心宿二

天蝎座 α 星

心宿二

心宿二（英文名：Antares），又称大火，在拜耳命名法中又称为天蝎座α、α Scorpii或α Sco，属天蝎座OB2星协。心宿二是天蝎座中最亮的恒星，也是夜空中排名第15亮的恒星。[0][1][10]心宿二在肉眼看来是一颗单星，但实际上是一个双星系统。该系统由红超巨星心宿二A和一颗较暗的蓝白色主序星，即心宿二B组成。轨道半长轴为2.9角分，轨道周期在880~2562年之间。[9]其中心宿二A被归类为光谱型M1.5Iab-Ib恒星，半径大约为680R⊙，有效温度为3,660K，光度可能在44,700倍至128,900倍太阳光度的范围内。且心宿二A正处于生命周期的最后阶段，可能在未来一万年或一百万年的某个时候熄灭。[0][9]心宿二B距离主星约550天文单位（AU），它的光谱类型是B2.5，其视星等为5.5等，只有心宿二A视亮度的370分之一。[6][11]当在掩星的状况下观测心宿二B时，它会呈现深厚的蓝色或蓝绿色。[6][12][13]

心宿二（英文名：Antares），又称大火，在拜耳命名法中又称为天蝎座α、α Scorpii或α Sco，属天蝎座OB2星协。心宿二是天蝎座中最亮的恒星，也是夜空中排名第15亮的恒星。[1][2][11]

心宿二在肉眼看来是一颗单星，但实际上是一个双星系统。该系统由红超巨星心宿二A和一颗较暗的蓝白色主序星，即心宿二B组成。轨道半长轴为2.9角分，轨道周期在880~2562年之间。[10]其中心宿二A被归类为光谱型M1.5Iab-Ib恒星，半径大约为680R⊙，有效温度为3,660K，光度可能在44,700倍至128,900倍太阳光度的范围内。且心宿二A正处于生命周期的最后阶段，可能在未来一万年或一百万年的某个时候熄灭。[1][10]心宿二B距离主星约550天文单位（AU），它的光谱类型是B2.5，其视星等为5.5等，只有心宿二A视亮度的370分之一。[7][12]当在掩星的状况下观测心宿二B时，它会呈现深厚的蓝色或蓝绿色。[7][13][14]

心宿二是天空中最亮的恒星之一，也是天蝎座的一部分，其最佳观赏时间是7月中旬。[1][10]心宿二在不同的文化中有不同的意义。在西方的占星术中，心宿二是15颗贝赫尼亚固定星之一，被认为是特殊占星术力量的来源。而心宿二属于中国古代二十八星宿中东方苍龙七宿中的心宿，是苍龙的心脏，且象征着帝王。[10][15]

命名

在中国，心宿二是东方苍龙七宿中心宿的第二颗星，所以称为心宿二，又称为大火。[1]其英文名Antares源自古希腊语 Ἀντάρης，意为“阿瑞斯的对手”。[16]在公元前1100年的巴比伦星表中，心宿二被称为GABA GIR.TAB，意为“蝎子的乳房”。在公元前1100至700年的巴比伦纲要中，它是南方天空中的Ea[注4]恒星之一，代表蝎子女神伊什哈拉 （Ishhara）的乳房。[17]后来被翻译为“蝎子之心”，包括Calbalakrab，源自阿拉伯语 قَُ֒ ٱَْقََِْ Qalb al-Άqrab。[18]这是直接从古希腊语 Καρδία Σκορπίου Kardia Skorpiū翻译而来的。Cor Scorpii是希腊名字的拉丁语calque。[19]

2016年，国际天文学联合会组织了恒星名称工作组（WGSN），对恒星的专有名称进行编目和标准化。 WGSN 2016年7月的第一份公告包含了WGSN批准的前两批名称的表格，其中包括心宿二（Antares）。[20][21]天蝎座α（拉丁语为Alpha Scorpii）是这颗星的拜耳名称。 [22]

