天津四

天鹅座里的最亮恒星，天鹅座α星

天津四

天津四（英语：Deneb ，/ˈdɛnɛb/），又名“Arrioph”，“Aridif”，在拜耳命名法中也被称为天鹅座α，记作Alpha Cygni 缩写为Alpha Cyg或者α Cyg。[3][8][9][10]天津四是天鹅座中最亮的一等星，是一颗蓝白色超巨星。[4]同时，它也是已知超巨星中最遥远、最亮的一等星，是夜空的第19亮星，平均视星等为1.25等。[5]天津四是两个著名的季节性星群的一部分，即“夏季大三角”和“北十字”。天津四是夏季大三角星群的其中一顶点，也是北十字星群的“头部”。[11][10]它会在每年9月7日晚上9点、10月23日下午6点和7月24日午夜12点时达到夜空中的最高点。[12]天津四的质量约为19±4个太阳质量，表面重力约为1.1cgs。[4]作为早期A型超巨星[10]，天津四的光谱类型为A2 Ia，光度约为，即太阳亮度的55000到196000倍之间，有效温度约为8525±75K。[4]超巨星寿命短暂，演化过程存在不确定性，可能演化为蓝色变星或沃尔夫–拉叶星。距离估算约为802±66 pc，虽然与织女星相比在视亮度上无太大差异，但实际距离远远超过织女星。[4][13]

天津四（英语：Deneb ，/ˈdɛnɛb/），又名“Arrioph”，“Aridif”，在拜耳命名法中也被称为天鹅座α，记作Alpha Cygni 缩写为Alpha Cyg或者α Cyg。[4][9][10][11]天津四是天鹅座中最亮的一等星，是一颗蓝白色超巨星。[5]同时，它也是已知超巨星中最遥远、最亮的一等星，是夜空的第19亮星，平均视星等为1.25等。[6]天津四是两个著名的季节性星群的一部分，即“夏季大三角”和“北十字”。天津四是夏季大三角星群的其中一顶点，也是北十字星群的“头部”。[12][11]它会在每年9月7日晚上9点、10月23日下午6点和7月24日午夜12点时达到夜空中的最高点。[13]

天津四的质量约为19±4个太阳质量，表面重力约为1.1cgs。[5]作为早期A型超巨星[11]，天津四的光谱类型为A2 Ia，光度约为，即太阳亮度的55000到196000倍之间，有效温度约为8525±75K。[5]超巨星寿命短暂，演化过程存在不确定性，可能演化为蓝色变星或沃尔夫–拉叶星。距离估算约为802±66 pc，虽然与织女星相比在视亮度上无太大差异，但实际距离远远超过织女星。[5][14]

为研究其复杂观测变化背后的潜在物理机制，天文学家对天津四进行了多次长期观测，数据显示它具有半规则脉动，这种现象可能与大气层下的微变化、脉动驱动的激波和稀疏，或者脉动-对流相互作用有关。[6][15]

命名

在中国的星宿体系中，天津四及其周围的8颗星分别按顺序被编号成天津一到天津九，天津四位列天津星官中的第四位，故得名。[16][17]早在1700 多年前出版的《晋书·天文志》中就有“天津九星横河中”的说法，天津九星里的“天”指的是“天河”即“银河”，“津”是“渡口”的意思，“天津”就是“天河上的渡口”。天津九星连起来形似一个两头尖、中间宽的梭形，像桥梁，更像银河上的渡船，也就是中国古代传说《牛郎织女》中的“鹊桥”。[1][18][11][19]

天津四作为天鹅座的主星，也记作的Alpha Cygni （α Cyg）。[11]其英文名称“Deneb”源自阿拉伯语中的“Al Dhanab al Dajājah”，意为“母鸡的尾巴”，它还有诸多变体，如“Denebadigege”，“Denebedigege”，“Deneb Adige”等等。在阿方索星历表（Alfonsine Tables）中，天津四也被称为“Aridif”，意为“坐在骑手后面的那个人”或“追随者”。德国天文学家约翰·拜耳（Johann Bayer）称天津四为“Arrioph”。德国诗人兼作家菲利普斯·凯修斯（Philippus Caesius）则将其称为“Os rosae”，或德语中的“Rose-mund”，或“Uropygium”，意为“感恩节餐桌上教皇的鼻子”。[9][4][10]

