從去年年底開始到今年年初，參宿四可謂賺足了眼球，因?yàn)樗鼜脑?019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，參宿四的亮度變化并不令人驚訝，但參宿四同時(shí)也是一顆行將就木的恒星，未來將會(huì)迎來它在一生中最為壯烈的時(shí)刻：超新星爆發(fā)，所以參宿四的一舉一動(dòng)無不令人關(guān)注！

什么是超新星？為什么恒星會(huì)超新星爆發(fā)？

簡單的形容就是天空中一顆星星突然變亮，然后持續(xù)一段時(shí)間后慢慢變暗，最后消失！這是一顆恒星演化到生命末期所發(fā)生的一個(gè)過程，但并不是所有恒星都會(huì)超新星爆發(fā)，一般質(zhì)量要大于8-10倍太陽才可能發(fā)生，所以我們太陽是不會(huì)超新星爆發(fā)的哦（但它會(huì)氦閃）！

當(dāng)一顆恒星超新星爆發(fā)時(shí)它發(fā)出的能發(fā)相當(dāng)于太陽一身中所有的輻射能量，外殼將會(huì)超過十分之一的光速向外拋灑，形成一片美麗的超新星遺跡，在未來數(shù)萬年甚至更久的時(shí)間，都能觀測(cè)到這片痕跡！最后在超新星爆發(fā)的中心將形成一顆中子星或者黑洞，但以參宿四的質(zhì)量，未來將形成一顆中子星。參宿四到底會(huì)不會(huì)爆發(fā)？爆發(fā)的沖擊波會(huì)不會(huì)影響地球？未來的中子星會(huì)對(duì)地球造成影響？都是本文要探討的話題。

參宿四在獵戶座中位置

參宿四詭異的光變是否會(huì)超新星爆發(fā)?

參宿四是我們熟悉的獵戶座右肩膀，它的英文名稱Betelgeuse就來自于一個(gè)誤譯的阿拉伯語名稱，意思是獵戶的手。在中國地區(qū)，冬季的獵戶座最容易觀測(cè)，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(zhì)量大約是18–19M☉（另一說14–15M☉）（M☉：太陽質(zhì)量），現(xiàn)在已經(jīng)演化到了恒星的末期紅巨星階段！

參宿四與太陽系行星軌道對(duì)比

參宿四的直徑非常大，如果將它放在太陽系，那么它的直徑將會(huì)到達(dá)小行星帶以外，可能會(huì)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(cè)量角直徑的恒星。關(guān)于參宿四的質(zhì)量比較爭(zhēng)議，主要是因?yàn)閰⑺匏牡木嚯x無法準(zhǔn)確測(cè)量的原因。

• 參宿四的光度變化發(fā)現(xiàn)

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(shù)年也有相隔十年都沒有大的變化，因此參宿四變化并沒有特殊規(guī)律，但就整體來說，參宿四從赫歇爾發(fā)現(xiàn)開始，每隔一段時(shí)間（一般為數(shù)年）就會(huì)有一次亮度峰值。

美國變星觀測(cè)者協(xié)會(huì)（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(xiàn)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?xí)r-4.4，肉眼可見最暗為6等，絕對(duì)星等為將一顆恒星放到32.6光年外測(cè)量其亮度。

現(xiàn)代參宿四的視星等范圍采用的也大致是這個(gè)范圍：0.3-1.2，（參宿四的絕對(duì)星等為-5.27～-6.27），大概最亮?xí)r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(xiàn)在可是觀測(cè)的好季節(jié)，是參宿四最黑暗的時(shí)刻！導(dǎo)致參宿四亮度變化劇烈是因?yàn)樗鼜?fù)雜的氣殼變化以及出現(xiàn)在參宿四表面巨大的對(duì)流胞（相當(dāng)于太陽上的米粒組織）。

DKIST望遠(yuǎn)鏡拍攝太陽表面的超精細(xì)米粒組織

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(duì)流層上升到光球?qū)拥牡入x子體熱柱造成的現(xiàn)象，看起來就像很多碎米粒在太陽表面，每時(shí)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(jīng)完全變形，參宿四可能上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)或者兩個(gè)巨大的對(duì)流胞，造成參宿四光度變化起伏很大。