心宿二的弗兰斯蒂德命名法为21 Scorpii，以及诸如Bright Star Catalog中的HR 6134和Henry Draper Catalog中的HD 148478等目录编号。作为一个重要的红外源，它出现在两微米全天巡天目录中，编号为2MASS J16292443-2625549；在红外天文卫星（IRAS）巡天图集目录中，编号为IRAS 16262-2619。它也被编目为双星WDS J16294-2626 和CCDM J16294-2626。心宿二是一颗变星，被列入变星总表，但作为拜耳命名的恒星，它没有单独的变星名称。[22]

早期记载和研究

中国历史上将心宿二称为“大火”星。《国语·楚语》记载颛顼帝曾经任命“火正黎”管理民事；《周礼·夏官》有“季春出火，季秋纳火”的记载，这些记载表明上古时代就有专职官员“火正”长期观测心宿二，通过其出没规律来确定季节的变换。中国古代高度关注大火星的观测，因此心宿二本身及其附近发生的显著变化，也被一些中国典籍记载。例如商代武丁时期有一则甲骨文记载“七日己巳夕口，有新大星并火”。且自秦汉以来两千多年间有4次“荧惑守心”记录，“荧惑守心 ”就是火星留守在二十八宿中的心宿。[23]

1819年4月13日，奥地利天文学家约翰·托拜厄斯·比格（Johann Tobias Bürg）称心宿二有一颗伴星，但这种说法并未被认可，而且还被以可能是大气效应导致为由驳回。[24][25]1844年7月，苏格兰天文学家詹姆斯·威廉·格兰特（James William Grant）称其在印度观测到了这颗伴星，[26]两年后又被奥姆斯比·米切尔（Ormsby M. Mitchel）发现。[27]1847年4月，威廉·鲁特·道斯（William Rutter Dawes）测量了这颗伴星。[28][29]

奥姆斯比·米切尔
奥姆斯比·米切尔

20世纪初期，研究人员在心宿二的光谱中观察到了径向速度的变化，并尝试推导恒星的轨道信息。[30][31]但光谱中的这些微小变化实际上是由恒星大气的脉动引起的，并且后续的研究指出恒星的大小必须有20%左右的改变才能在光谱中形成此变化。[32]1925年，威尔逊山天文台的弗朗西斯·皮斯（Francis G. Pease）通过干涉测量得出心宿二的直径为6.44至6.92亿公里，大约为463-497太阳半径，使其成为当时已知的最大的恒星。[33][34]

自1945年以来，美国变星观测者协会一直在监测心宿二的亮度，并将它归类为LC慢速不规则变星，其视星等在0.6和1.6之间缓慢变化，通常接近1.0，且没有明显的周期性。但统计分析表明心宿二的周期为1,733天或1,650±640天。[35][36]1952年，有研究称心宿二的亮度存在差异，并描述其从3.00到3.16的照相星等范围。[37]2017年，天文学家使用欧洲南方天文台（ESO）的甚大望远镜（VLTI）对心宿二的表面进行了成像，并绘制了恒星大气层中物质的速度，揭示了不可预见的振荡。2018年的研究表明，来自南澳大利亚的Ngarrindjeri原住民观察到了心宿二的变化，并将其纳入他们的口头传统中，称为Waiyungari（意为“红人”）。2023年，由德国耶拿天体物理研究所和大学天文台（AIU）的拉尔夫·纽豪瑟（Ralph Neuhäuser）领导的一项研究，检查了心宿二和参宿四恒星颜色的望远镜前记录，发现心宿二在过去三千年中一直保持着恒定的颜色。[10][38]

心宿二A表面的VLTI重建视图
心宿二A表面的VLTI重建视图

物理性质

心宿二肉眼观察为一颗单星，其实际上是由一颗红超巨星心宿二A和一颗蓝白色主序星“心宿二B”组成的一个双星系统，其中心宿二A的视星等在0.6-1.6之间，而心宿二B的视星等比心宿二A的视星等低，其轨道半长轴为2.9''，[10]周期在880~2562年之间，[39][40]最佳计算轨道周期为1,218年。[41]在1840年，测量心宿二两颗恒星之间的角距离为3.5''和2.5''，而最近的测量结果显示在2.6''和2.8''之间。[10]到了20世纪70年代，通过甚大天线阵（VLA）的测量，获得了心宿二A的蓝色伴星的射电信号，还观测到心宿二A红超巨星的射电信号及其耀变。[2][10]

