双星记——参宿四和参宿七的故事
参宿四和参宿七是猎户座中的两颗明亮恒星. (图片来源: Starry Night)
每年的十二月至次年三月，只要你在晚上伸直脖子向南望，就能看到全天最灿烂明亮的一个星座。它主宰着冬季天空，用天文学家罗伯特·H·贝克的话来说，它是“一串丰硕的明珠”。
它就是猎户座，在西方被称为“伟大的猎手”、“天上的战士”，全天最明亮的星座。地球上任何一个有人居住的地方都能观测到它。与武仙座类似，在几乎所有古代文明中，猎户座都与伟大的民族英雄、战士或半神形象联系在一起。不过与有着详细故事线的武仙座比，猎户座的形象显得有些模糊不清。与猎户座相关的古代神话故事是如此庞杂，很难从中作出抉择。
尽管有些学者认为这个名字与希腊语“Arion”（战士）有关，“Orion”这个名字的来源仍然不甚明了。但无论如何，所有人都认同他是世界上最强大的猎手。他总是被描绘为这样的形象：右手举起棍棒，左手拿着被他杀死的巨狮的皮毛，向正向他冲来的金牛座挥舞。
在猎户座躯体部分矩形的对角线中心，三颗亮星形成了猎户座的“腰带”，在整个寒冷冬日都清晰可见。这条“腰带”向北指向金牛座的毕星团和昴星团，向南则是指向全天明亮的恒星——“狗星”天狼星。
极与极
猎户座中的两颗巨大恒星，参宿七和参宿四，正处在两个完全相反的恒星发展阶段。
参宿七（即“巨人的左腿”）正处于一颗恒星的鼎盛时期。它是全天第七亮的恒星，一颗名副其实的超巨星。这样一颗炫目而美丽的、炽热的蓝色恒星，在整个银河系中都是罕见的。
参宿七距离地球约863光年。它的光度达到了太阳的120000倍之多，表面温度约为21000华氏度（11600摄氏度），远高于太阳表面的10000华氏度（5500摄氏度）。在体积上，参宿七的直径是太阳的79倍，但质量仅为太阳的21倍。
这张天图显示了猎户座、火星以及两个星团（毕星团和昴星团）在夜空中的位置 (图片来源: SkySafari app)
与参宿七完全相反，参宿四（“巨人的腋下”）闪烁着冷淡的暗红色光芒。它位于距地球约548光年的位置，这个数字的不确定性高达100光年。与参宿七相同，参宿四的亮度也远超太阳。参宿七是一颗不规则脉动超巨星，它已接近寿命的尽头，因此会间歇性地膨胀和收缩。参宿七的直径可以在太阳直径的550倍至920倍间变化，这意味着如果将最大体积的参宿七放在太阳系的中心，它的边界将直接吞没水星、金星、地球、火星和木星。
大约四分之三个世纪前，纽约海登天文馆的长期讲师亨利·尼利在描述参宿四时曾指出，它“就像个风烛残年的老人，在生命的尽头苟延残喘。”
参宿四的彩色合成图像 (图片来源: ESO/Digitized Sky Survey 2.鸣谢: Davide de Martin)
意外的衰落
参宿四因为它不寻常的衰落成为了新闻的焦点。参宿四不规则的脉动众所周知，它变亮或变暗都不是什么新鲜事。但在当时它的星等已降至1.6等。短短几个月内，参宿四就从全天第十亮的恒星降至一颗二等星（四舍五入至最近整数星等）。
有许多人猜测这样不同寻常的变暗过程是参宿四即将结束其生命、转变为超新星的征兆。然而，到了春天，参宿四又恢复了“正常”的亮度——0.4星等。虽然此后它再次变暗，但其程度远远比不上19年底的情况。
“阿嚏！”
所以，到底是什么导致了这次“参宿四的衰落”呢？
美国哈佛-史密松天体物理中心发布了一则声明，将参宿四变暗归因于一次“恒星的喷嚏”。声明称，参宿四的衰落“很可能是由稠密的炽热气体喷发和冷却造成的。此外，参宿四在一年前可能经历了另一段变暗的时期”。“大喷嚏”喷射出的气体和尘埃最终凝结成黑云，遮蔽住了恒星朝向地球的一面，使其看起来黯淡了。残留的气体和尘埃可能已经形成了更小块的云，这可能导致现在的参宿四再次变暗。
“砰！”
