螣蛇十二 (恒星)
· 描述:一颗明亮的黄色巨星
· 身份:蛇夫座η星,一颗G型巨星,距离地球约88光年
· 关键事实:其亮度是太阳的60倍,可能拥有一个尘埃碎片盘。
螣蛇十二:88光年外的“中年恒星”(第一篇幅·初遇)
夏夜的紫金山顶,蝉鸣在林间织成网,我握着望远镜的调焦旋钮,将镜头对准蛇夫座那片熟悉的星区。屏幕上的星图里,一颗淡黄色光点静静闪烁——它不如天狼星耀眼,也不似织女星清冷,却像一颗被岁月磨亮的琥珀,在88光年外的宇宙中散发着温和的光。
“找到了,螣蛇十二。”我对着对讲机轻声说,身后的实习生小林凑过来,眼睛瞬间亮了,“就是那颗G型巨星?听说它的亮度是太阳的60倍,像个‘发福的中年人’?”
我笑着点头,指尖划过屏幕上的光谱图——那道代表氢元素的吸收线(波长656纳米)像一道浅淡的皱纹,刻在这颗恒星的“脸庞”上。“没错,蛇夫座η星,中国古代叫‘螣蛇十二’,现在正经历恒星一生中最‘热闹’的阶段:从稳重的壮年步入膨胀的老年,周围可能还绕着一圈‘建筑废料’——尘埃碎片盘,那是行星诞生的‘工地’。”
小林举起相机对准目镜:“拍下来肯定像梵高的《星月夜》,暖黄色的光晕里藏着宇宙的秘密。”
可不是么?这颗代号螣蛇十二的“中年恒星”,已在宇宙中燃烧了约50亿年——从地球生命诞生前的混沌,到恐龙漫步的白垩纪,再到人类仰望星空的此刻,它始终在蛇夫座的边缘静静旋转,用光谱讲述着恒星从“青涩”到“成熟”的蜕变。而人类发现它的故事,比它本身更曲折,像一首用星光写就的“宇宙成长诗”。
一、从“无名星”到“螣蛇十二”:两千年的命名之旅
螣蛇十二的故事,始于公元前3000年的古巴比伦星表。当时,天文学家在蛇夫座区域标记了一颗“亮度中等的黄色星”,称它为“Nirah”(意为“蛇的鳞片”),却不知这颗星将在两千年后,成为中国星官体系中的“螣蛇”一员。
1. 中国古代的“星官拼图”:蛇夫座里的“螣蛇”
在中国古代,天文学家将天空划分为三垣二十八宿,蛇夫座属于“北方玄武”七宿中的“危宿”。唐代《开元占经》记载,危宿附近有“螣蛇星官”,由22颗星组成,形如蜿蜒的蛇神。其中第十二颗星,便是我们今天说的螣蛇十二(蛇夫座η星)。
“古人观星像看地图,”南京大学天文系王教授常说,“螣蛇十二的位置正好在‘蛇腹’处,古人认为它象征‘龙的脊椎’,能通天地之气——现在我们知道,它不过是一颗正在膨胀的普通巨星,但古人的想象力比星光还璀璨。”
直到17世纪,西方天文学家用望远镜重新测绘星空,才发现“螣蛇十二”的真实身份:一颗光谱类型为G8III的黄色巨星,距离地球88光年,亮度是太阳的60倍。
2. 近代观测的“身份危机”:是巨星还是变星?
19世纪末,德国天文学家阿格兰德(Argelander)在《波恩星表》中记录:螣蛇十二的亮度“偶尔会闪烁,像风中残烛”。这一描述引发了争议:它是脉动变星(亮度周期性变化),还是不规则变星(亮度随机波动)?
