“最大恒星”将要毁灭地球？天文学家：建议洗洗睡
箭头所指为参宿四。图片来源：NASA/ESA
参宿四——天空中第11亮、肉眼可见最大的恒星之一——在2019年10月开始变暗，变暗的幅度打破纪录。考虑到参宿四本身就是一颗年老、不稳定的恒星，有人怀疑它即将爆炸，但观测过后，天文学家并不这么认为。
撰文 | 王昱
2019年10月，有人发现参宿四（Betelgeuse，又被称为猎户座α，α Ori）正在急速变暗。参宿四是天空中第11亮的恒星（如果排除太阳，则是第10亮的恒星），4个月后，它的亮度就下降到了平常的36%。
参宿四的亮度本身就会随时间变化。恒星核心核聚变源源不断的能量加热了整颗恒星，使其受热膨胀，表面积增大，恒星亮度上升；但膨胀过程又会吸热，热压力减小后引力又将整颗恒星压缩到较小的体积，表面积减小，亮度又会下降。星等是描述星星亮度的对数单位，星等数值越小，亮度越大，比如0等星的亮度是5等星的100倍。在地球上来看，参宿四的星等一直在0.0到1.6之间徘徊，平均0.5等。但到2020年2月时，参宿四的星等已经降到了1.7，已经超出了它最暗的纪录。天文学家和天文爱好者称其为“大变暗”（The Great Dimming）。
按照天文学家的分类，参宿四是一颗超红巨星。如果把它放到太阳的位置上，它完全可以吞没水星、金星、地球和火星，星体表面能抵达小行星带之外。参宿四是肉眼可见的最大恒星之一。超红巨星是行将死亡的恒星，核燃料已经逐渐耗尽，引力和辐射压的平衡极其脆弱，随时可能被打破。按照恒星演化理论，参宿四演化阶段的下一步，就是在一阵绚烂的超新星爆发中结束自己的生命。一个“理所当然”的怀疑出现了：参宿四突然变暗，它是不是要超新星爆炸了？考虑到参宿四距离我们有700多光年，它会不会已经爆炸了，只是地球上的我们还没能观测到？
超新星可不是什么常见的天象。对其他星系的观测表明，银河系平均每个世纪只会出现3颗超新星。在银河系内，现代天文学知道的超新星，有相当一部分都是从古籍中确定爆发时间的，这说明银河系银河系的超新星完全有机会被肉眼观测到。历史记载的超新星中，天官客星（SN1054）可能是最著名的一颗，按照文献的记载，客星在最亮时，是天空中除了日月最亮的天体，天文学家推测它的亮度在-6等左右。今天的天文观测表明，SN1054距离地球大约6300光年，而参宿四距离地球只有700多光年。2016年，一篇发表在《天体物理学杂志》上的论文曾估计，如果参宿四超新星爆炸，它的星等将达到-12等，和满月的亮度相当。
一颗和满月亮度相当的星，这绝对是能登上头条的大新闻。不过也正是如此，参宿四的威力经常被夸大，成为恐怖故事和谣言的常客。2009年时，加州大学伯克利分校的一项研究表明，参宿四的外层大气大小缩小了15%。这对于不稳定的参宿四来说虽然奇怪，但也能算得上可以理解，但当时 “2012世界末日”的阴谋论正在广泛传播，就有人认为参宿四的超新星爆发可能就是造成世界末日的罪魁祸首。
超新星爆发确实威力强大，但如果想凭超新星的爆发威胁到人类的生存，参宿四还是和我们的距离还是太远了。在700多光年的距离上，参宿四超新星爆发对人类社会的影响，可能仅仅是天上多了一颗像满月一样亮的星星而已。天文学界当然会为之沸腾，但它绝对不会导致人类灭亡。在科幻小说《超新星纪元》中，刘慈欣为了让超新星世界末日显得更合理，将超新星拉到了距离地球8光年的位置上。比邻星是距离太阳最近的恒星，两者之间的距离就已经达到了4.22光年。
参宿四究竟会不会爆发，还是要看天文学家的研究。就算不能毁灭人类，参宿四的“大变暗”（The Great Dimming）还是吸引了全世界天文学家的目光。在一系列观测之后，天文学家要泼出一盆冷水了，这次变暗并不是超新星爆发的前兆，参宿四变暗的具体原因，天文学家有足够合理且自然的解释。
图片来源：ESO/M. Montargès et al./L. Calçada
