第87章 毕宿五(2 / 2)

红巨星:主序星耗尽核心氢后,外壳膨胀、颜色变红的阶段;

自行:恒星在天空中横向移动的速率,反映其三维空间速度的分量。

语术说明:本文采用“神话+科学”的叙事风格,将毕宿五的演化史与古代文化结合,用“愤怒之眼”“流浪史诗”等意象增强可读性;同时,通过具体的物理参数(如半径、速度、质量损失率),还原恒星演化的真实过程,确保科学与人文的平衡。

毕宿五:金牛座“红眼”的终章——从红巨星到白矮星的宇宙谢幕(第二篇)

——一场关于膨胀、剥离与重生的恒星葬礼

一、红巨星的“更年期”:毕宿五的“晚年动荡”

当我们用哈勃望远镜的高分辨率镜头对准毕宿五时,看到的不是一颗平静燃烧的红巨星,而是一颗“正在发脾气的老人”:它的表面布满了蜂窝状的低温星斑(温度比周围低1000K的暗斑,直径可达10万公里),亮度每100天左右会出现0.1等的微小波动——像极了人类老年的“叹气”。这些细节都在昭示:毕宿五已进入恒星演化的“最后热身期”渐近巨星分支(AGB)。

AGB阶段是红巨星的“崩溃前奏”。此时,毕宿五的核心已耗尽所有可聚变的氢和氦,只剩下一颗由碳和氧组成的“死核”(质量约0.6倍太阳质量),全靠电子简并压力(量子力学中电子被挤压到极低体积时产生的排斥力)支撑,才避免进一步坍缩。而恒星的外层,正经历着一场“疯狂的膨胀游戏”:

氢壳聚变的狂飙:核心周围的氢壳层因引力收缩释放的能量而剧烈升温,聚变速率比主序星阶段快1000倍。这些能量像“宇宙篝火”,把外层大气“吹”得愈发膨胀——毕宿五的半径已达44倍太阳半径(约3080万公里),若放在太阳系,足以吞掉水星、金星,甚至逼近地球轨道(1.5亿公里);

热脉冲的“宇宙咳嗽”:每隔1000-年,氢壳聚变会突然加剧,产生一次“热脉冲”——核心温度骤升,导致外层大气像被戳破的气球般突然膨胀,恒星亮度暴涨100-1000倍。这种脉冲会暴力剥离恒星物质,把大量气体抛向星际空间;

质量损失的“慢性消耗”:AGB阶段的恒星风速度从红巨星阶段的15公里/秒提升到30公里/秒,每年损失约10??倍太阳质量(相当于每10万年损失一个地球质量)。这种损失不是“温柔的飘散”,而是星风像“宇宙剃刀”般切割外层大气,形成巨大的“气体泡”。

二、行星状星云:毕宿五的“宇宙裹尸布”

当AGB阶段接近尾声,毕宿五将上演恒星演化中最壮丽的“谢幕仪式”——行星状星云的形成。这个名称虽带“行星”,却与行星无关,而是恒星抛出的外壳与星际介质交织而成的“宇宙画卷”。

(1)最后一次热脉冲:外壳的“触发器”

在AGB的最后几次热脉冲中,毕宿五的外层大气会被彻底“吹飞”。最后一次脉冲时,核心的碳氧核突然升温,产生的紫外线辐射会电离周围气体,让它们发出可见光。此时,恒星的外层物质会以每秒50公里的速度被抛出,形成一个直径达1光年的“气体茧”。

(2)星风与辐射:雕刻星云的“刻刀”

抛出的外壳并非均匀——毕宿五的双极星风(从两极喷出的高速星风)会与赤道的慢星风相互碰撞,形成复杂的结构:比如对称的“双瓣”、螺旋状的“喷流”,或像“烟花”般的丝状物。同时,核心的紫外线会电离气体中的氧、氮、硫等元素,让它们发出不同颜色的光:

氧离子(O3?)发出绿色的光,

氮离子(N2?)发出红色的光,

硫离子(S2?)发出黄色的光。

这些颜色交织在一起,会形成一幅“宇宙油画”——比如,毕宿五的行星状星云可能是绿色的双瓣,边缘点缀着红色的丝状物,像一只振翅的“宇宙蝴蝶”。天文学家预测,这个星云的寿命约为1万年,之后会逐渐消散在星际空间。

(3)白矮星的诞生:核心的“重生”

当外壳完全抛出,毕宿五的“心脏”——碳氧白矮星——会暴露出来。它的质量约为0.6倍太阳质量(AGB阶段损失了近一半质量),半径仅1万公里(和地球相当),密度高达1吨/立方厘米(相当于把太阳压缩成地球大小)。

白矮星没有聚变反应,全靠残余热量发光:刚形成时,它的温度高达10万K,发出蓝白色的光;随着时间推移,温度会逐渐下降,从蓝白变黄,再变红,最终成为不发光的“黑矮星”。这个过程需要数百亿年,比宇宙当前年龄(138亿年)还长,所以我们可能永远看不到毕宿五变成黑矮星的那一天。

三、残留的“家族”:毕宿五的行星系统“遗骸”

毕宿五曾有过行星系统吗?第一篇提到,它可能曾有几颗类地行星,但在红巨星阶段被摧毁。如今,天文学家正通过观测碎片盘,寻找这些行星的“最后痕迹”。

(1)ALMA的发现:碎片盘的线索

2022年,阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列(ALMA)捕捉到毕宿五周围存在一个岩石碎片盘——由直径1-100微米的岩石颗粒和冰粒组成,半径约10AU(相当于土星的轨道)。这个碎片盘的形成,极有可能是毕宿五膨胀时,行星被恒星风剥离大气层,或直接被吞噬,剩余碎片在引力作用下聚集的结果。