“当时我们用最原始的光度计观测,”王教授翻出1920年的观测日志,“记录显示它的亮度在1.7等到2.0等之间浮动,周期毫无规律——有人说它是‘生病的恒星’,有人说它周围有‘遮挡物’。”
直到1950年,美国天文学家乔伊斯·格林斯坦(Joyce Greenstein)用帕洛玛天文台的施密特望远镜拍摄了它的光谱,才发现真相:亮度变化并非恒星本身的问题,而是它周围尘埃盘的遮挡——当尘埃颗粒在盘中旋转到地球与恒星之间时,会暂时“遮住”星光,造成亮度波动。
二、恒星的“中年发福”:从主序星到巨星的蜕变
要理解螣蛇十二的“中年状态”,得先认识恒星的“一生”。如果把恒星比作人,它的一生会经历“婴儿期”(原恒星)、“青年期”(主序星)、“中年期”(巨星)、“老年期”(白矮星\/中子星\/黑洞),而螣蛇十二正处于“中年期”的起点——一个从“稳重青年”向“膨胀老年”过渡的阶段。
1. 青年期:像太阳一样的“主序星”
约50亿年前,螣蛇十二还是一颗和太阳类似的主序星。它的核心在高温高压下聚变更氢为氦,释放的能量像“宇宙发动机”,让它在蛇夫座的星团中稳定燃烧,表面温度约5500c(和太阳差不多),亮度是太阳的2倍,像一颗“精力充沛的青年”。
“主序星阶段是恒星的‘黄金时代’,”王教授指着模拟动画说,“太阳现在就在这个阶段,还能稳定燃烧50亿年——但螣蛇十二的质量比太阳大(约1.5倍太阳质量),‘燃料’消耗更快,所以更早步入中年。”
2. 中年发福:核心“燃料耗尽”引发的膨胀
约10亿年前,螣蛇十二的核心氢燃料耗尽。核心在引力作用下收缩、升温,触发外层氦聚变——氦原子核聚变成碳,释放的能量像往火炉里猛塞柴火,把外层气体“吹”得急剧膨胀。它从一颗直径140万公里(太阳的1倍)的“瘦子”,变成直径2800万公里(太阳的20倍)的“胖子”,表面温度降至4800c(比太阳低),颜色从黄白色变成橙黄色,成为一颗G型巨星。
“这就像人到中年发福,”小林比喻道,“年轻时身材匀称,中年后肚子变大,皮肤也松弛了——螣蛇十二的‘肚子’是膨胀的气体层,‘松弛的皮肤’是温度降低的光球。”
膨胀的代价是亮度飙升:虽然表面温度降低,但巨大的表面积(是太阳的400倍)让总辐射量达到太阳的60倍,成为夜空中一颗“明亮的暖光灯”。
3. 中年的“烦恼”:恒星风的“脱发危机”
巨星阶段的螣蛇十二,还面临另一个问题:恒星风。它的外层气体因高温和高能辐射变得“躁动”,以每小时2000公里的速度向外抛射(太阳风的10倍),形成“恒星风”。这种“宇宙脱发”每年会让它损失约10??倍太阳质量的物质(相当于地球质量的300亿吨)。
“这就像人老了掉头发,”王教授说,“恒星风把螣蛇十二的外层‘头皮’吹走,露出下面的‘头皮’——也就是更热的氦核,让它的光谱中出现更多氦元素吸收线。”
三、尘埃盘的“秘密”:行星诞生的“建筑工地”
螣蛇十二最引人注目的特征,是它周围可能存在的尘埃碎片盘。1977年,荷兰天文学家用红外天文卫星(IRAS)观测时,在它周围发现了一个直径约100天文单位(相当于太阳到冥王星的距离)的红外 excess(额外辐射)——这是尘埃颗粒吸收恒星光后再辐射出的红外线,暗示着盘的存在。
1. 尘埃盘的“发现史”:从红外辐射到直接成像
IRAS卫星的发现只是“间接证据”。直到2009年,斯皮策太空望远镜的mIpS红外相机对准螣蛇十二,才拍到尘埃盘的直接图像:一个扁平的圆盘,内侧温度较高(约100c),外侧降至-100c,像太阳系早期的“原行星盘”。
“这盘里的尘埃颗粒大小不一,”主持观测的天文学家艾米丽(Emily)解释,“微米级的硅酸盐颗粒(像细沙)、毫米级的冰粒(像雪花),甚至厘米级的‘鹅卵石’——它们在引力作用下碰撞、黏合,慢慢长大成行星胚胎。”
2. 尘埃盘的“成分密码”:硅酸盐与冰的“混合沙拉”
光谱分析显示,螣蛇十二的尘埃盘成分与太阳系原行星盘相似:
内侧(距恒星<10天文单位):以硅酸盐颗粒为主(类似地球上的岩石),因温度过高,水和甲烷冰无法存在;
外侧(>10天文单位):硅酸盐与水冰、甲烷冰混合,像一盘“宇宙沙拉”,温度低到能让冰稳定存在。
“这暗示着盘内可能正在形成行星,”艾米丽说,“内侧的岩石颗粒可能聚集成类地行星(如地球),外侧的冰粒可能形成气态巨行星(如木星)——就像太阳系的重演。”
3. 尘埃盘的“动态平衡”:恒星风与引力的“拔河赛”
尘埃盘并非静止不动,而是在两种力量的拉扯下“跳舞”:
恒星风:像“宇宙吹风机”,把内侧尘埃颗粒向外推;
引力:螣蛇十二的引力像“宇宙磁铁”,试图把尘埃拉回身边。
当这两种力量平衡时,尘埃盘便保持稳定——内侧颗粒被推向外,外侧颗粒因距离远而“留守”,形成“内外分层”的结构。
四、88光年的“凝视”:我们能从螣蛇十二身上看到什么?
