參宿四是一顆處于獵戶座的紅超巨星，也是冬季夜空中最亮的恒星之一。這兩天，關(guān)于參宿四發(fā)生了一件奇怪的事兒，它的亮度變得讓人捉摸不定，這意味著什么呢？

公元1054年7月4日，清晨的東方，天空中突然出現(xiàn)了一顆非常耀眼的“客星”。那顆客星甚為壯觀，按照《宋會要》等古籍的記載，在最初的二十多天里，它不僅白天可見（根據(jù)現(xiàn)有推斷，視亮度可能達(dá)到了-7到-4.5等），晚上更是耀眼。盡管在此之后亮度變暗，仍然持續(xù)了近兩年的時(shí)間。

在中國古代，客星可能表示彗星或者超新星爆發(fā)，前者又常常帶有不祥之意，因此這顆客星的出現(xiàn)想必也曾引起不小的恐慌。如今，天文學(xué)的進(jìn)步，讓我們對古代的很多天象記錄有了更為合理和科學(xué)的認(rèn)識。最近的一百多年間，通過大型的天文觀測設(shè)備，天文學(xué)家對這塊區(qū)域進(jìn)行了重新觀測，確認(rèn)了1000多年前的那顆客星其實(shí)是一次超新星爆發(fā)。在它的中心產(chǎn)生了一顆脈沖星，外部形成了一塊非常漂亮的星云，因?yàn)樾嗡企π?，因此被命名為“蟹狀星云”?

不同波段下的蟹狀星云圖（從左向右，從上往下順序：x射線、紫外、可見光（黑白）、可見光（彩色）、近紅外、中紅外、遠(yuǎn)紅外、射電） （圖自NASA）

在此以后，又有幾顆肉眼可見的超新星被記錄下來。最近的一次銀河系內(nèi)肉眼可見的超新星是爆發(fā)于1605年的開普勒超新星，那是在望遠(yuǎn)鏡發(fā)明前四年。在歷史記錄中，總共只有8顆肉眼可見的超新星，數(shù)目非常稀少。不過借助強(qiáng)大的天文望遠(yuǎn)鏡，在計(jì)算機(jī)的輔助下，現(xiàn)在我們可以很容易地找到宇宙中距離我們十分遙遠(yuǎn)而暗弱的超新星爆發(fā)事件。然而，像1054年那樣明亮的超新星爆發(fā)現(xiàn)象，卻從未再次出現(xiàn)過。

不過，不少人猜測參宿四（英文Betelgeuse）很可能就是下一顆，而且很快就會爆發(fā)。

參宿四是位于獵戶座的一顆紅超巨星（red supergiant），它是冬季夜空中最亮的恒星之一（全天夜空最亮恒星排名通常為第11），通過肉眼很容易看到。它和大犬座的天狼星、小犬座的南河三一起，構(gòu)成了著名的冬季大三角。參宿四的質(zhì)量大約是太陽的12倍，如果把它放在太陽的位置，它的外緣將延伸到火星軌道之外，甚至可以達(dá)到木星附近。它比太陽更重，所以一方面它擁有更多的燃料，比太陽更加明亮；另一方面因?yàn)橄娜剂系乃俣冗^快，它的壽命也更短。太陽的壽命約為100億年，如今即將過半。而參宿四的壽命約是1000萬年，觀測表明它很可能已經(jīng)走到生命的盡頭。

參宿四大小和太陽系大小比較圖 （圖自ALMA）

自從2019年10月起，參宿四的亮度變化非常奇怪。天文學(xué)家們先是觀察到它的亮度急劇持續(xù)變暗，達(dá)到了近一個(gè)世紀(jì)以來最弱時(shí)刻（視亮度從0.5降到了1.5，使得全天最亮排名掉出前20），而在最近幾日又突然變亮（考慮到測量誤差，關(guān)于變亮還有待進(jìn)一步確認(rèn)），這讓大家猜測：會不會是參宿四爆炸的時(shí)刻即將到來？一些人猜測這顆星很可能即將發(fā)生超新星爆發(fā)，甚至有人說這顆星其實(shí)已經(jīng)爆炸，只是因?yàn)榫嚯x遙遠(yuǎn)，光需要幾百年的時(shí)間才能傳到地球，所以我們尚未看到。這些說法引發(fā)了全球天文愛好者和大眾的高度關(guān)注。