參宿四上兩個(gè)詭異的亮斑

參宿四是一顆半規(guī)則變星，半規(guī)則變星的亮度變化周期從30天到數(shù)年不等，參宿四的變光周期有一個(gè)425天的短周期變化和一個(gè)5.7年的長周期變化，但參宿四并不嚴(yán)格按照這個(gè)規(guī)律變化。它總是有一些出人意料的變化，比如此次亮度創(chuàng)了新低！

這次亮度變化后參宿四會(huì)超新星爆發(fā)嗎？

這個(gè)問題即使天文學(xué)家也只能回答不知道，但我們可以根據(jù)參宿四的歷史光度變化來做一個(gè)猜測(cè)，請(qǐng)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(chuàng)下了有記錄以來的新低，這可能表明參宿四內(nèi)核正在進(jìn)入一個(gè)新的坍縮階段，與太陽的后期的光度變化原因類似（太陽主要是氦閃），但參宿四這樣的恒星并不會(huì)經(jīng)歷氦閃或碳閃，但它會(huì)經(jīng)歷內(nèi)核坍縮溫度劇增后的劇烈殼層氫燃燒階段，這是紅巨星的原因，這個(gè)階段的燃燒會(huì)隨著內(nèi)核的變化而極不穩(wěn)定，所以現(xiàn)在參宿四的內(nèi)核處在什么變化階段，何時(shí)會(huì)超新星爆發(fā)，天文學(xué)家也不知道。

參宿四超新星爆發(fā)時(shí)到底有多亮？

參宿四是一顆15-19M☉的恒星，未來將會(huì)經(jīng)歷一次鐵核坍縮的II型超新星爆發(fā)，這種類型的恒星內(nèi)核可以一直聚變到鐵。鎳-56是元素聚變的終點(diǎn)，但它最終會(huì)衰變回鐵-56，因?yàn)樵贌o法核聚變，此時(shí)內(nèi)核再無輻射壓支撐外殼，因此坍縮會(huì)即刻產(chǎn)生，巨大外殼的質(zhì)量將會(huì)7-8萬千米/秒的速度撞擊內(nèi)核，將會(huì)直接引發(fā)超新星爆發(fā)。

各種質(zhì)量的恒星超新星爆發(fā)類型

核心則有兩個(gè)選擇，一個(gè)是內(nèi)核中子簡并力可以對(duì)抗外殼坍縮，那么內(nèi)核將會(huì)形成中子星，如果中子簡并力無法對(duì)抗外殼的引力坍縮能，那么內(nèi)核將會(huì)坍縮成一個(gè)黑洞，不過參宿四的的內(nèi)核質(zhì)量不足以形成黑洞，它只會(huì)成為一顆中子星。

• 參宿四爆發(fā)的亮度有多高？天空中會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)太陽嗎？

這應(yīng)該是大家最關(guān)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(guān)客星，形成的殘骸即金牛座蟹狀星云M1，它距離地球約6300光年，根據(jù)天文學(xué)家估計(jì)，當(dāng)年爆發(fā)時(shí)的亮度達(dá)到了-6等，大概是天狼星亮度的64倍！最初爆發(fā)的23天里白天可見，夜晚可見則持續(xù)了將近2年！參宿四距離只有640光年，它萬一超新星爆發(fā)，有多亮？

各類超新星爆發(fā)時(shí)候的大致亮度

II型超新星爆發(fā)的亮度在-14～-17等（絕對(duì)星等）之間，假如按最亮的-17等計(jì)，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(duì)星等換算公式來計(jì)算下：

視星等和絕對(duì)星等換算

計(jì)算得視星等為：-10.536等

這個(gè)亮度比滿月大約要暗2.1等左右，它在爆發(fā)后大約會(huì)在空中閃亮一年以上、下降到10%的亮度的時(shí)間可以保持半年，如果各位習(xí)慣我們的夜空中有那么一顆如此明亮的星星消失后，我們的夜空中亮度會(huì)下降多少呢？

