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参宿四可能比之前认为的距离更近25%

参宿四经历了两次变暗。众所周知，它是天空中最亮的十颗恒星之一，天体物理学家和天文学家都忙着试图了解这颗红色超巨星发生了什么。各种各样的研究得出了一些答案：巨大的星斑，堆积的尘埃，超新星爆前的震动。

现在一项新的研究给我们对参宿四的了解提供了另一种思路。作者说参宿四比之前认为的更小更近。这项新的研究名为《站在巨人的肩膀上:结合演化、星震和台地水动力模拟对参宿四质量和距离进行重新估计》。第一作者梅里迪斯·乔伊斯(Meridith Joyce)博士是澳大利亚国立大学(AustralianNational University)的恒星物理学和银河考古学博士后研究员。这篇论文发表在《天体物理学杂志》上。在这篇新论文中，作者希望利用新的观测数据和三种不同的建模技术对附近的红色超巨星参宿四进行严格的检查。他们进行了水动力和地震模拟，以了解更多关于驱动参宿四脉动的物理，并更清楚地了解参宿四所处的生命阶段。

参宿四作为天空中最亮的第十颗星星，早早便引起了我们的注意。参宿四是一颗变星，同时在红外波段它是天空中最亮的恒星。它位于猎户座的显著位置，其独特的红色色调使它自古以来就成为大家所着迷的对象。为人所熟悉的猎户座，我们可以清晰地看到其腰带，自然位列其中的参宿四(左上角的红星)和参宿七(右下角的亮蓝色星)也可以看到。参宿四作为一颗变星，其亮度有时会发生变化。从去年年底开始，这颗恒星有了新的表现。首先，它变得越来越暗，在2020年2月初，亮度减弱到只有正常亮度的37%左右。直到2020年5月底，它的光芒再次点亮。接着，又陷入黯淡。

因此，他们能够得到一个精准的有关恒星半径的预测。他们也能得到更准确的质量、距离和周期测量。

在一篇新闻稿中，Joyce博士曾说：“通常来讲，参宿四是天空中最亮的恒星之一，但是自从2019末，我们观测到两次参宿四亮度的降低。这一现象引出一种推测，那就是参宿四有可能将要爆炸。但是我们的研究又提供了一种不同的解释。”

Joyce博士还解释道，“我们发现第一次的变暗现象和尘云有关。第二次较小型的变暗可能是由于恒星的脉冲。“

根据这些结果，参宿四还完全不接近一个即将爆炸的超新星。这个恒星内部仍在燃烧氦气，爆炸还是几百世纪以后的事。

“它的内部目前在燃烧氦气，意味着它还不接近爆炸”， Joyce博士说，“离爆炸发生可能还有10万年。”

红超巨星会在一百万或者两百万年间耗尽内核中的氦气。在那以后，它们会开始进行碳融合。紧接着，它们会融合越来越重的元素，直至内核形成铁。在此之后，它们不可避免的塌陷、爆炸，既而形成超新星。

在红超巨星最终引力坍塌之前，它的内核就像是一个洋葱。铁内核被一层一层的硅、硫、洋气、氖气、碳，混合着一些氧气、氦气，最后是一些氢气。内核外部主要由氢气和氦气构成。

（图片不按比例）（图片来源：ESO修改，数位巡天。CC BY 4.0）

对于参宿四精确的尺寸和距离测量一直以来都十分难以获得。在近几十年间，预测范围小至330光年，大至650光年。最近2017年的研究结果更是出现了724光年（+111/-156）。

知道距离恒星的距离是了解它的关键。若是我们不知道距离，我们就不知道恒星的亮度或是大小。但是测量距离的难度很大。

恒星的距离通常都是天文学家依靠三角视差来测量的。因此，他们会测算恒星的视运动。视运动指的是恒星相对于更遥远的恒星的运动方式。观测位置也因为这种基于地球绕日公转轨道的测算而发生了变化。目标恒星的位置会发生变化，而较远的恒星由于距离太远，似乎没有移动。这种视运动被称为恒星视差，以弧秒为单位。恒星距离越远，视差越小。

恒星视差的原理——

(图片来源:拉斯康柏天文台)

事实上，视差测量存在一个问题: 物体距离越远，测量的精度就越低。比方说，比邻星是离地球最近的恒星，它的视差只有0.772弧秒，这是观测到的所有恒星中视差最大的。而且如果从地面上观测，得到的结果可能会特别不准确，因为地球的大气层可能会对其产生干扰。

在该研究中，团队不仅使用了来自科里奥利卫星上仪器的数据，还有星震数据来精确参宿四的半径。他们应用了三个独立的模型来解释这些数据，得出的距离测量值为548（+ 88 / -49）光年。他们的测量结果表明，参宿四比先前认知的要小25％，近25％。

这张图像来自本研究，它显示的是各方对于参宿四的距离的测量结果。希帕尔科斯是欧洲航天局用于精确天体测量的一颗卫星，VLA是超大阵列无线电观测站。最新的测量结果也包含了星震数据（用灰色条表示）。

图片来源:乔伊斯等，2020年。

“参宿四的实际物理尺寸一直有点神秘——在早期的研究中认为他可能比木星的轨道还要大，”共同作者，布达佩斯Konkoly天文台的Laszlo Molnar博士说，“我们此次得到的结果表明参宿四最多也就是轨道直径的三分之二，是太阳的750倍。”

“一旦掌握了恒星的物理尺寸，我们就能够确定它与地球的距离。我们的结果显示它距离我们比之前认为的要近25%，只有530光年”Molnar说。

尽管参宿四的特性、距离和大小还存在一些不确定性，但它的最终结局是明确的，它最终会爆炸成为超新星。

超新星们的爆发是一场壮观的宇宙灯光秀，只要他们彼此之间距离不是很近。这是一张来自哈勃，钱德拉和阿尔玛天文台拍摄的SN 1987A 合成影像。影像提供: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/A. Angelich.可见光图像：the NASA/ESA 哈勃空间望远镜。X射线图像：NASA的钱德拉X射线天文台。

天文学家猜测古超新星在地球演化过程中发挥了作用，包括引发一些局部的物种灭绝。一颗360万年前的超新星，在泥盆纪时期，可能已经引发了一场物种灭绝——彻底消灭了多达地球上四分之三的物种。

另一颗星仅在260万年前的超新星或许已消灭了大型海洋动物，还有一颗可能已导致人类直立行走，尽管这个结果一目了然。但我们清楚的是，如果一个超新星距离地球太近爆炸是不好的，一项2017年的研究表明，超新星的杀伤区在距离地球50光年以内。

但当参宿四爆炸时，地球是安全的。在距离地球530光年的地方，爆炸产生的能量会在到达地球前广泛地消散。所以，与其说这是一场灾难，倒不如说这是这是一场绝妙的灯光表演和科学知识的聚宝盆。

相关知识

超新星（复数supernovae或supernovas，缩写为SN或SNe）是一种强烈的发光的星体爆炸。这种转瞬即逝的天文事件通常发生在大质量星演化的最后阶段或者当一个白矮星产生了失控的核聚变时，最原始的物体叫做前身天体，它要么坍缩到一个中子星中，要么是坍缩到黑洞中，或者是完全被摧毁。超新星的最大的光学亮度能与在逐渐消失的星系的几周或几个月的前的亮度相比。

作者：EVAN GOUGH

FY：Astronomical volunteer team

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