恒星的能量来源于其内部的核聚变。当一颗恒星内部积聚了足够的氦时，其能量输出将会显著增加，它将会膨胀形成像参宿四一样的红巨星或超巨星。几百万年后，参宿七也将面临这样的命运。
这类恒星的内核不断产生更重的元素以对抗重力的不断挤压。然而一旦恒星的内部开始生成铁元素，这颗恒星就来日无多了，因为生成比铁还重的元素的过程消耗的能量要大于产生的能量。最终，内核会因为无法承受恒星巨大的质量而坍缩，并引发灾难性的超新星爆炸。参宿四就正处于它生命的最后阶段，并可能在未来的10万年内发生爆炸。
BY:Joe Rao
FY:崩崩
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早在千百年前，科学技术尚不发达、对宇宙星辰奥秘地探索也尚不成熟的时候，古人就已关注到天空中偶然会出现、不同寻常的怪异天体——彗星，甚至还会将彗星的出现和国运挂钩，并将其称作“扫把星”。
不过，随着科学技术的不断进步，我们对于彗星已经有了更加深刻的了解。
截至目前，人类已经发现的彗星有4446颗，而根据科学家推测，在彗星的“老家”——遥远的奥尔特云附近，有约一兆颗（1后面12个0）彗星在游荡。
彗星。图库版权图片，不授权转载
然而，每年能够用肉眼直接观测到的大彗星却屈指可数。
这是因为众多彗星中，要么距离太远，压根找不着，要么需要借助专业望远镜，才能勉强拍到。如今的彗星早就不再是令人闻风丧胆的“扫把星”，而是成为了天文爱好者们竞相追逐的“明星”，普通人也期待着能够有机会一睹“芳容”。
幸运的是，最近，一颗绿色彗星正在“逼近”地球，预计于北京时间2月2日经过近地点。
对于这颗即将近距离造访地球的天外来客，想必大家一定会有很多问题——它的名字C/2022 E3(ZTF)是怎么来的？它看起来究竟是什么样子？五万年一遇的大彗星怎么观测才好？……别急，这篇文章里全都有！
一万年太久，只争朝夕！今天，我们就一起了解这颗2023年度最值得关注的大彗星——C/2022 E3(ZTF)（以下简称E3彗星）。
01
“身世”揭秘：从小行星到亮彗星
彗星的命名有一定的规律可循，通过E3彗星的编号，我们可以大致了解其“身世”。
C/2022 E3(ZTF)，字母C代表非周期彗星或周期大于200天的彗星，而短周期彗星则用P表示。例如，第一颗被确认周期的哈雷彗星被命名为1P/1682 Q1。
对于此次的C/2022 E3(ZTF)彗星，2022代表彗星被发现的年份，E3中的E代表发现月份，按规定以每半个月为单位，用英文字母表示发现月份，E3即表示三月上半月所发现的第3颗彗星。括号中的ZTF则代表了发现这颗彗星的设备——兹威基暂现源巡天（Zwicky Transient Facility）。
发现E3彗星的望远镜。图片来源：ZTF官网
天文学家于2022年3月2日在ZTF所拍摄的照片中最先发现了一个移动的小点，由于看不清细节，起初该小点被认为是一颗未知的小行星。然而，随后在更多望远镜长时间曝光拍摄的图像中，人们辨识出了一些彗星的结构，才得以为E3彗星“验明真身”。
由此，地面望远镜也开始了对这颗彗星的持续监测工作。随着时间的推移，E3彗星慢慢靠近太阳，幸运地保全了自身结构，其亮度也稳步爬升。
E3彗星亮度随时间变化曲线。图片来源：COBS
2022年底，科学家根据观测数据推测（现已证实），它的亮度会小于6等，也即突破人眼观看的星等极限，从而成为能够通过肉眼直接欣赏的大彗星。
1月12日，E3彗星来到近日点附近，即距离太阳最近的点。此时，其距离太阳1.1AU，也就是1.66亿公里，略远于地球与太阳的距离1AU，亮度达到7等左右。
彗星在太阳系运动时会不断抛洒物质，距离太阳越近，受太阳高温、引力和太阳风等因素的影响越大，历史上就有很多令人期待的大彗星被太阳分解破裂的情况发生。
