你真的了解北極星嗎？--北極星重量與到地距離之謎

驅膜_盤谷 2021-09-30

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這一切持續(xù)打破著天文學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，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。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。

“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”達成一致。事實上，天體物理學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的天體物理學家，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》（Live Scicence）透露，一旦敲定了這些細節(jié)，再確定這顆恒星有多遠就不難了。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。這極大簡化了計算過程。天文學家非常堅信上述關系，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，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量。加之新哈勃望遠鏡的“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量和到地距離。最終我們測得這顆恒星的質量3.45倍于太陽，誤差在0.75個太陽之內。

但這比我們從恒星演化模型中得到的結果（北極星的質量約是太陽的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，兩顆恒星的年齡應該相近。

尼爾森和一位來自多倫多大學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。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)望遠鏡的視野范圍。同時，擁有精確測量條件的望遠鏡又往往只為那些更暗，更遠的恒星所設計。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，我們應充分相信數(shù)據研究人員，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原有的活力，吸入額外的物質，讓它像是“剛剛沐浴過'青春的噴泉’”。經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。