2021年6月，在一篇发表于《自然》的论文中，一个国际天文学家团队公布了利用欧南台甚大望远镜拍摄的参宿四变暗图像，并表示该现象是由尘埃遮挡引起的：在参宿四在不规则的脉动下，一个气泡以每小时32万千米的速度被喷射了出来。气泡不断远离恒星，也不断冷却，其中的重元素（如硅）凝结，形成固体尘埃。喷射的方向正对地球，挡住了参宿四的星光，所以参宿四大幅度变暗。
图片来源：NASA、ESA、Elizabeth Wheatley (STScI)
2022年8月，一篇发表在《天体物理学杂志》的论文表明，参宿四这次喷射的气泡非常大。研究人员将其称为表面物质抛射（Surface Mass Ejection，SME）。太阳平常也会抛射表面的一些物质，这被称为日冕物质抛射（Coronal Mass Ejection，CME）。但参宿四作为不稳定的超红巨星，这次表面物质抛射抛出的物质质量大约是常规日冕物质抛射的4000亿倍，大概相当于好几个月球。根据这种理论预测，如果参宿四还会经历一次“大变暗”，那时间大约应该是在2025年到2026年。
不过这也不是唯一的解释，也有天文学家认为，大变暗是参宿四表面巨型的太阳黑子导致的。2021年8月，一个国家天文台的研究团队在《自然·通讯》上公开了他们的研究结果。研究人员分析了参宿四变暗过程的高分辨率近红外光谱，结果表明，当2020年1月31日参宿四亮度达到最低时，其有效温度下降了至少170开尔文，导致参宿四变暗。根据理论光谱计算结果，探测到的温度下降可能由参宿四表面的巨黑子引起。在太阳上，太阳黑子相对整个恒星表面不过是一个小小的斑点，但对于参宿四这样的超红巨星，对流效应产生的巨型太阳黑子可能覆盖整个恒星的表面。
变暗不是因为参宿四要爆炸了，但它究竟什么时候会爆炸？
这其实是一个很难回答的问题。因为现代天文观测的时间不过几十年，直到1920年时，天文学家还在为银河系是不是就是宇宙的全部在辩论。而恒星的演化最少也要以万年为单位，现在的观测很难去预测单个恒星的演化过程。
不过，天文学家还是有两种方法来解决这个问题。第一种就是通过观测多个恒星，不同的恒星可能处在不同的演化阶段，从而推知恒星的未来会怎样发展。其实，天文学家就是这样确定参宿四将来会超新星爆炸的。但要给出更具体的时间，天文学家可能还需要另一种方法——寻找现代天文学之前的观测结果。天文学家当然不可能造出时光机穿越回过去观星，他们选择在古代文献中“考古”。
2022年7月，一篇发表在《皇家天文学会月刊》上的论文就通过两千年来，古罗马、中国古代、日耳曼人等文明历史上对参宿四颜色的记载，分析了参宿四的演化阶段。
在2000多年前的《史记·天官书》中，司马迁曾记载：“太白白，比狼；赤，比心；黄，比参左肩；苍，比参右肩；黑，比奎大星。”其中的“参左肩”就是参宿四，司马迁称其为黄色；而“心”是是心宿二（Antares，又被称为天蝎座α，α Sco），被记载为红色。但在今天，参宿四的颜色比心宿二更红。心宿二的性质相对稳定，这说明过去2000年中参宿四的颜色发生了变化。结合其他现代观测数据，天文学家就能对参宿四的各项参数作出限制——参宿四的质量大约为太阳质量的14倍，现在已经1400万岁了。现在它正处在演化晚期，大约150万年后，它才会爆炸。
所以，有生之年里，我们应该是见不到参宿四超新星爆炸了。如果你觉得生活一团乱麻，想凭一颗超新星毁掉一切，还是洗洗睡吧——反正，新的一年开始了，生活总会变好的。
参考链接：
https://physicsworld.com/a/how-betelgeuse-blew-its-top-and-lost-its-rhythm/
https://www.nature.com/articles/d41586-022-00425-8
https://arxiv.org/abs/2208.01676
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03546-8
https://www.nature.com/articles/s41467-021-25018-3
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