总有人在仰望星空
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本文主要分为五个部分(并不是论文就不追求各个部分长度均衡了):
1. 文学作品中对星星颜色的描述是否准确;
2. 一些有趣的天文现象/悖论;
3. 带着地球移民比邻星现实吗;
4. 被忽略的姓名;
5. 推荐观星app以及天体物理学习资源
1. 蒲宁在短篇小说集《米佳的爱情》(选取a, b, c, d四段)中与帕乌斯托夫斯基在短篇小说集《金蔷薇》(选取 e, f, g三段)中对星星(恒星与行星)颜色的描述是否正确:
我们在观星过程中会发现恒星的颜色大多不同,以北方冬季天空最明显的参宿四和天狼星为例,前者呈现红色,后者呈现蓝白色。那么星星为什么会有不同的颜色吗?是因为他们的物质构成还是表面温度呢?
a.)在东北方的天空中亮晶晶地闪烁着一颗巨大的星星,好像绿宝石一般。它似乎正是缀在上帝宝座上的那颗星星,从那里上帝无形地看顾着这个遍布森林的冰雪世界…… 《松树》
b.) 苹果林的后面,在邻家的花园那边,有一颗绿色的星星正在徐徐地升起,它熠熠地闪烁着,像在期待着什么,在无声地诉说着什么。
从墙壁的后方露出一颗绿色的星星。它低低地挂在空中,像奇异的宝石一般熠熠发光,就跟以前所见的那颗星星一模一样。不过,现在它默默无言,凝然不动。 《晚间的时候》
c.) 小街的左边一株株棕榈树高踞于一个个平顶屋顶之上,前面漆黑的天空上许多蓝盈盈的星星在闪烁。 《从旧金山来的先生》
d.)薄暮时分,平展展的淡蓝色晚空中一动不动地高悬着一颗颗玫瑰红的星星,它们正凝望着卧室之间的空地和藏书室的窗户。槭树苍翠的树梢和花园里盛开的如冬雪般的白色花海在蓝天的衬托下,有如一幅美丽的风景画。 《米佳的爱情》
e.)安徒生迷迷糊糊地打起瞌睡来。 他醒来时,首先看到的是一颗绿色的硕大的星星。这颗星悬在中天,闪烁着耀眼的光芒。显然夜已经深了。 《夜行的驿车》
f.)“为什么它跟砖头一样是红颜色的?”我问父亲。 父亲告诉我说,火星是颗正在死亡的行星,先前也像我们地球一样美丽,有浩瀚的海洋,有绵亘的山岭,有繁茂的草木,但是渐渐的,海和河干涸了,草木枯死了,山岭风蚀殆尽,于是火星变成了一个无边无际的沙漠。想必火星上原先的山脉都是红岩,所以火星上的沙粒也就是红色的了。 “这么说,火星是个由沙粒构成的星球了?”我问。 《一部中篇小说的由来》
g.) “火焰星”这个词也非常悦耳,这是上述两个州(不仅限于这两个州)民间对猎户座的叫法。 这个词使人联想到穹苍中的冷焰(猎户座确实非常明亮,特别是秋季,这个星座的群星在黑沉沉的夜空中燃烧,的确像银色的火焰)。 《钻石般的语言》

蒲宁与帕乌斯托夫斯基在 a), b), e)段落中都提到了绿色的星星,我们暂且根据时间、方位和体积判断“绿色星星”应该是天狼星,其中 b)段落“低低地挂在空中的绿色星星”不是天狼星;d.)薄暮时分,平展展的淡蓝色晚空中一动不动地高悬着一颗颗玫瑰红的星星,根据时间和颜色推断应该同 f)段落中描述的都是火星。
在《亲历宇宙史》第三章毕宿五中,女性科学家安妮·江普·坎农(Annie Jump Cannon) 在她的前任研究者安东尼娅·莫里(Antonia Maury) 以及前人的研究基础上最终得出恒星的光谱型与颜色的关系:O型星和B型星无一例外都是蓝色的,A型星和F型星是白色的,G型星是黄色,K型星是橙色, M型星是红色,从蓝到红,就像彩虹一样光滑渐变。

黑体(表面完全不反光的物体,如恒星)辐射的规律意味着恒星发出的光现特定的光谱分布,以峰值为中心向两侧渐弱,而好值波长完全取决于恒星的表面温度:恒星的表面温度越高峰值波长就越短,曲线越陡峭。所以,表面温度最低的恒星辐射光谱分布较宽,峰值位于光谱的红色端,其能量大部分以肉眼不可见的低能量红外光的形式释放。相反,表面温度最高的恒星则光谱分布较窄,辐射峰值位于蓝色端和能量更高的紫外光波段(同样不可见)
而峰值波长在绿色段的恒星辐射光谱分布是最均匀的,在峰值两端的辐射也也不弱,最终的复合光呈现为白色,因此蒲宁和帕乌斯托夫斯基描述的绿色星星其实是蓝白色的天狼星。
太阳系中行星的颜色:水星-灰色,金星-棕灰色,地球-蓝、棕绿色、白色,火星-红、棕、褐色,木星-棕、橙、褐色(白色土星环),土星-金、棕、蓝灰色,天王星-蓝绿色,海王星-蓝色。黑体辐射的规律显然不适用于行星,行星的颜色主要由它的物质组成和行星的外层大气决定。如火星的红棕色源于它表面的氧化铁,同时感谢火星的大气足够稀薄才没有影响我们观察到它的颜色。

