巴納德星

巴納德星

巴納德星是一顆質量非常小的紅矮星,位在蛇夫座β星附近,蛇夫座66星的西北側,距離地球僅約6光年遠。

美國天文學家愛德華·愛默生·巴納德在1916年測量出它的自行為每年10.3角秒,是已知相對太陽自行最大的恆星。為紀念巴納德的發現,後來稱這顆恆星為巴納德星。

由于它相當接近太陽,而且位于容易觀測的天球赤道附近,所以M型矮星巴納德星比任何恆星受到天文學家更多的研究和註意。天文學家的研究曾經聚焦在恆星的特征、天體測量和推敲系外行星可能存在的極限。雖然這是一顆古老的恆星,天文學家仍然觀測到巴納德星發生過耀斑爆發。天文學家曾對這顆恆星的一些研究題材發生爭議。天文學家十分註意這顆恆星,它也是無人旅行到鄰近的恆星系統可以快速前往研究的一個目標。

  • 中文名稱
    巴納德星
  • 外文名稱
    Barnard's Star
  • 溫度
    3,134 ± 102K
  • 半徑
    0.15-0.20R
  • 質量
    0.15-0.17M
  • 年齡
    ~1.0 × 10年

特點

巴納德星之所以成為天文學家所矚目的熱門星球,是因為它有幾點與眾不同的地方。

第一是自行大

第二是距離近

第三個也是巴納德星最吸引人的地方,是這顆恆星周圍很可能有兩顆大小約等于木星和土星的行星在圍繞著它旋轉,是離我們很近的另一個太陽系。

因為巴納德星擁有幾點與眾不同的特征,所以它成為天文學家相當矚目的恆星。巴納德星是目前所有已知恆星中自行運動最快的恆星,因此有時候也被稱為巴納德"逃亡之星"(Runaway Star),它的自行速度比大熊座的飛行之星快一倍。恆星通常每年的自行速度還不到1角秒,牧夫座大角星自行運動算是比較明顯的,但是一年也不到2角秒,而巴納德星每年的自行運動卻高達10.31角秒。巴納德星距離太陽系隻有5.96光年,除了南門二系統(半人馬座α三合星)外,它是距離地球最近的恆星。巴納德星最吸引人的地方是這顆恆星周圍很可能有兩顆大小約等于木星和土星的行星圍繞它公轉,是一個距離地球很近的恆星系。

自行運動

一般而言,恆星在我們看來是"恆定不動"的,但其實隻是由于恆星通常與我們的距離都在數百、數千甚至數萬光年外,故即便有運動,但由于相對位置改變較小,很難被察覺罷了。但倘若恆星距離較近,相對就容易看出它的改變,天文學家稱此現象為"恆星自行運動"。但恆星自行運動隻反映了恆星在垂直于我們視線方向的切向速度。恆星在沿我們視線方向也在運動,其速度稱為視向速度。

巴納德星每年自行運動約10.31角秒,相當于每秒走90公裏,它的視向速度是以每秒106.8公裏接近我們。以此速率計算,天文學家認為公元11800年時,它將運行到距離太陽3.85光年處,而成為除太陽外最接近我們的恆星,取代比鄰星(4.3光年)的位置,那時亮度將增加到8.5等。

行星系統

從1963年開始10年之間,有為數眾多的天文學家接受彼德·範德的觀點:他聲稱觀測到巴納德星自行運動上的攝動,顯示它擁有一顆或數顆比木星更大的行星。彼德·範德從1938年就開始觀測這顆恆星,並與斯沃斯莫爾學院(Swarthmore College)天文台的同事企圖以微尺從攝影幹板上測量它的位置變動,與行星一致的軌道攝動,以證明它有行星級伴星的存在;他曾動用十個人測量巴納德星在幹板上的位置,避免系統或人為的誤差產生。彼德·範德最初建議有一顆1.6木星質量的行星,以4.4天文單位的橢圓軌道繞行著巴納德星,他在1969年以論文明確的提出這些觀測結果。他在同一年稍晚提出巴納德星擁有兩顆行星,質量分別為1.1和0.8木星質量。

