千載難逢，近距離觀察超新星爆炸

你是否注意到，冬季的星空中最為標誌性的獵戶星座看起來於之前有點不同了？造成這種不同的原因是，位於獵戶座肩膀位置的獵戶座 α 星，又稱參宿四變暗了，這是21世紀以來，參宿四最暗的時候。

這顆超新星的預備役什麼時候會爆炸？它將要爆炸時會有什麼表現？

與所有優秀的天文學與宇宙故事相似，這個故事始於一個周五的夜晚。在這個周末前夕的夜晚（12月20日），社交媒體上開始出現關於參宿四的討論，引發討論的源頭，是維拉諾瓦大學的研究者12月8日發表的一篇討論「紅巨星參宿四的衰弱」的論文。來自美國變星觀測者協會（AAVSO）的光變曲線證明了參宿四確實暗了一個星等，或者比原先的星等多了0.5到1.5。那天的夜空是晴朗的，便於觀測，於是我們來到位於維吉尼亞州諾福克的停車場的屋頂進行觀測。參宿四確實衰弱了，比旁邊的畢宿五還要暗一些。



自1970年起，對參宿四星等的估算。來自：AAVSO

這樣的變化對像參宿四這樣的變星來說並不尋常，同時也使天文界帶有些躊躇。作為一個距離700光年的、12倍大於太陽的紅巨星，參宿四的紅橙周期性變化於1836年首次被記載，記錄者為天文學家約翰赫歇爾爵士。目前，參宿四的膨脹半徑大約8個天文單位（AU）。如果把它置於太陽系中心，它可以覆蓋到木星的運行軌道之外。



我們（渺小的）寄主星，與附近的包括參宿四在內的行星。圖源：Dave Dickinson

基於這一現實，天文學家們用威爾遜山天文臺的2.5米望遠鏡，使用粗糙的光學幹涉測量方式來確定參宿四的物理直徑。在20世紀80年代末，天文學家利用新興的孔徑掩蔽幹涉法獲得了參宿四的第一幅直接圖像。



由於是距離太陽系最近的一顆可能會變為超新星的恆星，參宿四一直備受關注。我們經常能夠看到銀河系中的超新星，但是我們從未近距離觀測到過超新星的形成，1604年蛇夫座的克卜勒星是我們在銀河系中發現的最後一顆超新星，而1987年曾觀測過位於麥哲倫星雲的超新星的形成過程。像參宿四這樣的紅巨星並不會停留在紅巨星階段太久，它的氫燃料將在1000萬年後耗盡。它將經歷一次爆炸和塌縮，最終變為一顆II型超新星。這場爆炸可能會在數萬年後發生，也可能今晚就發生。



參宿四仍在衰退……圖片為使用智慧型手機於維吉尼亞海灘拍攝的獵戶座。

參宿四的衰退究竟是它爆炸前的訊號，還是只是誤會一場？天文學家們對此尚無定論，但毫無疑問，這是一個絕佳的研究機會，畢竟參宿四距離我們僅有700多光年。每個光學望遠鏡都對準了它，雷射幹涉引力波天文臺(LIGO)等設備也可以探測到它的引力波，當爆炸真的發生時，像冰立方等中微子天文臺同樣可以探測到。

而幸運的是，爆炸發生時，周圍50光年都是爆炸的「殺傷區」，我們因不在區域內而足夠安全，但我們又可以接收到爆炸產生的輻射，並以此來觀測超新星爆炸這一科學事件，同時也是一場盛大的演出。古老的超新星可能參與了地球生命的進化，近期有研究認為，超新星甚至有可能是人類直立行走的推手。



獵戶座的超新星看起來是什麼樣子的？以大麥哲倫星雲的最後一顆超新星為參照，參宿四在爆炸時，亮度將達到-10星等。這個亮度比滿月弱16倍，但比金星亮100倍，因此，在白天中它會很容易觀測到。作為一顆爆炸後的超新星，參宿四也會在夜空中留下明顯的痕跡。

親自去觀測一下參宿四的衰退吧。參宿四在十二月的夜空中非常好找，黃昏時，它在東方升起。事實上，北半球冬季的夜空非常適合進行對參宿四觀測，因為它和太陽的運行方向相反，並且在夜空中非常明顯。而夏季則剛好相反。

你甚至可以利用參宿四周圍的六顆星星來估算參宿四的亮度



圖為參宿四，周邊標註星等的是可以用來參考亮度的冬季六邊形六顆星。圖片來自於網絡

接下來會發生什麼？預計中，參宿四會在2020年再次變亮，但如果它反彈到比參宿七和天狼星更小的負值星等，那麼事情就會令人非常興奮。

不過現在我們仍需觀望，等待來自參宿四的爆炸煙花。在有生之年看到參宿四變為超新星是一件非常幸運的事，而如果爆炸真的發生，獵戶座則再也不會像以前一樣了。