天文學上的天狼星

老貓

天狼星，或許是夜空中最重量級的大明星了，說無人不知無人不曉都毫不為過。但在我們開始考慮談論它的軼事前，或許最重要的還是先找到它。

找到天狼星

是不是因為它是夜空中最亮的恒星，我們就可以輕易找到它呢？的確，天狼星的視星等高達-1.4 6等，亮度是視星等-0.0 4的北天第二亮星大角星的3.7倍左右，但是在夜空中明亮的可不只是恒星。金星在最亮時可以達到-4.8 9等，木星最亮時可達-2.9 4等，火星最亮時可達-2.9 1等，就連水星最亮的時候都能達到-2.4 5等。

這些明亮的行星當然會干擾我們找到天狼星。不過天狼星畢竟是恒星，和行星在天空中的運行軌跡有很大的區別。雖然所有恒星都和日月一樣東升西落，但恒星與恒星之間相對靜止。也就是說，如果我們看到幾顆星星在天上組成一個特殊的形狀，再過十天半個月、一年兩年，甚至幾十年幾百年，這幾顆星組成的形狀都不會有明顯的變化，那它們就是恒星。

正因為這種相對穩定性，讓我們根據某些恒星組成的特殊形狀來尋找星座成為可能，冬季大三角正是天空中最典型的標志之一。從暮秋到初春，三顆亮星組成的巨大等邊三角形會出現在夜空中，因此十分好認。除天狼星外，三角形的另外兩個頂點是小犬座的南河三和獵戶座的參宿四。天狼星所在的星座是大犬座，它是每年最早通過上中天的星座（所謂星座“通過上中天”，是指星座的中央位置通過正南正北的當地子午圈）。大犬座并不大，在天球上所占的面積為3 8 0.1 1平方度，在全天6 4個星座中排第4 3位。星座內有1等星1顆，2等星4顆，列入全天2 0 0顆亮星的恒星多達7顆，算是非常明亮的一個星座了。只是因為大犬座位置偏南，如果觀察點在中國北方的話，星辰的光芒容易被地平線附近渾濁的空氣吞噬。

天狼星到底有多亮？

1 7 1 8年，英國天文學家愛德蒙·哈雷驚訝地發現，他在南大西洋圣赫勒拿島測量的恒星坐標結果與古希臘天文學家喜帕恰斯測量的不一樣，個別恒星的觀察數值還相差很多。要知道，雖然喜帕恰斯生于2 0 0 0多年前，他的測量結果可是相當精確的。

為什么天狼星、大角星、畢宿五這些亮星的誤差那么大？天狼星的誤差足足有月亮直徑那么大！哈雷花了很多時間將他的結果與其他星表做了對比，最終得出一個驚人的結論：恒星不恒！

1 8 6 8年，光譜學先驅、英國天文學家威廉· 哈金斯爵士發現天狼星的光譜有一個顯著的紅移。顯然，這樣的紅移是因為多普勒現象，這說明天狼星在星圖上努力地“奔跑”，在我們看不見的坐標上飛速遠離我們。現在我們知道，天狼星正以每秒7.6千米的速度遠離我們，雖然這比哈金斯爵士當年的計算值（每秒4 0千米）小很多，但也相當可觀了。

別管天狼星每年遠離我們多少，天狼星到底距離我們多遠？答案是8.6光年。這真不是一個遠的距離，要知道，它是距離我們第9近的恒星，而一顆“三體星”南門二就占據了天狼星之前的3個名額。

我不否認天狼星很亮，但是僅憑視星等-1.4 6等，就認為距離我們8.6光年的天狼星比距離我們860光年、視星等0.12等的參宿七亮，總有些不太公平。為了公平起見，天文學家決定讓恒星排排坐，都固定在距離我們1 0秒差距，約合3 2.6光年的地方，再評定它們的視星等——在這個距離上，它們展現出的視星等就能表現它們真正的亮度了。此時觀察到的星等被定義為“絕對星等”。當然，天文學家不會真的飛去距離太陽3 0多光年的地方觀測太陽的絕對星等，只要根據太陽與地球的距離以及太陽在地球上的亮度，就能推算出這個數值。經過計算，太陽的絕對星等是4.8 3，天狼星是1.4 2，北極星是-3.6，參宿七是-7.8 4。在肉眼可見的恒星中，絕對星等最高的可能是天津增九，這顆視星等4.8 0、看上去暗淡無奇的恒星絕對星等可能高達-9. 7。位于大麥哲倫星系蜘蛛星云中的R1 3 6a1是我們已知的絕對星等最高的恒星，這顆距離我們1 6 5 0 0 0光年、視星等1 2.2 8的藍特超巨星，絕對星等高達-1 2.6。是的，盡管看上去光彩奪目，天狼星其實也沒有特別亮（只是比太陽亮很多而已）。

天狼星的“小”伙伴

1 8 4 4年，德國天文學家弗里德里希·貝塞爾根據天狼星在天球上詭異的運行路線做出一個驚人的推斷：天狼星應該還有一顆伴星，這顆伴星與天狼星的距離是地球到太陽距離的2 0倍，正好與太陽到天王星的距離不相上下。

可惜貝塞爾沒能活到他的推測被天文觀測證實。直到這一推斷做出2 0年后，美國天文學家阿凡·格雷厄姆·克拉克才首次觀測到這顆暗弱的伴星。如今，這顆視星等8.3 0的小星被稱為“天狼星B”，以與明亮的“天狼星A” ——也就是我們肉眼所見的那顆——加以區分。

