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2009-6-6

织女星:测光零点与其他

归档于: 天文空间科学, 知识理论 @ 7:04 pm

织女星即天琴座α,夏季大三角之一角,星等为0,光谱型为A0V,万年之前与之后的北极星,距离太阳只有25.3光年,也是全天第5亮星兼北天第2亮星,当然还有背后的种种神话传说,但是事情不会到此为止。对于天文学来说,织女星应该算作除太阳之外被研究得最为透彻的恒星,因此成了全天最重要、最受关注的恒星之一。

The Summer Triangle

夏季大三角,最亮者为织女星。(摄影:藤井旭)

先从历史说起,织女星在近代天文学史上创的“第一”列举如下:The Great Refractor

- 太阳以外第一颗利用银板照相法拍摄的恒星(1850年,William Cranch Bond与John Adams Whipple,曝光100秒);
- 太阳以外第一颗有光谱拍摄的恒星(1872年,Henry Draper,一并拍到了其中的吸收线);
- 第一颗测得视差的恒星(1837年,Friedrich G. W. von Struve,0.125″);
- 第一颗发现存在红外晕的恒星(1983年,IRAS卫星)

右图:Bond与Whipple用于拍摄织女星的哈佛大学天文台15英寸折射镜。(图片提供:Harvard College Observatory archives)

前三条第一都可以或多或少地归结为这颗恒星的亮度与名气。关于这个视差问题,其实也该算是一桩公案。由于人们一度认为恒星的亮度近似相同,亮星的距离自然更近。哪怕最为邻近的恒星视差也不算太大,已经是不易测量;但由于倘或能确切测得视差,基本可以彻底终结地心说,恒星的准确距离也一并求出,意义重大,因此当年有多个小组都在努力。Struve的竞争者包括Thomas Henderson和Friedrick Wilhelm Bessell。Bessell选择的是拥有大自行低光度的天鹅座61,而Henderson则观测了半人马α,日后该星被认为是距离太阳最近的。不过Henderson的工作随着他1833年从非洲返回英国而半途中断,Bessell的测量也因参考星过暗的问题被拖延,这样就给Struve的抢先发布创造了机会。

Struve自称并不信任他在1837年公布的织女星视差值,但实际上0.125秒与日后得到的0.129秒的准确值相差甚少。Bessell受Struve的影响,才再度开始了对天鹅座61视差的测量,结果于1838年发表;Henderson发表他的数据则是在Bessell之后的事情了。由于三人的观测基本在同一时期,这里所指的第一只是有发表先后的问题。当年事实是,由于Struve对自己观测的怀疑,他认为天鹅座61才是第一颗测得视差的恒星;而Henderson的观测更早,但也是由于对精度的不信赖而迟迟没有公开。

至于红外晕,IRAS最初的观测结果是25、60与100微米波段上的红外增亮,这一现象迄今已在400余颗恒星中发现过,并被统称为类织女星增亮星。红外辐射所暗示的是星周温热尘埃云的存在,可能会提供太阳系演化的线索。考虑织女星的自转轴指向地球,尘埃云可能是以盘的形态存在的。日后的观测进一步判定了尘埃偏大的尺度以及两个被认为归因于行星存在的分布峰,昴星团望远镜将行星质量上限定为太阳的5–10倍。2005年,斯皮策空间望远镜又辨认出,织女星的星周盘更接近残片盘(Debri Disk)而非原行星盘,与恒星的距离相当于柯伊伯带与太阳的距离。

斯皮策眼中的织女星星周盘。(图片提供:NASA/JPL-Caltech/University of Arizona)

对于天文观测来说,织女星更重要的意义是作为测光标准:粗略地说,除了AB星等的体系以外,各波段的零星等皆以织女星定义。同时在常用的U(紫外)B(蓝)V(可见光,合波长5500埃)测光系统中,织女星的B-V与U-B色指数即各波段星等差也被定义为0。显然这样定义的结果就是,同样的星等在不同波段对应的流量密度并不相同。

其实真正的0等是根据一系列恒星而非一颗恒星定义而得的,因此说织女星的各波段星等都为0也不尽准确,只是都十分接近而已,实际的U-B指数也是-0.01而非0。好在根据星等与流量的换算关系,不难求出零星等的理论流量。不过既然是作为测光标准,流量理应比较稳定才是,但自从20世纪30年代起,就有观测声称织女星的流量在V波段有0.03等的光变,这个幅度与它在该波段上测量到的星等几乎一致。根据这些观测,织女星被归类为盾牌δ型变星,光变的本源是恒星表面径向与横向的脉动,且光变周期和幅度的波动较大。

盾牌δ变星在赫罗图上的分布情况。

盾牌δ变星别名矮造父变星,光谱分布在A0到F5之间,属于年轻富金属的星族I。其光变幅度0.003至0.9等,周期0.25至5小时。在赫罗图上,它们位于不稳定带的左下方,刚刚脱离主序。也确实有人根据织女星较低的温度与较大的半径,推测它应该已开始脱离主序,不过这也是个未决的说法。

最后是关于织女星其他一些有意思的数据:

- 织女星大气中的金属元素丰度合太阳的32%,在A型星中算是比较低的;
- 织女星自转速度为每秒274千米,与瓦解恒星的极限速度相差无几;
- 在高速自转导致的离心力作用下,测得的星体半径达到太阳的2.73倍,远比理论预计要大;
- 赤道半径是极半径的1.23倍;
- 赤道温度比极地温度低2000余开尔文;
- 当下织女星自转轴几乎指向地球,我们所看到的是其极区,若赤道朝向地球的话,由于这里温度较低,表面亮度会低上一半——倘或如此,如今的测光系统定义恐怕会有很大的不同

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