在Henry Draper Catalog（HD）[注1]中，天津四被命名为HD 197345。[3]在依巴谷和第谷星表（The Hipparcos and Tycho Catalogues）[注2]中，天津四的编号是HIP 102098。[3]在BSC5P 星表[注3]中，天津四在其中的编号是HR 7924。[3][22]

质量与尺寸

2002年，天文学家使用罗瑟兰平均角直径（Rosseland mean angular diameter）和依巴谷（Hipparcos）视差数据得到的天津四的半径大致为。视差的较大误差导致距离概率分布函数的形状并不理想，如果采用距离概率分布函数中可能性最大的值（685pc，相对于平均值990pc），其半径则约为。若采用真实的距离模数为9.5（794pc），计算出的半径则为。基于这个半径，可以计算出天津四的质量大约在20至25个太阳质量之间，因此表面重力应该在1.2到1.4之间。[23]在后续的不断研究中，天文学家通过比较观测和模型光谱、模拟演化过程以及分析轻元素丰度等方法对天津四的质量和尺寸进行了进一步测算，并在2008年将其半径确定为，质量确定为。[5]

质量在至范围内的主序后恒星在赫罗图（HRD）中的演化过程大致保持恒定光度，根据其的不同演化阶段可以将其分为两类：第一组恒星位于赫罗图的蓝超巨星（BSG）区域，处于首次演化过渡阶段， 具有特定的脉动特性，与第二组恒星相比，它们的初始质量更高，质量损失更小，亮度质量比也更低；第二组恒星是后红超巨星(RSG) ，从赫罗图的红侧过渡到蓝侧。第二组恒星在RSG阶段会遭受非常显著的质量损失，当它们再次到达蓝超巨星区域时质量就会大大减少，这使得第二组恒星具有更高的亮度质量比以及不同的脉动特性。[24]通过观测到的辐射水平和光谱特征，可以推断天津四的质量流失率在约为到之间。研究指出，如果天津四的大气结构不是球对称的，可能造成对质量流失率的估计产生偏差，但目前没有证据表明存在这种偏差。[23]

亮度与温度

天津四是一颗早期A型超巨星，是α Cygni型变星的原型。它的光谱类型为A2 Ia，U-B色指数为-0.23，B-V色指数为+0.09，常被称为银河系中视觉上最明亮的恒星之一。[11]通过观测可得，天津四的光谱能量分布在不同波长范围内具有不同的流量密度。天津四的有效温度约为，光度约为。[5]在所有能够产生高速吸收事件的超巨星中，天津四的有效温度和光度都处于较低的范围。关于天津四的测光学文献十分稀少，主要原因是其亮度很高，视星等达到了1.25等，绝对星等达到了-8.38 ± 0.18等，其次则是它周围没有类似亮度的比较星。[5][6][23][25]

来自第二次数字化巡天 (DSS2) 的 R/B 波段彩色合成天津四图像
来自第二次数字化巡天 (DSS2) 的 R/B 波段彩色合成天津四图像

距离

天津四的距离是它的邻居织女星的300倍，由于其距离太远，无法直接通过视差测量确定距离，但基于其光谱和与其他恒星的关联，各种估算将其距离放在1600至2600光年之间，尽管它可能更接近后者。1997年6月，Hipparcos任务的最终产品——The Hipparcos and Tycho Catalogues发表，Hipparcos卫星对天津四视差的观测结果为1.01±0.57mas。[21]2008年，天文学家将天津四距离确定为802±66pc，约等于2615.52±214.92光年。[5]

演化状态

超巨星是宇宙中质量最庞大的恒星之一，随之而来的巨大引力压力将导致它们更快地耗尽核燃料。因此，它们会快速地经历恒星演化阶段，这种短暂的寿命意味着超巨星是一种相对罕见的恒星。天空中许多最知名的亮星都是超巨星，天津四就在此列。[26]通过观测到的光谱质量、表面氦丰度以及氮/碳比的情况可以得知，天津四最初是一个快速旋转的后期O型恒星，主序阶段的初始质量约为，但目前已经耗尽了其核心的氢并逐渐演化为一颗超巨星。[8]大质量恒星，特别是红超巨星（RSG）的演化往往取决于多个物理过程，如内部混合、旋转、磁场以及质量损失等，发展过程仍然存在很大不确定性。研究人员测定了银河系中红超巨星的最大光度，并指出最亮的红超巨星可能源自质量较大的恒星。此外研究还表明，一些质量较大的红超巨星并不会就此结束生命周期，而会继续演化成其他类型的恒星。例如，部分红超巨星在经过一定条件下的质量损失后，可以二次横穿赫罗图向蓝侧演化。[27]