視星等之間的差異

約為兩個(gè)視星等亮度差^(滿月亮度-超新星亮度)=6.9倍，因此超新星熄滅后夜空大約要暗1/6.9，也就是大約七分之一左右！當(dāng)然各位可能對(duì)這個(gè)七分之一沒啥感覺，但可以相信少了那么大一顆大星星，絕壁會(huì)非常失落，不過也不必?fù)?dān)心，因?yàn)樵谕粋€(gè)位置，會(huì)有一個(gè)極速膨脹的氣殼，甚至大家每年都可以通過望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到它長大了不少。

參宿四爆發(fā)過程

參宿四爆發(fā)的沖擊波能危及地球嗎？它形成的中子星對(duì)地有威脅嗎？

參宿四未來鐵定是會(huì)超新星爆發(fā)的，一般的超新星爆發(fā)有幾種能量釋放方式，看看哪種對(duì)地球會(huì)有影響。

1. 超強(qiáng)中微子流

2. 伽瑪射線

3. 電磁輻射（X射線+可見光輻射+電磁波）

4. 擴(kuò)散的沖擊波

一般超新星爆發(fā)都是中微子先波及地球，盡管中微子比光速慢一些，但中微子穿透力極強(qiáng)，在超新星核鐵核坍縮階段就會(huì)沖出重重包圍（絕大部分中微子還是被封閉在內(nèi)核坍縮的致密物質(zhì)中），比如大麥哲倫星系的超新星SN1987A，持續(xù)僅僅13秒的中微子流到達(dá)地球三小時(shí)后，超新星發(fā)出的可見光才到達(dá)地球，不過不必?fù)?dān)心，中微子會(huì)穿過地球揚(yáng)長而去，對(duì)大家沒有任何影響。

中微子到達(dá)地球

伽馬射線影響

伽瑪射線對(duì)地球的影響是最大的，因?yàn)樗芰亢艽螅┩噶σ埠軓?qiáng)，會(huì)離解大氣層中臭氧，使其和和氮結(jié)合形成氮氧化物沉降到地面，地球失去臭氧層保護(hù)，生命將暴露在紫外線和宇宙射線下，這些高能射線將會(huì)破壞生物的DNA，地質(zhì)史上至少有1-2次的超新星爆發(fā)造成的規(guī)模生命滅絕事件。

伽馬射線到達(dá)地球

不過參宿四距離地球比較遙遠(yuǎn)，一般認(rèn)為30光年內(nèi)的超新星爆發(fā)會(huì)對(duì)地球造成嚴(yán)重影響，而且超新星爆發(fā)時(shí)兩極的噴流角度也沒有對(duì)這地球方向，因?yàn)閰⑺匏淖赞D(zhuǎn)軸和地球有一個(gè)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(gè)電磁波段的星等，那么參宿四可能遠(yuǎn)不止-17等，它應(yīng)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(fā)時(shí)視星等的280萬倍），因此各位也可以放心。

沖擊波影響

參宿四超新星爆發(fā)可以毀滅它所在的恒星，但它無法影響光年級(jí)別外的天體，畢竟沖擊波在太空中影響范圍是最小的。

• 參宿四形成的這顆中子星對(duì)地球威脅有多大？

《撤離地球》是一部關(guān)于中子星闖入太陽系的電影，那實(shí)在是個(gè)可怕的結(jié)果，但這描述的是中子星進(jìn)入太陽系的后果，而參宿四未來形成的中子星距離地球遠(yuǎn)著呢，640光年的距離并不會(huì)隨著超新星爆炸而飛向地球！

不過未來在這個(gè)位置將會(huì)形成一座新的宇宙燈塔，只是這座燈塔的磁極不知道會(huì)不會(huì)掃過地球，但可惜最近的脈沖星Geminga 距離120光年已經(jīng)被占據(jù)了，參宿四未來形成的中子星（可能會(huì)是脈沖星）640光年無法獲得這一桂冠。

所以參宿四未來超新星爆發(fā)后，中微子流不會(huì)影響地球，光輻射會(huì)讓地球夜空亮度增加1/7，碎片不會(huì)飛到地球，形成的中子星也不會(huì)對(duì)地球有啥影響，各位可以放心大膽的在參宿四超新星爆發(fā)時(shí)盡情圍觀，當(dāng)然還可以拿相機(jī)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(fā)！