天文学上的天狼星

老猫

天狼星，或许是夜空中最重量级的大明星了，说无人不知无人不晓都毫不为过。但在我们开始考虑谈论它的轶事前，或许最重要的还是先找到它。

找到天狼星

是不是因为它是夜空中最亮的恒星，我们就可以轻易找到它呢？的确，天狼星的视星等高达-1.4 6等，亮度是视星等-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。金星在最亮时可以达到-4.8 9等，木星最亮时可达-2.9 4等，火星最亮时可达-2.9 1等，就连水星最亮的时候都能达到-2.4 5等。

这些明亮的行星当然会干扰我们找到天狼星。不过天狼星毕竟是恒星，和行星在天空中的运行轨迹有很大的区别。虽然所有恒星都和日月一样东升西落，但恒星与恒星之间相对静止。也就是说，如果我们看到几颗星星在天上组成一个特殊的形状，再过十天半个月、一年两年，甚至几十年几百年，这几颗星组成的形状都不会有明显的变化，那它们就是恒星。

正因为这种相对稳定性，让我们根据某些恒星组成的特殊形状来寻找星座成为可能，冬季大三角正是天空中最典型的标志之一。从暮秋到初春，三颗亮星组成的巨大等边三角形会出现在夜空中，因此十分好认。除天狼星外，三角形的另外两个顶点是小犬座的南河三和猎户座的参宿四。天狼星所在的星座是大犬座，它是每年最早通过上中天的星座（所谓星座“通过上中天”，是指星座的中央位置通过正南正北的当地子午圈）。大犬座并不大，在天球上所占的面积为3 8 0.1 1平方度，在全天6 4个星座中排第4 3位。星座内有1等星1颗，2等星4颗，列入全天2 0 0颗亮星的恒星多达7颗，算是非常明亮的一个星座了。只是因为大犬座位置偏南，如果观察点在中国北方的话，星辰的光芒容易被地平线附近浑浊的空气吞噬。

天狼星到底有多亮？

1 7 1 8年，英国天文学家爱德蒙·哈雷惊讶地发现，他在南大西洋圣赫勒拿岛测量的恒星坐标结果与古希腊天文学家喜帕恰斯测量的不一样，个别恒星的观察数值还相差很多。要知道，虽然喜帕恰斯生于2 0 0 0多年前，他的测量结果可是相当精确的。

为什么天狼星、大角星、毕宿五这些亮星的误差那么大？天狼星的误差足足有月亮直径那么大！哈雷花了很多时间将他的结果与其他星表做了对比，最终得出一个惊人的结论：恒星不恒！

1 8 6 8年，光谱学先驱、英国天文学家威廉· 哈金斯爵士发现天狼星的光谱有一个显著的红移。显然，这样的红移是因为多普勒现象，这说明天狼星在星图上努力地“奔跑”，在我们看不见的坐标上飞速远离我们。现在我们知道，天狼星正以每秒7.6千米的速度远离我们，虽然这比哈金斯爵士当年的计算值（每秒4 0千米）小很多，但也相当可观了。

别管天狼星每年远离我们多少，天狼星到底距离我们多远？答案是8.6光年。这真不是一个远的距离，要知道，它是距离我们第9近的恒星，而一颗“三体星”南门二就占据了天狼星之前的3个名额。

我不否认天狼星很亮，但是仅凭视星等-1.4 6等，就认为距离我们8.6光年的天狼星比距离我们860光年、视星等0.12等的参宿七亮，总有些不太公平。为了公平起见，天文学家决定让恒星排排坐，都固定在距离我们1 0秒差距，约合3 2.6光年的地方，再评定它们的视星等——在这个距离上，它们展现出的视星等就能表现它们真正的亮度了。此时观察到的星等被定义为“绝对星等”。当然，天文学家不会真的飞去距离太阳3 0多光年的地方观测太阳的绝对星等，只要根据太阳与地球的距离以及太阳在地球上的亮度，就能推算出这个数值。经过计算，太阳的绝对星等是4.8 3，天狼星是1.4 2，北极星是-3.6，参宿七是-7.8 4。在肉眼可见的恒星中，绝对星等最高的可能是天津增九，这颗视星等4.8 0、看上去暗淡无奇的恒星绝对星等可能高达-9. 7。位于大麦哲伦星系蜘蛛星云中的R1 3 6a1是我们已知的绝对星等最高的恒星，这颗距离我们1 6 5 0 0 0光年、视星等1 2.2 8的蓝特超巨星，绝对星等高达-1 2.6。是的，尽管看上去光彩夺目，天狼星其实也没有特别亮（只是比太阳亮很多而已）。

天狼星的“小”伙伴

1 8 4 4年，德国天文学家弗里德里希·贝塞尔根据天狼星在天球上诡异的运行路线做出一个惊人的推断：天狼星应该还有一颗伴星，这颗伴星与天狼星的距离是地球到太阳距离的2 0倍，正好与太阳到天王星的距离不相上下。

可惜贝塞尔没能活到他的推测被天文观测证实。直到这一推断做出2 0年后，美国天文学家阿凡·格雷厄姆·克拉克才首次观测到这颗暗弱的伴星。如今，这颗视星等8.3 0的小星被称为“天狼星B”，以与明亮的“天狼星A” ——也就是我们肉眼所见的那颗——加以区分。

