参宿四是一颗位于猎户座的红超巨星,也是冬季大三角的成员之一;一直以来,参宿四被当作对太阳系威胁最大的恒星之一,原因是参宿四随时有可能爆发超新星,尤其是去年以来,参宿四经历了多次显著的变暗现象,视星等在数月内下降了差不多两个等级,人们一度猜测是超新星爆发的前奏。

参宿四的距离和大小

最近,科学家利用新的方法,测量了参宿四的大小和距离,发现参宿四的距离为548光年(以往估计值640光年),半径是太阳的750倍(以往估计值为1000倍);该论文发表在《天体物理学杂志》上,主要作者是澳大利亚科学家Meridith Joyce。

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对参宿四距离的测量并不是一件简单的事,在过去几十年中,不同的方法得到的距离从330光年到800光年不等,比如2017年的一项研究得到是724光年,天文学上对一个天体距离的测量非常重要,只有先得到天体的准确距离,我们才能知道天体的尺寸以及演化阶段。

对于距离不远的恒星,最为常见的就是三角视差法,我们可以利用地球在太阳系轨道中的不同位置,与太阳系外恒星形成的视角差,来确定该恒星的距离,距离越远,视角差越小,比如距离太阳系最近的恒星比邻星,视角差为0.772角秒(1度=3600角秒)。

当恒星距离太远时,三角视差法的误差将会非常大,甚至是大气干扰带来的误差都能淹没观测数据,科学家此次对参宿四的测量,使用了欧洲航天局发射的高精度视差测量卫星,并利用三个独立模型来修正数据,最终得到了参宿四的距离为548(-49/+88)光年,大小是太阳的750倍。

参宿四亮度变化的原因

关于参宿四亮度变化的原因有很多解释,比如星际尘埃的遮挡、参宿四自身物质的对流活动、超新星爆发前的星震等等,参宿四本身就是一颗变星,在过去几十年内亮度发生过很多次变化。

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但是前面几次亮度变化比较剧烈和异常,比如在2020年2月亮度减弱到了正常亮度的37%,然后又逐渐恢复亮度,到了5月份又开始变暗。

此次研究人员根据观测数据进行分析,认为参宿四的亮度变化很可能是恒星脉动引起的,参宿四这样的红超巨星会经历100多万年的氦元素融合阶段,参宿四的核心目前正在燃烧着氦,进而转化为碳、氧等元素,最后形成铁元素,一旦铁元素开始形成,就意味着距离超新星不远了,就目前而言,在参宿四爆炸之前或许还有10万年的时间。

超新星爆炸会怎样?

2017年的一份科学研究表明,超新星爆炸的危险距离是50光年(只针对中小质量的超新星,超超新星的致死范围更远);所以对于500光年外的参宿四来说,即便超新星爆炸对地球的影响也很有限,而超新星最后会留下一颗中子星或者黑洞,在两极产生的射流拥有恐怖的杀伤力, 并延伸到几百光年之外,好在参宿四的自转轴方向与太阳系位置相差了20°,并不会直接扫过太阳系。

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据估计,当参宿四爆炸时,视星等能达到-10以上并持续数周,峰值时与满月亮度相当,绝对亮度超过太阳的1000亿倍,到那时对人类来说或许并不是灾难,而是一场奇妙的宇宙灯光秀。

参宿四的超新星爆发模拟图

以前超新星对地球的影响

从数学概率上看,在银河系中,一个世纪内大约会发生两次超新星爆炸,如果超新星距离地球太近,将会对地球生命造成严重影响。

比如3.6亿年前的泥盆纪大灭绝事件,造成地球上75%的物种消失,就有很大可能是近地超新星造成的;还有260万年前的一颗超新星,大约距离地球150光年,消灭了大型海洋生物,保存在海底沉积物中的铁-60同位素证明了这点,而铁-60通常在超新星中产生,在到达地球时会产生μ介子,μ介子具有很强的穿透力,能引发癌症和基因突变,对于大型动物来说辐射剂量会大幅上升。

甚至人类直立行走都有可能和超新星有关,有研究表明,在数百万年前一颗超新星爆发,产生的高能射线在到达地球时,引发地球电离层的频繁放电,从而导致当时非洲森林的严重火灾,最后非洲演化为草原,人类的祖先告别森林,从树上下来走向草地,为了在草地上更好地观察危险,逐渐学会了直立行走。

虽然这些研究还没有完全被证实,但也说明了超新星爆发对地球生物的影响是非常大的,相信在未来也是如此。