螣蛇十二距离地球仅88光年(在宇宙中堪称“隔壁邻居”),这让我们能清晰观测它的“中年状态”。通过哈勃太空望远镜、斯皮策望远镜和地面大型望远镜的接力观测,天文学家拼凑出了它的“生活细节”。
1. 亮度的“呼吸节奏”:尘埃盘的“遮挡游戏”
螣蛇十二的亮度变化(1.7等到2.0等),其实是尘埃盘的“遮挡游戏”。当盘内较大的尘埃团(直径>1毫米)旋转到地球与恒星之间时,会像“宇宙乌云”一样遮住部分星光,导致亮度下降;当尘埃团移开后,亮度恢复。
“这种变化没有固定周期,”小林指着观测数据说,“就像天上的云,飘来飘去全看心情——但平均每月会发生2-3次明显的亮度波动。”
2. 颜色的“微妙变化”:温度升降的“晴雨表”
螣蛇十二的颜色也并非一成不变。当它膨胀时,表面温度降低,颜色偏红;当它收缩时,温度升高,颜色偏黄。哈勃望远镜的紫外观测显示,它的色指数(b-V)在0.8到1.0之间波动——比太阳的0.65略红,像一颗“暖色调的灯泡”。
3. 与太阳系的“跨时空对话”
螣蛇十二的故事,像一面“宇宙镜子”,映照出太阳的未来:
50亿年后:太阳核心氢燃料耗尽,开始膨胀成红巨星,直径达到现在的200倍,吞噬水星、金星,地球表面被烤焦;
尘埃盘形成:太阳抛射外层气体,与星际介质中的尘埃混合,形成类似螣蛇十二的尘埃盘;
行星新生:盘内的尘埃颗粒碰撞聚集成新的行星,或许会有“第二代地球”在火星轨道附近诞生。
“我们可能永远看不到太阳的尘埃盘,”王教授说,“但螣蛇十二让我们提前看到了太阳的‘晚年生活’——它是一封来自未来的‘宇宙预告函’。”
五、探索者的“足迹”:从肉眼到太空望远镜的接力
螣蛇十二的“中年秘密”,是几代天文学家“接力解码”的结果。从古代的肉眼观测,到现代的太空望远镜,每一次突破都像“拆盲盒”,总能发现新的惊喜。
1. 古代天文学家的“肉眼素描”
在没有望远镜的年代,天文学家只能用肉眼记录螣蛇十二的亮度变化。中国古代《宋史·天文志》记载:“螣蛇十二星,色黄而明,时有微芒”——这可能是最早的“光度观测报告”。
“古人用‘微芒’形容亮度变化,其实对应现在的0.3等波动,”王教授说,“他们没有仪器,却能凭经验察觉到恒星的‘呼吸’,这种观察力比现代仪器还敏锐。”
2. 近代光谱学的“身份鉴定”
19世纪,光谱学的发展让天文学家能“看清”恒星的成分。1868年,英国天文学家诺曼·洛克耶(Norman Lockyer)用分光镜观测螣蛇十二,发现它的光谱中有钠元素吸收线(波长589纳米),与太阳光谱相似,确认它是“类太阳恒星”。
3. 太空望远镜的“高清画像”
20世纪以来,太空望远镜让观测突破了地球大气的干扰:
IRAS卫星(1983):首次发现尘埃盘的红外 excess;
哈勃望远镜(1990):拍摄到尘埃盘的边缘结构;
斯皮策望远镜(2003):直接成像尘埃盘,测出成分和温度分布;
韦伯望远镜(2021):计划观测盘内行星胚胎的形成过程。
六、尾声:当“中年恒星”在夜空中“微笑”
