“對星系和遙遠的宇宙，包括快走到生命盡頭的紅超巨星來說，人們?nèi)杂刑嗟奈粗薄?/p>

研究人員表示，他們接下來仍會繼續(xù)研究“參宿四”，觀察它到底是繼續(xù)縮小還是轉(zhuǎn)而膨脹。研究人員還指出，盡管“參宿四”體積在縮小，但它的亮度在過去15年中沒有明顯變暗2。

行星系在celestia 1.6中有一個參宿四行星系插件，行星系中有兩顆行星：Betelgeuse I 、Betelgeuse II。 Betelgeuse I 有類似地球的大氣層，擁有類似土星的環(huán)，它的軌道可以進入Betelgeuse里面，Betelgeuse I 每天有16個小時，溫度是372K。Betelgeuse II 有類似地球的大氣層，大氣層下有五成陸地，三成的冰，兩成的海水。自轉(zhuǎn)的時間與地球差不多，是1.167天。溫度是378K。

爆炸2011-01-22 ，澳大利亞南昆士蘭大學(xué)高級物理學(xué)講師布拉德·卡特博士預(yù)言，從現(xiàn)在開始，最遲100萬年內(nèi)，地球上的人類也將能夠看到-12等左右的亮星，盡管這種奇異景象只會維持幾周時間。卡特博士稱，獵戶星座的紅超巨星“參宿四”這些年體積不斷縮小，質(zhì)量急劇下降，這是紅超巨星重力崩潰的典型征兆，“參宿四”隨時都可能發(fā)生超新星爆炸，那時“參宿四”的絕對星等將至少到-17等。

最早可能在數(shù)千年之內(nèi)變成超新星

簡單地說，紅巨星內(nèi)部的核燃料將不足以支撐它巨大的體積，而重力將引發(fā)它的坍縮，在這個過程中引力勢能會形成巨大的熱能，造成大爆炸。如果“參宿四”發(fā)生爆炸，它將成為有史以來最亮的一顆超新星。

這顆衰老恒星的內(nèi)核已經(jīng)耗盡了它的燃料，正是這些燃料促使‘參宿四’發(fā)出光和熱，當(dāng)燃料耗盡時，恒星就會向內(nèi)坍縮，引發(fā)巨大的超新星爆炸?！碑?dāng)這一切發(fā)生時，“參宿四”的絕對星等將至少到-17等，當(dāng)超新星爆炸的光亮傳到地球時，在人類的眼中，將如同在地球上空出現(xiàn)了“第二顆金星”。不過，這“第二顆金星”只會維持幾月時間，然后就會在接下來的幾年中逐漸暗淡和消失?？ㄌ夭┦空f：“這將成為一顆恒星最后的燦爛，當(dāng)‘參宿四’爆炸后，它將照耀夜空，我們將在幾周時間內(nèi)都能看到它難以置信的光亮，在接下來的幾年中，它會逐漸暗淡，最后再也難以被觀察到。

卡特博士稱，盡管“參宿四”可能發(fā)生超新星爆炸，但也可能在百萬年內(nèi)的任何一天發(fā)生爆炸。 就算參宿四爆炸了，它在天空中的表現(xiàn)也不可能是“第二個太陽”。“星戰(zhàn)迷”期待的像盧克·天行者在遙遠星球塔圖因（Tatooine）上所看到的景象不會出現(xiàn)。

太陽與星星的最顯著差別在于它看上去比較大——太陽不是光點，而是像金盤一樣掛在天上。天文學(xué)上常用角直徑描述這種天體的“大小”，即計算天體直徑在觀測點形成的夾角。離我們越近的或者越大的天體，其角直徑越大，反過來，離我們遙遠的或者個頭小的天體角直徑較小。雖然參宿四是角直徑最大的恒星之一，而且超新星爆發(fā)時直徑會急劇增大，但是由于參宿四距離我們太遠，所以其角直徑依然無法與太陽相比。據(jù)推測，參宿四爆發(fā)時角直徑最大可能是0.416’（按照爆發(fā)后超新星直徑3倍太陽系直徑，距離地球643光年計算），這不到太陽的1/4500，即便是太陽系行星中角直徑最小的海王星，也是它的5倍以上。參宿四即便爆發(fā)了，也還只是一個小點。3

根據(jù)天文學(xué)家的推算，參宿四爆發(fā)時視星等大概是-12等左右，也就是說可以達到滿月的亮度，在白天也可以看見。這對于一顆恒星來說絕對是驚人的，但是和太陽相比依然有不小的差距——太陽的視星等高達-26.74。根據(jù)星等和亮度的關(guān)系我們可以計算出爆發(fā)的參宿四亮度不到太陽的50萬分之一。在夜里，參宿四或許會給我們留下一道長長的影子，但是如果想讓它把黑夜照得亮如白晝，實在是勉為其難了。

爆炸對地球無害

“參宿四”隨時可能發(fā)生超新星爆炸的預(yù)測在互聯(lián)網(wǎng)上引發(fā)了熱烈的討論，有人甚至將超新星爆炸同瑪雅日歷中的2012年“世界末日”陰謀論3聯(lián)系了起來，還有網(wǎng)民為了應(yīng)對可能來臨的超新星爆炸，甚至在地下室中儲滿了罐頭食品。

不過卡特博士稱，超新星爆炸不可能給地球帶來任何毀滅性的結(jié)果，因為超新星爆炸釋放出的細小粒子——中微子對人體并無害處。

卡特博士說：“當(dāng)一顆恒星爆炸時，首先我們會觀察到一種稱做‘中微子’的粒子雨，它們將會穿過地球，即使超新星爆炸會照亮我們的夜空，即使超新星99%的能量都會釋放到這些粒子中，但當(dāng)這些微小粒子穿過地球和我們的身體時，卻絕對不會對我們帶來任何傷害?！?/p>

一些專家猜測，“參宿四”一旦發(fā)生超新星爆炸，將會成為一顆中子星，或形成一個距離地球大約700光年的黑洞。卡特博士說：“它形成中子星或黑洞的概率相等，如果讓我預(yù)測，我認為它更可能形成一個8倍太陽質(zhì)量的黑洞?！?/p>

不明弓形激波在參宿四星的運動方向上，科學(xué)家觀測到一些質(zhì)量損失的跡象，比如一系列的塵埃、物質(zhì)混亂的情形，越是接近恒星的區(qū)域，則顯示出明顯的不對稱結(jié)構(gòu)。雖然在一些較早的理論研究中提出，參宿四星外圍出現(xiàn)的“墻”狀結(jié)構(gòu)是恒星演化階段所拋射出的物質(zhì)所致，但新的空間望遠鏡圖像數(shù)據(jù)分析表明其可能與星系磁場相關(guān)聯(lián)，而處于邊緣處的星際氣體云也正在被參宿四星的光芒所照耀。如果“墻”狀結(jié)構(gòu)是一個完全獨立的天體（物質(zhì)），那么科學(xué)家認為參宿四星的外圍弧形激波在5000年內(nèi)與前者發(fā)生碰撞4。

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

湯壽旎 - 副教授 - 武漢理工大學(xué)