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北京时间2021年8月5日 ， 国际科学期刊《自然·通讯》在线发布了国家天文台赵刚研究团队的一项最新成果 。 他们通过对高分辨率近红外光谱进行分析 ， 揭示出红超巨星参宿四的神秘变暗是由于其表面出现恒星巨黑子造成 ， 对这一广受天文学家和公众关注的现象提出了新的物理解释 。
参宿四是谁？
为何这样引人注意？
今天故事的主角是参宿四 ， 又叫猎户座α星 。 它是一颗位于猎户座肩部的红色恒星 ， 在夜空中异常明亮 ， 肉眼清晰可见 ， 标示着冬季大三角的顶点和冬季六边形的中心 。
图1 中国古代的四象二十八宿（参宿四用红圈标出）
参宿四这个名字来源于中国星座系统的四象二十八宿 。 “参为白虎 。 三星直者 ， 是为衡石 。 ……其外四星 ， 左右肩股也 。 ”《史记·天宫书》中说到：参宿属于白虎之象 ， 参宿四就是白虎左肩上的星（见图1） 。 猎户座α星这个名字来源于古代西方以动物和神话传说命名的星座 ， 星座中每个恒星的名字 ， 按照亮度以希腊字母排序 。 在命名时 ， 猎户座α星就是猎户座中最亮的星（见图2） ， 天空中第九亮星 。 但是 ， 参宿四是处在演化末期的红超巨星（见图3） ， 其亮度有周期性的波动 ， 它在一年大部分时间中成为第十亮的恒星 ， 但依旧是近红外波段中全天最亮的 。
图2 猎户座照片 ， 左上角的橙黄色亮星就是参宿四 。
恒星和生物一样 ， 也有出生、壮年、衰老和死亡 。 星云聚集形成原恒星 ， 当原恒星的中心温度由于引力塌缩被加热到一千万开尔文（以绝对零度作为起点的温度计量单位）时 ， 氢会开始聚变成氦 ， 恒星开始自行发光 。 核心的核聚变会产生足够的能量与引力坍缩达到平衡 ， 恒星开始进入相对稳定的演化阶段——主序（main sequence） ， 而且恒星一生的大部分时间都将处于这个标志其“青壮年时期”的主序阶段（见图3） 。 在主序演化阶段 ， 大质量的恒星光度大 ， 氢消耗得很快 。 当氦的质量达到恒星质量的12%时 ， 极热的核心开始促使恒星大幅膨胀 ， 离开主序阶段 。 因此 ， 大质量恒星停留在主序上的时间比小质量的恒星短很多 。 像高光度、大质量（例如15~25倍的太阳质量）的恒星停留在主序上只有几百万年、几千万年 ， 而低光度、小质量（例如0.5倍太阳质量）的恒星停留在主序上可以达几千亿年之久 。 当一颗恒星演化到红巨星或者红超巨星阶段时 ， 标志着它已进入暮年 ， 成为老年星 。 暮年的恒星核心温度升高 ， 氦、碳、氧等重元素先后参与更强作用的热核反应 ， 恒星结构越来越复杂 ， 变化也越来越剧烈 。
图3 不同质量恒星的形成和演化示意图处理：马劲 。
恒星走向生命终点之前都会抛射出一部分物质 。 不同质量的恒星抛射物质的形式也不同 ， 最终的归宿也不同（见图3） 。 小质量的恒星 ， 在核心的氢耗尽之后 ， 核心不再产生热核反应 ， 而核心上方的壳层因为塌缩加热而产生氢燃烧 。 在不经历大爆炸的情况下 ， 往复的“引力塌缩点燃核心外壳层氢”的脉动过程会使得恒星外层渐渐扩张 ， 并抛射物质 ， 形成行星状星云 。 核心内部塌缩成白矮星 。
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