1 9 1 5年，沃爾特·亞當斯宣布，他觀測了天狼星B 的光譜學數據，發現它的光譜與天狼星A的幾乎一致。這樣的結果表明，二者的表面溫度相似，單位面積釋放光能的能力相同，所以導致二者亮度差別的唯一因素，就只剩下恒星的表面積了。天狼星A和天狼星B的亮度相差萬倍，由此可以算出天狼星B 甚至還沒有地球大；但是要讓質量為太陽2.0 2倍的天狼星A 在天球上走出如此彎曲的軌道，天狼星B 的質量至少得有太陽質量的0.9 7 8倍才行。

太陽的質量、地球的大小，這樣的數據難免讓人心生疑問，不過觀測和計算數據都沒有問題。在天狼星B 的這一特征被發現的幾年前，人們已經注意到波江座4 0內有一顆與之類似的暗淡小恒星。而在2年后的1 9 1 7年，荷裔美國天文學家阿德里安· 范馬南又在雙魚座內發現了一顆獨立的致密暗淡小恒星。因為小，又散發著白光，這種恒星被稱為白矮星。這3顆最早發現的白矮星被稱為經典白矮星。

白矮星是低質量恒星演化的最終結果。中低質量的恒星在主序星階段燃燒的是其核心的氫。在其生命末期，核心的氫聚變反應結束后，氦核將在重力的作用下繼續在核心發生聚變，三個氦原子結合成一個穩定的碳原子。當然，碳原子有時也會繼續與氦反應，形成少量的氧、氖，乃至更重的鎂。endprint

因為氦核的聚合并不額外放出能量，因此這個核心會在重力的作用下發生收縮放出熱量。此時，恒星表層的氫元素也會隨同核心收縮并獲得加熱，氫原子聚變的速度大幅提高，于是產生更多的能量，導致恒星變得更為明亮，體積也發生劇烈膨脹。但處在這個階段的恒星膨脹速度超過發光能力的提升，恒星的表面溫度會降低，這時恒星的顏色更傾向紅色——這個演化階段的恒星因其外形特征，被稱為紅巨星。紅巨星的壽命并不太長，如果本身質量不夠，不足以使碳和氧進一步發生核聚變，這兩種元素就會在其核心堆積起來，外層氣體逐漸逸散，只留下致密的核心部分殘骸，并最終成為白矮星。

白矮星的內部不再有物質進行核聚變反應，不再有能量產生，支撐重力坍縮的只有由泡利不相容原理產生的電子簡并力。物質被壓縮到了極致，就差把電子“壓”入質子，形成更加致密的中子態了。因此，雖然稍遜于中子星，但白矮星物質依然具有極大的密度，它們的平均密度的數量級大約是噸/ 立方厘米，是地球物質密度的百萬倍。

因為天狼星的軌道太過不規則，因此人們很早就懷疑它還有第三顆很小的伴星。根據計算得到的數據，第二顆圍繞天狼星A 運行的恒星質量只有太陽的6%，亮度比天狼星B 還要暗5級至1 0級，圍繞天狼星A公轉的周期為6年。直到今天，這個假說還沒能被證實，原因可能是它太暗了，也有可能是其距離天狼星A 太近。

赤犬還是蒼狼？

有關天狼星，還有一個關注度很高的爭議，那就是天狼星的顏色。公元1 5 0年，生活于埃及亞歷山大港的著名古希臘天文學家克勞狄烏斯· 托勒密曾將天狼星與參宿四、心宿二、畢宿五、北河三一起記述為具橘黃色或紅色色調的天體。托勒密的記述似乎代表了當時各階層的主流思想，將軍日耳曼尼庫斯、演說家西塞羅、詩人阿拉托斯都認為天狼星是紅色的，哲學家塞內卡甚至認為天狼星是暗紅色的，比火星更甚。

這與如今天狼星看上去是白色的這一事實不符。

1 9 8 5年，兩位德國天文學家找到了一份公元8世紀的倫巴第手稿，這份拉丁文的文稿教讀者從星辰的位置確定夜禱的時刻。在這部文稿中，天狼星的顏色被描述為“呈現彌散的“紅色”。據此，這兩位天文學家提出天狼星B 當時是顆紅巨星的說法。

且不說其他的天文學家普遍認為這里描述的應該是大角星，根據恒星演化理論，一兩千年的時間遠不足以讓一顆恒星完成從紅巨星到白矮星的蛻變。更重要的是，通過對周圍星云的分析，天狼星并沒有留下任何在近期曾發生劇烈變化的痕跡，通過天狼星A 或天狼星B恒星演化的可能性來解釋顏色爭議的理論已被推翻。

剩下的可能就是一些主觀因素了，例如它在地平線附近時強烈的閃爍使人們感覺它是紅色的，或者只是因為修辭需要，畢竟天狼星在詩詞里的一個重要身份是隱喻兇兆。生活在公元1世紀的羅馬詩人、天文學家馬庫斯· 馬尼利烏斯把天狼星的顏色描述為“海藍”，生活在4世紀的拉丁語詩人阿維阿努斯對它的描述也是這樣。因為大氣的擾動，明亮的恒星，例如天狼星，很容易發生閃爍，尤其是在它距離地平線不遠的時候。在這種情況下，用肉眼觀察它會發現紅色、白色、藍色交替呈現——古人也有可能因此賦予了天狼星更多色彩。

在記錄天狼星顏色這方面，似乎還是古代中國人做得更靠譜一些——從公元前2世紀至公元7世紀，多次天文記錄中都將天狼星描述為呈現著白色光芒的天體。endprint