對于恒星變亮變暗這種現(xiàn)象的產(chǎn)生原因，仍然有不同的爭論。一種可能的原因是參宿四內(nèi)部的物質(zhì)在受熱時(shí)產(chǎn)生對流，使得恒星表面上出現(xiàn)熱斑。一些熱斑會被噴射到太空中，在恒星表面留下相對較冷和較暗的區(qū)域，從而讓它看起來好像變暗了。不過對于紅超巨星參宿四而言，本身就存在著一個(gè)準(zhǔn)周期性的亮度變化，所以一些天文學(xué)家認(rèn)為，最近所觀測到的亮度變化就是這顆恒星內(nèi)部很自然的周期性變化所致。在之前參宿四亮度下降的時(shí)候就預(yù)言了它將再次變亮，因此此次的亮度變化可能與超新星爆發(fā)沒有關(guān)系。

其實(shí)，除了參宿四的亮度變化之外，天文學(xué)家之前觀測很多其它恒星亮度的變化。最為著名的就是海山二（Eta Carinae）系統(tǒng)的亮度變化。它是一個(gè)距離地球大約7500光年的雙星系統(tǒng)，其中包含一個(gè)起初質(zhì)量為150到250太陽質(zhì)量的高光度藍(lán)變星（Luminous blue variable），而且已經(jīng)向周圍拋射了30倍的太陽質(zhì)量物質(zhì)。

哈勃望遠(yuǎn)鏡觀測到的海山二 （圖自NASA/HST）

另外一顆是30倍太陽質(zhì)量的沃爾夫-拉葉（Wolf-Rayet ）星。起初它是一個(gè)4等星的系統(tǒng)，1837年時(shí)，這個(gè)系統(tǒng)突然變亮，亮度甚至超過了參宿七（Rigel），其中的藍(lán)變星開始了所謂的“大噴發(fā)”（Great Eruption）時(shí)期，在1843年的3月11日到14日之間，這顆恒星一度成為全天僅次于天狼星的第二亮恒星，隨后它一直變暗，直到1856年暗到肉眼再也看不到了。在此之后，又分別在1892年和1940年有兩次小爆發(fā)，一度使得恒星又肉眼可見。估計(jì)其中的高光度藍(lán)變星會在估計(jì)在1000年之內(nèi)會爆炸產(chǎn)生超新星。因?yàn)檫@個(gè)恒星的質(zhì)量極大，而且它在一個(gè)雙星系統(tǒng)當(dāng)中，有諸多因素會影響最終產(chǎn)生的亮度。根據(jù)現(xiàn)有理論，有可能會產(chǎn)生超亮超新星，也可能產(chǎn)生比一般更暗一些的超新星。

超新星爆發(fā)示意動(dòng)畫圖 （圖自網(wǎng)絡(luò)）

就參宿四而言，按照現(xiàn)有研究可以肯定的是，參宿四在未來很快就注定會成為一顆超新星。但是用天文術(shù)語來說，“很快”可能意味著從今天到10萬年后的任何時(shí)間。大家可能會感到疑惑，現(xiàn)代科學(xué)理論已經(jīng)如此精確，為何天文學(xué)家仍然不能準(zhǔn)確預(yù)測恒星爆發(fā)的時(shí)間？這是因?yàn)楹阈莾?nèi)部的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，存在諸多的不確定性。事實(shí)上，一顆大質(zhì)量恒星如何在它生命末期演變?yōu)槌滦潜l(fā)，是困惑了天文學(xué)家很久的難題。盡管最近一些年取得了相當(dāng)多的進(jìn)展，但依舊還是存在太多不能準(zhǔn)確回答的問題。就像一些天文學(xué)家所說，參宿四究竟什么時(shí)候成為超新星爆發(fā)，誰又能準(zhǔn)確預(yù)測呢。

當(dāng)參宿四這樣的大質(zhì)量恒星耗盡燃料時(shí)，維持其核心發(fā)光的核反應(yīng)就會停止。它將沒有足夠的輻射來抵抗重力，導(dǎo)致核心坍縮，形成一顆致密的中子星。此時(shí)外部氣體坍縮下落過程中產(chǎn)生的沖擊波會將整個(gè)恒星摧毀，成為一顆非常耀眼的超新星。這顆恒星爆發(fā)時(shí)候所產(chǎn)生的絕對亮度，會比銀河系中其它所有恒星產(chǎn)生的亮度總和還要大。

如果參宿四真的爆炸，普通大眾會看到何種景象呢？那將是極其壯觀的，足以讓你大飽眼福。它的亮度甚至?xí)^當(dāng)年的1054超新星（相比較而言，參宿四距離我們700光年，而蟹狀星云距離我們6500光年），在連續(xù)幾個(gè)星期內(nèi)，不僅白天能夠看到，晚上的時(shí)候甚至?xí)葷M月還亮一點(diǎn)（滿月平均視星等為-12.74，此超新星爆發(fā)的視星等可達(dá)-12.4）。