其他的天文學家接著重復進行彼德·範德的觀測,並在1973年發表了兩篇重要的論文否定巴納德星附近存在著一顆行星或數顆行星。天文學家蓋特伍德和埃克霍恩在不同的天文台使用新的幹片測量技術,但是都未能證實行星級伴星的存在。赫爾希在四個月之前發表的論文,同樣使用斯沃斯莫爾天文台的資料,發現觀測巴納德星時發現到的各種變化與望遠鏡的鏡頭進行調整和修改的時間有關;認為彼德·範德"發現"的行星是望遠鏡維謢和升級時所造成的假象。

巴納德星

彼德·範德從未承認行星並不存在,並且在1982年末再度發表巴納德星附近有兩顆行星的論文。彼德·範德在斯沃斯莫爾天文台的後繼者Wulff Heintz(他也是一位雙星專家)對他的研究結果表示懷疑,而且後來持續批評彼德·範德在1976年之前的研究結果;兩人的關系也因此而疏遠。

天文學家還不能完全排除行星存在的可能性,他們在1980和90年代中對巴納德星伴星的觀測最後都沒有成功,于是他們最後在1999年利用哈柏太空望遠鏡來進行幹涉測量仍未發現行星的蹤跡。

這些爭議對系外行星的研究也許有負面的影響,但至少提高了巴納德星的知名度,使這顆恆星的聲望在科幻的社群中不斷的提升(科幻中的巴納德星),並且被納入代達羅斯計畫的觀測目標。

爭議

天文學家Peter van de Kamp在1963年發表對巴納德星自行運動擾動現象的觀測與分析,推測它可能有一顆大小約等于木星的行星以24年為周期繞其運行,當時曾獲得多數天文學家的同意。但到80年代當收集的資料越來越多,發現許多矛盾後,這個結論開始有爭議,普遍認為當年的推論是錯的。

新的分析認為巴納德星有兩顆行星;其中一顆行星的軌道周期為11.7年,軌道半長軸約2.7天文單位,質量約為木星的0.8倍;另外一顆星則為20年、3.8天文單位和約0.4倍。如果這些資料是正確的,則這將是用天體照相測量法找到的第一個包含有類行星的行星系。這些觀測需要極精確而長期的測量,所以對它們的推論還隻是暫時的。

無論最終結果如何,從某種意義上說,我們確實已經發現了巴納德星運行在同一軌道面上的行星系,隻是更確切的證實還有待于今後的研究。

特征

巴納德星屬于紅矮星,光譜分類為M4V,表面溫度約為3000K,視星等是9.6等,亮度很弱,以肉眼觀測是看不見的。它的絕對星等是非常弱的13.3等,若將它和太陽放在一起,則它的明亮度隻有太陽的萬分之四。

它的質量約為太陽的17%,直徑約是太陽的1/6,直徑相當于隻有地球的20倍大。

星際計畫

英國星際學會(British Interplanetary Society)在上世紀70年代重新回顧了獵戶座計畫,並提出代達羅斯計畫,隻不過以更強大而且環保效果好一些的聚變力量代替核子彈。這個計畫的目標是向6光年以外的巴納德星(Barnard's star,是距離太陽系第二近的星)發射一個探測器,並用50年的時間到達那裏。

探測器

這個項目不是在象獵戶座那樣在外部爆炸,而是內部的發動機,在一個磁場構築的"燃燒室"中,向小燃料球照射發射電子束,產生離子。用磁場限製離子漿的辦法將比獵戶座計畫更高效,因為獵戶座計畫中核子彈的大部分爆炸能量都沒投射到船體上轉化為動力。

外形

探測飛船的質量為5.4萬噸,其中推進裝置重量是5萬噸,預計經過持續4年的加速後,可以達到光速的1/8。可以說代達羅斯計畫的理論是很有說服力的,設計上並沒有什麽突兀之處。有不少科學家認為我們執著于受控核聚變是沒有意義的,我們完全可以用不完全受控的核聚變來作為動力,而象獵戶座所需要的那些技術甚至在上世紀60年代末就已經存在了。