心宿二及其伴星
心宿二及其伴星

质量和尺寸

心宿二A是已知最大的恒星之一，其确切质量尚不确定，但估计大约在11至14.3个太阳质量的范围内。心宿二A的外围区域使得很难确定这颗超巨星的确切大小。此外，心宿二A是一颗脉动恒星，它的半径会随着脉动而变化约19%，即165个太阳半径。1990年，一项研究表明在月掩星期间，使用ESO 3.6米望远镜，用散斑干涉测量法进行观测后，心宿二A角直径为41.3±0.1毫角秒。在2009年的研究显示其角直径为37.38±0.06毫角秒，2010年的角直径为37.31±0.09毫角秒。高精度视差采集卫星的数据显示，心宿二A的视差为5.89±1.00毫角秒，这意味着半径约为太阳的680倍。[1][10]

自从离开主序星以来，心宿二A已经扩大到680倍太阳半径的大小。它正在通过强大的恒星风失去质量，这种抛射出的星风物质将心宿二A笼罩在其中。气体云有时被称为心宿二星云，心宿二A已经从其初始质量损失了大约3个太阳质量的物质。[1][10]

心宿二、大角星和太阳之间的比较
心宿二、大角星和太阳之间的比较

亮度与温度

心宿二A在光谱上被归类为表面为橙红色的M1.5Iab-Ib恒星[注5]，其有效温度3,660K，同时心宿二A也是一颗变星。作为天蝎座中最亮的恒星，其光度和辐射热光度暂时没有明确数据，科学家们估计其光度为44,700-128,900之间的太阳光度，辐射热光度大约是太阳的100,000倍，且大部分能量辐射都位于光谱的不可见红外部分。此外，心宿二A的光度受星际消光的影响而减弱，但变暗的程度是不确定的，后被归类为慢速不规则变星（Lc型）。[1][10]

寿命

心宿二A是天蝎座-半人马座星协（Sco OB2）上天蝎座亚群的成员，该星协是离太阳最近的OB星协。上天蝎座亚群的成员平均年龄为1,100万年，与地球的平均距离为550光年。[42][8][10]此外，心宿二A作为一颗红超巨星，这意味着它正处于生命周期的最后阶段。[1]就像猎户座的参宿四一样，它可能在未来一万年或一百万年的某个时候熄灭。当它发生时，该事件的亮度可以与满月相媲美，并且在白天可见。[10]

心宿二B

心宿二有伴星，即心宿二B，它与主星的角距离会改变，在1854年是3.3毫角秒，到1990年成为2.86毫角秒。从光谱解释伴星流向主星能量状态，心宿二B距离主星约550天文单位（AU）。心宿二B的光谱类型是B2.5，而众多的谱线表明它已经受到主星喷出的物质污染了。它的视星等为5.5等，只有心宿二A视亮度的1/370，但它的亮度仍然比太阳亮了170倍。[7][12]

因为主星非常明亮，使得普通的小望远镜通常很难看见这颗伴星，但有时可以用口径150mm的望远镜观测。[43]这颗伴星的颜色经常被描述为绿色，但这可能是对比效果造成的，或是两颗星的光混合在一起的结果，因为通过望远镜观测它们时会因为太接近而不能完全地解析开来。小望远镜有时可以看见心宿二B数秒钟，这是因为主星被月球遮蔽而隐藏在月球后面的缘故。奥地利天文学家约翰·托比亚斯·布尔格 （Johann Tobias Bürg）在1819年4月13日就是在这样的掩星情形下发现了心宿二B，但是直到1846年它的存在才被证实。而当时有些人还认为这单纯地只是心宿二的光通过月球的大气层造成的（当时的理论认为月球有大气层）。当在掩星的状况下看见心宿二B本身时，它会呈现深厚的蓝色或蓝绿色。[7][13][14]

观测

心宿二是天空中最亮的恒星之一，同时也是天蝎座鱼钩[注6]的一部分，出现在银河系明亮带附近。作为天蝎座的心脏，它位于该星座中心附近，两侧还有两颗相对明亮的恒星。心宿二位于在北纬63°以南的地区，绕着地球的极点运动，故全年都能观测得到。夏季，北半球的观察者可以在南方地平线上方看到它，而南半球的观察者则可以在更高的天空中观察到它。[10]

