了解参宿四是如何存在的，未来超新星爆发会影响地球吗？
天文学家认为参宿四只有几千万年的历史，但由于它的质量，它进化得很快。它被认为是猎户座OB1星协会的逃逸星，还包括猎户座腰带中的参宿四、参宿四、明坂等O、B类晚星群。在目前恒星演化的后期阶段，参宿四预计将在未来数百万年内爆炸成为一颗II型超新星，并成为一颗中子星。
基本参数
赤经05h55m10.5336s
赤纬+07° 24 ' 25.4304 "
赤经:26.42±0.25马斯/年
赤纬:9.60±0.12 MAS/年
猎户星座中的一等星之意
视在星等(V):+0.50 (0.0 ~+1.3)
光谱类型:M1-M2Ia-Iab
B-V颜色指数+1.85
U-B颜色指数+2.06
恒星分类:红色超巨星
变星类型:SRc(半正则变星)
径向速度(RV):+21.0公里/秒
恒星视差(π): 5.07 1.10 mas
绝对星等(MV):-5.85
恒星质量:11.6 M注:(此数据按演化模型的640 ly计算)。
离地距离:约723.942 ly(222 pc)(根据演化模型为640 ly)。
恒星半径:887 203或955 265 438+07 R。
恒星亮度:9 10 4 ~ 1.5 10 5 L。
表面温度:3590 K
旋转速度:5公里/秒
其他名称:猎户座α，α Orionis，α猎户座HIP 27989 Ori，HR 2061，BD+7 1055，HD 39801，SAO 113271，FK5 224。
简介
参宿四(来自阿拉伯语，意为腋下)是全天第十颗亮星(由于其亮度变化，有时视星等会超过波江座的水委成为全天第九颗亮星)，亮度在0.0 ~ +1.3之间变化，变暗周期为5.5年，属于脉动变星。它是一颗M1-M2类型的红色超巨星，半径为684 ~ 1172 R，光度随半径的变化而变化(范围从0.0 ~ +1.3等。).绝对星等-5.85，距地球约724 ly，质量约11.6 M，表面温度3590 K，光度约90000 ~ 1.510 5 L，是迄今为止人类发现的最大恒星之一。基于这些原因，人类第一次可以分析除太阳以外的恒星表面大小。
参宿四猎户座αOri
参宿四是第一颗用恒星干涉仪直接测量角直径的恒星。参宿四在1966年被发现是一颗射电星。射电频谱观测表明，参宿四既有大气射电，也有恒星射电。通过2.1m望远镜的电视分光镜的观测，发现参宿四周围已经形成了一个极厚的气体壳，延伸到至少是恒星半径的600倍，这表明恒星已经向星际空间抛出了大量的物质。也有人认为参宿四至少有两个peristellar壳，分别距离恒星约50和数百半径，膨胀速度分别约为每秒11和17 km。到目前为止，参宿四的距离很难精确测量(约222 pc)，因此没有关于其真实半径和光度的可靠数据。美国的基特峰天文台利用4米望远镜结合恒星图像处理技术获得了参宿四的照片。
在天文学中，参宿四非常有趣。这是用天体干涉仪测量直径的第一批恒星之一。天文学家发现它的直径是不确定的，从最小的684 R到最大的1172 R，比木星绕太阳的轨道还大。
进化的终结
现在参宿四已经进入了生命的末期，据推测它可能在未来几百万年内成为一颗II型超新星。天文学家预测，参宿四最终将以II型超新星爆炸告终，或者其质量仅够成为一个小黑洞。但对于它能活多久，目前还没有共识:有人认为它直径的不断变化意味着参宿四正在合并其碳原子，将在数千年内成为超新星；不同意这种观点的人认为它可以存在更长时间。如果超新星爆发真的发生，它的光度会增加到几十万倍，大约是弦月的光度，有预测指出最大光度甚至可以达到满月的三倍。
