恒星的亮度会变化吗

■ 颜士州

晴朗无月的夜晚，满天繁星散发着灿烂的光辉，给夜空增添了无限的美感。星光会变化吗？星星的亮度永远不变吗？说也奇怪，在长达几十世纪的岁月里，没有哪个人想到过这些缀满天穹的星星会有亮度变化。

人类明确认识到星的亮度会变化，是在1596年。那一年8月，德国一位叫法布里修斯的牧师偶然注意到在鲸鱼座有一颗2等星。法布里修斯是位业余天文学家，对星空比较熟悉，在他的印象里，星空的这个位置好像没有这颗亮星。他找来星图、星表查看，也没有找到关于这颗星的记载。于是，法布里修斯开始注意观察这颗亮星。令人想不到的是，2个月后这颗星变得看不见了。

十几年后的1619年2月，德国天文学家巴耶尔在鲸鱼座里也看到一颗过去未曾看见的3等星，他把这颗星命名为鲸鱼座。过了几个月，这颗星也变得看不见了。后来人们才确定，法布里修斯和巴耶尔看到的是同一颗星。在当时人看来，一颗星的亮度在短期内竟有这么大的变化，实在是不可思议的事。波兰天文学家赫维留斯干脆把这颗星叫做“米拉”，意思是“奇怪莫测”（中国把这颗星叫做刍藁增二）。后来，人们发现它的亮度变化是周期性的，亮度最大时达到2等，最小时可暗到10等，平均周期为332天。人们把亮度在短期内有变化的星统称为变星，像鲸鱼座这样周期长的变星叫做长周期变星。长周期变星是已知数目最多的一类变星，几乎每个星座中最早发现的变星都属于长周期变星。比较著名的、最亮时可用肉眼看见的长周期变星有猎户座U、狮子座η、盾牌座R、天鹅座R、仙后座R等。

英仙座β是另一类变星，中国把这颗星叫做大陵五，古代阿拉伯人把它称为“阿尔戈尔”（意思是“变幻莫测的神灵”）。据推测，古代阿拉伯人可能早就注意到它的亮度变化了。1782年11月12日，一位英国的聋哑青年古德利克观测到英仙座β的亮度渐渐暗下去了。当它的亮度下降到正常亮度的1/3时，他发现它又重新亮了起来，逐渐恢复到原来的亮度。古德利克发现大陵五的亮度每隔2天20小时49分便周期性地变暗一次，最亮时亮度达2.13等，最暗时为3.40等。他所测定的变光周期和现代测定的精确值仅相差4.6秒。1783年5月，古德利克把自己的发现写成论文《关于魔星光变周期的观测和发现》，并将论文送到英国皇家学会，当时他年仅19岁。不但如此，古德利克还正确地解释了魔星变光的原因，他认为这是一对大小、光度不同的两颗星，在互相绕转的过程中，彼此遮挡而使星光亮度发生变化。当大而暗的伴星遮住小而明亮的主星时，大陵五的亮度便下降了，遮挡过程结束，大陵五便又恢复原来的亮度。人们把类似大陵五这样的因两星互相遮挡而使亮度发生变化的变星叫做食变星。

接着，古德利克于1784年又发现仙王座δ（造父一）也是一颗变星。它的变光周期为12.91天，亮度极大时达到3.4等，最暗时为4.3等。为什么造父一的亮度会有周期性变化呢？是不是在它附近也有颗伴星在互相绕转而使星光发生变化呢？1894年，俄国天文学家贝洛玻尔斯基观测了造父一的光谱，发现光谱线有周期性的位移，这似乎表明造父一在空间做某种圆周运动。因此，当时有些人就猜想，仙王座δ也是颗食变星。20年后，美国天文学家夏普莱重新研究了这颗星的亮度变化和光谱变化，又考察了它的半径和表面温度随时间的变化。结果发现，当光谱线向红端位移时，恒星体积收缩，表面温度增高，亮度增大；当光谱线向紫端位移时，恒星的体积膨胀，表面温度下降，恒星的亮度减小。原来，造父一是颗本身随时间周期性不断收缩、膨胀着的恒星。这种运动像是心脏的脉动一样，因此，人们把仙王座δ星叫脉动变星。许多变星都属于脉动变星，有的和造父一类似，变光周期在一天到几十天内，被称为造父型变星。在天琴座发现的一颗脉动变星叫天琴座RR，它的变光周期在0.5天左右。和天琴座RR星类似的、光变周期在0.05天～1.5天内的脉动变星，称为短周期造父变星或者叫天琴座RR型脉动变星。

造父型变星有种很特殊的属性，称为周期—光度关系，简称周光关系。造父型变星有的亮、有的暗，有的视星等大些，有的视星等小些，有的光变周期长些，有的光变周期短些。它们的变光周期和视星等之间有没有什么规律呢？美国女天文学家勒维特深入研究了小麦哲伦星云中的25颗造父型变星，一一记录下它们的视星等和变光周期。勒维特发现，光变周期越长的变星视星等也越大，非常有规律，并画出了造父型变星的光变周期和视星等的不同的关系曲线。这样一来，造父型变星视星等的不同实际上是它们光度不同的反映。也就是说，造父型变星的周期和视星等的关系实际上反映出它们的周期和光度的关系。勒维特把视星等换算成绝对星等，得出了一个重要的规律——周光关系。如果我们测定出某颗造父型变星的周期，就可根据这一关系求出该星的光度，并由光度和视星等进一步测定出距离。因此，造父型变星被称为“量天尺”，根据它测定出的距离称为造父视差。