比邻星

     比邻星位于半人马座，又称半人马座α星C，与半人马座α星A、半人马座α星B共同构成三星系统      比邻星离地球约4      246光年远（具体数值会随最新观测数据变化），是已知离太阳最近的恒星      从地球观测，比邻星离半人马座αAB双星视角约2°，相当于满月直径的4倍      图：半人马座α三合星系统相对太阳系的位置      灰点是比邻星的投影，投影与太阳的距离和半人马座αAB双星与太阳的距离相等      图中距离单位pc：秒差距；ly：光年；Pm：拍米，即1015米      在这样一个三体星系中，A和B两颗星质量较大，它们围绕各自对方为中心旋转组成转动周期约80年的双星系统，旋转半径为17      57天文单位（Astronomical Unit，缩写AU）      比邻星则在距离它们0      2光年远的地方绕着它们公转，偏心率约0      5，周期预计约51万年       但是，比邻星再小也是一颗恒星，拥有巨大的引力，因此三体的轨道并不是简单的两层圆轨道嵌套，而是互相影响、不断发生微小变动且难以预测的      图：2017年5月2日钱德拉X射线天文台拍摄的半人马座α三星系统      图源：可见光波段：[MOU3] 欧洲南方天文台（European Southern Observatory，缩写ESO）/Zdenek Bardo; X光波段：美国国家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，缩写NASA）/Chandra X射线中心/科罗拉多（Colorado）大学/ Tom Ayres等比邻星是一颗红矮星，质量只有太阳的1/8左右，直径只有太阳的1/7左右      它是如此的昏暗，直到1915年才由当时约翰内斯堡联合天文台的主管罗伯特·因尼斯在南非发现      在这组三合星中，A星和B星组成双星系统，C星（比邻星）绕A、B星的质心公转      A星的光谱型为G2V，B星的光谱型为K1V，与太阳（G2V）相类似      比邻星的光谱型为M5      5Ve      图：南门二三合星的成员的大小与太阳的比较图图：南门二三合星的成员的大小与太阳的比较图 通常红矮星的亮度都很弱，以肉眼观测是看不见的，比邻星也不例外      它的视星等是11等，绝对星等15      5等      而人眼通常只能看到6等星，所以不用天文望远镜是无法看到它的      如果从半人马座α三合星的其他两个星观测，比邻星将是4      5等星      在整个电磁波段上，比邻星的辐射量只有太阳的0      16%，但在可见光波段，它只有太阳的0      0056%      比邻星辐射的能量中85%以上都属于红外线      图：南门二三合星和太阳在赫罗图上的位置，横轴是表面温度（开氏度），纵轴是相对亮度 | 图源：欧洲南方天文台比邻星的形成年代与A星和B星相同，为约48      5亿年前，比太阳的46亿年略早些      有科学家认为它原来并不属于南门二恒星系统，而是被南门二AB双星捕获的      比邻星的质量很小，热核反应的速率很慢且不稳定，天文学家推算它的寿命可达4万亿年      比邻星有很活跃的色球层活动，在X-光波段可观测到它色球层的喷发，因此它属于典型的耀星（变星记名：半人马座V645）      在紫外线波长观测它的色球层的变化，得知它的自转周期大约89      8±4天      比邻星的色球层十分活跃，光谱显示出强烈的单电离镁谱线，波长280nm      比邻星88%的表面都处于活跃状态，这个比例远高于处于太阳周期峰值时的太阳表面活动      即使是在宁静状态，很少或几乎没有耀斑活动时，其星冕温度仍能达到350万K（开氏度），相比之下太阳星冕温度只有200万K，并且比邻星的总X射线强度也与太阳相当      比邻星的总体活动强度在红矮星中处于较低水平，它的年龄已有48      5亿年，在经历数十亿年后红矮星的自转速度降低，活动强度因此减弱      它的活动周期约为442天，短于太阳的11年（约为4,000天）周期      