1 9 1 5年，沃尔特·亚当斯宣布，他观测了天狼星B 的光谱学数据，发现它的光谱与天狼星A的几乎一致。这样的结果表明，二者的表面温度相似，单位面积释放光能的能力相同，所以导致二者亮度差别的唯一因素，就只剩下恒星的表面积了。天狼星A和天狼星B的亮度相差万倍，由此可以算出天狼星B 甚至还没有地球大；但是要让质量为太阳2.0 2倍的天狼星A 在天球上走出如此弯曲的轨道，天狼星B 的质量至少得有太阳质量的0.9 7 8倍才行。

太阳的质量、地球的大小，这样的数据难免让人心生疑问，不过观测和计算数据都没有问题。在天狼星B 的这一特征被发现的几年前，人们已经注意到波江座4 0内有一颗与之类似的暗淡小恒星。而在2年后的1 9 1 7年，荷裔美国天文学家阿德里安· 范马南又在双鱼座内发现了一颗独立的致密暗淡小恒星。因为小，又散发着白光，这种恒星被称为白矮星。这3颗最早发现的白矮星被称为经典白矮星。

白矮星是低质量恒星演化的最终结果。中低质量的恒星在主序星阶段燃烧的是其核心的氢。在其生命末期，核心的氢聚变反应结束后，氦核将在重力的作用下继续在核心发生聚变，三个氦原子结合成一个稳定的碳原子。当然，碳原子有时也会继续与氦反应，形成少量的氧、氖，乃至更重的镁。endprint

因为氦核的聚合并不额外放出能量，因此这个核心会在重力的作用下发生收缩放出热量。此时，恒星表层的氢元素也会随同核心收缩并获得加热，氢原子聚变的速度大幅提高，于是产生更多的能量，导致恒星变得更为明亮，体积也发生剧烈膨胀。但处在这个阶段的恒星膨胀速度超过发光能力的提升，恒星的表面温度会降低，这时恒星的颜色更倾向红色——这个演化阶段的恒星因其外形特征，被称为红巨星。红巨星的寿命并不太长，如果本身质量不够，不足以使碳和氧进一步发生核聚变，这两种元素就会在其核心堆积起来，外层气体逐渐逸散，只留下致密的核心部分残骸，并最终成为白矮星。

白矮星的内部不再有物质进行核聚变反应，不再有能量产生，支撑重力坍缩的只有由泡利不相容原理产生的电子简并力。物质被压缩到了极致，就差把电子“压”入质子，形成更加致密的中子态了。因此，虽然稍逊于中子星，但白矮星物质依然具有极大的密度，它们的平均密度的数量级大约是吨/ 立方厘米，是地球物质密度的百万倍。

因为天狼星的轨道太过不规则，因此人们很早就怀疑它还有第三颗很小的伴星。根据计算得到的数据，第二颗围绕天狼星A 运行的恒星质量只有太阳的6%，亮度比天狼星B 还要暗5级至1 0级，围绕天狼星A公转的周期为6年。直到今天，这个假说还没能被证实，原因可能是它太暗了，也有可能是其距离天狼星A 太近。

赤犬还是苍狼？

有关天狼星，还有一个关注度很高的争议，那就是天狼星的颜色。公元1 5 0年，生活于埃及亚历山大港的著名古希腊天文学家克劳狄乌斯· 托勒密曾将天狼星与参宿四、心宿二、毕宿五、北河三一起记述为具橘黄色或红色色调的天体。托勒密的记述似乎代表了当时各阶层的主流思想，将军日耳曼尼库斯、演说家西塞罗、诗人阿拉托斯都认为天狼星是红色的，哲学家塞内卡甚至认为天狼星是暗红色的，比火星更甚。

这与如今天狼星看上去是白色的这一事实不符。

1 9 8 5年，两位德国天文学家找到了一份公元8世纪的伦巴第手稿，这份拉丁文的文稿教读者从星辰的位置确定夜祷的时刻。在这部文稿中，天狼星的颜色被描述为“呈现弥散的“红色”。据此，这两位天文学家提出天狼星B 当时是颗红巨星的说法。

且不说其他的天文学家普遍认为这里描述的应该是大角星，根据恒星演化理论，一两千年的时间远不足以让一颗恒星完成从红巨星到白矮星的蜕变。更重要的是，通过对周围星云的分析，天狼星并没有留下任何在近期曾发生剧烈变化的痕迹，通过天狼星A 或天狼星B恒星演化的可能性来解释颜色争议的理论已被推翻。

剩下的可能就是一些主观因素了，例如它在地平线附近时强烈的闪烁使人们感觉它是红色的，或者只是因为修辞需要，毕竟天狼星在诗词里的一个重要身份是隐喻凶兆。生活在公元1世纪的罗马诗人、天文学家马库斯· 马尼利乌斯把天狼星的颜色描述为“海蓝”，生活在4世纪的拉丁语诗人阿维阿努斯对它的描述也是这样。因为大气的扰动，明亮的恒星，例如天狼星，很容易发生闪烁，尤其是在它距离地平线不远的时候。在这种情况下，用肉眼观察它会发现红色、白色、蓝色交替呈现——古人也有可能因此赋予了天狼星更多色彩。

在记录天狼星颜色这方面，似乎还是古代中国人做得更靠谱一些——从公元前2世纪至公元7世纪，多次天文记录中都将天狼星描述为呈现着白色光芒的天体。endprint