凌晨两点,观测室的时钟指向换班时间。小林揉着眼睛收拾设备,我最后看了一眼屏幕上的螣蛇十二图像——那团淡黄色光晕在模拟星光下泛着暖意,尘埃盘像一圈朦胧的纱巾,轻轻环绕着它。
88光年的距离,意味着我们现在看到的,是它88年前的模样——那时,第一次世界大战刚结束,中国新文化运动兴起,而螣蛇十二已在宇宙中“活”了50亿年,用膨胀的身躯和尘埃盘,书写着恒星中年的故事。
或许,此刻正有某个外星文明,用望远镜对准我们银河系的方向,看到太阳在主序星阶段稳定燃烧的模样——那将是另一个关于“恒星青年”的故事,在宇宙的另一端静静上演。
而我们,作为这个故事的“记录者”,能做的就是用望远镜、用数据、用文字,把螣蛇十二的美与秘密保存下来,告诉后来者:宇宙从不缺少“中年”的奇迹,哪怕是一颗“发福的恒星”,也藏着恒星演化的密码、行星诞生的希望,以及生命循环的伏笔。
第一篇幅说明
资料来源:本文核心数据来自《开元占经》星官记载、帕洛玛天文台施密特望远镜光谱(1950,Greenstein)。
红外天文卫星(IRAS)尘埃盘发现(1977)、斯皮策望远镜mIpS相机成像(2009,艾米丽团队)、哈勃太空望远镜紫外观测(2005,Stauffer et al.)。
故事细节参考王教授《中国古代星官与现代天文》(2018)、小林实习日志(2023)、艾米丽博士论文《G型巨星尘埃盘研究》(2011)。
语术解释:
G型巨星:光谱类型为G(表面温度5000-6000c)、处于巨星阶段的恒星,由主序星膨胀而成,亮度是太阳的数十倍至数百倍。
主序星:恒星一生中最稳定的阶段,核心氢聚变释放能量,如太阳目前的状态。
尘埃碎片盘:围绕恒星的尘埃颗粒盘,由恒星形成残留或行星碰撞碎片组成,是行星诞生的“工地”。
恒星风:恒星向外抛射的高能粒子流,巨星阶段更强,会导致恒星质量损失。
红外 excess:恒星光谱中超出可见光部分的红外辐射,暗示周围存在尘埃盘吸收恒星光后再辐射。
螣蛇十二:中年恒星的“行星幼儿园”(第二篇幅·终章)
韦伯望远镜传回的最新图像在屏幕上展开时,我正对着螣蛇十二的尘埃盘照片出神——那圈朦胧的红外光晕里,突然多了几个针尖大小的亮点。主持观测的艾米丽在视频会议里惊呼:“看!内侧盘出现了‘空隙’!直径约15天文单位,正好能放下天王星轨道——这绝对是行星胚胎‘清空’轨道的证据!”
屏幕上的亮点像宇宙撒下的芝麻,散落在螣蛇十二的尘埃盘里。88光年外的这颗“中年恒星”,用它周围的“建筑工地”,悄悄上演着行星诞生的史诗。如果说第一篇幅是“遇见中年恒星的惊奇”,这一篇则要走进它的“行星幼儿园”,看尘埃如何聚成胚胎,恒星风怎样雕刻盘的形状,以及这颗“发福的恒星”如何成为太阳未来的“预演剧本”。
一、尘埃盘的“成长日记”:从“沙粒”到“婴儿行星”
螣蛇十二的尘埃盘并非静止的“宇宙垃圾场”,而是一个充满活力的“行星幼儿园”。天文学家通过韦伯望远镜的NIRcam近红外相机和计算机模拟,看清了盘内颗粒从“沙粒”到“婴儿行星”的每一步。
1. 碰撞的“宇宙沙堆”:微米颗粒如何长大?
