參宿四已爆炸為超新星了嗎?它會摧毀地球嗎?

2020-11-18 澎湃新聞

原創王善欽返樸

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到時候，你可能會看到兩個月亮，但我們的後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」持續變暗，引起了很多天文學家與天文學愛好者的注意。很多人認為這意味著參宿四即將甚至已經爆發為超新星。有些人認為這顆超新星有可能威脅甚至摧毀地球生態圈。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——這一般是某個星座中最亮的星的編號。但實際上，參宿四是一顆變星，它大部分時間內比參宿七暗，只是因為在某些時候的"視星等"達到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，前者的亮度是後者的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，最亮時可以達到0等，成為全天第5亮星；最暗時，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，並可能把木星也吞了。

參宿四距離地球大約700光年，但因為其巨大的直徑，它成為除太陽之外第一顆被測出圓盤面的恆星，也是除了太陽之外，看上去第二大的恆星。

圖：Atacama大毫米/亞毫米陣（Atacama Large Millimeter/submillimeter Array，ALMA)拍攝到的參宿四的毫米/亞毫米波段的圖像，這是ALMA首次拍攝到一顆恆星的表面。（來源：Atacama Large Millimeter/submillimeter Array，ALMA）

參宿四已經爆發為超新星？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。2020年2月2日最新公布的情況是：它已經降到了1.6等左右。此前幾天，它曾經短暫變亮，以至於很多人又激動地以為它已經爆炸為超新星，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爆發為超新星，必須等幾天，因為超新星爆發之後十天左右（甚至五天左右）會比爆發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。根據星等的定義，每降低5等，亮度變為原來的100倍；降低10等，亮度變為原來的1萬倍；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爆發為超新星，只需要十天（甚至五天）左右，它就可以變亮6萬倍左右。

結果，過去幾天，它不僅沒有繼續增亮，反而又繼續暗了下去。所以，前幾天的變亮只是它的常規變化行為，並不是因為它已經爆炸為超新星。

由於參宿四距離我們大約700光年，這麼短的距離內，宇宙膨脹效應可以忽略不計，所以它發出的光要跑大約700年才到我們這裡。換句話說，我們每次看到的都是它此前大約700年前發出的光。為了討論的方便，我們扣除這700年的時間差。比如，我們說的幾天前的它的亮度，其實是它在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，變暗仍然是它當前的主要趨勢，那麼我們就可以重新回到這個問題：它持續變暗，是因為它即將爆炸為超新星嗎？

答案會令很多人失望：恆星演化理論與超新星爆發理論都沒有預測恆星爆炸為超新星之前會先持續變暗。

其實，導致恆星變暗的原因有很多：恆星自身收縮、恆星溫度降低、恆星表面熱區域與冷區域的位置變化、恆星噴發出大量塵埃，以及上述多種原因的組合。

以恆星噴發大量塵埃為例，當恆星噴發出大量塵埃後，塵埃會吸收一部分可見光，塵埃被這些光加熱後，散發出紅外線，這就使得恆星的可見光亮度降低。

參宿四是一顆紅超巨星，而且質量超過了18個太陽質量，它在核心可以用來聚變的氫都聚變為氦之後，會依次進行更高難度的聚變反應，比如把氦變為碳，直到把矽聚變為鐵——這個過程並不是簡單地將兩個矽聚變為鐵，而是通過一系列複雜反應完成的。

矽聚變完成後，超新星就立即在此後幾秒內爆發。嚴格說，這類恆星就是在鐵核心積累到足夠大時就突然向內塌縮，矽聚變同時停止，然後超新星立即爆發。

對於參宿四這樣的恆星，氫聚變為氦的時間可以持續幾百萬年，但矽聚變為鐵的過程非常短——以小時來計算。所以你指望小時量級的矽聚變階段可以導致恆星持續幾十天以上變暗，顯然是不可能的，因為連時間的尺度都對不上。

但如果變暗的原因是恆星表面的劇烈變化或者恆星噴發出強烈富含塵埃的星風，那就確實意味著這顆星正在快速走向生命終點：很多恆星在快要死亡時，會噴發出特別強烈的星風，裹挾著大量塵埃。

但對於一顆恆星，這樣的劇烈噴發可以發生很多次。有時候，恆星噴發物質之後幾年，恆星就爆炸為超新星；有時候，恆星噴發物質之後幾十年，恆星才爆炸為超新星。此外，有時候恆星噴發出的物質還會碰撞之前噴發出的物質，將機械能轉化為內能，發出強光，反而變亮了——這就是「假超新星」。

對於參宿四，我們根本不知道它的變暗是不是因為強烈的物質噴發導致的。即使假定是物質噴發導致，也無法確定它會在幾年還是幾十年甚至幾百年後才會爆發為超新星。

如果參宿四爆發為超新星，它會有多亮？

上面說過，如果參宿四爆發為超新星，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）最亮時為0等，將0減去12，得到的是-12等。假如它爆發為超新星後還可以更亮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。對比之後就會發現，參宿四爆發後最亮時會與滿月差不多亮，夜晚照出人影是沒問題的。但即使是最亮時，它看上去也顯然要比太陽暗得多。出現兩個太陽的情況是不可能的。

如果參宿四爆發為超新星，它會毀滅地球嗎？

如果有人問你這個問題，你可以反過來問他：那月光會毀滅地球嗎？參宿四爆發為超新星之後，最亮時看起來也才月亮那麼亮，意味著它發出的光落在地球上的流量與月光照射地球時的流量一樣。

從另一個方面說，參宿四與地球的距離大約為700光年，而早已有嚴肅的研究表明，只有距離地球10光年以內的超新星爆發才有可能破壞地球大氣，進而破壞生態圈。

有些人還認為：參宿四爆發後產生的伽瑪射線暴如果方向恰好對準地球，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生，那麼，即使參宿四爆炸後內部產生噴流，噴流也會被氫包層吞沒，而不可能產生伽瑪射線暴。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：別以為超新星爆發都會這麼近。

結論

參宿四的持續變暗，並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到滿月亮度，因此無法破壞地球大氣與生態圈。

無論如何，參宿四已經處於生命末期，不過瘦死的駱駝比馬大，人家就是末期的持續時間也比人類壽命長，大概也就幾十萬年吧。當然，如果它已經處於末期的末期，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的超新星爆發，上一次被人類觀測到的銀河系內超新星爆發是於1604年被觀測到的「克卜勒超新星」，那時"大清"不僅還沒滅，它還沒建立呢。