织女星 :天琴座中最亮的恒星

更新时间:2023-10-31 18:50

织女星(Vega),又名“天琴座α”(Alpha Lyrae,α Lyrae, Alpha Lyr, α Lyr),也被称为“织女一”。织女星是天琴座的主星,位于“夏季大三角”的直角顶点上。它是一颗“A0V主序星”,相较于巨星它只是一颗普通的恒星,形状为椭圆形。织女星的自转速度较快,整颗恒星呈扁平状,赤道直径比两极大23%。它的视星等为+0.03(视亮度),北极部分呈淡粉红色,赤道部分偏蓝。在北半球,织女星是仅次于天狼星大角星的第三亮的恒星。在整个星空中,织女星的亮度暗于船底座Ⅹ的老人星和半人马座南门二,在所有恒星中的亮度排在第五位。

织女星距离地球约25光年,直径约为太阳的2.8倍,表面温度是太阳的1.5倍以上。织女星的年龄只有太阳的十分之一,它的质量是太阳的2.1倍,预期寿命也是太阳的十分之一。与太阳相比,织女星的氦中丰度较低。织女星在赤道处的速度为236千米/秒。由于离心效应,导致赤道向外凸起,因此整个恒星光球的温度也随之变化,并在两极达到最大值。天文学家观测到织女星可能有一个由尘埃组成的环绕星盘。这些尘埃很可能是轨道碎片盘中的天体之间碰撞的结果,类似于太阳系中的柯伊伯带。而由于尘埃辐射而显示外红线过量的恒星被称为类织女星。

织女星是有观测历史以来发现较早的星星,在古代小行星3789阿拉伯希腊的天文学著述中都有关于织女星的观测记录。近代天文学家将织女星作为测量其他恒星颜色和表观亮度的参考,并通过研究织女星来了解恒星演化的早期阶段并寻找太阳系外行星。织女星是最早使用视差测量距离的恒星之一,也是太阳系外第一颗被拍摄的恒星。它也是第一颗测量光谱的恒星。织女星是夜空中非常明亮的恒星,计算表明,织女星在12000年前曾经是当时的北极星。后来,由于地球自转轴的指向随着时间的变化,它才离开了北极星的位置。它将在公元13727年左右再次成为北极星。织女星是58颗明亮的恒星之一,在天体导航领域被赋予了特殊地位。

词源

天琴座最亮的星为天琴座α——'织女星一“,即通常说的”织女星”。织女星的英文名“Vega”来自阿拉伯语“an-nasr al-wāqi”,意思是“俯冲而下的鹰”。古阿拉伯人天鹰座和天琴座看作是两只飞翔的雄鹰。天鹰座的 β、α、γ三星(即河鼓三星)排成“一” 字形,称为“飞翔的雄鹰”;而天琴座的α、 ε、ζ三星(即织女三星)排成V字形,称为“下降的雄鹰”。在古希腊,人们把它想象为太阳神阿波罗送给俄耳普斯的那把七弦宝琴。亚述人称这颗星为Dayan-same,意思是“天堂的审判者”,而阿卡德帝国则将其称为Tir-anna,或“天堂的生命”。在巴比伦文化中,织女星可能是被称为迪尔根或“光的使者”的恒星之一。在印度神话中,这颗星被称为 Abhijit,意思是“胜利者”或“不可战胜者”。在波利尼西亚北部,织女星被称为whetu o te tau,意思是“年星”,标志着新年的开始。在中国古代称之为织女星,来源于家喻户晓的“牛郎织女”的神话故事,在织女星旁边,由四颗暗星组成的小小菱形传说中是织女织布用的梭子。

观测历史

1837年,俄罗斯天文学家瓦西里·斯特鲁维宣布从17次观测结果中推断织女星有1/8角秒的视差,这与现代值颇为接近,但他认为偏小,到1840年给出了近100次观测的结果,反而将织女星的视觉差值扩大至原来的两倍。

1850年7月17日,天文学家詹姆斯·亚当斯·惠普尔 (James Adams Whipple) 和威廉·邦德 (William Bond) 使用银版照相技术捕捉到了织女星,他们将织女星的光聚焦在一块光敏镀银铜片上,并使用哈佛大学天文台的望远镜将其曝光约20分钟。织女星成为除太阳之外第一颗被拍摄的恒星

