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科学|等待参宿四：这颗星星怎么了？


千载难逢 ， 近距离观测超新星爆炸

科学|等待参宿四：这颗星星怎么了？
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图片：猎户星座的参宿四的衰退 。 图源：Alan Dyer拍摄于2019年12月21日
你是否注意到 ， 冬季的星空中最为标志性的猎户星座看起来于之前有点不同了？造成这种不同的原因是 ， 位于猎户座肩膀位置的猎户座 α 星 ， 又称参宿四变暗了 ， 这是21世纪以来 ， 参宿四最暗的时候 。
这颗超新星的预备役什么时候会爆炸？它将要爆炸时会有什么表现？
与所有优秀的天文学与宇宙故事相似 ， 这个故事始于一个周五的夜晚 。 在这个周末前夕的夜晚（12月20日） ， 社交媒体上开始出现关于参宿四的讨论 ， 引发讨论的源头 ， 是维拉诺瓦大学的研究者12月8日发表的一篇讨论“红巨星参宿四的衰弱”的论文 。 来自美国变星观测者协会（AAVSO）的光变曲线证明了参宿四确实暗了一个星等 ， 或者比原先的星等多了0.5到1.5 。 那天的夜空是晴朗的 ， 便于观测 ， 于是我们来到位于弗吉尼亚州诺福克的停车场的屋顶进行观测 。 参宿四确实衰弱了 ， 比旁边的毕宿五还要暗一些 。

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自1970年起 ， 对参宿四星等的估算 。 来自：AAVSO
这样的变化对像参宿四这样的变星来说并不寻常 ， 同时也使天文界带有些踌躇 。 作为一个距离700光年的、12倍大于太阳的红巨星 ， 参宿四的红橙周期性变化于1836年首次被记载 ， 记录者为天文学家约翰赫歇尔爵士 。 目前 ， 参宿四的膨胀半径大约8个天文单位（AU） 。 如果把它置于太阳系中心 ， 它可以覆盖到木星的运行轨道之外 。

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我们（渺小的）寄主星 ， 与附近的包括参宿四在内的行星 。 图源：Dave Dickinson
基于这一现实 ， 天文学家们用威尔逊山天文台的2.5米望远镜 ， 使用粗糙的光学干涉测量方式来确定参宿四的物理直径 。 在20世纪80年代末 ， 天文学家利用新兴的孔径掩蔽干涉法获得了参宿四的第一幅直接图像 。

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紫外线下脉动的参宿四 。图源：NASA/HST
由于是距离太阳系最近的一颗可能会变为超新星的恒星 ， 参宿四一直备受关注 。 我们经常能够看到银河系中的超新星 ， 但是我们从未近距离观测到过超新星的形成 ， 1604年蛇夫座的开普勒星是我们在银河系中发现的最后一颗超新星 ， 而1987年曾观测过位于麦哲伦星云的超新星的形成过程 。 像参宿四这样的红巨星并不会停留在红巨星阶段太久 ， 它的氢燃料将在1000万年后耗尽 。 它将经历一次爆炸和塌缩 ， 最终变为一颗II型超新星 。 这场爆炸可能会在数万年后发生 ， 也可能今晚就发生 。

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参宿四仍在衰退……图片为使用智能手机于弗吉尼亚海滩拍摄的猎户座 。 图源大夫·迪金森
参宿四的衰退究竟是它爆炸前的讯号 ， 还是只是误会一场？天文学家们对此尚无定论 ， 但毫无疑问 ， 这是一个绝佳的研究机会 ， 毕竟参宿四距离我们仅有700多光年 。 每个光学望远镜都对准了它 ， 激光干涉引力波天文台(LIGO)等设备也可以探测到它的引力波 ， 当爆炸真的发生时 ， 像冰立方等中微子天文台同样可以探测到 。
而幸运的是 ， 爆炸发生时 ， 周围50光年都是爆炸的“杀伤区” ， 我们因不在区域内而足够安全 ， 但我们又可以接收到爆炸产生的辐射 ， 并以此来观测超新星爆炸这一科学事件 ， 同时也是一场盛大的演出 。 古老的超新星可能参与了地球生命的进化 ， 近期有研究认为 ， 超新星甚至有可能是人类直立行走的推手 。


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