到時(shí)候，你可能會看到兩個(gè)月亮，但我們的后代再也無法看到美麗的“冬季大三角”。
撰文 | 王善欽
最近，著名的星星“參宿四”持續(xù)變暗，引起了很多天文學(xué)家與天文學(xué)愛好者的注意。很多人認(rèn)為這意味著參宿四即將甚至已經(jīng)爆發(fā)為超新星。有些人認(rèn)為這顆超新星有可能威脅甚至摧毀地球生態(tài)圈。在這篇文章中，我們就看看這些傳言是否可靠。
參宿四的基本情況
參宿四，英文名為“Betelgeuse”，拜耳命名法中它的稱號是獵戶座α——這一般是某個(gè)星座中最亮的星的編號。但實(shí)際上，參宿四是一顆變星，它大部分時(shí)間內(nèi)比參宿七暗，只是因?yàn)樵谀承r(shí)候的"視星等"達(dá)到0.05等左右，比參宿七亮，才被命名為獵戶座α。視星等在0.05到0.18等之間變化的參宿七因此屈居第二，被命名為獵戶座β。
("星等"是用來描述星星亮度的量。根據(jù)定義，星等越低，亮度越大。比如，1等星比2等星亮，前者的亮度是后者的2.512倍。以此類推，1等星亮度是比6等星亮度的100倍，是11等星的1萬倍。"視星等"對應(yīng)的是"看上去的亮度"——視亮度。)
圖：獵戶座與參宿四（圖中紅色圓圈所圈）
一般情況下，參宿四是全天第11亮星，平均視星等為0.5等。它的視星等在不斷變化，最亮?xí)r可以達(dá)到0等，成為全天第5亮星；最暗時(shí)，它會降低到1.3等甚至更暗，排到全天第20亮之外。
參宿四的質(zhì)量大約是太陽的18到19倍，半徑大約是太陽的1000倍。如果放在太陽的位置，它會吞沒水星、金星、地球、火星、小行星帶，并可能把木星也吞了。
參宿四距離地球大約700光年，但因?yàn)槠渚薮蟮闹睆?，它成為除太陽之外第一顆被測出圓盤面的恒星，也是除了太陽之外，看上去第二大的恒星。
參宿四已經(jīng)爆發(fā)為超新星？還是讓子彈先飛一會兒吧
從2019年10月開始，參宿四一直在變暗。昨天（2020年2月2日）最新公布的情況是：它已經(jīng)降到了1.6等左右。此前幾天，它曾經(jīng)短暫變亮，以至于很多人又激動(dòng)地以為它已經(jīng)爆炸為超新星，忙不迭地寫文章，甚至宣稱世界末日要來了。
但是，要判斷它是否真的已經(jīng)爆發(fā)為超新星，必須等幾天，因?yàn)槌滦潜l(fā)之后十天左右（甚至五天左右）會比爆發(fā)前亮大約幾萬倍以上。
以參宿四為例，它V波段的平均絕對星等大約是-5.85等（假定將星星放到距離地球32.62光年，觀測到的視星等就是絕對星等），而超新星的絕對星等大約是-18等左右，比參宿四亮了大約12等。根據(jù)星等的定義，每降低5等，亮度變?yōu)樵瓉淼?00倍；降低10等，亮度變?yōu)樵瓉淼?萬倍；降低12等，亮度提升6萬多倍。換句話說，如果參宿四真的已經(jīng)爆發(fā)為超新星，只需要十天（甚至五天）左右，它就可以變亮6萬倍左右。
結(jié)果，過去幾天，它不僅沒有繼續(xù)增亮，反而又繼續(xù)暗了下去。所以，前幾天的變亮只是它的常規(guī)變化行為，并不是因?yàn)樗呀?jīng)爆炸為超新星。
由于參宿四距離我們大約700光年，這么短的距離內(nèi)，宇宙膨脹效應(yīng)可以忽略不計(jì)，所以它發(fā)出的光要跑大約700年才到我們這里。換句話說，我們每次看到的都是它此前大約700年前發(fā)出的光。為了討論的方便，我們扣除這700年的時(shí)間差。比如，我們說的幾天前的它的亮度，其實(shí)是它在700年加幾天之前的亮度，但我們還是直接說幾天前。
超新星爆炸前會持續(xù)變暗嗎？
既然參宿四前幾天的突然變亮只是短暫行為，變暗仍然是它當(dāng)前的主要趨勢，那么我們就可以重新回到這個(gè)問題：它持續(xù)變暗，是因?yàn)樗磳⒈槌滦菃幔?/span>
答案會令很多人失望：恒星演化理論與超新星爆發(fā)理論都沒有預(yù)測恒星爆炸為超新星之前會先持續(xù)變暗。
其實(shí)，導(dǎo)致恒星變暗的原因有很多：恒星自身收縮、恒星溫度降低、恒星表面熱區(qū)域與冷區(qū)域的位置變化、恒星噴發(fā)出大量塵埃，以及上述多種原因的組合。
以恒星噴發(fā)大量塵埃為例，當(dāng)恒星噴發(fā)出大量塵埃后，塵埃會吸收一部分可見光，塵埃被這些光加熱后，散發(fā)出紅外線，這就使得恒星的可見光亮度降低。
參宿四是一顆紅超巨星，而且質(zhì)量超過了18個(gè)太陽質(zhì)量，它在核心可以用來聚變的氫都聚變?yōu)楹ぶ?，會依次進(jìn)行更高難度的聚變反應(yīng)，比如把氦變?yōu)樘?，直到把硅聚變?yōu)殍F——這個(gè)過程并不是簡單地將兩個(gè)硅聚變?yōu)殍F，而是通過一系列復(fù)雜反應(yīng)完成的。