1872年8月,美国天文学家亨利·德雷珀 (Henry Draper) 拍摄了织女星的光谱。这是恒星的一张光谱照片,照片中的吸收线揭示了织女星的化学成分。天文学家们通过恒星的光谱对恒星的演化进行研究。

1930年,织女星的可变性被检测到,当时光度测量显示其亮度变化了大约±0.03星等。1981年的测量表明,Delta Scuti型恒星具有低振幅脉动的特征。

1979年,用X射线望远镜进行的观测显示,织女星是一个X射线发射器。当时,织女星是太阳以外唯一已知的X射线源主序星

1983年,红外天文卫星(IRAS)探测到来自织女星的过量红外辐射。这表明存在一个星际尘埃盘。织女星是已知的第一颗拥有它的恒星。圆盘延伸了数百个天文单位。2005年,美国航空航天局斯皮策太空望远镜制作了高分辨率的尘埃图像。2001年帕洛玛试验台干涉仪、2006年CHARA阵列和2011年红外光学望远镜阵列的观测表明,这颗恒星周围有一条内部尘埃带。

位置

在夏季晴好的夜空,避开强烈的灯光干扰,可以通过“夏季大三角”找到织女星。天琴座的织女星、天鹰座牛郎星天鹅座天津四在夜空中组成一个大直角三角形,这就是“夏季大三角”。

织女星是这三颗星中最亮的一颗,位于“夏季大三角”的直角顶点,看起来呈蓝白色。在北半球的夏天,天一黑就从东方升起,极易辨认,因为织女星是那个方向上最亮的恒星。它的目视星等为0等,是天琴座中最明亮的恒星,也是全天第五亮的恒星,仅次于大角星,在西方被称为“夏夜的女王”。由于织女星纬度较高,一年中大多数的月份都看得见。在北纬51°以北的地区,织女星永远不会落下,成为一颗拱极星。织女星旁边呈菱形排列着四颗星星。在中国古代神话中,这是织女织布的梭子

夏季大三角”最南端的顶点是牛郎星,它与织女星隔着银河系相望。它的正式名字叫“牛郎星”。牛郎星的两旁各有一颗小星,分别为“河鼓一”和“河鼓三”,相传是牛郎和织女的一双儿女,这3颗星排成一条直线,民间也俗称它们为“扁担星”。“夏季大三角”的另一个顶点是天津四,它是一颗非常有辨识度的恒星,和身边的4颗恒星组成了一个漂亮的大十字,被称为“北十字”。在“夏季大三角”的天区范围内,还有一个美丽的“指环”,它就是美丽的M57(NGC6720)天琴座环状星云。在天文望远镜里,M57是一个漂亮的椭圆形光环,光环的内边缘为淡绿色,外边缘为红色,两边缘之间的中间部分是淡淡的黄色,看上去像是做工精细的戒指圈。

由于岁差北极星总是轮流值班,再过12000年,织女星就会成为那时的北极星。作为北半球第二明亮的恒星,织女星在大约14000年前曾是我们的“北极星”。由于地球自转轴进动,大约12000年后,地球自转轴将再次指向织女星附近。届时这颗亮星与地轴相距约5度,将再次以“北极星”的身份存在,成为史上最明亮的“北极星”。

物理特性

光谱

织女星是一颗蓝白色的恒星,光谱分类为A0V。字母A表示其表面温度约为10,000 K。数字0表示它是其光谱类型中10个子类中最热的恒星。字母V表示它是一颗主序星,它正在经历将氢聚变成氦的主要生命阶段。

在UBV系统中,织女星通常的颜色指数为零,零代表星星的颜色为白色,指数为负的星星是蓝色的,指数为正的星星是红色的。但通常我们看到的织女星都是蓝白色的,原因是恒星的光谱特性没有考虑地球大气层的光照条件,织女星的蓝色调是由于大气层对光线的影响。

运动

织女星每12.5小时绕其轴完成一次完整的旋转,以极高的自转速度旋转,沿赤道的自转速度高达 236.2 ± 3.7 公里/秒。因此,它在两极变平并于赤道延伸。高自旋率使织女星具有扁球体的形状,它的赤道直径比它的极地直径大19%,肉眼无法观察到织女星的赤道隆起。织女星的正常运动正在慢慢地将恒星带向地球,并在大约264,000年内最接近太阳,彼时距离太阳13.2光年(4.04秒差距)以内。 大约在公元210000年,织女星将取代天狼星成为天空中最亮的恒星。