心宿二在三月初的黎明和九月初的日落时达到天空的最高点。它的午夜顶峰出现在5月31日或6月1日左右，此时它与太阳对冲，整夜可见。然而，在距离太阳最近的11月30日左右的几周内，这颗恒星是看不见的。心宿二作为黄道星座天蝎座的一部分，仅在5月到8月份不被太阳遮挡时才可见，最佳观测时间为7月中旬。[1][10]

地面观测的心宿二（左上角最亮的那颗）
地面观测的心宿二（左上角最亮的那颗）

中国古代把五大行星中的火星叫做“荧惑”。而“荧惑守心”[注7]中的“守心”指的就是火星留守二十八宿中的心宿，在中国古代“星占术”中，这是较为险恶的凶兆，预示着“大人易政，主去其宫”。自秦汉以来两千多年间有4次“荧惑守心”记录，且这4次记载在时间上的分布，相邻两次记录的年代间隔分别为539、525、529年，平均间隔约530年，这可能意味着一种周期性爆发现象。这种爆发可能是由于心宿二的伴星吸积主星的物质引起。[23]

七月流火

“七月流火”是指中国古代天文学中关于心宿二（天蝎座α星）的现象。这颗星被称为“大火”，因其颜色与火相似，被视为挂在天上的“温度计”，用来判断季节变化。在公历的8月、9月，观察者可以在傍晚时分看到大火星在西南方的低空，其西沉过程被称为“七月流火”，是一种季节性的天象现象。[44][15]

三星一线

2016年8月24日，中国江苏省南京市，土星、火星和天蝎座恒星“心宿二”，三者依次连成一条直线，上演“三星一线”天文现象。据了解，三星一线的稀奇天象30年才发生一次，上一次出现在1986年2月17日。[45]

三星一线
三星一线

掩星

心宿二位于黄道[注8]以南仅4.57度处，是黄道十二宫中位于黄道六度以内的四颗明亮恒星之一[注9]。每年12月初，太阳会经过心宿二附近，在此期间心宿二被行星（如金星）掩蔽，称之为掩星。最后一次掩星的记录是在公元前525年9月，而下一次掩星观测则是在2400年11月。[10]

相关文化

中国2000-3000年前心宿二被测定为夏至的标准。商、周时期就设定“火正”的天官专门来看这颗星，以便定立节气。诗经里就有“七月流火、九月授衣”之说法。大诗人杜甫曾写过“人生不相见，动如参与商”，此处商为心宿二。[2]心宿二属于中国古代二十八星宿中东方苍龙七宿中的心宿，是苍龙的心脏。在心宿三星中，心宿二处于中间，最为明亮，古时候它象征着帝王，右侧的心宿一象征太子，左侧的心宿三象征庶子。正因与皇帝相关，所以占星的官员们通常对心宿三星非常关注，因为古人认为天上的星星发生变化，地上的人就会受到相应的影响。[15]

不同的文化对心宿二及其星座有不同的名称。其希腊名字Antares，意思是“火星的敌手”。在夏威夷故事中，这个星座代表英雄毛伊岛用来将岛屿从海中捞起的鱼钩。心宿二位于钩尖上方。这颗恒星的阿拉伯语和拉丁语名称都翻译为“蝎子之心”。[1]

心宿二作为15颗贝赫尼亚固定星之一，被认为是特殊占星术力量的来源。且心宿二与金星、木星有关，相关的植物和宝石是出生草和缟玛瑙，象征着巴西国旗上27个巴西联邦单位之一的皮奥伊州。[10]

心宿二经常在小说作品中被使用，例如：阿尔弗雷德·贝斯特（Alfred Bester）的小说《The Stars My Destination 》（1956）、肯尼斯·布尔默（Kenneth Bulmer）的《Dray Prescot 系列》（1972-1998）等。此外路易斯·爱德华多·德·奥利维拉 （Luiz Eduardo de Oliveira） 的《Antares 系列》（2007-2011年）和日本漫画系列《圣斗士星矢》中都提到了心宿二。这颗星还用于许多电脑游戏，例如《宇宙边境：太空精英2》《星际控制2》等。[10]