不過你也不用過分擔(dān)心，即使參宿四發(fā)生超新星爆發(fā)，也不會傷害到地球。根據(jù)天文學(xué)家的估算，參宿四的爆炸不會破壞地球大氣層，因?yàn)樗馁|(zhì)量不夠大，還不足以產(chǎn)生很強(qiáng)的伽馬輻射（比如伽瑪射線暴）。參宿四距離地球700光年，盡管在宇宙尺度上并不遙遠(yuǎn)，但對地球而言也已經(jīng)足夠遙遠(yuǎn)了，所以不足以造成任何破壞。

更重要的是，從天文研究的尺度來看，參宿四距離我們很近，這將為天文學(xué)家提供極好的科學(xué)研究機(jī)會，就像當(dāng)年的1987A超新星一樣。1987年2月23日，距離地球大約16萬光年的一顆恒星在大麥哲倫星云中發(fā)生了超新星爆發(fā)，天文學(xué)家隨后將其命名為1987A超新星，它也是望遠(yuǎn)鏡發(fā)明以來距離地球最近的一次超新星爆發(fā)（此超新星的最大視亮度為3等）。

不同波段（可見光，X射線和射電）的1987A遺跡時(shí)間演化圖（圖自NASA）

超新星爆發(fā)不僅會產(chǎn)生我們非常熟悉的的電磁波(包括可見光、x射線等)，同時(shí)還會產(chǎn)生大量高能的中微子。當(dāng)時(shí)全世界共有三臺中微子探測器監(jiān)測了此次超新星爆發(fā)，分別是日本的超級神岡探測器、前蘇聯(lián)的巴克三中微子觀測所，以及美國的Irvine–Michigan–Brookhaven中微子探測器。這次中微子爆發(fā)過程持續(xù)了短短的13秒，而在3小時(shí)之后，1987A超新星發(fā)出的可見光才到達(dá)地球，并被地面上的天文望遠(yuǎn)鏡觀測到。

中微子的探測幫助天文學(xué)家驗(yàn)證了超新星坍縮模型，這是人類第一次在太陽之外明確地探測到了中微子信號。而這次中微子的直接探測也開創(chuàng)了一門新的學(xué)科分支——中微子天文學(xué)，更是拉開了多信使天文探測的大幕。日本和美國中微子探測器的負(fù)責(zé)人因此還獲得了2002年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

2015年9月14日，美國的激光干涉引力波探測設(shè)備終于直接探測到了雙黑洞合并的引力波，等待了上百年的引力波時(shí)代正式開啟。而在2017年8月17日，中子星的合并事件被LIGO和VIRGO探測到，這個(gè)并合事件不僅僅有引力波產(chǎn)生，而且更是有很強(qiáng)電磁信號產(chǎn)生，所以它也吸引了上百個(gè)科研機(jī)構(gòu)的科學(xué)家，利用全球70多架地面和空間望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行全波段觀測。

這些研究不僅讓我們直接觀察到了之前預(yù)言已久的新現(xiàn)象，例如千新星，驗(yàn)證了一些懸而未決的理論。當(dāng)然中微子探測器也進(jìn)行了觀測，但是很遺憾并沒有探測到任何信號。這次觀測，多個(gè)不同探測設(shè)備的結(jié)合，讓科學(xué)家非常興奮的是，首次了解到了雙中子星從合并前到合并后的演化的完整過程，看到了多信使的強(qiáng)大威力，自此，掀起了多信使天文探測的熱潮。

雙中子星合并藝術(shù)圖 （圖自Carnegie Institution for Science）

在產(chǎn)生引力波的眾多物理機(jī)制當(dāng)中，不僅有黑洞合并或者雙中子星合并，超新星爆發(fā)也是其中一種。不過根據(jù)理論計(jì)算，超新星爆發(fā)所產(chǎn)生引力波相對弱一些，到目前為止它還從未被觀測到。參宿四距離地球僅700光年，無論是對于從事引力波研究的物理學(xué)家、從事超新星研究的天文學(xué)家，還是對于中微子研究的高能物理學(xué)家來說，它的爆炸都將是一個(gè)千載難逢的機(jī)會，可以利用多信使的觀測手段全面近距離監(jiān)測這顆恒星死亡的過程。

在接下來的時(shí)間里，天文學(xué)家正在持續(xù)關(guān)注這顆異常的恒星。一旦參宿四爆炸，數(shù)年之后獵戶座肩頭的那顆明珠將會消失，取而代之的是一片美麗的星云，為天空增添一塊新的瑰麗景象?；蛟S它就是獵人狩獵結(jié)束扛在肩頭的獵物，并繼續(xù)伴隨人類千百萬年的時(shí)光。無論如何，讓我們期待有生之年，能夠目睹這場宇宙壯觀煙花的綻放。

（作者：茍利軍）