隨時(shí)都會(huì)爆炸的紅色巨人

孔詩(shī)槐

位于獵戶座“右肩”上，有一顆引人注目的紅色恒星，它就是參宿四。它離地球大約有640光年，質(zhì)量是太陽(yáng)的10到20多倍，而直徑大約是太陽(yáng)的1000倍。如果把參宿四放到太陽(yáng)系的中心，它的表面會(huì)接近木星軌道，水星、金星、地球和火星都會(huì)被它吞噬掉。之所以它這么大，是因?yàn)閰⑺匏恼幱诤阈茄莼耐砥陔A段，已經(jīng)變?yōu)橐活w紅超巨星了。

晚期階段的恒星，核心處的氫元素逐漸耗盡，并開始燃燒氦，恒星內(nèi)部壓力平衡會(huì)發(fā)生變化，星體會(huì)開始膨脹，同時(shí)表面溫度降低，呈現(xiàn)出橙紅色。這樣，恒星就變?yōu)榱思t巨星。如果質(zhì)量更大的話，就像參宿四那樣，那么我們就叫它紅超巨星。

自古以來(lái)，人們就注意到了這顆特別的恒星，而且它還出現(xiàn)在許多科幻經(jīng)典作品中，比如小說《銀河系漫游指南》、電影《銀翼殺手》等。盡管這顆恒星名聲很大，而且已經(jīng)被我們觀察了幾個(gè)世紀(jì)，但是它有許多神秘行為仍然讓天文學(xué)家困惑不已。

高速旋轉(zhuǎn)的巨星

通常來(lái)說，當(dāng)一顆恒星演變?yōu)榧t巨星或紅超巨星時(shí)，它的自轉(zhuǎn)速度會(huì)減慢，這就像滑冰者展開胳膊來(lái)降低旋轉(zhuǎn)速度一樣。然而，最近的觀測(cè)顯示，參宿四的自轉(zhuǎn)速度比先前預(yù)想的快得多，赤道的旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到了15千米/秒，大約是原來(lái)估計(jì)的150倍。

為了解釋這么高的旋轉(zhuǎn)速度，天文學(xué)家推測(cè)，參宿四原本可能有一個(gè)伴星，但是大約在10萬(wàn)年前，它把伴星吞噬掉了。這顆伴星的質(zhì)量可能與我們的太陽(yáng)大致相同，它大致處在如今參宿四半徑的地方，并圍繞后者運(yùn)行。然后，參宿四變成了一顆紅超巨星，并將伴星吞噬掉。這樣，伴星會(huì)把圍繞參宿四時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)量，完全轉(zhuǎn)移到參宿四身上，這會(huì)使得參宿四旋轉(zhuǎn)加速。

這種假設(shè)是很合理的，因?yàn)橛钪嬷写蠖鄶?shù)大質(zhì)量恒星都有伴星，那么，肯定有一些會(huì)在變?yōu)槌?jí)巨星的過程中，吞掉自己的伴星。

向外噴涌大量的物質(zhì)

參宿四的大氣范圍很廣。觀測(cè)顯示，大氣都延伸到了恒星可視表面半徑的5倍之外。如果參宿四位于太陽(yáng)的位置，那么它的大氣能延伸到海王星軌道那里。此外，其大氣中有些區(qū)域的溫度，比可視表面溫度（約為1200開爾文）高出5%到10%。這些高溫區(qū)域的跨度大約是恒星可視直徑的5%到10%，其形狀會(huì)在幾個(gè)月的時(shí)間尺度上發(fā)生變化。

天文學(xué)家認(rèn)為，之所以參宿四存在很大范圍的大氣，并且內(nèi)部存在許多高溫區(qū)域，是因?yàn)樗粩嘞蛑車奶諊娪看罅康奈镔|(zhì)。天文學(xué)家推測(cè)，像參宿四這樣的超級(jí)巨星，每年都會(huì)向外噴出大約一個(gè)地球質(zhì)量的物質(zhì)。物質(zhì)一旦離開恒星可視表面，參宿四產(chǎn)生的輻射壓力就會(huì)驅(qū)動(dòng)物質(zhì)飛向遠(yuǎn)處，形成一股強(qiáng)烈的恒星風(fēng)。恒星風(fēng)主要由氣體（如氫氣、一氧化碳和水）構(gòu)成，還存在少量的塵埃顆粒。

但是，參宿四的表面溫度并不是很高，那么這么多的物質(zhì)究竟如何從參宿四表面逃逸出來(lái)的呢？目前，天文學(xué)家還沒有完全搞清楚。他們正在對(duì)不同波段下的參宿四進(jìn)行觀測(cè)，探測(cè)它的大氣組成，來(lái)了解這個(gè)過程。