超新星的光会持续几个月，白天可以看到，然后逐渐变暗，消失在夜空中，肉眼看不到。猎户座的臂会消失，几个世纪后变成星云。但是，如果这颗中子星的自转轴朝向地球，那就比较麻烦了。它释放的高能伽马射线和宇宙粒子会像雨一样到达地球，削弱臭氧层，很多天空都会出现极光。(注:已确认参宿四的自转轴与地球的夹角约为20°)
位置结构
在中国的星座系统中，它们都属于参宿四。首先介绍了参宿四在天空中的位置、结构及相关典故。参宿四是冬季天空中最美丽、最明亮的星星之一。它的北面是五车二，西面是双鱼座，东南面是天狼星，全天第一颗明亮的星星。参宿四的七颗主星中，有一颗0星等的恒星，就是本文的主角之一参宿四；一颗1星，也就是这篇论文的另一个主角——参宿四；五颗二等星，分别是参宿四I(猎户座ζ)、II(猎户座ε)、III(猎户座δ)、V(猎户座γ)和VI(猎户座κ)。
《史记·天宫列传》说:“参白虎。这三颗星是直的，是为了平衡石。太阳底下有三颗星，因伐艾而受罚。外有四星，左右肩大腿也。小三星坐在角落里，说是虎头蜂。”
这段话的意思是，星空中有三颗星星水平排列，几乎正好在赤道上，叫做平衡石，也就是起平衡作用的石头。所以平衡石的意思是赤道中腰，白虎中腰。这三颗星是参宿四的象征星，参宿四的名字由此而来。
能见度
参宿四在夜空中很容易找到。它出现在著名的猎户座的右肩上，肉眼可以看到它的橙红色光芒。在北半球，从每年1月开始，可以看到它在日落时从东方升起。3月中旬，这颗星已经在黄昏时出现在南方的天空中，除了南极洲的几个偏远的研究站位于北纬82度以南更远的地方，世界各地的居民都可以看到它。在南半球的大城市(如悉尼、布宜诺斯艾利斯、开普敦)，参宿四的高度角在地平线上几乎可以达到49°。一旦来到五月，你只能在太阳刚刚从西边落下的时候，瞥见西边的地平线。
参宿四位置
参宿四的视星等为+0.50，平均亮度是天球中第十亮的星，仅次于第一水委。但由于参宿四是变星，其光度从0.0到+1.3不等，所以有时光度会超过水委一，成为全天第九亮的星。参宿四也是如此，其通常的视星等为+0.13，但报告指出，光度在+0.03到+0.18之间波动，这也可能使参宿四偶尔比参宿四更亮，成为全天第九亮的恒星。最暗的时候会比天津四暗，天津四是第十九亮，和十字三争夺第二十名。
欧洲南方天文台的超大型望远镜不仅显示了恒星的盘面，还显示了被气体包围的未知羽流，伴随着膨胀的大气。
参宿四的B-V色指数为+1.85，表明它是一个非常红的天体。它的光球层有一个扩展的大气层，它的光谱显示出很强的发射线而不是吸收线，这是恒星外面有厚厚的气体壳时的现象。根据光球径向速度的波动，这些膨胀的气体已经被观察到远离和朝向参宿四移动。这颗恒星的辐射能只有13%是可见光发出的，大部分辐射在红外波段。如果眼睛能感受到所有波长的辐射，参宿四可能会成为整个天空中最亮的恒星。
视觉误差
自从贝塞尔在1838成功测得视差以来，天文学家对参宿四的距离一直极度困惑，不确定性使得很多恒星的参数值难以正确估计。精确的距离和角直径将揭示恒星的半径和有效温度，并推导出清晰的光度来解释热辐射；光度和同位素丰度的结合可以提供对恒星年龄和质量的估计。1920年，最初用干涉仪研究恒星直径时，假设视差为0.18角秒。这相当于56 pc的距离，即180光年，这样不仅得出的恒星半径不正确，而且恒星的特征也不一样。之后有调查认为神秘的实际距离高达400 pc，即1300 ly。
