隨時可能爆發的紅超巨星——參宿四

(2014-06-25 10:36:44)標籤：星座獵戶座參宿四it紅巨星分類：仰望星空爆發之後,白天都能看見！而在爆發四年後,我們熟悉的獵戶座，也將永遠地缺失一角……獵戶座裏的紅巨星「參宿四」，在冬季的夜空中分外明亮，而且近年來還越來越亮。原來，它即將走到生命的終點，隨時都可能爆發。在滿天數不勝數的恆星中，參宿四算是離地球很近的，一旦爆發，即使在白天也能看見。無疑，那將是極壯觀的天文景象。那麼，距真正爆發還有多久？從地球上能夠看到怎樣的現象？爆發又會給地球帶來怎樣的影響呢？翻譯/王喬

冬季的夜空華麗璀璨。其中最為引人注目的，就是在天空南部閃耀著的獵戶座。獵戶座得名於希臘神話人物「俄裏翁」(Orion），它的特徵是在「腰帶」上有3顆星，與周圍的4顆亮星排成沙漏的形狀，是一個勻稱美麗的星座。獵戶座亮星眾多，即便是在觀測條件不佳的大城市夜空，也經常能夠看見。說起在獵戶座當中最引人注目的星星，應該就是橙色的一等星「參宿四」(獵戶座α，Betelgeuse）吧。它位於「獵戶」的「右肩膀」上，與位於小犬座的南河三、位於大犬座的天狼星合稱「冬季大三角」。

冬季大三角參宿四距離地球大約640光年，它的質量大約是太陽的20倍，半徑（7億公里）大約是太陽的1000倍。如果用這顆巨大的恆星來替換太陽，那麼水星、金星、地球和火星將全部被它吞沒，而它的表面差不多能延伸到木星軌道一帶。與此同時，它的亮度也在變化，是一顆「變星」，最大光度為0.4等。

參宿四與地球和木星軌道的大小對比。圖/NASA紅色臃腫的晚年巨星現在的參宿四，正處於隨時都可能發生「超新星爆發」的階段。由於內部的氫元素髮生核聚變，年輕的恆星可以持續地「燃燒」。對於參宿四這樣一顆擁有20倍太陽質量的恆星，這個階段可以持續1000萬年左右，相當於它的「壽命」的90%。在這之後，作為燃料的氫元素逐漸耗盡，恆星內部的壓力平衡發生變化，星體開始膨脹。伴隨著這個過程，表面的溫度降低，顏色變紅。這樣的恆星被稱為「紅巨星」，其中特別巨大的就稱為「紅超巨星」，也就是現在參宿四所處的狀態。當恆星質量超過太陽質量8倍以上，最終就會演變成紅巨星，「以超新星爆發的形式結束一生」不過是早晚的事。而質量超過20倍太陽質量的恆星，在演變成紅巨星後100萬年左右，就會發生超新星爆發。據此可知，參宿四的結局也將是超新星爆發。從地球看來，超新星爆發就是夜空中的一點突然地急劇增亮。一顆超新星瞬間爆發的光度，大致等同於擁有1000億顆恆星的星系的光度。

近年來變亮的參宿四的形態。如果參宿四現在爆發的話，距離我們銀河系內上次超新星爆發—1604年觀測到的「開普勒超新星」(13000光年外，蛇夫座方向），大約時隔400年左右。開普勒超新星亮度的峯值達到了木星的亮度，閃耀了大約一年的時間。而在白天也能看得見的超新星爆發，則可以追溯到1054年在中國、日本觀察到的那顆「客星」(7200光年外，金牛座），也就是今天的「蟹狀星雲」。如果真的發生了超新星爆發，將是前所未有的近距爆發，對於研究恆星演化的科學家來說，更是非常值得期待的事情。史上最大天體秀如果參宿四發生了爆發，看起來會是什麼樣子呢？1.5天前中微子到達超新星爆炸變亮，表面溫度從3000℃急劇上升到100000℃，顏色變藍。1小時後0等星（與參宿七同亮度）2小時後-1.5等星（與天狼星同亮度）。很快超過-4等的啟明星，變得在白天也能看見。3小時後-10等星（與弦月同亮度）。表面亮度是滿月的100倍。6天後由於膨脹，表面溫度下降，顏色變白。7天後-10.5等，看起來更加明亮。7~130天後持續4個月，亮度基本不變化，但是顏色逐漸變紅。130天後-8等左右，亮度急劇下降。之後，放射性元素衰變產生的熱量導致發光。隨著放射性元素的減少，亮度不斷下降。另外，這些放射性元素是在超新星爆發時產生的衝擊波的一次性產物。400天後-4等（與啟明星同亮度）。從此在白天變得無法看見。2年半後2等星（比現在的參宿四還要昏暗）4年後6等星。此後，在夜間無法用肉眼識別。4年後，在晚上也無法用肉眼看到。如此一來，「獵戶」的「右肩」就消失了，「冬季大三角」也將隨之不復存在。

從爆發之後四年左右的時間，參宿四變成了一顆6等星，用肉眼將難以看見它。看上去，「獵戶」將失去「右肩」。如果參宿四真的發生了超新星爆發，那麼它除了是一場極壯觀的天體秀以外，也是檢驗超新星爆發理論的最好時機。作為科學愛好者的你，想必也非常期待親眼看到這一幕吧！那麼，參宿四為什麼會出現巨大的氣體鼓包呢？如何用中微子來預警爆發事件呢？大爆發對地球有什麼影響呢？請閱覽《科學世界》第7期「探索」欄目文章：隨時可能爆發的紅超巨星。

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