比邻星的星风较弱，由此造成的质量损失率不超过太阳风的20%      但由于比邻星的体积较小，因此每单位面积的质量损失可能是太阳表面的8倍      20世纪90年代，哈勃太空望远镜观测到的的数据显示，比邻星应存在有一颗尚未观测到的暗淡伴星，此伴星可能是一颗大质量行星或棕矮星      2016年，欧南台甚大望远镜（Very Large Telescope, 缩写VLT）发现，这颗“伴星”——比邻星b——应当是比邻星的行星，并且其位于宜居带上，有可能存在生命      比邻星b质量约为地球的1      3倍，公转周期约11天，距比邻星约700万千米      2019年初，科学家利用苔丝（Transiting Exoplanet Survey Satellite, 缩写TESS）卫星和一系列地面望远镜观测到比邻星的耀亮事件      2019年5月2日晚，科学家观测到一个巨大的光学耀斑，估计总能量输出为16×1024焦耳      在太阳上，类似的耀斑每十年或二十年只发生一次      但在比邻星上，它们每隔几周就会发生一次      这使得比邻星周围的环境十分恶劣      剧烈的耀亮活动往往伴随着射电、X射线等波段的爆发，这对于生命是致命的      所以尽管比邻星b位于宜居带，它是否存在生命还有待研究       图：2019年5月2日晚来自比邻星的无线电和光学数据      上图是澳大利亚平方公里阵列射电望远镜（ASKAP）拍摄的无线电频谱图随时间的变化；下图是光学望远镜拍摄的光强变化 | 图源：Andrew Zic/悉尼大学/澳大利亚联邦科学与工业研究组织（Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation, 缩写CSIRO） 距太阳系最近的恒星依次为：南门二（αCen，半人马座α） 4      3光年巴纳德星（Barnard's） 5      96光年卢曼16（Luhman 16） 6      52光年WISE 0855-0714 7      17光年沃夫359（Wolf359） 7      78光年拉兰德21185（BD+36°） 8      29光年天狼星（Sirius，大犬座α） 8      58光年鲁坦726-8（Luyten726-8） 8      73光年WISE 1541-2250 9      3光年罗斯154（Ross 154） 9      68光年罗斯248（Ross 248） 10      32光年天苑四（εEri，波江座ε） 10      52光年拉卡伊9352(Lacaille 9352) 10      74光年罗斯128（Ross 128） 10      92光年 图：太阳系附近9光年内的恒星雷达图，每层同心圆代表一光年的间隔，边缘24个数字代表它们所在天球的赤经，横线到菱形的箭头长度代表它所在的赤纬，实线代表南纬，虚线代表北纬      截止2023年，在比邻星系统已观测到三颗行星（2颗已确认，1颗尚有争议）      其中比邻星d是迄今为止通过视向速度法测得的质量最轻的系外行星之一；比邻星b大小与地球相当，并位于宜居带；比邻星c是一颗可能的气态矮星，公转轨道半径比另外两颗行星更远      考虑比邻星的辐射强度，它的宜居带半径范围大约在0      023－0      054 AU（3      4－8      1 × 106 km）      图：比邻星宜居带（右侧）与太阳系水星轨道（左侧）的对比[MOU1] | 改自资料成员(依恒星距离)质量半长轴（AU）轨道周期（天）离心率半径比邻星d≥0      26±0      05 M⊕0      81±0      08 R⊕比邻星b≥1      07±0      06 M⊕R⊕比邻星c7±1 M⊕1      489±0      049 1928±200      04±0      01–––––2016年8月，Anglada-Escudé等人在《自然》（Nature）期刊上发表论文，宣布在比邻星附近发现一颗行星比邻星b       他们通过光谱仪HARPS和UVES的视向速度观测，发现了一颗最小质量为1      