以天津四的质量范围，它最终将膨胀成为最明亮的红超巨星，并且在数百万年内核心就会坍缩，发生超新星爆炸。已经知道超过一定质量的红超巨星爆炸，常会成为II-P型超新星，但外层失去更多的质量会使恒星表面变得更热。根据它们的初始质量和质量流失率，它们可能会快速发展成为黄特超巨星或蓝色变星，或者成为沃尔夫–拉叶星（Wolf-Rayet stars），然后爆炸成为Ib和Ic超新星。[8][27]

天文观测

天鹅座是北方天空最引人注目的星座之一，它的主要恒星排列成一个巨大十字架的形状，因此得名“北十字架”。其中最亮的恒星天津四位于天鹅的尾部（或者在十字架的顶部），“北十字架”的成员还有辇道增七（天鹅座β）、天津一（天鹅座γ）、天津二（天鹅座δ）、天津九（天鹅座ε）。[11]除此之外，天津四还是天文学中另一个广为人知的，由天琴座的织女星、天鹰座的牛郎星一起组成的星群“夏季大三角”中的一个顶点。“夏季大三角”的轮廓近似直角三角形的形状，天津四位于较大的锐角上。[12]天津四位于赤经20h41m25s，赤纬+45°16'49" 。[3]它是夜空中第 19 颗最亮的恒星，于每年9月7日晚上9点、10月23日下午6点和7月24日午夜12点时达到最亮，对应北半球的夏季夜晚。[13]对于北纬 45° 或以上的观测者而言，天津四是一颗拱极星，永远缀于地平线以上，在明尼阿波利斯、蒙特利尔和都灵等地的最低点，它将掠过北部地平线。在南半球，在南纬 45° 以南看不到天津四，因此在南半球冬季，它在南非、澳大利亚南部和新西兰北部几乎不会升到地平线以上。[28]由于地轴进动，天津四将在公元 9800 年左右成为一颗近似北极星（偏离北天极 7°）。它只会在距离极点7°以内，并且不会像北极星那样准确地标记真北。目前的北极星距离地极仅有0.5°的距离，因此是真北的更好指示物。尽管它的视星等仅为1.98，比天津四要暗得多。[11][28]

变星研究

作为最受关注的早期A型超巨星之一，天津四是α Cygni型变星的原型，它所表现出的低振幅的光度和速度变化在大多数热超巨星、过亮的超巨星以及一些主序恒星中均能被观察到，但造成这些变化的机制仍未明晰。先前的研究表明天津四是一个可能的单线光谱双星，其中恒星的光谱线表明其径向速度存在周期性变化。[29]但通过对其进行光谱和光度观测，未发现明确的伴星存在证据。[6]

天津四不规则且快速的脉动导致其亮度在1.21至1.29之间变化。[30] 在1910年，李（Lee）就已经发现它的变化[31]，但直到1985年，《变星总表》第4版才正式将其列为一类独特的变星。[32]目前，天鹅座α变星脉动的原因尚不完全清楚，但它们的不规则性似乎是由于多个不同脉动周期的节拍。径向速度分析确定了16种不同的居谐波脉动模式，其周期范围在6.9至100.8天；可能还有大约800天的较长时间。[29][33]