在Eba Valley的星表出版之前(1997)，有两个受人尊敬的出版物，上面有最新的参宿四视差数据。第一份报告是耶鲁大学天文台(1991)发表的视差为π= 9.8±4.7 MAS，相当于距离约为102 pc，即330 ly。第二个是Eba谷输入星表(1993)，其三角视差为π= 5±4 MAS，相当于200 pc或680 ly，几乎是耶鲁估计的两倍。这种不确定性使得研究人员使用宽松的范围进行距离估计，这引发了许多争议，不仅是关于恒星的距离，还有其他恒星参数。
图为新墨西哥索科洛国家射电天文台的甚大阵列(VLA)。27根天线每根重230 t，必要时可以在阵列内的轨道上移动，以便利用孔径合成干涉仪进行细致的研究。
期待已久的伊巴谷任务结果终于在1997公布(发布)了。这个问题解决了，新的视差值为π = 7.63 1.64 mas，相当于131 pc，或者430 ly。因为参宿四这样的变星会引起特定的疑问，影响它们距离的量化。所以大尺度误差很可能是恒星造成的，可能与布鲁诺科斯光度HP波段的3.4 mA光心运动有关。
在这场争论中，射电天文学的最新发展似乎占了上风。Graham和他的同事使用国家射电天文台(NRAO)的甚大天线阵列(VLA)以新的高空间分辨率和多波长无线电来指导参宿四的位置，并获得了更精确的估计。他们和Eba谷的数据一起提供了一个新的天文测量解:π = 5.07 1.10 mas，在严格的误差因子下得到的距离为65438。
计算的下一个突破可能来自欧洲航天局即将开展的盖亚任务，该任务将对每个被观测恒星的物理属性进行详细分析，并揭示亮度、温度、重力和成分。盖亚将重复测量亮度暗至20星等、亮于15的每一个天体的位置，精度为24微角秒，相当于从1000公里外测量的人类头发直径。携带的探测设备将确保参宿四等变星的极限可以在最暗的时候测量，这将解决早期任务位置在Eba Valley的大部分限制。事实上，最近的恒星将能够以小于0.001%的误差因子来测量它们的距离。即使是银河系中心附近的恒星，距离也在3 10 4 ly左右，测距误差会小于20%。
光度变化
参宿四的紫外线图像显示了恒星的不对称脉动、膨胀和收缩。
参宿四的紫外线图像
作为恒星“SRc”的一个子类别，研究人员提供了不同的假说来解释参宿四的反复无常的舞蹈，导致其视星等在0.0和+1.3之间振荡。根据我们对恒星结构的了解，认为超巨星的外层在逐渐膨胀和收缩，导致表面积(光球层)交替增大和减小，温度升高和降低——从而导致恒星的测量亮度在最暗的+1.3和最亮的0.0之间有节奏地变化。红巨星，如参宿四，将会脉动，因为大气本身就不稳定。当恒星收缩时，它会吸收越来越多的路过能量，导致大气层受热膨胀。相反，当恒星膨胀时，其大气变得更薄，允许更多的能量逃逸，并降低温度，从而开始新的收缩阶段。恒星的脉动和模型很难计算，好像有几个交错的周期。在上世纪1930年代，斯特宾斯和桑福德的研究论文指出，存在一个约5.7年的有规律的周期性变化周期，它受150 ~ 300天的短周期变化调制。
图示的太阳结构显示了光球层的颗粒点:
太阳的结构显示了光球层的颗粒斑点。
1.核心
2.辐射层
3.对流层
4.光球层
5.色球层
6.电晕
7.雀斑
8.米粒
9 .突出
事实上，超巨星总是表现出光度、偏振和光谱的不规则变化，这表明恒星表面和膨胀的大气中存在复杂的活动。与监测到的巨星大多是具有合理规则周期的长周期变星形成对比的是，红巨星通常是具有脉动特征的半规则或不规则变星。1975年，马丁·史瓦西发表了一篇具有里程碑意义的论文，认为光度的波动是由覆盖在恒星表面的一些巨大的对流胞(米点图案)引起的。在太阳中，这些对流细胞或太阳颗粒代表了一种重要的热传导模式——因为那些对流元素并不主导太阳光球层的亮度变化。太阳颗粒组织的典型直径约为2000 km(约相当于印度的表面积)，深度约为700 km。