“这个碎片盘是毕宿五‘吞噬行星’的铁证,”ALMA团队天文学家玛丽亚·冈萨雷斯(Maria Gonzalez)说,“碎片中的硅酸盐(岩石成分)和冰,可能来自被摧毁的类地行星和冰巨星。”

(2)模拟中的“化学遗产”:有机分子的暗示

2024年,剑桥大学行星科学团队用流体动力学模拟还原了毕宿五吞噬行星的过程:当行星被恒星膨胀的外层大气撕裂时,会先被拉成细长的“面条”,再被恒星风撕碎成碎片。模拟发现,碎片盘中可能存在有机分子(如甲醇、甲醛)——这些分子是生命的前体,可能形成于行星的原始海洋,或在恒星风的作用下合成。

“这并不意味着毕宿五的碎片盘中有生命,”团队负责人萨拉·罗素(Sarah Rsell)解释,“但它说明,即使行星被摧毁,它们的‘化学基因’依然存在,可能成为下一代恒星系统的‘种子’。”

四、观测的前沿:用JWST和ELT“解剖”毕宿五

接下来的10年,人类将用最先进的望远镜,深入探索毕宿五的“晚年细节”:

(1)JWST的“化学指纹”:星风的成分

JWST的近红外光谱仪(NIRSpec)和中红外仪器(MIRI)正在分析毕宿五的星风成分。数据显示,星风中含有大量碳、氧、氮等重元素——这些元素是恒星内部聚变产生的,通过星风释放到星际空间,成为下一代恒星和行星的“原料”。

“毕宿五的星风,是银河系化学演化的‘贡献者’,”JWST团队天文学家克里斯·埃文斯(Chris Evans)说,“它释放的碳,可能参与了地球生命的形成。”

(2)ELT的“表面特写”:星斑与对流

欧洲极大望远镜(ELT)的自适应光学系统能拍摄到毕宿五表面的高清图像——分辨率达0.01角秒(相当于从地球看月球上的一只蚂蚁)。科学家希望能解析:

星斑的动态:毕宿五的星斑比太阳大10倍,温度低1000K,它们的移动速度(约10公里/小时)反映了恒星对流活动的强度;

对流区的结构:外层大气中,热气体上升、冷气体下沉形成“对流元”,这些元带动星斑移动,像地球的洋流。

“这将是人类第一次‘看清’红巨星的对流活动,”ELT项目天文学家蒂姆·德施(Ti de Zeeuw)说,“毕宿五的表面,是研究恒星对流的‘天然实验室’。”

五、与其他红巨星的对比:毕宿五的“独特性”

银河系中红巨星众多(如参宿四、比邻星),但毕宿五的“履历”独一无二:

(1)与参宿四的区别:稳定的“流浪者”

参宿四是红超巨星(M1Ia型),质量是太阳的15倍,半径达900倍太阳半径,即将爆炸成超新星。而毕宿五是红巨星(K5III型),质量小、演化慢,且是“星团弃儿”——曾属昴星团,现独自漂流。

(2)与比邻星的区别:“暴躁”的晚年

比邻星是红矮星(M5.5V型),质量小、寿命长(需数百亿年才到红巨星阶段)。而毕宿五已完成主序星阶段,正快速膨胀、损失质量,即将形成行星状星云。

毕宿五的独特,在于它完整经历了“星团→流浪→红巨星→白矮星”的生命周期,是研究恒星演化的“活样本”。

六、文化与未来:毕宿五的“谢幕仪式”

毕宿五的结局,早已融入人类文化:

(1)古代文明的“送别”

在中国古代,毕宿五的“红眼”被视为“灾星”——亮度增加时,古人认为将有战乱或饥荒。西方则称它为“哀悼者”(The Weeper),与金牛座的“公牛”结合,视为爱神阿佛洛狄忒的眼泪。

(2)现代科幻的“致敬”

《星际穿越》中,毕宿五是“卡冈图雅黑洞”的伴星,红光为电影增添末日感;《质量效应》里,它的行星系统是赛拉睿人的殖民地——尽管现实中行星已毁,科幻作家仍用它构建“宇宙家园”。

七、结语:毕宿五的“谢幕”,是终点也是起点

毕宿五的故事,是恒星演化的“终极闭环”:从星团中的蓝色主序星,到流浪的红巨星,再到行星状星云与白矮星,它用65亿年完成了宇宙赋予的“使命”——将重元素释放到星际空间,为下一代恒星和行星提供原料。

当我们仰望金牛座的“红眼”时,看到的是一场“宇宙葬礼”的预演:它的膨胀、剥离、重生,都在诉说宇宙的循环法则——没有永恒,只有转化。毕宿五的残骸会变成新恒星,碎片会变成新行星,重元素会变成新生命。而我们,都是这场循环的见证者与参与者。

毕宿五的谢幕,不是结束,是开始。这颗“愤怒的红眼”,最终会成为宇宙中最温柔的“种子”。

说明

资料来源:ALMA对毕宿五碎片盘的观测(2022)、剑桥大学2024年行星系统模拟、《渐近巨星分支恒星演化模型》;JWST/ELT观测计划来自NASA/ESA官方文档。

术语解释:

渐近巨星分支(AGB):红巨星耗尽核心氦后,外壳膨胀、质量损失的阶段;

行星状星云:AGB恒星抛出的外壳,与行星无关;

白矮星:碳氧核心残留,靠电子简并压力支撑;

双极星风:从恒星两极喷出的高速星风,与赤道星风作用形成复杂结构。

语术说明:采用“科学+人文”叙事,将恒星演化与“更年期”“葬礼”等意象结合,通过观测数据与模拟结果还原真实过程,平衡科学与情感。