處在動(dòng)態(tài)變化之中

另一項(xiàng)對(duì)參宿四的研究表明，它看似正在縮小。天文學(xué)家利用美國(guó)加州的威爾遜山頂部的紅外空間干涉儀，發(fā)現(xiàn)在15年的時(shí)間里，這顆恒星的直徑縮小了15%以上。

但天文學(xué)家認(rèn)為，參宿四并不會(huì)一直縮小下去，而是處在一種動(dòng)態(tài)變化之中——一段時(shí)間會(huì)變小，過一段時(shí)間后會(huì)變大。因?yàn)榇筚|(zhì)量恒星進(jìn)入生命末期時(shí)，核心每當(dāng)燃盡一種元素后，會(huì)點(diǎn)燃下一種更重的元素進(jìn)行核聚變。在這個(gè)過程中，恒星內(nèi)部的壓力情況會(huì)不斷變化，導(dǎo)致其體積和光度也不斷變化。參宿四就處在這個(gè)階段，在這個(gè)階段它可能還要延續(xù)數(shù)百萬(wàn)年。

針對(duì)參宿四的光度的觀測(cè)，似乎暗示了上面的這種可能。在5到6厘米的波長(zhǎng)范圍內(nèi)（微波波段），從1970年前后的第一次測(cè)量到本世紀(jì)頭幾年之間，參宿四的亮度似乎變暗了。但隨后，這一趨勢(shì)趨于平穩(wěn)。在2012年到2015年之間，它逐漸恢復(fù)到了原來(lái)的亮度。

需要說明的是，對(duì)恒星直徑的測(cè)量可能無(wú)法達(dá)到很準(zhǔn)確，因?yàn)閰⑺匏牡谋砻娲嬖谥芏啻蠓秶膶?duì)流區(qū)域，所以很難界定恒星的表面具體在哪。天文學(xué)家將會(huì)不斷改進(jìn)觀測(cè)辦法，來(lái)進(jìn)一步了解參宿四的變化情況。

隨時(shí)能發(fā)生爆炸

只要是初始質(zhì)量大于8倍太陽(yáng)質(zhì)量的恒星，就有機(jī)會(huì)通過自身的引力坍縮變?yōu)槌滦恰６煳膶W(xué)家一致認(rèn)為，在未來(lái)數(shù)百萬(wàn)年里的任何時(shí)間，參宿四都有可能發(fā)生爆炸，變?yōu)橐活w超新星。也許現(xiàn)在它已經(jīng)爆了，只不過光線還沒有抵達(dá)地球。

爆炸之前，參宿四的核心會(huì)開始合成鐵，然而合成鐵會(huì)吸收能量，恒星的輻射壓力降低，無(wú)法抵抗自身的引力，于是就發(fā)生了坍縮。核心處，電子和質(zhì)子會(huì)合并在一起，變?yōu)橹凶?，外圍的物質(zhì)會(huì)被反彈，引發(fā)爆炸，變?yōu)橐活w超新星。爆炸后，參宿四的核心處會(huì)留下一個(gè)中子星殘骸。而參宿四爆發(fā)時(shí)瞬間釋放的能量，大致相當(dāng)于太陽(yáng)在8000萬(wàn)年里釋放的能量總和。

目前為止，SN1604是銀河系內(nèi)最后一顆被觀測(cè)到的超新星，其爆發(fā)發(fā)生在1604年。SN1604位于蛇夫座內(nèi)，距地球大約有2萬(wàn)光年，爆發(fā)時(shí)肉眼可見，而且有3周的時(shí)間我們甚至在白天都可以用肉眼觀測(cè)到。而參宿四距離地球只有約640光年，如果它發(fā)生爆炸，那么我們也能很清楚地觀測(cè)到它。

如果參宿四變?yōu)槌滦堑脑?，地球上的你能在天空中看到一個(gè)亮點(diǎn)，不管是在白天還是夜晚它都可見，而且這種情況將持續(xù)數(shù)周至數(shù)月。這顆超新星的亮度預(yù)計(jì)將是滿月亮度的四分之一，但在幾個(gè)月之后會(huì)逐漸變暗。那么，參宿四變?yōu)槌滦堑脑?，是否?huì)對(duì)地球上的生命產(chǎn)生傷害呢？天文學(xué)家認(rèn)為，它無(wú)法產(chǎn)生任何明顯的傷害，因?yàn)榫嚯x太遠(yuǎn)了。

而在爆發(fā)4年后，你在晚上也無(wú)法用肉眼看到參宿四了。如此一來(lái)，獵戶座的“右肩”就永遠(yuǎn)的消失了。endprint