太阳表面大约有210 6个这样的米点，如此庞大的数量产生了相对恒定的通量。在这些米粒下面，有5000 ~ 10000个超级米粒，平均直径30000 km，深度10000 km。相比之下，Schwardschild认为参宿四这样的恒星可能只有十几个左右的怪兽状颗粒斑点，直径为1.8 10 8 km以上，足以支配恒星表面，深度为610 6 km。这是因为红巨星的包层温度和密度都很低，导致对流效率极低。因此，如果在任何时候只能看到三分之一的对流单体，那么它们观测到的光度随时间的变化可能反映了恒星整体的光度变化。
史瓦西关于巨型对流胞主宰巨星和红巨星表面的假说，似乎已经在天文讨论社区贴出来了。当哈白太空望远镜在1995年首次直接捕捉到参宿四表面的神秘热点时，天文学家将其归因于对流。两年后，天文学家发现至少有三个亮点，这造成了恒星错综复杂的亮度分布的不对称性，其振幅“与表面的对流热点相匹配”。然后在2000年，由哈佛史密森天体物理中心(Cfa)的亚历克斯·罗贝尔领导的另一个小组注意到参宿四湍流大气中的冷热气流显示了一场肆虐的风暴。该小组推测，在恒星大气中，大型高能气体同时向不同方向膨胀，将长长的温暖气体羽状物抛入寒冷的尘埃层。另一种解释是，温暖的气体穿过恒星较冷的区域时会产生冲击波。该团队利用哈勃太空望远镜图像摄谱仪从1998到2003年的数据，对参宿四的大气进行了五年多的研究。他们发现，在色球层上移动的气泡将气体抛向恒星的一侧，当它们降落在另一侧时，它们看起来就像慢动作搅动的熔岩灯。
角直径
天文学家面临的第三个挑战是测量恒星的角直径。1920，13年2月，参宿四成为第一个在太阳外测量直径的天体。虽然干涉仪还处于早期发展阶段，但实验已经成功证明参宿四具有0.047”的均匀盘面。天文学家对周围黑暗的看法值得注意。除了65，438+00%的测量误差外，研究小组得出的结论是，由于沿着恒星边缘光度强烈降低，盘面可能要大65，438+07%，因此角直径约为0.055”。此后又进行了其他研究，范围从0.042到0.069。结合历史上的估算距离，从180到815 LY，以及这些数据，发现恒星盘的直径到处都是2.4 ~ 17.8 AU，所以相对半径是1.2 ~ 8.9 AU。用太阳系的标准，火星的轨道约为1.5 AU。因此，根据参宿四与地球之间的实际距离，光球层可以延伸到木星轨道的距离以外，但不确定是否会远至土星的9.5 AU。
无线电波的图像显示了参宿四光球的大小(圆形)以及使恒星不对称大气延伸到土星轨道以外的对流力效应。
精确的直径很难定义，原因有几个:
理论所暗示的光球收缩和膨胀的节奏意味着直径不是永远不变的；
由于周围昏暗，光线从中心延伸越远，颜色变化和辐射衰减越多，没有明确的“边界”；
参宿四被一层从恒星中排出的物质包围着。这些物质吸收和辐射光线，导致难以界定光球层的边界；
在电磁波谱的不同波长下测量，每个波长都揭示了不同的东西。研究表明，可见光的波长具有较大的角直径，在近红外区减小到最小值，但在中红外区又意外地增大。报告的直径差异可高达30 ~ 35%，但由于不同波长测量的东西不同，因此将一个结论与另一个结论进行比较是有问题的。
大气的闪烁使地面上的望远镜因为大气湍流的影响而降低了分辨率的极限角。
