天狼星是夜空中最亮的一顆恆星,也是人類肉眼能夠看到距離我們最近的一顆恆星,千百年來「狼視眈眈」地盯著我們,它會不會來到太陽系呢?如果來了俺們地球是喜是憂呢,生態萬物還有活命機會嗎?我們一起來閒扯一下。
天狼星距離我們約8.6光年,是一個雙合星系統,由天狼星A星和天狼星B星組成,兩顆星距離20個天文單位,也就是約30億千米,就是太陽到天王星差不多的距離。天狼星A是一顆藍矮星,質量是太陽的2.06倍,半徑為太陽的1.7倍,亮度約太陽的23~25倍;天狼星B是一顆白矮星,質量和太陽差不多,但半徑只有太陽的0.0084,和地球差不多大小,亮度只有太陽的0.056倍。
從上述簡單介紹,我們可以得到這樣幾個信息:
首先天狼星不是一顆星,而是由兩顆星組成,一主一輔,主星A比太陽大,輔星B是一顆恆星的屍骸,也就是說之前它也是一顆恆星,後來壽命到了,通過紅巨星階段,散去了外圍物質,留下了中心一個核,就是白矮星;
其次,我們看到的亮星實際上是天狼星組合裡的A星,其視星等為-1.46等,B星雖然質量和太陽差不多,但亮度比太陽小多了,視星等只有8.44等。
其三,這兩顆星挨得比較近,只相當太陽系行星際距離,約0.00031光年,而距離太陽最近的恆星都有4.22光年。
星等有兩種確定方法,一種是視星等,就是肉眼看到的星星亮度的感受性指標。不管是主動發光的恆星,還是本身不發光,只被動反射恆星光芒的行星,都有視星等;還有一種是絕對星等,是衡量恆星真實亮度的指標,只用於主動發光發熱天體,行星就沒有絕對星等。
絕對星等是假定所有恆星都在距離我們10個秒差距尺度所反映出來的亮度。秒差距是一種比光年更大的宇宙空間距離尺度單位,1秒差距約等於3.26光年。
這兩種星等的衡量指標可以看出,視星等並非某顆星星本身的真實亮度,由於天體距離我們遠近不同,且可能受到中途各種因素影響,肉眼看到很亮的星星,並不一定比很暗甚至看不到的星星真實亮度更大,還有一些本身完全不發光的行星,也有視星等,但由於它們沒有自身真實亮度,因此沒有絕對星等。
因此視星等不能夠反映天體真實亮度,而絕對星等才是反應天體真實亮度的指標。恆星絕對亮度是由於其質量和演化階段不同而決定的,一般來說質量越大,演化越到後期的恆星,亮度越大,溫度越高。
兩種星等衡量指標值都是用數值大小來表示,但並非數值越大越亮,而是正相反,數值越小,亮度越大,還有負數,負得越多就越亮。兩種星等每一等亮度相差倍數是一樣的,都是1個等級相差2.512倍。因此計算星星之間的亮度差是以2.512為底數,以等級差為冪的倍數。比如1等星與6等星相差5等,1等星就比6等星亮2.512^5倍,也就是約100倍。
這樣,我們就可以計算出天狼星A星與太陽亮度的倍數。天狼星A星絕對星等為1.42等,視星等為-1.46等;太陽絕對星等為4.83等,視星等為-26.74等。它們絕對星等等級差為3.41,計算絕對亮度倍數相差2.512^3.41≈23.12倍;它們視星等相差25.28等,視覺亮度就相差2.512^25.28倍,也就是近130億倍。
可見,天狼星絕對星等比太陽要亮23.12倍,而由於太陽距離我們很近,與天狼星距離完全不在一個數量級,因此我們肉眼感覺到的太陽亮度比天狼星要大130億倍。
視星等和絕對星等是可以換算的,換算遵循的公式為:m=M-5log(d0/d)或M=m+5log(d0/d)。這兩個公式,前面是已知絕對星等換算出視星等,後面是已知視星等換算出絕對星等。式中,m表示目視星等,M表示絕對星等,d0為10秒差距(32.6光年),d為天體實際距離。
也就是說,天體在絕對星等既定的前提下,隨著距離的變動,視星等呈相應比例變動。
我們可以根據天狼星A的絕對星等來換算一下它的目視星等。天狼星距離我們8.6光年,絕對星等為1.42,代入公式計算m=1.42-5log(32.6/8.6)≈-1.89。計算結果與我們看到的天狼星視星等1.46比較接近。但為什麼不一致呢?
