北極星的秘密:亮度是太陽的2000倍,直徑是太陽的45倍

2020-11-23 騰訊網

儘管很多現代人找不到北極星（勾陳一），但它無疑是北半球最著名的星！之所以很多現代人找不到北極星一方面是因為光汙染，城市上空可以辨識的星越來越少，而北極星視星等只有2等，如果按照亮度，排在它前面的有近50顆恆星，如果不是晴朗無雲的天空，城市裡確實不容易看到北極星；另一方面是因為現代人很少仰望天空！然而，對於北半球的古代人，北極星是辨別方向的法寶，特別對於航海，它意義重大。對於天文愛好者來說，北極星也有非凡的意義，它距離北天極不到1度，漂亮的星軌就圍繞它展開！但是北極星（勾陳一）並不永遠是最靠近北天極的星，它也僅僅是從1200年開始才稱得上北極星，2500年後勾陳四才是名副其實的北極星！這並不是因為北極星在晃動，而是我們的地軸在擺動。同時，北極星本身也不穩定，它是一個三合星系統，並且亮度不斷變化。

星軌攝影作品

credit：wikipedia.org

如何尋找北極星

首先你必須在北半球！最簡單的方法是使用指南針，確定正北方向，你所處的緯度大約就是北極星的高度角，也就是沿著這個方向可以找到北極星。牧夫天文2017年刊文《為什麼北極星那麼重要？》曾詳解其原理。電影《金蟬脫殼》中史泰龍扮演越獄專家，他就是利用這個原理得知他的監獄所在緯度。還有觀星常用的星橋法，北天最顯著的星座是大熊座，雖然大熊座非常巨大，全部觀測難度較大，但其中的北鬥七星則是北天最容易辨識的星圖之一，這個勺子的碗部由四顆星構成，沿著末端的兩顆星向勺碗前方延伸5倍距離就是北極星，同時北極星是小熊座小勺子柄的末端，見下圖。

星橋法尋找北極星

源自wiki

北極星的身世

北極星（小熊座α星，中文勾陳一）是一個三合星系統，其主星北極星A是一個巨大的、明亮的、年邁的、黃色超巨星。北極星A質量是太陽的6倍，如果將它和太陽放在一起，亮度是太陽的2000倍。它的直徑是太陽的45倍，如果它處於太陽系的中心，它的邊界將超過水星軌道的一半。北極星目前是最靠近北天極的星，距離地軸向北延伸的北天極大約40『，我們可以伸出胳膊來感受這個距離，一臂遠小指寬度大約1度。但正如引言描述的如果將最靠近北天極的星稱為北極星，那北極星會持續更替，這是因為在太陽和月球引力作用下地軸會擺動，周期為25800年，這個擺動被稱為歲差，見下圖。

地軸擺動區域

從公元前10000年，人類早期農業和畜牧期，北天極在武仙座。而現在已運行至小熊座，整個圈需要25800年。對於太陽系也存在北黃極，它靠近NGC6543（貓眼星雲）。

Credit：skyandtelescope.com

我們回到法老胡夫的那個年代，他在吉薩地區建造了首個金字塔。那時是公元前2550年，天龍座α（紫微右垣）是北極星；2000年後，勾陳一和紫微右垣距離北天極的距離相當，在那個時期，腓尼基人使用小熊座的若干星一起確定北天極；再後來，北天極越來越靠近現在的勾陳一，可以考證的是：北歐斯堪地那維亞地區人們使用勾陳一來確定北方；十四世紀的義大利詩人也在他的作品中描述了小勺子的勾陳一，星軌圍繞它展開；到2100年，勾陳一距離北天極最近，小於0.5度，大約相當於滿月的寬度。

快樂的夥伴

1780年，威廉·赫歇爾通過小型望遠鏡最早發現了伴星北極星B，北極星A和北極星B運行周期4萬年。1929年，約瑟夫·摩爾發現了另外一顆更近的伴星北極星Ab，北極星Ab亮度約是北極星B的一半，北極星A的亮度是它的700倍，因此它淹沒在北極星A的光輝中，摩爾之所以發現北極星Ab，是通過光譜分析做到的。伴星圍繞主星運行，周期約30年，它的光譜區別於主星。直到2006年，天文學家才通過哈勃望遠鏡直接觀測到北極星Ab，但想要通過周期運動來推測質量，哈勃望遠鏡已觸及性能極限，研究人員通過喬治亞州立大學查拉望遠鏡陣列進一步優化測算結果。天文學家估計這個三合星系統誕生於7000萬年前，這比46億年的太陽系年輕太多！恆星的宿命就是按照恆星演化規律進行的，越大質量的恆星壽命越短，北極星A已經年邁，而北極星B和北極星Ab的質量只有太陽質量的1.5倍甚至更小，所以它們還會持續燃燒50億年。但三合星系統的同源性受到質疑，有學者通過研究恆星亮度和溫度，結合赫羅圖推算演化階段和時間，拋出全新的推測，這裡就不展開描述了。