为了克服这些限制，研究人员采用了各种解决方案。天文干涉仪的概念是希波利特·斐索在1868年首先提出的。他提出通过两个孔观察恒星的干涉将提供恒星空间强度分布的信息。此后，科学干涉仪发展出了多孔径干涉仪，可以重叠多个位置的图像。这些“斑点”的图像是通过傅立叶分析合成的，傅立叶分析是一种广泛用于检查天体的方法，包括对彗星、类星体、小行星和星系核的研究。自1990以来出现的自适应光学，彻底改变了高分辨率天文学。与此同时，伊巴谷、哈白、斯皮策等空间天文台也取得了其他重大突破。另一个仪器，天文多波束组合器(AMBER)提供了一个新的观点。作为最大望远镜的一部分，琥珀具有同时组合三台望远镜的能力，使研究人员可以实现微角秒的空间分析。此外，通过组合三个干涉仪#天文干涉仪而不是两个干涉仪，这是传统的干涉测量法，琥珀使天文学家能够计算闭合相位-天文成像的重要组成部分。
当前的讨论围绕波长-可见光、近红外(NIR)或中红外(Mir)-来获得最精确的角度测量。最广泛接受的解决方案，它的出现，是天文学家在加州大学伯克利分校空间实验室在中红外波段进行的ISI。在2000年，这个小组在约翰·韦纳的领导下发表了一篇论文，该论文忽略了中红外中任何可能的热点，表明参宿四的均匀盘直径为54.7±0.3 MAS。本文还包括了理论上公认的55.20.5mas的外围dim直径——假设距离地球的距离为197.0 45 pc，相当于半径约为5.5 AU (1180 R)的外观。但考虑到角径的误差为0.5 mas，结合哈珀值45 pc的误差，光学球面的半径实际上可以小到4.2 AU，也可以大到6.9 AU。
在大西洋彼岸，由巴黎天文台的Guy Perrin领导的另一组天文学家在2004年用红外线精确测量了有争议的参宿四光球半径43.33±0.04 MAS。“佩兰的报告给出了一个合理的脚本，可以一致地解释从可见光到中红外光的观察。”恒星看似厚重温暖的大气会散射短波光，从而略微增大其直径，波长在1.3微米以上的散射可以忽略不计。在K和L波段，高层大气几乎是透明的。在这些波长上看到的是传统的光球，所以直径最小。在中红外波段，热辐射使大气变暖，增加了恒星的表观直径。“这些参数并没有得到天文学家的广泛支持。
IOTA和VLTI在近红外的研究有力地支持了Perrin的分析。直径范围从42.57到44.28 mas，最小误差因子小于0.04 mas。这个讨论的中心是2009年Charles Tang领导的伯克利团队的第二篇论文，该论文报告了参宿四的直径从1993到2009年减小了15%，2008年测得的角直径为47.0 mas，与Perrin的估计相差不远。与之前发表的大部分论文不同的是，这项研究聚焦于15年的特定波长。以前的研究通常只持续1 ~ 2年，在各种波长下往往得出完全不同的结果。降角分析相当于从1993看到的56.0±0.1到2008年的47.0±0.1 MAS，差不多就是0.9 AU，或者说1000 km/h左右在15。
天文学家都认为我们对这颗恒星膨胀和收缩的节奏毫无概念。如果有，周期是多少？虽然唐认为不存在这样的循环，但可能会持续几十年。其他可能的解释是，光球由于对流或因为它不是球体而略微不对称，这导致恒星在绕其轴旋转时在外观上膨胀和收缩。当然，除非我们收集到该时期的完整数据，否则我们不会知道1993的56.0 mas显示的是恒星膨胀的最大值还是平均值，或者2008年的47.0实际上是最小值。在知道确切数值之前，我们可能还要继续观测15年或更长时间(2025年)，即相当于木星轨道半径的5.5 AU，这可能会在很长一段时间内继续被视为其平均半径。
体积减小
参宿四的体积减少了近15%。
爱德华·毗瑟奴说，他们不知道参宿四为什么会缩小。“对于星系和遥远的宇宙来说，仍然有太多的未知，包括即将走到生命尽头的红色超巨星。”
