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你真的了解北極星嗎？--北極星重量與到地距離之謎

2021-09-29 14:25 作者:天文在線 0人讀過 | 我要投稿

這一切持續(xù)打破著天文學(xué)家建立的恒星運行模型

在長時間曝光的圖像中，所有星星好像在圍繞北極星旋轉(zhuǎn)，后者似乎被固定在了天空中。

北極星最近出了點事

人們觀察了北極星幾個世紀(jì)之久，這顆以“北極”命名的明亮星星，幾乎就在地球的北極點的正上方。對于沒有羅盤的旅行者來說，它就是天空中的指向標(biāo)。它也是距離地球最近的造父變星，一種看上去在直徑和亮度上有規(guī)律脈動的恒星。同時，北極星屬于一個雙星系統(tǒng)，也就是說它有一顆更暗的姊妹星，也即北極星B，我們可以從地球上看到它圍著北極星轉(zhuǎn)。

“然而，隨著我們研究的深入，我們對于北極星的了解反而變少了?！?一篇關(guān)于北極星的新論文如是寫道：

圍繞北極星的主要問題是：沒人能就它的“大小”和“與地球的距離”達(dá)成一致。事實上，天體物理學(xué)家很少能拿得出有效的方法來計算像北極星這樣的恒星的密度，年齡和與地球的距離。新研究的共同作者謝爾丁·尼爾森（Hilding R. Neilson）是一位來自多倫多大學(xué)的天體物理學(xué)家，他說，其中一種方法基于恒星演化模型，研究人員研究恒星的亮度，顏色和脈動頻率，并使用這些數(shù)據(jù)來確定這顆恒星的大小和亮度，以及處于哪個生命階段。

尼爾森對《生命科學(xué)》（Live Scicence）透露，一旦敲定了這些細(xì)節(jié)，再確定這顆恒星有多遠(yuǎn)就不難了。如果我們知道這顆恒星實際上有多亮，以及在地球上看有多暗，這不過是些簡單的數(shù)學(xué)計算。

此類模型特別貼合造父變星，因為這種恒星脈動頻率和光度(或亮度)直接相關(guān)。這極大簡化了計算過程。天文學(xué)家非常堅信上述關(guān)系，這也使得造父變星成為測量宇宙距離的一個非常重要的工具。當(dāng)然，還有人用不同于恒星演化模型的方法研究北極星。

“北極星就是我們說的天測雙星，”尼爾森說，“這意味著你可以實際觀測到它的伴星圍繞著它轉(zhuǎn)，有點像在北極星周圍畫了個圈，這一畫就是26年?！?/p>

研究人員還沒有仔細(xì)觀察到北極星B的整個環(huán)繞軌道。但就他們近些年對這顆伴星的研究，其軌道已經(jīng)躍然紙上了。尼爾森說，通過軌道信息，我們就可以借助萬有引力定律來計算這兩顆恒星的質(zhì)量。加之新哈勃望遠(yuǎn)鏡的“視差”測量（計算到恒星距離的另一種方法），就可以非常精確地得出北極星的質(zhì)量和到地距離。最終我們測得這顆恒星的質(zhì)量3.45倍于太陽，誤差在0.75個太陽之內(nèi)。

但這比我們從恒星演化模型中得到的結(jié)果（北極星的質(zhì)量約是太陽的7倍）要小多了

除此之外，這個恒星系統(tǒng)還有一點很奇怪。對北極星B年齡的計算表明它比它的大伴星要老很多。但這在一般的雙星系統(tǒng)中并不常見，通常來說，雙星系統(tǒng)中，兩顆恒星的年齡應(yīng)該相近。

尼爾森和一位來自多倫多大學(xué)的本科生兼研究者海莉·布林（Haley Blinn）創(chuàng)造了一整套宏大的北極星模型，他們想看看這個模型能否適用于該系統(tǒng)所有的已知數(shù)據(jù)。但遺憾的是，他們不能。如研究者者所述，至少得有一種測量方法錯了。尼爾森說，北極星是一顆特別難研究的恒星。它偏居地球北極，超出了絕大多數(shù)望遠(yuǎn)鏡的視野范圍。同時，擁有精確測量條件的望遠(yuǎn)鏡又往往只為那些更暗，更遠(yuǎn)的恒星所設(shè)計。北極星對于它們來說太亮了，簡直可以說是閃瞎眼。

但尼爾森還表示，我們應(yīng)充分相信數(shù)據(jù)研究人員，何況也沒有明顯的理由去懷疑這些信息。這使得尼爾森和布林給出了另一個解釋，這個解釋看上去頗為奇怪：最初，北極星的主星有兩顆，但在幾百萬年前，它們啪地相撞，融合成了一顆恒星。尼爾森說，這樣的兩元相撞會使恒星恢復(fù)原有的活力，吸入額外的物質(zhì)，讓它像是“剛剛沐浴過‘青春的噴泉’”。經(jīng)過二元相撞的恒星并不是非常符合恒星演化規(guī)律，這就解釋了北極星身上的種種矛盾。