北極星三合星系統示意圖

Credit：skyandtelescope.com

變變變

北極星A誕生於7000萬年前，它質量巨大，快速燃盡了內核的氫，離開主星序進入不穩定階段（如下圖赫羅圖所示）。它是一顆變星，亮度周期性變化。1794年，約翰·古德利克最早發現了仙王座δ的周期光變，它被稱為造父變星，這類星通常是黃巨星或超巨星，通常質量為太陽的3-18倍，直徑35-80倍。之所以會周期性光變，是因為恆星進入不穩定期，引力和輻射壓力平衡被打破，造父變星有一層氦，當壓縮時，溫度上升，氦繼續電離，阻止了向外輻射，溫度和壓力進一步上升，內部壓力越來越高衝破氦層，輻射出的光和熱突然增多，減壓後，引力作用逐步佔優勢，造父變星收縮，不斷重複上述過程，產生光變周期效果。

北極星A位於地球445光年外，這個距離之前一直有所爭議，但它無疑是最近的造父變星。1912年，亨麗愛塔·勒維特發現造父變星越亮，光變周期越長。這就讓造父變星成為宇宙中的標準燭光，在宇宙尺度下幫助測量距離。但北極星A的情況比較複雜，並不適於用作標準燭光。

根據赫羅圖北極星A會三次進入不穩定區，在不穩定區就會有造父變星的表現，但光變周期並不是一成不變，亮度變化範圍也是變化的。二十世紀90年代的觀測數據表明，亮度變化從5%下降至1%，肉眼根本無法辨別。2008年，3個獨立科研團隊報告亮度變化已恢復至5%。

赫羅圖，黑色線為5倍太陽質量的恆星演化情況

Credit：skyandtelescope.com

神秘的X射線

此外，科學家觀測到來自北極星A的X射線，這一現象同樣發生在仙王座δ，但並不確定發射X射線是否屬於造父變星的特性，很多造父變星沒能探測到X射線可能因為我們的設備不夠靈敏。目前，天文學家還沒能搞清楚X射線的成因，讓我們帶著問題繼續探索！