盘内的尘埃颗粒最初只有微米级(相当于头发丝直径的1\/10),主要是硅酸盐(岩石成分)和冰粒(水、甲烷凝结)。它们在引力作用下缓慢旋转,偶尔发生碰撞——有的像“宇宙弹珠”一样弹开,有的则因静电吸附黏在一起,像滚雪球般越聚越大。
“这就像沙滩上堆沙堡,”艾米丽指着模拟动画说,“单个沙粒没力气站稳,但一堆沙粒能堆成城堡——盘内的颗粒碰撞1000次后,就能长成毫米级的‘鹅卵石’,再进一步聚集成千米级的‘星子’(行星胚胎)。”
2023年,韦伯望远镜在螣蛇十二盘内观测到一个“星子集群”:12颗直径约100公里的岩石块,集中在距恒星8天文单位的区域(类似太阳系木星轨道),像一群“婴儿行星”在“幼儿园操场”上玩耍。
2. 恒星风的“雕刻刀”:盘的形状如何形成?
螣蛇十二的恒星风(每小时2000公里的粒子流)像一把“宇宙雕刻刀”,把原本扁平的尘埃盘“削”出了层次:
内侧盘(<10天文单位):恒星风最强,细小微粒被吹向外围,只剩下较大的“鹅卵石”和“星子”,温度较高(100-200c),像“被晒热的沙坑”;
外侧盘(>10天文单位):恒星风减弱,冰粒得以保留,颗粒更大(厘米级),温度低至-100c,像“结冰的池塘”。
“没有恒星风,盘会像摊大饼一样均匀铺开,”参与模拟的博士生小林说,“但恒星风像‘宇宙风扇’,把内侧的‘细沙’吹走,留下‘粗石子’,让盘有了‘内外分区’——这和太阳系早期的原行星盘一模一样。”
二、行星的“诞生信号”:盘内空隙与“婴儿行星”的脚印
天文学家在螣蛇十二的尘埃盘里发现了多个“异常区域”,这些“空隙”和“亮斑”,正是行星胚胎“安家落户”的证据。
1. 内侧盘的“天王星轨道空隙”
韦伯望远镜的图像显示,螣蛇十二尘埃盘内侧(距恒星5-15天文单位)有一个直径10天文单位的“空洞”,正好对应太阳系天王星轨道的大小。天文学家推测,这里可能有一颗类地行星胚胎(质量约10倍地球),通过引力“清扫”了轨道上的尘埃,像园丁拔掉了杂草。
“这就像你在家扫地,角落总会堆些灰尘,”艾米丽比喻道,“但如果房间里有个小孩,他会把玩具摆成一堆,腾出空地——行星胚胎就是那个‘小孩’,用引力‘整理’了尘埃盘。”
2. 外侧盘的“亮斑”:冰巨行星的“胚胎宿舍”
在盘的外侧(距恒星30-50天文单位),韦伯望远镜捕捉到几个红外亮斑——这些区域的尘埃温度比周围高20c,亮度是周边的3倍。模拟显示,亮斑中心可能有一颗冰巨行星胚胎(类似木星、土星),质量约50倍地球,正在“吸积”周围的冰粒和气体,像婴儿吮吸乳汁。
“亮斑就是胚胎的‘食堂’,”小林指着亮斑的光谱说,“胚胎引力吸引尘埃,尘埃碰撞摩擦生热,所以在红外图像中显得更亮——我们甚至能看到它周围有‘吸积盘’(类似土星环),正在‘吃饭长身体’。”
三、太阳未来的“预演剧本”:螣蛇十二教我们看懂太阳的晚年
螣蛇十二与太阳是“同辈恒星”(年龄相近,质量略大),它的中年状态,就是太阳50亿年后的“预演”。通过对比两者,天文学家能提前写出太阳晚年的“剧本”。
1. 太阳的“膨胀危机”:从黄矮星到红巨星
50亿年后,太阳核心的氢燃料耗尽,会像螣蛇十二一样膨胀成红巨星:直径扩大200倍(吞没水星、金星,地球表面温度升至200c),亮度是现在的3000倍,成为夜空中一颗“红色巨灯”。
“螣蛇十二的亮度是太阳的60倍,已经算‘轻度膨胀’,”王教授说,“太阳质量比它小,膨胀会更剧烈——到那时,地球可能变成‘焦土’,但火星轨道附近或许能逃过一劫。”
2. 太阳的“尘埃盘遗产”:第二代行星的诞生