猎户座中著名的参宿四是一颗M型星红超巨星,它的亮度并不稳定,无数天文爱好者曾在2019年担心过它的突然暗淡(超过以往)是否因为它的生命早已走到尽头,而我们的默哀已经太迟。还好后来它的亮度回升,众多推测中毕竟合理的结论是它的长周期暗淡期与短周期暗淡期重叠,显然我们对参宿四的认识还不够深刻。
那么天狼星为什么是蓝白色的?
天狼星是夜空中最亮的恒星,视星等为-1.46,位于大犬座颈部。实际上天狼星是一个双星系统--由主序星天狼星A(A型星白色)和白矮星天狼星B组成。天狼星A的质量是太阳的2倍,能量输出是太阳的25倍;天狼星B的质量与太阳类似,能量输出是太阳的1/350,而它的表面温度比主星-天狼星A要高的多。理论上天狼星B的光度不应该亚于太阳。

2. 一些有趣的天文现象/悖论
a.) 小小的伴星天狼星B曾经是主星
天狼星B暗淡的原因是它辐射能量的表面积极小,即天狼星B是体积小、密度大的白矮星。天狼星B过去在主序星阶段与天狼星A一样发生着反应速率更快的碳氮氧循环,因为消耗燃料的速率太快,在主序星阶段停留的时间非常短暂,很快就成为红巨星,然后将外层抛出形成行星状星云,其他部分成为今天的白矮星。
b.) 恒星“出轨”事件--交换伴星
假如两个双星系统相遇,每个系统中的子星被密近双星的引力捕获后都会切段与原来主星的联系,于是两个双星系统就这样交换了彼此的伴星,大部分天文学家认为正是交换伴星最终导致了大多数星团的缓慢解体。
c.) 大陵五悖论--质量转移
在大陵五双星系统中质量小的恒星是橙巨星,质量大的伴星仍是主序星,这显然与天狼星系统的恒星演变规律不同。许多密近双星都存在大陵五悖论,双星中不同质量成员的演化过程与我们的常规认知相反。天文学家们发现在所有存在大陵五悖论的双星系统中,质量较小的恒星直径都精确吻合其引力极限。在双星或三星系统中,恒星成员为争夺空间,它们的引力影响范围会扭曲形成泪滴形的区域,称为洛希瓣。如果物质游离到洛希瓣之外就会因为不受引力控制而流失到太空中,或者被伴星吸引过去。而大陵五的小质量恒星直径符合洛希瓣,这就证明它曾经经历过质量流失,而它流失的质量正是被曾经的伴星,今天的主星吸收了,我们称这种主星与伴星交换位置的现象为--质量转移。本质上大陵五系统中的橙巨星与天狼星系统中的天狼星B角色相似,只是经历了不同的演变过程。
3. 移民比邻星现实吗?
人类热切寻找一个能够取代太阳系的星系在刘慈欣的科幻小说中可以感受一二,然而距离我们最近的比邻星(4.2光年)真的可以取代太阳吗?
比邻星是一个三星系统中最暗淡的一颗,其他两颗恒星为密近双星中的半人马座α和南门二。比邻星不会取代太阳的原因:
a.)比邻星是天文学家有史以来发现最暗淡的一颗恒星,是红矮星的极端--小、冷且黯淡,它的光度只有太阳的1/20000,显然它不能够像太阳那样为我们提供日常所需的阳光(热量),植物缺乏光合作用必须的阳光,我们也会因为缺氧而窒息。
b.)如果我们更靠近比邻星呢?是否就可以减少能量耗损?比邻星的总体能量输出为太阳的1/500,但其中大部分以不可见的紫外线形式辐射,简单来说就是不能照明且有毒。
c.)绕比邻星公转周期为11.2天,计时系统或需大幅更改。
d.)最重要的一点是比邻星其实是一颗耀星,可以在几分钟之内发生剧烈的爆发,亮度会突然增加几十倍。比邻星拥有厚而致密的对流区,因此能够经常发生磁暴,且比邻星表面的黑子和耀斑活动强度比太阳激烈许多,此外比邻星表面还有黯淡的星斑,总之比邻星不仅经常会发生“爆炸”效果,且亮度极其稳定。
如果在高速太阳风粒子、致命的x射线和高能紫外辐射下如果有生命存在,我们有理由相信那绝不是碳基生命。
4. 被忽略的姓名
感谢作者没有忽略女性为天文领域作出的贡献,除了前面提到为恒星光度与色彩关系作出关键贡献的两位女天文学家,还有塞西莉亚·佩恩(Cecilia Payne) ,哈佛计算员(Harvard Computers)要想完整地了解她们的工作,推荐你阅读达娃·索贝你(Dava Sobel)的《玻璃宇宙》(The Glass Universe),威廉明娜·弗莱明(Williamina Fleming)等。
同工同酬任重道远,请牢记“我们对待女性的态度就是我们的文明程度”。
5. 推荐观星app以及天体物理学习资源(这一部分找到天文笔记会更新)
纪录片:BBC 《The planets》《The sky at nights》,cctv 《斗转星移》等
线上课程:南京大学所有天文学课程
观星app:星图(或有地域限制无法观看实时星空,可调整),solar walk lite, planetarium vr 等
We Are All In The Gutter, But Some Of Us Are Looking At The Stars.