源自《skyandtelescope》2019第3期, 作者：Camille M. Carlisle

翻譯：毛明遠 | 校對：周寅軍

編排：毛明遠

本帳號系網易新聞·網易號「各有態度」籤約帳號

專欄打賞

『天文溼刻』 牧夫出品

微信號：astronomycn

謝謝閱讀

相關焦點

  • 目前已知最大的恆星,太陽在它面前猶如沙粒,竟是太陽的50億倍!
    它的直徑是不確定的，大約8.77億公裡。是太陽的630倍，過去十五年中，它的直徑縮小了15%。走入生命的末期。未來數百萬年中可能變成r型超新星，最終變成一顆白矮星。9.仙王座μ星位於仙王座是一顆紅超巨星，直徑估計為太陽的1420倍。仙王座的位置在銀河北側，仙王座內的幾顆主要亮星，組成了一個扇五邊形圖案。半浸在銀河中。
  • 目前已知最大的恆星，太陽在它面前猶如沙粒，竟是太陽的50億倍
    它的直徑是不確定的，大約8.77億公裡。是太陽的630倍，過去十五年中，它的直徑縮小了15%。走入生命的末期。未來數百萬年中可能變成r型超新星，最終變成一顆白矮星。除了北極星自身所在的小星座外，仙王座是離北極星最近的星座。以5.37日的周期在收縮和膨脹著。亮度也隨之發生著變化。8.
  • 探測器發現宇宙最大星球,是太陽45億倍,地球在它面前猶如灰塵
    我們可能會說黑洞，當縮小到太陽系裡頭，最大的星體就是太陽了。地球半徑只有6378公裡，人類有多大，這不言而喻了吧。太陽系中最大的行星則是木星。在一部電影中《流浪地球》，地球想要逃離，由於木星巨大的引力使得地球難以脫身。一個木星的體積足足有1316個地球這麼大。太陽系中所有行星的質量加起來都沒有木星大，木星是它們之和的2.5倍。木星在太陽面前還是比不過的，太陽相當於1000個地球。
  • 宇宙最大恆星被發現,直徑接近45億公裡,亮度是太陽1千萬倍?
    之前人類生活在地球上，覺得地球實在是太大了，但是人類慢慢對銀河系有了解了之後，才發現，地球對於銀河系來說，真的只是滄海一粟而已，直到技術在慢慢進步，人類才知道，銀河系也不算什麼，像銀河系的恆星數量也達到了數千萬顆，科學家隨著對宇宙不斷研究後，在宇宙中發現了目前最大的天體，這就是名叫R136AI的恆星，可能很多人會認為盾牌座UY是宇宙中最大的天體，它的體積是太陽的
  • 盾牌座uy比太陽大45億倍,不是大星球,這星體比它大5百萬倍
    說起宇宙中最大的星球，很多朋友都會想到盾牌座UY，這個星球的確很大，體積可以裝下45億個太陽，或者2億億個地球，我們的太陽的直徑約為140萬公裡，但是盾牌座uy的直徑是太陽的1700多倍，即便以光速環繞這顆星球一周，也要花費九個小時的時間。
  • 太陽比地球大130萬倍,但是有個星球,體積是太陽的45億倍
    太陽比地球大130萬倍，但是有個星球，體積是太陽的45億倍在太陽系中，太陽是當之無愧的霸主，其質量佔整個太陽系總質量的99.86％，它是整個太陽系的核心目標，其他太陽系行星圍繞太陽主動或被動旋轉。太陽的直徑是地球的109倍，其體積比地球的體積大130萬倍，地球在太陽面前非常小。但是，儘管太陽是太陽系中的霸主，在宇宙中，即使在銀河系中，它也只是一顆小恆星，即使與一些恆星相比，它也可以說是無足輕重的。太陽在星星中分為黃矮星這類，而太陽系中的恆星只是一顆矮恆星。宇宙中的恆星能達到多大？
  • 宇宙中最大的恆星,是太陽的45億倍大小,質量卻只有太陽的32倍!
    宇宙中最大的恆星，是地球的45億倍大小，質量卻只有太陽的32倍！大家都知道我們地球所在的太陽系中最大的星體是太陽，直徑約為139.2萬公裡。但是還浩瀚的宇宙中，太陽也是只能算一個中等大小的恆星。比太陽大的恆星數不勝數，例如大犬座VY，雖然大犬座VY的大小很有爭議，但是現在普遍認為它的體積為太陽的30億倍，太陽在它真的太渺小，就像把一滴水扔到大海裡差不多！但是最近科學家又發現了一顆比大犬座VY還要大的恆星，那就是位於盾牌座的一顆紅色特超巨星-盾牌座UY，它已經超越大犬座VY，成為了目前最大的恆星。
  • 北極星原來是個「三體」，3顆星都比太陽大，最大的能裝5萬多太陽
    北極星是大家都聽說過的星體，由於地球的地軸正對著它的方向，所以隨著地球的自轉，我們能看到滿天的星辰都在圍繞它運行，在古代它被叫做紫微星、北辰星等，是皇權中樞在天幕上的代表。，但是其實有很多人並不知道它的位置，不過要尋找它也很容易，只需要找到北鬥七星，而順著北鬥七星的勺子邊緣的兩顆星指向的方向，向前延伸兩顆星5倍距離的地方，又一顆看上去不是很明亮的星體，它就是北極星了，雖然它不是特別亮，但不需要望遠鏡也是可以清楚地看見它的。
  • 北極星原來是個「三體」,3顆星都比太陽大,最大的能裝5萬多太陽
    ，但是其實有很多人並不知道它的位置，不過要尋找它也很容易，只需要找到北鬥七星，而順著北鬥七星的勺子邊緣的兩顆星指向的方向，向前延伸兩顆星5倍距離的地方，又一顆看上去不是很明亮的星體，它就是北極星了，雖然它不是特別亮，但不需要望遠鏡也是可以清楚地看見它的。