原來天狼星A視星等-1.46等,是我們人類肉眼看到這顆恆星真實亮度。恆星由於距離我們很遠,其光芒要經過若干光年路途才傳輸,期間很可能受到星際塵埃等各種因素幹擾,到達我們眼中亮度就達不到計算結果,所以計算結果就會與實際感受到的視星等有一定偏差。
人肉眼分辨最暗極限約為6等星,再暗的星星就無法觀測到了,因此人類肉眼是看不到那顆視星等只有8.44的天狼星老「B」了。而哈勃望遠鏡能夠觀測到視星等為28等的遙遠恆星,相當能夠分辨出1.5萬公裡遠的一枚硬幣,是人類肉眼分辨度的6億多倍。
前面說了,天狼星是兩顆星組成的系統,如果把這兩顆星都移到我們太陽系,就像在一鍋漂浮著雞蛋的大鍋裡放了兩根攪屎棍,這些雞蛋就一下子全被攪散了。因此這種方式的變化沒什麼說頭,下面只說說天狼星A來替代太陽,我們地球是個啥感受。
我們知道太陽是距離我們最近的恆星,但太陽是一顆黃矮星,比藍矮星光度和表面溫度都小很多。太陽表面溫度為6000K,天狼星表面溫度10000K,其絕對亮度是太陽的23~25倍。如果把天狼星A移到太陽位置,會有多亮多熱呢?
科學家們曾經有一個預測,就是太陽在未來10億年亮度可能增加約10%,地球將不再宜居,平均溫度就可能達到上百攝氏度,海水將被蒸發殆盡,所有生物都將滅絕。天狼星這隻「狼來了」,絕對亮度增加23倍多,還有地球的藏身之地嗎?
我們再來看看人類肉眼的感受,也就是視星等換算。太陽距離地球只有1.5億公裡,也就是約0.00000000159光年。根據視星等換算公式,我們把天狼星數值代入可計算出其視星等為:m=1.42-5log(32.6/0.00000000159)≈50.14。
視星等50.14等!比太陽視星等高出23.4個等級,是太陽亮度約23億倍!不要說人眼,還有什麼眼睛敢對這種亮度的物體瞄上一眼呢?
地球目前的公轉速度無法維持現有軌道,很快就會墜入到天狼星上,被氣化的一點渣滓都不剩。地球要保持自己的存在,就只有加快公轉速度。這個速度需要多快呢?我們根據環繞速度公式來計算一下。
環繞速度公式:v²=GM/r。式中,v為第三宇宙速度,也就是環繞速度,G為引力常量,M為被環繞天體質量,r為距離質心半徑。我們已知天狼星半徑約為119萬千米,地日距離為1.5億千米,天狼星質量約為4x10^30kg,代入公式可計算出地球環繞速度:v=√[(6.67x10^-11)x(4x10^30)/151190000000]≈42007m(42km)
也就是說,地球要從現在的公轉速度約29km/s,提升到42km/s才能夠繼續在這個軌道運行,不被天狼星A的引力所拉拽過去。但即便這樣,太陽也幾乎成了一個乾枯的烤土豆,一切生命早就化為烏有。地球要在這樣的恆星系統存活,只有飄向遠方,到達木星位置,這裡天狼星的視亮度就和現在的太陽差不多了。
恆星都有自己的運行軌跡,且相互間隔很開,就像數千公裡甚至數萬公裡的兩枚硬幣,要撞在一起的概率是微乎其微。因此天狼星永遠也來不了太陽系。
恆星壽命是由自身質量決定的,與質量成反比,也就是說質量越大壽命越短。天狼星A質量是太陽2倍多,壽命只有十幾億年,現在約2.5億歲,還有10來億年的壽命;而太陽壽命可達100億年,現在已經約50億歲了,還有約50多億年壽命。因此太陽是可以看著天狼星毀滅的。
天狼星B原來是一顆約太陽5倍質量的恆星,在約1億年前壽終正寢,外圍物質散盡後,成為一顆緻密白矮星。白矮星不但是一種很緻密天體,還是一種較為危險的天體,如果通過吸積將質量增大到錢德拉塞卡極限,也就是太陽質量的1.44倍,就會坍縮成一個緻密1億倍以上的中子星,而且在這期間,會發生超新星大爆發,將巨大能量輻射到太空。
這個危險就是老「B」發生超新星大爆炸。天狼星A星壽終正寢時也會膨脹成一個體積巨大的紅巨星,有研究認為,這些膨脹飄散的物質,很可能會被這顆老「B」「收編」吸附到自體上,當質量到達錢德拉塞卡極限時,la型超新星爆發就不可避免了。
這個爆炸對太陽系肯定會有衝擊,這就是天狼星垂死一搏,它妒忌太陽壽命比它長太多,吃不著葡萄就嫌葡萄酸,硬要給太陽系來點教訓。但10億年後,人類早就逃離太陽系了,天狼星耍不耍這點小脾氣,與人類早就沒有毛關係了。
這就是天狼星前世今生和假戲假做的故事,如果讀者朋友能夠從中得到一些知識樂趣,就是時空通訊莫大榮幸。謝謝閱讀,歡迎討論。
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