E3彗星在安全度过距离太阳最近阶段的危险期后，逐渐靠近地球，亮度也继续提升。最近几天，世界各地不少天文爱好者们已经拍到甚至看到了这颗天外来客。
02
形态独特：带着两个尾巴的“小毛球”
彗星之所以为人们所格外关注，很重要的一个原因是相貌上的独特性。彗星与夜空中的恒星、行星甚至星系都不同。中国古人称它为“扫把星”，天文领域则通常用“脏雪球”来形容彗星。
彗星结构通常分为三大部分——彗核、彗发和彗尾。彗星中心比较明亮的部分是彗核，主要由水冰、石块、冻结的气体（二氧化碳、甲烷、氨）等混合组成，就好比一个在星际间滚动的“脏雪球”。
当这个“脏雪球”飞向太阳时，受太阳风的影响，彗核表面的冰会蒸发成气体，包围在彗核周围形成云雾状的彗发，彗发和彗核合称“彗头”；彗发外围更加松散的气体和尘埃则洒向太空，分别对应形成“离子尾”和“尘埃尾”两种彗尾。
与恒星行星相比，受太阳照射导致气体不断变化，彗头看起来朦朦胧胧，并不特别清晰透亮，所以在地球上看，彗星就像是带着两个尾巴的“小毛球”。
2023年1月20日拍摄的E3彗星。图片来源：Gerald Rhemann
国外天文摄影大师杰拉德·雷曼（Gerald Rhemann）曾利用30厘米望远镜在自家后院拍摄E3彗星，分别由在可见光波段曝光12分钟、红绿蓝三个波段曝光2分钟的四张图像叠加而成。明亮的彗核、绿色的彗发、较粗的尘埃尾和细长的离子尾都清晰可见。其中，绿色部分主要来自E3彗星内含有的双原子碳和氰化物所发出的颜色。
彗星不仅美丽，还很多变。宇宙中的绝大多数天体，在相当长的时间尺度范围里，在地球上看起来都是几乎不变的。而随着相对太阳距离位置的不断改变，彗星的彗头大小形状、彗发的样子和方向都在不断地变化着，整体呈现出婀娜多姿的形态。
E3彗星不同时间形态变化。图片来源：Dave_StarGeezer
03
观测“攻略”：
在冬夜邂逅万年一遇的E3彗星
在专业望远镜和相机长时间曝光下，E3彗星美丽的形态和变化的身姿令人着迷。那么，如何才能在夜空中成功找到并顺利观赏它呢？我们实际看到的E3彗星与所拍摄的彗星照片相比又有哪些不同之处呢？
彗星每晚在夜空中的位置都会变化。2月2日，它会来到距离地球最近的近地点，届时，亮度也会达到最亮。当晚，E3彗星位于鹿豹座，明亮的月光会使得彗星看起来略显暗淡。
虽然彗星周围没有太多亮星帮助定位，但可以借助北极星、五车二两颗亮星连线的中心点，来找寻“绿色小毛球”的身影。倘若能够使用专业望远镜或者双筒望远镜的话，对于寻找彗星则会更加方便。
需要注意的是，彗星并不会像照片中所呈现的一般明亮清晰，但如果你通过望远镜在相应位置附近看到了朦朦胧胧的小光点，那很大概率就是E3彗星了。
若是没有望远镜，只用肉眼观测的话，则只能在远离城市灯光、天气晴朗的地方，才有可能直接目视观测到。
过近地点时彗星在夜空位置图。图片来源：Stellarium
过近地点后，E3彗星的亮度会逐渐降低，随着日期推移，逐渐从北方低空向西北方向高空移动。此时，我们可以继续在夜空中寻找一些著名的天体，在特定的时间，我们就可以借助夜空中其他熟悉天体的“帮助”，用望远镜找到悄悄来到它们身边的E3彗星。
2月6日，你可以在御夫座亮星五车二下方不远处找到E3彗星，当然，满月会不可避免的影响观测效果。
2月12日，E3彗星会来到离火星最近的位置附近，你可以尝试拍摄红色耀眼的火星与绿色暗淡小毛球E3的同框照。
2月15日前后，在地球上看，E3彗星又“走”到金牛座牛眼上的亮星——毕宿五的身旁，此时还有著名的疏散星团——毕星团作为背景。在这段时间内，月亮后半夜升起，在没有月亮的前半夜观测条件更佳。
再往后，彗星亮度越来越暗，周围又没有太多亮星参照，不再适合普通人观测了。
E3彗星在天空中的运行轨迹 日期后括号里是预测的亮度。图片来源：Stellarium