硅聚變完成后，超新星就立即在此后幾秒內(nèi)爆發(fā)。嚴(yán)格說，這類恒星就是在鐵核心積累到足夠大時(shí)就突然向內(nèi)塌縮，硅聚變同時(shí)停止，然后超新星立即爆發(fā)。
對于參宿四這樣的恒星，氫聚變?yōu)楹さ臅r(shí)間可以持續(xù)幾百萬年，但硅聚變?yōu)殍F的過程非常短——以小時(shí)來計(jì)算。所以你指望小時(shí)量級的硅聚變階段可以導(dǎo)致恒星持續(xù)幾十天以上變暗，顯然是不可能的，因?yàn)檫B時(shí)間的尺度都對不上。
但如果變暗的原因是恒星表面的劇烈變化或者恒星噴發(fā)出強(qiáng)烈富含塵埃的星風(fēng)，那就確實(shí)意味著這顆星正在快速走向生命終點(diǎn)：很多恒星在快要死亡時(shí)，會噴發(fā)出特別強(qiáng)烈的星風(fēng)，裹挾著大量塵埃。
但對于一顆恒星，這樣的劇烈噴發(fā)可以發(fā)生很多次。有時(shí)候，恒星噴發(fā)物質(zhì)之后幾年，恒星就爆炸為超新星；有時(shí)候，恒星噴發(fā)物質(zhì)之后幾十年，恒星才爆炸為超新星。此外，有時(shí)候恒星噴發(fā)出的物質(zhì)還會碰撞之前噴發(fā)出的物質(zhì)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，發(fā)出強(qiáng)光，反而變亮了——這就是“假超新星”。
對于參宿四，我們根本不知道它的變暗是不是因?yàn)閺?qiáng)烈的物質(zhì)噴發(fā)導(dǎo)致的。即使假定是物質(zhì)噴發(fā)導(dǎo)致，也無法確定它會在幾年還是幾十年甚至幾百年后才會爆發(fā)為超新星。
如果參宿四爆發(fā)為超新星，它會有多亮？
上面說過，如果參宿四爆發(fā)為超新星，它會變亮大約12等。參宿四的視星等（記住，此處討論視星等，不是絕對星等）最亮?xí)r為0等，將0減去12，得到的是-12等。假如它爆發(fā)為超新星后還可以更亮1等，那它的視星等就是-13等。
滿月的視星等大約是-12.4等，太陽的視星等是-26.7等。對比之后就會發(fā)現(xiàn)，參宿四爆發(fā)后最亮?xí)r會與滿月差不多亮，夜晚照出人影是沒問題的。但即使是最亮?xí)r，它看上去也顯然要比太陽暗得多。出現(xiàn)兩個(gè)太陽的情況是不可能的。
如果參宿四爆發(fā)為超新星，它會毀滅地球嗎？
如果有人問你這個(gè)問題，你可以反過來問他：那月光會毀滅地球嗎？參宿四爆發(fā)為超新星之后，最亮?xí)r看起來也才月亮那么亮，意味著它發(fā)出的光落在地球上的流量與月光照射地球時(shí)的流量一樣。
從另一個(gè)方面說，參宿四與地球的距離大約為700光年，而早已有嚴(yán)肅的研究表明，只有距離地球10光年以內(nèi)的超新星爆發(fā)才有可能破壞地球大氣，進(jìn)而破壞生態(tài)圈。
有些人還認(rèn)為：參宿四爆發(fā)后產(chǎn)生的伽瑪射線暴如果方向恰好對準(zhǔn)地球，就有可能摧毀地球生物圈。
但參宿四是一顆紅超巨星，有很厚的氫包層。如果伽瑪射線暴由噴流產(chǎn)生，那么，即使參宿四爆炸后內(nèi)部產(chǎn)生噴流，噴流也會被氫包層吞沒，而不可能產(chǎn)生伽瑪射線暴。如果伽瑪射線暴來自激波突破，參宿四也不可能產(chǎn)生伽瑪射線暴：紅超巨星的激波突破輻射不可能是伽瑪射線，只能是紫外線與可見光，它們無法傷害地球大氣。
圖：別以為超新星爆發(fā)都會這么近。
結(jié)論
參宿四的持續(xù)變暗，并不意味著它會立即成為超新星。它變暗的具體原因未知。即使它成為超新星，它看上去最多也只是達(dá)到滿月亮度，因此無法破壞地球大氣與生態(tài)圈。
無論如何，參宿四已經(jīng)處于生命末期，不過瘦死的駱駝比馬大，人家就是末期的持續(xù)時(shí)間也比人類壽命長，大概也就幾十萬年吧。當(dāng)然，如果它已經(jīng)處于末期的末期，那我們有生之年還是有希望看到它爆炸的。
假如參宿四爆炸為超新星，我們將見證一次壯觀的銀河系內(nèi)的超新星爆發(fā)，上一次被人類觀測到的銀河系內(nèi)超新星爆發(fā)是于1604年被觀測到的“開普勒超新星”，那時(shí)"大清"不僅還沒滅，它還沒建立呢。
如果參宿四爆炸為超新星，我們的后代就看不到美麗的、幾乎等邊的"冬季大三角"了。這么想來，還是有些遺憾的。
特 別 提 示
