參宿四亮度劇烈變化,萬一超新星爆發,碎片會飛到地球嗎?

從去年年底開始到今年年初，參宿四可謂賺足了眼球，因為它從在2019年10月底開始變暗到2020年一月底又重新變亮，作為一顆變星，參宿四的亮度變化並不令人驚訝，但參宿四同時也是一顆行將就木的恆星，未來將會迎來它在一生中最為壯烈的時刻：超新星爆發，所以參宿四的一舉一動無不令人關注！

什麼是超新星？為什麼恆星會超新星爆發？

簡單的形容就是天空中一顆星星突然變亮，然後持續一段時間後慢慢變暗，最後消失！這是一顆恆星演化到生命末期所發生的一個過程，但並不是所有恆星都會超新星爆發，一般質量要大於8-10倍太陽才可能發生，所以我們太陽是不會超新星爆發的哦（但它會氦閃）！

當一顆恆星超新星爆發時它發出的能發相當於太陽一身中所有的輻射能量，外殼將會超過十分之一的光速向外拋灑，形成一片美麗的超新星遺蹟，在未來數萬年甚至更久的時間，都能觀測到這片痕跡！最後在超新星爆發的中心將形成一顆中子星或者黑洞，但以參宿四的質量，未來將形成一顆中子星。參宿四到底會不會爆發？爆發的衝擊波會不會影響地球？未來的中子星會對地球造成影響？都是本文要探討的話題。

參宿四所在位置

參宿四詭異的光變是否會超新星爆發?

參宿四是我們熟悉的獵戶座右肩膀，它的英文名稱Betelgeuse就來自於一個誤譯的阿拉伯語名稱，意思是獵戶的手。在中國地區，冬季的獵戶座最容易觀測，晚上抬頭就能看到獵戶座和天狼星照耀著大地。獵戶右肩膀上紅紅參宿四距離太陽系大約640光年，它的質量大約是18–19M☉（另一說14–15M☉）（M☉：太陽質量），現在已經演化到了恆星的末期紅巨星階段！

參宿四與太陽系行星軌道對比

參宿四的直徑非常大，如果將它放在太陽系，那麼它的直徑將會到達小行星帶以外，可能會超過木星軌道（木星軌道半徑約7.8億千米），它也是除太陽外第一顆被測量角直徑的恆星。關於參宿四的質量比較爭議，主要是因為參宿四的距離無法準確測量的原因。

參宿四的光度變化發現赫歇爾在1836年第一次描述了參宿四的光度變化，變化周期有相隔數年也有相隔十年都沒有大的變化，因此參宿四變化並沒有特殊規律，但就整體來說，參宿四從赫歇爾發現開始，每隔一段時間（一般為數年）就會有一次亮度峰值。

美國變星觀測者協會（AAVSO）的記錄顯示最大的視星等（亮度）在1933年和1942年是0.2等，最暗的視星等出現在1927年和1941年，是1.2等

貼士：最亮的天狼星視星等為-1.46，金星最亮時-4.4，肉眼可見最暗為6等，絕對星等為將一顆恆星放到32.6光年外測量其亮度。

現代參宿四的視星等範圍採用的也大致是這個範圍：0.3-1.2，（參宿四的絕對星等為-5.27～-6.27），大概最亮時是最暗亮度的2.5倍左右，所以參宿四的亮度變化是肉眼都很容易看出來哦，現在可是觀測的好季節，是參宿四最黑暗的時刻！導致參宿四亮度變化劇烈是因為它複雜的氣殼變化以及出現在參宿四表面巨大的對流胞（相當於太陽上的米粒組織）。

DKIST望遠鏡拍攝太陽表面的超精細米粒

太陽米粒組織：太陽光球面的顆粒狀的斑駁外觀，是太陽的對流層上升到光球層的等離子體熱柱造成的現象，看起來就像很多碎米粒在太陽表面，每時每刻，太陽表面都有超過400萬顆米粒組織。但參宿四這種紅超巨星的米粒組織已經完全變形，參宿四可能上會出現一個或者兩個巨大的對流胞，造成參宿四光度變化起伏很大。

參宿四上兩個詭異的亮斑

參宿四是一顆半規則變星，半規則變星的亮度變化周期從30天到數年不等，參宿四的變光周期有一個425天的短周期變化和一個5.7年的長周期變化，但參宿四並不嚴格按照這個規律變化。它總是有一些出人意料的變化，比如此次亮度創了新低！

這次亮度變化後參宿四會超新星爆發嗎？

這個問題即使天文學家也只能回答不知道，但我們可以根據參宿四的歷史光度變化來做一個猜測，請看下圖參宿四的光度變化圖：

1960年以來參宿四亮度變化

上圖紅圈處是最近的最低亮度，2020年以來參宿四創下了有記錄以來的新低，這可能表明參宿四內核正在進入一個新的坍縮階段，與太陽的後期的光度變化原因類似（太陽主要是氦閃），但參宿四這樣的恆星並不會經歷氦閃或碳閃，但它會經歷內核坍縮溫度劇增後的劇烈殼層氫燃燒階段，這是紅巨星的原因，這個階段的燃燒會隨著內核的變化而極不穩定，所以現在參宿四的內核處在什麼變化階段，何時會超新星爆發，天文學家也不知道。