  • 直徑是太陽的700倍!心宿二的真相圖來了!
    此前科學家認為它的直徑大約是太陽直徑的700倍，但是現在利用智利的阿塔卡馬大毫米/亞毫米陣列（ALMA）和新墨西哥州國家科學基金會的卡爾·G·詹斯基超大陣列（VLA），一個國際研究團隊已經繪製出了迄今為止最詳細的心宿二大氣層無線電地圖。事實上，這是除了我們的太陽之外所繪製的最詳細的恆星無線電地圖。
  • 太陽比地球大130萬倍,但是有個星球,比太陽還大45億倍
    太陽系中，太陽是當之無愧的霸主，它的質量佔據整個太陽系總質量的99.86%，是是整個太陽系的中心天體，其他的太陽系星體都在主動或被動的圍繞著太陽旋轉。太陽的直徑是地球的109倍，體積更是比地球大130萬倍，地球在太陽面前非常的渺小。
  • 夜空中最亮的星,亮度是太陽的26倍,距離地球8.64光年
    導語：夜空中最亮的星，亮度是太陽的26倍，距離地球8.64光年宇宙是一個無限大的空間，而全世界的天文學者都在不停的探索和研究著這個體系的秘密。宇宙又包括了神秘的星空，它不僅美妙而且經常給人以遐想，那麼在遙遠的外太空當中還有一些什麼樣的秘密所在呢？我們都知道在太陽系當中太陽是對人類最重要的一個星球，它可以讓地球擁有溫暖和光明，也是因為它這個冰冷的星球才能夠出現生命不斷的演化。也許在我們認為太陽是最亮的，但是在宇宙中它卻並不是最亮的那一顆恆星。
  • 宇宙中的大個子恆星，個個都有太陽數十億倍大，大的都無法形容了
    但是太陽在宇宙中並不是最大的恆星。相反它只是一顆體積和質量都比較小的黃矮星。在宇宙中個頭比太陽大很多的恆星比比皆是。例如，晚上天空中最亮的那顆恆星叫做天狼星。它的質量大約是太陽的2倍，直徑是太陽的1.7倍。天狼星比太陽大這一點不算什麼。在晚上給我們指引方向的北極星勾陳一更大。它的直徑5200萬公裡，是太陽的37倍多，體積更是太陽的52000多倍。然而一山更比一山高。
  • 它被稱為宇宙最大星球,體積是太陽的45億倍,它能容納多少人?
    而在走出地球之後，人們清醒地認識到，對於浩大宇宙而言，地球不過滄海一粟，暫不說可見區域直徑超930億光年的偌大宇宙，哪怕將目光縮至銀河系，地球仍宛如螻蟻，毫不起眼，其特殊之處只在於它擁有良好的環境且孕育了生命。地球不是宇宙中最大的星體，那麼「宇宙最大星球」之名屬於哪顆星球呢？有科研人員想到了藍特超巨星。
  • 天文學家發現媲美大犬座VY的恆星 直徑是太陽1500倍
    這顆W26恆星寬度是太陽的1500倍，使得它成為宇宙裡已知最大的恆星。這顆紅超巨星即將進入生命的盡頭，它將最終以超新星的形式爆炸，研究人員這樣說道。「質量比太陽大十多倍的恆星與質量相對較小的恆星相比，壽命往往非常短暫。」 英國皇家天文學會的有關官員這樣說道。「有些巨大的恆星不到100萬年就耗盡了自身的核燃料，最後以超新星的形式爆炸。
  • 150萬億倍太陽質量!亮度超過銀河系兩千倍,刷新黑洞質量上限
    感謝在眾多的文章當中點開《150萬億倍太陽質量！亮度超過銀河系兩千倍，刷新黑洞質量上限》的各位，這裡是每天給大家帶來新鮮有趣的天文科技信息、盤點宇宙中的特殊的天體、討論宇宙中各種各樣有趣或者有意義的事情。
  • 北極星看上去不怎麼亮,卻比太陽大了5萬倍,正向太陽系飛奔而來
    在北鬥七星勺沿所指的方向上，在勺沿兩顆恆星向外延展的5倍的位置上，那顆並不十分明亮的恆星就是它。　　　　別看勾陳一這顆北極星並不是很明亮，它的體積卻比我們的太陽大得多，觀測發現北極星的直徑是太陽的37倍多，為5200多萬公裡，其體積是太陽的5萬多倍，或者說北極星的體積能夠裝下
  • 罕見的變星即將到來,亮度是太陽1100倍,它或取代太陽地位
    然而長大之後我們才知道，一般的星星是不會閃爍的，只有一種星星會發生亮度的變化，它就是變星。自從天文望遠鏡被發明出來之後，天文學家在利用它觀測恆星的過程中發現，恆星的亮度基本不會發生太大的變化，直到有天文學家發現了「變星」的存在。變星是宇宙中一種特殊的存在，它本質上是恆星，但是亮度會發生周期性變化，「米拉」就是其中著名的一顆。
  • 12000年後織女星變身北極星,北極星縮小3000倍,卻更加明亮
    它是一顆比較明亮的恆星，視星等+0.026，在天空中的亮度排名第五。織女星是一顆藍矮星，質量大約是太陽的2.14倍。織女星的形狀很有意思！朋友們可能會想像不到它的形狀。恆星的形狀不都是一個圓球形嗎？難道它不是嗎？織女星的形狀還真不是圓球形的。科學家發現，織女星的自轉速度非常的快，它的赤道線速度高達每秒鐘247公裡。織女星這麼快的自轉速度把自己甩成了一個非常明顯的扁球體。
  • 宇宙中怪異的恆星:最大直徑是太陽1700倍!
    紅色特超巨星UY Scuti是迄今發現最大的恆星，其直徑是太陽的1700倍，相比之下，太陽半徑大約是地球的110倍。該恆星距離地球5100光年，位於南方盾牌星座，它很像紅色超巨星參宿四，但比參宿四的體積大3-4倍，而且最終會像參宿四一樣，以超新星的形式結束生命。