研究人员表示，他们将继续研究参宿四，看看它会继续缩小还是扩大。研究人员还指出，虽然参宿四的体积正在缩小，但在过去的15年里，其亮度并没有明显变暗[2]。
爆炸
2011 65438+10月22日，南昆士兰大学物理学高级讲师布拉德·卡特博士预言，从现在开始，最迟几万年后，地球上的人类也将能够在-12附近看到明亮的恒星，尽管这种奇怪的景象只会持续几周时间。卡特博士表示，猎户座的红巨星参宿四近年来体积不断缩小，质量急剧下降，这是红巨星引力坍缩的典型迹象。参宿四随时可能发生超新星爆发，届时参宿四的绝对星等至少会达到-17。
简单来说，II型超新星是由超巨星在内核坍缩过程中挤压产生的剧烈爆炸形成的。
“这颗衰老恒星的核心已经耗尽了燃料。正是这些燃料使参宿四发出光和热。当燃料耗尽时，恒星会向内坍缩，引发巨大的超新星爆炸。”当这一切发生时，参宿四的绝对星等至少会是-17等等。当超新星爆发的光芒到达地球时，它将像人类眼中的“第二个金星”。然而，这颗“第二金星”只会持续几个月，然后在接下来的几年里逐渐暗淡消失。卡特博士说:“这将是一颗恒星最后的光辉。当参宿四爆炸时，它将在夜空中闪耀，几周后我们将看到它不可思议的亮度。在接下来的几年里，它会逐渐变暗，最后很难被观察到。
超新星光变曲线(参宿四ⅱb型)
卡特博士说，虽然参宿四可能会发生超新星爆炸，但它也可能在一百万年内的任何一天爆炸。参宿四就算爆炸了，它在天空中的表现也不可能是“第二个太阳”。“星战迷”所期待的像卢克·天行者在遥远的塔图因星球上看到的那样不会出现。
太阳和星星最显著的区别是它看起来更大——太阳不是一个光点，而是像一个金盘一样悬挂在天空。天文学上常用角径来描述这个天体的“大小”，即计算天体在观测点的直径所形成的夹角。天体离我们越近或越大，它的角直径就越大。反之，离我们较远或较小的天体的角直径就较小。虽然参宿四是角直径最大的恒星之一，并且在超新星爆发时直径会急剧增大，但由于参宿四离我们太远，其角直径仍然无法与太阳相比。据推测，参宿四的最大角直径可能是0.416’(按照超新星直径为太阳系直径的3倍、爆炸后距离地球643光年计算)，不到太阳的1/4500，甚至比太阳系行星中圆心角直径最小的海王星还要大5倍以上。即使参宿四爆发，也只是一个小点。
参宿四超新星爆炸效果图
根据天文学家的计算，参宿四爆发时的视星等约为-12，这意味着它可以达到满月的亮度，白天也可以看到。新的模拟结果显示，它的亮度甚至可能超过满月的3倍。这对于一颗恒星来说绝对是惊人的，但与太阳相比还是有不小的差距——太阳的视星等高达-26.74。根据星等和亮度的关系，我们可以计算出参宿四的亮度不到太阳的二分之一。到了晚上，参宿四可能会给我们留下长长的影子，但如果你想让它亮如白昼，那真的是勉为其难。
爆炸对地球无害。
参宿四随时可能发生超新星爆炸的预测在网上引起热议。甚至有人将超新星爆炸与玛雅历法2012年的“世界末日”阴谋论联系起来，甚至有网友在地下室储存罐头食品，以应对可能发生的超新星爆炸。
然而，卡特博士表示，超新星爆炸不可能给地球带来任何毁灭性的结果，因为超新星爆炸释放的微小粒子中微子对人体无害。
卡特博士说:“当恒星爆炸时，我们首先会观测到一种叫做中微子的粒子雨，这种粒子雨会穿过地球。即使超新星爆炸会照亮我们的夜空，即使超新星99%的能量会释放到这些粒子中，当这些微小的粒子穿过地球和我们的身体时，它们绝不会对我们造成任何伤害。”
一些专家推测，一旦超新星爆发，参宿四将成为中子星或形成距离地球约650 ly的黑洞。卡特博士说:“它形成中子星或黑洞的概率是一样的。如果我做一个预测，我认为更有可能形成一个8倍太阳质量的黑洞。”