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银河系里那个慢吞吞的红巨星,到底是谁啊?

其实问“红巨星是谁”,就跟问“这条街上那位白发苍苍的老爷爷叫什么名字”一样,红巨星不是某一个特定的人或者某一颗特定的星,它其实是一类恒星变老以后的样子,我们银河系里有天量的红巨星,可能有好几十亿颗,它们散落在银河系的各个角落,有的正在默默地膨胀,有的刚刚点亮自己的红色外衣。

银河系里那个慢吞吞的红巨星,到底是谁啊?

如果你非要让我说出一些具体的名字,那夜市里最亮眼的几位“老寿星”,我还是能叫得出来的。

什么叫红巨星?给恒星的一纸“退休通知”

咱们先把这个概念掰扯清楚,按照费曼老爷子的思路,如果一件事你不能用大白话跟旁边卖煎饼的大姐讲明白,那说明你自己也没真懂,所以我试着这么解释:

恒星年轻的时候,主要靠氢气在核心聚变成氦气来过日子,这个过程会产生一股向外推的巨大能量,正好能把恒星因为自身引力往内收缩的力顶住,可是等到核心里的氢气快烧完了,这火就虚了,引擎有点熄火的架势,引力一占上风,核心就被压得又密又烫,这一烫不要紧,核心外围那层氢气反而被点着了,产生的推力比年轻时候还猛百倍,这股推力直接把恒星的外层大气像吹气球一样,吹得巨大无比——能比原来胖出几十倍甚至几百倍。

因为表面积变大了,单位面积上的热量其实被摊薄了,表面温度反而降了下来,光色就偏红了,一颗又大、又红、又相对“凉快”的红巨星就这么诞生了,这就是恒星中年危机的产物,一点也不神秘。

银河系红巨星里的“知名老前辈”

既然红巨星是“一类星”而不是“一颗星”,那咱们就来盘点几位你能叫得上号的银河系红巨星“巨星代表”,它们就像小区里那些晒太阳的老大爷,各有各的故事。

参宿四(Betelgeuse)—— 猎户右肩上那盏忽明忽暗的灯

这是最出名的一位了,每到冬天,你抬头看猎户座,左上角那颗有点发红的亮星就是它,它距离我们大约500光年,质量是太阳的十几倍,前几年它闹过一次著名的“大昏暗”,亮度猛地掉了一大截,大家都以为它马上要炸了,赶紧搬小板凳等着看超新星爆发,结果它老人家就是打了个盹儿,实际上是喷出了一大团尘埃云遮住了脸,现在又慢慢亮回去了,它是一颗红超巨星,未来的某一天(可能在接下来的十万年内),它会用一场绚丽的超新星爆炸结束自己的一生,到时候它在天上可能会亮得像满月。

心宿二(Antares)—— 天蝎座心脏那颗红彤彤的宝石

夏天的夜晚,南天低空,天蝎座的心脏位置,有颗颜色特别明显的红亮星,那就是心宿二,中文名“大火”说的就是它,在古代,人们用它来定季节,它的个头可能比参宿四还要夸张,要是把它放到太阳的位置,其表面能越过火星轨道,火星在希腊语里叫Ares,而它的红色足以跟火星抗衡(Anti-Ares),所以得名Antares,住在北半球低纬度一点的地方,看它那种红色,带着一种深沉的脉动感,看久了真会觉得它在呼吸。

大角星(Arcturus)—— 春季弧线尽头那颗温柔的橙色

顺着北斗七星的斗柄曲线往下画一个大大的弧线,遇到的第一颗亮到不行的橙色星,就是牧夫座的大角星,它算是离我们最近、最典型的红巨星之一了,距离只有37光年左右,它比太阳老,已经走完了核心氢燃烧的阶段,看到它,你其实就是在看我们太阳大约70亿年后的模样,不过它跟上面两位不一样,它的质量只比太阳大一点点,所以不会爆发成超新星,最后的结局是静静地把外层抛掉,变成一个行星状星云,核心坍缩成一颗小小的白矮星。

一张小表格,分清这几颗“红老头”

说这么多,怕你记混了,我随手列了个对比的小表格,看着更清楚些:

星名 所在星座 大致的距离(光年) 红巨星的“细分型号” 大概的末来归宿
参宿四 猎户座 ~500 红超巨星 II型超新星爆发
心宿二 天蝎座 ~550 红超巨星 超新星爆发
大角星 牧夫座 ~37 红巨星分支 行星状星云 + 白矮星
银河系里那个慢吞吞的红巨星,到底是谁啊?

顺便说个挺有意思的事情,很多人会觉得心宿二和参宿四看起来个头差不多,实际上在赫罗图上追踪它们演化的轨迹时,你会发现因为初始质量的不同,它们的内部构造和晚年故事走得完全是两条路子,像大角星这种质量比较克制的星,核心已经是一团简并态的氦,静悄悄地等着下一次点火(氦闪);而参宿四那种大家伙,内部早就像个大洋葱头一样,一层一层的重元素正在疯狂燃烧。

这些红巨星跟我们有什么关系?

说穿了,你手指上戴的金戒指,或者项链上那块沉甸甸的黄金,它的老家就在红巨星或者超新星爆发的肚子里,像参宿四这种质量的红巨星,内部正在进行剧烈的核合成,制造出一大堆比铁轻的元素,等它真的炸成超新星那会儿,那瞬间的高温高压,才能把金子、银子这些重元素给“炼”出来,然后像撒种子一样,抛洒到宇宙空间里。

也就是说,我们的太阳,以及你我身上的碳原子、氧原子,早年间可能就是在某颗远古红巨星的大气里被慢慢吹出来的,抬头看那颗星,其实是在看我们生命源头的一个遥远回响。

下一次你出去遛弯,抬头看见那颗红红的、有点害羞不怎么眨眼的星,你可以跟旁边的人说:你看那团温柔的红光,那曾经也是一颗像太阳一样意气风发的青年恒星,现在它老了,膨胀了,但正在用另一种方式,继续刻写着宇宙的元素周期表。

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