五年光度观测

为了理解天津四和其他炽热超巨星的复杂观测变化以解释这些变化背后的潜在物理机制，科学家在1997年至2001年期间进行了大量光谱和光度观测。1997年3月20日到2001年12月21日期间，利特尔天文台（Ritter Observatory）1米望远镜和光纤馈入回波光谱仪获得了339个高分辨率（R = 26,000）的天津四红-黄光谱。[34]1997年10月29日至2001年7月2日的同时期内，Four College Automated Photoelectric Telescope （FCAPT）进行了370次Strömgren差分光度测量。使用了非变星检查（ch）和比较星（c）。每次观测包括测量暗计数，然后依次测量天空-ch-c-v-c-v-c-v-c-ch-天空。为了避免探测器非线性，对天津四的观测必须通过星等为5的中性密度滤光器。观测数据显示，天津四的大气中径向脉动并不常见，只有两个时期出现了这种现象，频率低于20%。1997年的观测中，科学家们发现了一个40天的吸收事件，而2001年的高速吸收事件中也发现了类似的周期。尽管对于如此明亮的目标来说，光度测量很困难，但长期监测（跨多个季节）对于理解天津四的可变性机制至关重要。[6]

半规则脉动

天文学家乔治·帕多克（George Frederick Paddock）在1927年至1935年间提供的径向速度数据显示出天津四的半规则脉动，主要周期约为12天。随后，在1956年收集的数据中，在大振幅的脉动减弱后突然在不到一天的时间内开始了一系列新的脉动。其中五次重新开始的间隔平均为72.4±0.3天，新的脉动似乎可以在前一次脉动期间的任何相位开始。在穆杜姆巴·帕萨拉薩帝（Mudumba Parthasarathy）和大卫·兰伯特（David L. Lambert ）在1977年至1982年的径向速度数据、理查德森（N. D. Richardson）等人在1997年至2001年的光度/径向速度数据中，以及来自NASA过境系外行星调查卫星（TESS）和AAVSO国际数据库中的地面可见观测数据中能够这种行为的证据。由于地面数据采样间隔太稀疏，无法确认约70天的重新开始间隔，也无法确定振幅突然增加的日期和相位。TESS数据以2分钟的速率显示了一个脉动重新开始的实例，但时间序列不够长，也无法确认约70天的间隔。天津四是蓝超巨星中的一颗，这些半规则脉动可能与蓝超巨星大气层下的对流层产生的微变化、脉动驱动的激波和稀疏，或者脉动-对流相互作用有关。[15]

相关文化

在中文中，天津是指一个由 Deneb（天津四）、Gamma Cygni（天津一）、Delta Cygni（天津二）、30 Cygni（天津三）、Nu Cygni（天津五）、Tau Cygni（天津六）、Upsilon Cygni（天津七）、Zeta Cygni（天津八）和Epsilon Cygni（天津九）九颗正星组成的星官。[16][17]在中国神话中，牛郎（牛郎星）及织女（织女星）这一对分隔两地的恋人会在七夕这一天通过由喜鹊搭建的桥跨过银河来相会，而这座桥梁即被称为天津。在其他传说故事的版本中，天津四被视为一位护送牛郎及织女相见的仙女。[11][19]

巨石寺庙（Göbekli Tepe）是世界上最古老且最重要的巨石遗址之一，而土耳其哥贝克力特智人遗址是其中之一。该遗址中四个围合物的中央柱子朝向天津四的落点而建，这很可能是因为天津四的快速交替的升起与落下周期使哥贝克力特智的建造者联想到了人类生命的出生/死亡/重生周期。[35]

在法国的拉斯科洞穴，距今1万至3.3万年的一幅壁画上清晰地展示了昴宿星团。在同一洞穴还绘有野牛、鸟头人以及真实的鸟头的图案。有人认为这些也是天文画像，代指夏季大三角中的天鹰座（牛郎星）、天鹅座（天津四）和天琴座（织女星）。[36]

拉斯科洞穴壁画上的“星图”
拉斯科洞穴壁画上的“星图”

像其他一等星一样，天津四和围绕它运行的假想行星经常被用于各种文学作品、电影和电视作品以及视频游戏中。其中一些最著名的虚构用途包括丹·西蒙斯（Dan Simmons）于1989年发布的小说《海伯利安》（Hyperion）、安妮·麦卡弗里（Anne McCaffrey）的《塔与蜂巢》（The Tower and the Hive）系列、《银色冲浪者》（The Silver Surfer）系列漫画、《星际迷航：下一代》（Star Trek: The Next Generation）的试播集（“Encounter at Farpoint”）和电视剧《布莱克的 7 号和巴比伦 5 号》（Blake’s 7 and Babylon 5）。[11]