参考资料 45

  1. 心宿二:火星的敌手 — starwalk
  2. 心宿二 — 中国大百科全书
  3. 参考 3
  4. 参考 4
  5. High spectral resolution imaging of the dynamical atmosphere of the red supergiant Antares in the CO first overtone lines with VLTI/AMBER ? — arxiv
  6. On the absolute scale of mass-loss in red giants. II. Circumstellar absorption lines in the spectrum of alpha Sco B and mass-loss of alpha Sco A. — harvard
  7. ANTARES — archive
  8. 参考 8
  9. 参考 9
  10. Antares(αSco):StarSystem,Size,Name,Constellation — star-facts
  11. 金星与天蝎座心宿二“相聚”，我国各地都可看到这少见天象 — 腾讯网
  12. Multi-component absorption lines in the HST spectra of α Scorpii B — research gate
  13. 参考 13
  14. 参考 14
  15. 参考 15
  16. ?ντ?ρη? — perseus
  17. Origins of the ancient constellations: I. The Mesopotamian traditions — harvard
  18. 参考 18
  19. 参考 19
  20. Bulletin of the IAU Working Group on Star Names, No. 1 — rochester
  21. IAU Catalog of Star Names (IAU-CSN) — rochester
  22. 参考 22
  23. 参考 23
  24. 参考 24
  25. Occultation of Antares — harvard
  26. https://archive.org/details/astronomicalobs00darbgoog/page/n36/mode/2up
  27. 参考 27
  28. 参考 28
  29. Extract of a Letter from the Rev. W. R. Darres to the Astronomer Royal — silverchair
  30. MINOR GQNTRFBUTIONS AND NOTES — harvard
  31. ON THE ORBITS OF THE SPECTROSCOPIC BINARIES a ORIONIS AND a SCORPII — harvard
  32. The Radial Velocity Variations ofa Orionis and a Scorpii — silverchair
  33. SCIENCE NEWS — jstor
  34. The Diameter of Alpha Scorpii by the Interferometer Method — jstor
  35. Antares: Betelgeuse's Neglected Twin — aavso
  36. Variability in red supergiant stars: pulsations, long secondary periods and convection noise — arxiv
  37. NOTES FROMOBSERVATORIES — harvard
  38. Observations of red–giant variable stars by Aboriginal Australians — arxiv
  39. Etoiles doubles orbitales à composantes variables — harvard
  40. The Antares emission nebula and mass loss of α Sco A ? — arxiv
  41. ORBITS OF SEVEN EDGE–ON VISUAL DOUBLE STARS — harvard
  42. A REVISED AGE FOR UPPER SCORPIUS AND THE STAR-FORMATION HISTORY AMONG THE F-TYPE MEMBERS OF THE SCORPIUS-CENTAURUS OB ASSOCIATION — arxiv
  43. 参考 43
  44. 9月看“大火”西沉，它是古代的“时令之星” — 新华网
  45. 南京现“三星一线”稀奇天象 为30年一遇 — 手机环球网

注释

  1. 1.989×1030千克[3]
  2. 太阳半径696265km[4]
  3. 太阳光度为3. 826X1026W[9]
  4. 恩基，又译为恩奇，是苏美神话中的一位水神，后在阿卡德和巴比伦神话中被称为埃亚。
  5. “M1.5”表示3400℃左右的温度，这个温度的恒星呈现橙红色。“Ⅰab”是中等大小的发光超巨星的名称，“Ib”是指发光度较低的超巨星。
  6. 鱼钩星群是由天蝎座内约十几颗明亮星星组成的星群。这些弯曲的星星图案形成了天蝎座这个星座的心脏、身体、尾巴和尾刺。与天蝎座的螯一起，鱼钩星群使得天蝎座这个星座非常容易被识别。
  7. “荧惑守心”通常是指在古代占星学或传统的星象学中，特指火星和水星在天蝎座（古称荧惑宫）内运行。在这种情况下，荧惑（火星）和守心（水星）这两颗行星会同时出现在天蝎座，被认为在这个星座内有着重要的能量影响。
  8. 太阳在一年中运行的轨道，也称为黄道带。这条轨道呈现出一个大致呈东西走向的带状区域
  9. 其他是金牛座的毕宿五、狮子座的轩辕和处女座的斯皮卡，它们被合称为黄道带的“四大天王”。
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