3个地球质量的行星，并以周期11      2 天围绕比邻星运行，轨道半长轴为0      0485 AU，可能位于宜居带      观测还给出，在系统内可能存在另一个周期为60-500天的第二个信号，但由于恒星活动影响且观测数据不足，难以确认是否存在比邻星c      图：HARPS自2016年1月1日起对比邻星相对于地球的视向速度观测三个月的结果      带有黑色误差杠的红点代表数据点，蓝色曲线是数据拟合曲线      视向速度曲线的振幅和周期则可用来推估行星的质量下限      图：比邻星b的艺术想象图 | 图源：ESO/M       Kornmesser据估算，比邻星b的平均表面温度为-39℃      如果它存在大气层并具有一些温室气体，那有相当的可能存在碳基生命      但是比邻星b接收接收到的X射线平均强度是地球的500倍，在耀斑期间甚至能达到50000倍，这并不利于生命存在      考虑到比邻星b的公转半径很小，它极有可能被比邻星潮汐锁定，也就是始终只有一面朝向比邻星，一面背对比邻星      如果比邻星被潮汐锁定，那么在它的晨昏圈附近有可能存在一片适宜生命存在的区域      然而，比邻星b被潮汐锁定只是理论上根据它离比邻星很近的推断      事实上，水星离太阳也很近，但它并没有被完全地潮汐锁定，而是按自转周期:公转周期=2:3的方式共振      所以比邻星b究竟是否被潮汐锁定还有待进一步观测的确认      比邻星c是一颗尚在争议中的行星      它的质量大约是地球的7倍，大约以1      49天文单位（223,000,000千米）的距离，每1928日（5      28年）绕行比邻星c      如果将比邻星b类比于地球，那么比邻星c就是系统中的海王星      它距离比邻星遥远，不在适居带内，平均温度约为39K      2019年4月，意大利天体物理学家马里奥·达马索（Mario Damasso）和同事首次提出了这颗行星的存在      达马索的团队已经注意到在欧洲南方天文台（ESO）的高精度视向速度行星搜索器的数据中，比邻星的视向速度有轻微的运动，这可能是有第二颗行星环绕着比邻星      此发现在2020年1月发表在《科学》杂志上      2020年6月，科学家利用哈伯太空望远镜在1995年的天体测量数据再次确认比邻星c的存在，并初步确定其轨道倾角和质量      同样在2020年6月，欧洲南方天文台的研究人员用光谱比色高对比度系外行星研究仪（SPHERE）获得了比邻星c的直接成像，但结果并不能十分肯定它的存在      对比邻星c的质量和年龄的行星而言，检测到的亮度太亮了，这意味着这颗行星可能有一个行星环，半径约5倍木星半径      2019年，葡萄牙天体物理和空间科学研究所的朱·法莉亚（Joo Faria[MOU3] ）和同事在使用岩质行星与稳定光谱观测阶梯光栅光谱仪（ESPRESSO，它是将欧南台甚大望远镜的4架子镜聚合起来等效成更大的光学干涉仪）测量比邻星b的质量时，注意到一个周期只有5      15天的视向速度变化信号      经过进一步验证，他们在2022年2月发表了更准确的观测结果，确认了信号来自于一颗行星在绕着比邻星运行      图：在ESPRESSO中汇聚为一的甚大望远镜子镜光线| 图源：欧洲南方天文台/L       Calçada这颗行星是该系统中检测到的第三颗行星，被称为比邻星d，轨道半径约0      029AU，公转周期5天多一点，质量只有地球的26%，是火星质量的2倍      比邻星d是迄今为止发现的最轻的系外行星之一，也是用视向速度法探测到的质量最低的行星      利用智利的甚大望远镜，研究团队观察到比邻星会发生周期性摆动，从而发现了这颗行星      比邻星d离比邻星很近，它的平均表面温度预计可达到360K（87 °C），也许在极地地区有适宜生命生存的环境      目前虽然在比邻星周围发现了一些行星，但比邻星辐射出的X射线较强，很可能会摧毁星球的生命      半人马座α星A和B辐射出的X射线更弱些，如果它们周围有行星，上面存在生命的几率会更大一些