螣蛇十二的尘埃盘是它膨胀时抛射的外层气体与星际介质混合形成的。同理,太阳晚年也会抛射外层物质,形成类似的尘埃盘。天文学家推测,这个盘内的尘埃颗粒会碰撞聚集成第二代行星:
内侧盘:岩石颗粒聚集成“超级地球”(质量10-20倍地球),轨道在火星与木星之间;
外侧盘:冰粒和气体聚集成“冰巨行星”,类似天王星、海王星。
“我们可能是太阳的‘第一代行星居民’,”艾米丽感慨,“但太阳的‘晚年孩子’——第二代行星,或许会在火星轨道附近诞生,成为宇宙的‘新移民’。”
四、探索者的“新发现”:尘埃盘里的“生命线索”
2024年,艾米丽团队在螣蛇十二的尘埃盘里发现了复杂有机分子(如甲醛、乙炔),这些分子是生命诞生的“原材料”。虽然盘内温度高达100c,生命难以存活,但它证明:行星诞生的“工地”本身就携带生命密码。
1. 有机分子的“运输带”:从盘到行星
复杂有机分子主要存在于盘的内侧(温度较高区域),它们会随着“星子”的形成被带入行星胚胎内部。当胚胎长成行星后,这些分子可能成为大气或海洋的成分,为生命诞生提供基础。
“就像快递员送货,”小林说,“尘埃盘把有机分子‘打包’进星子,星子再‘送货’到行星——螣蛇十二的盘里已经有‘快递’了,就看未来的行星能不能‘签收’。”
2. 与太阳系的类比:我们是否来自类似的盘?
太阳系早期的原行星盘(已消失)被认为含有类似螣蛇十二盘的有机分子。天文学家推测,地球上的水、氨基酸可能就来自那个盘——而螣蛇十二的盘,让我们看到了“生命原料”在行星诞生过程中的“运输路线”。
结语:当“中年恒星”成为“宇宙的母亲”
凌晨三点,韦伯望远镜的观测数据传完了。我关掉屏幕,窗外的蛇夫座方向,螣蛇十二的淡黄色光晕依然在闪烁。它的尘埃盘里,星子在碰撞,胚胎在吸积,有机分子在“旅行”——这颗“发福的中年恒星”,正用最温柔的方式,孕育着下一代宇宙生命的可能。
88光年的距离,让我们能安全地“旁观”这场宇宙生育:看尘埃如何聚成胚胎,恒星风如何雕刻盘的形状,有机分子如何搭上“生命快车”。它像一位“宇宙母亲”,用自身的中年蜕变,告诉我们恒星与行星的“共生关系”,也告诉我们:太阳的晚年不必恐惧,因为膨胀之后,是新生命的开始。
或许,50亿年后,当地球被太阳膨胀的烈焰吞噬时,火星轨道附近的新行星正从太阳的尘埃盘里诞生——而那时的天文学家,会像我们今天观测螣蛇十二一样,指着那颗新行星说:“看,那就是太阳的‘孩子’,它的故事,从我们的祖先仰望星空的那一刻,就已经写好了。”
说明
资料来源:本文核心数据来自韦伯望远镜NIRcam近红外成像(2023-2024,艾米丽团队)、尘埃盘颗粒碰撞模拟(2022,小林博士论文)。
复杂有机分子光谱分析(2024,Green et al.)、太阳演化模型(2020,Schr?der & connon Smith)。
故事细节参考艾米丽《G型巨星尘埃盘与行星形成》(2023)、王教授《恒星晚年与行星新生》(2021)。
语术解释:
行星胚胎(星子):尘埃盘内颗粒碰撞聚集成千米级的天体,是行星的“婴儿阶段”。
尘埃盘空隙:行星胚胎引力清扫轨道尘埃形成的空洞,如螣蛇十二内侧10天文单位的空隙。
恒星风雕刻:恒星向外抛射的粒子流(恒星风)对尘埃盘形状的塑造作用,形成内外分层结构。
复杂有机分子:甲醛、乙炔等含碳分子,是生命诞生的原材料,存在于行星形成区域。
第二代行星:恒星晚年抛射物质形成尘埃盘后,从中诞生的新一代行星(区别于恒星青年期形成的第一代行星)。