總的來說,核裂變發動機是相當現實的東西,而核聚變發動機則基本偏向科幻,需要很多技術突破才能變成現實。但裂變材料很稀缺,而用于核聚變的氘和氚卻很多,在近處的月球上尤其豐富。此外,核聚變還有大幅度降低輻射污染的前景,其方式是利用氫核(質子)和硼-11(80%的硼是以硼-11同位素的形式存在)反應,雖然反應困難而且產生的能量小,但不產生γ射線和中子,隻產生α粒子,可以說是相當幹凈的反應。所以人們對核聚變發動機仍舊存在更大的期望。

觀測資料

<th>觀測資料歷元 J2000.0</th>

星座

蛇夫座

星官


赤經

17 57 48.5

赤緯

+04° 41′ 36″

視星等(V)

9.54

特徵


光譜分類

M4Ve

B-V色指數

1.74

U-B色指數

1.28

變星類型

天龍座BY變星

天體測定


徑向速度(Rv)

-106.8km/s

自行(μ)

赤經(RA): -798.71mas/年

赤緯(Dec.): 10337.77mas/年

視差(π)

545.4 ± 0.3mas

距離

5.98 ± 0.003光年

(1.834 ± 0.001秒差距)

絕對星等(MV)

13.22

詳細資訊


質量

0.15-0.17M☉

半徑

0.15-0.20R☉

亮度(bolometric)

0.0035L☉

亮度(visual, LV)

0.0004L☉

溫度

3,134 ± 102K

金屬量

10-32%Sun

自轉

130.4d

年齡

~1.0 × 10年

其他命名:"巴納德逃亡之星",BD+04°3561a,GCTP4098.00,Gl140-024,Gliese699,HIP87937,LFT1385,LHS57,LTT15309,Munich 15040,Proxima Ophiuchi,V2500 Ophiuchi,Velox Barnardi,Vyssotsky799

發現新行星

此次發現3個行星代表了開普勒項目所取得了一系列裏程碑式成果中的最新一項。2011年12月,研究組的科學家公布了他們在一顆類太陽恆星宜居帶中發現的首顆系外行星:這是一顆大小相當于地球2.4倍的行星,名為Kepler-22b。而之後同樣是在12月份,小組又宣布發現首顆地球大小的系外行星,分別命名為Kepler-20eKepler-20f

這次KOI-981的3顆新發現的小個子系外行星已經被分別編號為:KOI-961.01,KOI-961.02 和KOI-961.03。這項最新成果得益于人們此前對于KOI-961,即巴納德星掌握的詳細資訊。正是由于掌握了這一恆星系統的詳細資料,科學家們此次才能得以利用其亮度變化的幅度計算出遮蔽光線的行星的大小。除了使用開普勒和地面大型望遠鏡的觀測資料之外,小組還借助了電腦模型技術來檢驗他們的結果。 在此之前,利用開普勒項目公開發布的資料,人們僅從中找出了6顆系外行星的存在。美國宇航局設在加州的埃姆斯研究中心負責開普勒望遠鏡項目的地面系統管理,任務運行以及科學資料分析工作。宇航局噴氣推進實驗室則負責開普勒項目的開發工作。

環境

赤道北方北緯4°地區的觀測者可以在天頂附近的位置直接觀測到巴納德星,理論上在距離北緯4°± 90°的地方都能看得見巴納德星,雖然接近南方或北方地平線時的大氣消光會使這顆恆星的光度減弱,但幾乎地球上的每個緯度仍都能看見它。

這顆恆星有許多性質與太陽相似,鄰近巴納德星的許多恆星都是最小和最常見的紅矮星。目前最接近巴納德星的紅矮星是羅斯154,距離為5.41光年(1.66秒差距)。相對來說,太陽和比鄰星是接下來的最接近巴納德星的恆星系。從如果站在巴納德星上來觀測星空,太陽在天球上相對的座標位置正好在麒麟座的東部,為RA=5 57 48.5, Dec=−04° 41′ 36″。絕對星等為4.83等的太陽在距離1.834秒差距的巴納德星上,將會是一顆令人印象深刻的一等星,類似北河三相對于地球上的觀測者。

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