作为一颗长周期彗星，E3彗星此次近距离靠近地球后，将慢慢远去，最终永远离开太阳系；也有可能受到周围天体和环境的扰动，改变轨道在数百万年后再次回归，当然这种可能微乎其微。
虽然用肉眼和普通双筒望远镜看起来，它只是一个朦朦胧胧的小亮点，远没有天文摄影照片中那么美丽多姿。但我们在有生之年，也只有最近这段时间能够看到它。
如果你热爱头顶的星空，不妨走出室外，去迎接与E3彗星一生只有一次的邂逅吧！
出品｜科普中国
作者｜序列号
监制｜中国科普博览
黑洞是宇宙中最神秘、最迷人的现象之一。研究人员利用盖亚太空望远镜的模拟和数据表明毕宿星团中存在多个黑洞，这些黑洞可能是距离地球最近的。《皇家天文学会月刊》杂志上发表的一篇论文暗示，毕宿星团（距离太阳系最近的疏散星团）中存在多个黑洞，这将使它们成为迄今为止检测到的距离地球最近的黑洞。
毕宿星团是距离太阳最近的星团。 毕星团疏散星团的亮度足以在几千年前就被注意到，但它不像附近的昴宿星团 (M45) 那样明亮或紧凑。 图中是毕星团的一张特别深的图像，它呈现出鲜艳的恒星颜色和微弱的重合星云。
这项研究是意大利帕多瓦大学 Stefano Torniamenti 领导的一组科学家合作的结果，帕多瓦大学宇宙科学研究所物理学院 ICREA 教授 Mark Gieles 也大力参与。 巴塞罗那（ICCUB）和加泰罗尼亚空间研究所（IEEC）以及弗里德里希·安德斯（ICCUB-IEEC）。
具体来说，这一发现是在专家 Stefano Torniamenti 在 ICCUB 进行研究期间得出的，ICCUB 是 IEEC 的研究单位之一。
新的研究揭示了毕宿星团中可能存在黑洞，将它们定位为距离地球最近的黑洞。
毕宿星团中有黑洞吗？
自被发现以来，黑洞一直是宇宙中最神秘、最迷人的现象之一，并成为全世界研究人员的研究对象。 对于小黑洞来说尤其如此，因为它们是在引力波探测过程中被观测到的。 自 2015 年探测到第一个引力波以来，专家们观察到了许多与低质量黑洞对合并相对应的事件。
在发表的研究中，天体物理学家团队使用模拟跟踪毕星团（距离太阳约 45 秒差距或 150 光年）中所有恒星的运动和演化，以重现它们当前的状态。
疏散星团是由数百颗恒星组成的松散结合的星团，它们具有某些共同的属性，例如年龄和化学特征。 将模拟结果与毕星团中恒星的实际位置和速度进行了比较，这些位置和速度现在可以通过欧洲航天局（ESA）盖亚卫星的观测精确得知。
盖亚是一项雄心勃勃的任务，旨在绘制我们银河系的三维地图，在此过程中揭示银河系的组成、形成和演化。 图片来源：ESA-D。 杜克罗斯，2013
“如果今天（或直到最近）星团中心存在一些黑洞，我们的模拟只能同时匹配毕星团的质量和大小，”帕多瓦大学博士后研究员、《毕星团》的第一作者斯特凡诺·托尼亚门蒂（Stefano Torniamenti）说 纸。
目前观察到的毕星团特性最好通过两个或三个黑洞的模拟来再现，尽管所有黑洞都被喷射的模拟（不到 1.5 亿年前，大约是该星团年龄的最后四分之一）可以 仍然给出了很好的匹配，因为星团的演化无法抹去其先前黑洞群体的痕迹。
新的结果表明，毕星团诞生的黑洞仍然位于星团内部，或者非常接近星团。 这使得它们成为距离太阳最近的黑洞，比之前的候选者（即黑洞盖亚 BH1，距离太阳 480 秒差距）要近得多。
近年来，盖亚太空望远镜的突破使得首次能够详细研究疏散星团恒星的位置和速度，并准确地识别单个恒星。
布法罗大学量子物理和天体物理学系成员、该项目的主持人马克·吉莱斯 (Mark Gieles) 表示：“这一观察结果帮助我们了解黑洞的存在如何影响星团的演化，以及星团反过来如何促成引力波源。这些结果还让我们深入了解这些神秘物体是如何在银河系中分布的。”
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