參宿四超新星爆發時到底有多亮？

參宿四是一顆15-19M☉的恆星，未來將會經歷一次鐵核坍縮的II型超新星爆發，這種類型的恆星內核可以一直聚變到鐵。鎳-56是元素聚變的終點，但它最終會衰變回鐵-56，因為再無法核聚變，此時內核再無輻射壓支撐外殼，因此坍縮會即刻產生，巨大外殼的質量將會7-8萬千米/秒的速度撞擊內核，將會直接引發超新星爆發。

各種質量的恆星超新星爆發類型

核心則有兩個選擇，一個是內核中子簡併力可以對抗外殼坍縮，那麼內核將會形成中子星，如果中子簡併力無法對抗外殼的引力坍縮能，那麼內核將會坍縮成一個黑洞，不過參宿四的的內核質量不足以形成黑洞，它只會成為一顆中子星。

參宿四爆發的亮度有多高？天空中會出現兩個太陽嗎？這應該是大家最關心的話題，歷史上記載最著名的是宋朝的超新星SN1054，也就是天關客星，形成的殘骸即金牛座蟹狀星雲M1，它距離地球約6300光年，根據天文學家估計，當年爆發時的亮度達到了-6等，大概是天狼星亮度的64倍！最初爆發的23天裡白天可見，夜晚可見則持續了將近2年！參宿四距離只有640光年，它萬一超新星爆發，有多亮？

各類超新星爆發時候的大致亮度

II型超新星爆發的亮度在-14～-17等（絕對星等）之間，假如按最亮的-17等計，在地球上看來，獵戶座參宿四的位置到底有多亮呢？我們需要用視星等和絕對星等換算公式來計算下：

視星等和絕對星等換算

計算得視星等為：-10.536等

這個亮度比滿月大約要暗2.1等左右，它在爆發後大約會在空中閃亮一年以上、下降到10%的亮度的時間可以保持半年，如果各位習慣我們的夜空中有那麼一顆如此明亮的星星消失後，我們的夜空中亮度會下降多少呢？

視星等之間的差異

約為兩個視星等亮度差^(滿月亮度-超新星亮度)=6.9倍，因此超新星熄滅後夜空大約要暗1/6.9，也就是大約七分之一左右！當然各位可能對這個七分之一沒啥感覺，但可以相信少了那麼大一顆大星星，絕壁會非常失落，不過也不必擔心，因為在同一個位置，會有一個極速膨脹的氣殼，甚至大家每年都可以通過望遠鏡觀測到它長大了不少。

參宿四爆發過程

參宿四爆發的衝擊波能危及地球嗎？它形成的中子星對地有威脅嗎？

參宿四未來鐵定是會超新星爆發的，一般的超新星爆發有幾種能量釋放方式，看看哪種對地球會有影響。

超強中微子流伽瑪射線電磁輻射（X射線+可見光輻射+電磁波）擴散的衝擊波一般超新星爆發都是中微子先波及地球，儘管中微子比光速慢一些，但中微子穿透力極強，在超新星核鐵核坍縮階段就會衝出重重包圍（絕大部分中微子還是被封閉在內核坍縮的緻密物質中），比如大麥哲倫星系的超新星SN1987A，持續僅僅13秒的中微子流到達地球三小時後，超新星發出的可見光才到達地球，不過不必擔心，中微子會穿過地球揚長而去，對大家沒有任何影響。

中微子到達地球

伽馬射線影響

伽瑪射線對地球的影響是最大的，因為它能量很大，穿透力也很強，會離解大氣層中臭氧，使其和和氮結合形成氮氧化物沉降到地面，地球失去臭氧層保護，生命將暴露在紫外線和宇宙射線下，這些高能射線將會破壞生物的DNA，地質史上至少有1-2次的超新星爆發造成的規模生命滅絕事件。

伽馬射線到達地球

不過參宿四距離地球比較遙遠，一般認為30光年內的超新星爆發會對地球造成嚴重影響，而且超新星爆發時兩極的噴流角度也沒有對這地球方向，因為參宿四自轉軸和地球有一個30度的角度，所以各位可以放心了！

電磁波段輻射

如果算整個電磁波段的星等，那麼參宿四可能遠不止-17等，它應該更高，但大家都知道-26.74等的太陽都沒把我們曬暈（太陽的亮度是參宿四爆發時視星等的280萬倍），因此各位也可以放心。

衝擊波影響

參宿四超新星爆發可以毀滅它所在的恆星，但它無法影響光年級別外的天體，畢竟衝擊波在太空中影響範圍是最小的。

參宿四形成的這顆中子星對地球威脅有多大？《撤離地球》是一部關於中子星闖入太陽系的電影，那實在是個可怕的結果，但這描述的是中子星進入太陽系的後果，而參宿四未來形成的中子星距離地球遠著呢，640光年的距離並不會隨著超新星爆炸而飛向地球！

不過未來在這個位置將會形成一座新的宇宙燈塔，只是這座燈塔的磁極不知道會不會掃過地球，但可惜最近的脈衝星Geminga 距離120光年已經被佔據了，參宿四未來形成的中子星（可能會是脈衝星）640光年無法獲得這一桂冠。

所以參宿四未來超新星爆發後，中微子流不會影響地球，光輻射會讓地球夜空亮度增加1/7，碎片不會飛到地球，形成的中子星也不會對地球有啥影響，各位可以放心大膽的在參宿四超新星爆發時盡情圍觀，當然還可以拿相機記錄下來，這非常有可能是各位一生中唯一一次目視超新星爆發！