USS Arided是一艘美国海军Crater级货船，以天津四命名。[37]而SS Deneb是一艘意大利商船，从1951年起直到1966年报废之前都使用这个名字。[38]

参考资料 38

  1. https://book.duxiu.com/bookDetail.jsp?dxNumber=000018833013&d=D1758D9B1CD0C45F75D11127C53F7601
  2. https://book.duxiu.com/bookDetail.jsp?dxNumber=000019550603&d=0D964E73A87E3F7689640F12B79E0AC2
  3. In-The-Sky.org — Guides to the night sky
  4. 参考 4
  5. https://www.aanda.org/articles/aa/abs/2008/09/aa8590-07/aa8590-07.html
  6. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0004-6256/141/1/17/meta
  7. https://www.aanda.org/articles/aa/abs/2007/41/aa8357-07/aa8357-07.html
  8. https://www.aanda.org/articles/aa/abs/2008/09/aa8590-07/aa8590-07.html
  9. https://zh.zlibrary-east.se/book/3303856/cfcbf9/starnames-and-their-meanings.html
  10. https://citeseerx.ist.psu.edu/document?repid=rep1&type=pdf&doi=a6fd84ad3eeff80eba7f4311e29e264941c51ad4
  11. Deneb — Stars: A guide to the night sky
  12. https://www.overdrive.com/media/631552/astronomy
  13. THE CONSTELLATIONS : Part 3 CULMINATION TIMES — GENERAL ASTRONOMY ARTICLES
  14. https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1995A%26AS..110..367N/abstract
  15. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1538-3873/ad1118/meta
  16. 参考 16
  17. 参考 17
  18. https://book.duxiu.com/bookDetail.jsp?dxNumber=000001080338&d=4E0083A9391FB208AAF5C00B8EBFE45F
  19. 天津四 — 中国大百科全书
  20. https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1993yCat.3135....0C/abstract
  21. hipparcos — EESA
  22. BSC5P - Bright Star Catalog — A service of the Astrophysics Science Division at NASA/GSFC
  23. https://iopscience.iop.org/article/10.1086/339740/meta
  24. https://www.cambridge.org/core/journals/proceedings-of-the-international-astronomical-union/article/combining-observational-techniques-to-constrain-convection-in-evolved-massive-star-models/7C45133FE11217C207A8659AEB4B795F
  25. https://archive.org/details/hundredgreatests00unse/page/58/mode/2up
  26. Stellar Geometries with Spectro-Interferometry — UTAH SPACE GRANT CONSORTIUM
  27. https://academic.oup.com/mnrasl/article/439/1/L6/1028254?login=false
  28. Deneb — AcademiaLab
  29. https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1976ApJ...206..499L/abstract
  30. Query= alf Cyg — Sternberg Astronomical Institute
  31. https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1910ApJ....31..176L/abstract
  32. https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1996yCat.2139....0K/abstract
  33. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1384107618300976?via%3Dihub
  34. https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1997PASP..109..676M/abstract
  35. https://www.scirp.org/journal/paperinformation?paperid=53506
  36. https://book.duxiu.com/bookDetail.jsp?dxNumber=000019323907&d=9BA6FE015C8A6FA9B6F32C5478BEAE6D
  37. Arided — Naval History and Heritage Command
  38. SS Deneb — DBpedia

注释

  1. Henry Draper Catalog（HD）是1918年至1924年间出版的天文星表，与其出版于1925年至1936年的第一份扩展星表（HDE）共同提供了272,150颗恒星的光谱分类和粗略位置。HD的第二份扩展图表（HDEC）出版于1937年至1949年间，它将光谱分类扩展到更微弱的星等，从而增加了86,933颗恒星。[20][14]
  2. 依巴谷和第谷星表（The Hipparcos and Tycho Catalogues）是欧洲航天局依巴谷天体测量任务的主要产品。这颗卫星运行了四年，从1989年11月到1993年3月传回了高质量的科学数据。[21]
  3. BSC5P 星表包含了来自亮星星表（Bright Star Catalogue）第五版中的数据，由HEASARC于1995年根据从ADC或CDS获得的文件创建。该星表被广泛用作亮度超过 6.5 星的恒星的基本天文和天体物理数据来源。
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