织女星是一颗变星,其光度的变化是由其表面的径向和非径向脉动引起的。织女星通过改变其半径以保持其球形(径向脉动)来收缩和膨胀,它表面的某些部分收缩,而其他部分同时膨胀(非径向脉动)。

元素丰度

织女星的元素丰度较低,原子序数比氦高。织女星融合了氢气,但其核心的大部分能量来自碳-氮-氧(CNO循环),其中质子与碳、氮和的中间核结合形成氦。织女星的核心有一个对流区,用于分解核反应产生的残骸,使对流区与恒星的大气层处于平衡状态。

演化

织女星的年龄只有太阳的十分之一左右,但质量是太阳的两倍。织女星已接近其生命周期的中点。大约500亿年后,它将停止内核中的氢气融合,成为一颗M型红巨星。在红巨星晚期阶段,抛弃其外部气态包层,形成行星星云。从恒星喷出的气体云会发光,密集的恒星残骸将逐渐冷却和消退。最终,这颗明亮的恒星将失去大部分质量,并在白矮星的状态结束生命。

织女星在赤道上的一些光线被星际碎片环阻挡。岩屑盘是行星和行星系统形成的场所。然而,迄今为止,还没有确认织女星周围的行星。即使它们存在,这颗恒星的寿命也很短,因此不太可能在那里发展任何复杂的生命形式。

物理参数

参考资料

流星雨

每年的4月19-23日,织女星所在的天琴座会爆发流星雨,其中22日的流星雨最为壮观。我国古代典籍《春秋》记载了公元前687年天琴座流星雨爆发的景象:“夜中,星陨如雨。”这是关于天琴座流星雨的最早记录。

新发现

1983年1月25日,英国荷兰和法国共同研制发射了红外天文卫星(IRAS),这颗首次发射的红外天文卫星在瞄准织女星校准探测器时,科学家意外发现织女星的红外辐射量明显超过这颗星光谱型和温度应有的红外辐射量,辐射源的范围有170格天文单位,相当于太阳系直径的两倍,远超出织女星本身的大小,这个红外辐射源的温度约为88K,这相当于一个固体颗粒云的外壳受织女星辐照加热后再辐射的温度。科学家判断它们是较大的颗粒,其直径为1毫米或更大些,至少是恒星星际尘埃的一千倍,这些固体颗粒的总质量至少为0.01个地球质量。除太阳系外,织女星是第一颗已被证实有固体物质环绕运转的恒星。科学家提出织女星正处在太阳系形成的早期阶段的假说,织女星固体颗粒冷云的发现对研究太阳系的演化具有重要的意义。

1997年,詹姆斯·克拉克·麦克斯韦望远镜在织女星东北约9英寸处发现了一个明亮的中心区域。该区域在恒星的尘埃盘中表现为不规则。天文学家推测可能存在一颗行星。2005年,他们将假想行星的大小缩小到木星质量的5-10倍。两年后,高原 de Bure干涉仪的观测揭示了碎片盘的光滑对称。2012年赫歇尔太空望远镜的观测证实了圆盘的光滑结构。没有证据表明有一颗巨大的行星,但可能有较小的行星在更近的距离内绕着织女星运行,因此难以被发现。

2005年,斯皮策太空望远镜获得织女星尘埃的高清晰影像,显示织女星分布更广泛的尘埃盘是由大小在1–50μm的球形和不规则尘埃粒子所构成,这些尘粒的总质量大约是3 ×10-3倍地球质量。这些尘粒需要类似太阳系柯伊伯带小行星互相碰撞才能产生。因此这些尘埃比较像环绕织女星的岩屑盘,而不是早先认为的原行星盘。

2006年的望远镜观测显示,织女星的旋转速度如此之快,以至于它的两极比赤道高出几千度。这颗恒星每12.5小时旋转一次,达到临界旋转速度的90%,即物体撕裂自己的速度。

2013年初,天文学家宣布他们发现了织女星周围的小行星带,这表明在岩石中间可能存在行星。这种布局(类似于在Fomalhaut恒星附近发现的布局)表明有两个区域:一个是有冰冷小行星的外部区域,另一个是靠近恒星的区域,那里有较温暖的太空岩

2013年,由亚利桑那大学斯图尔德天文台的凯特·苏(Kate Su)领导的天文学家团队在织女星系统中发现了一条大型小行星带。

2018年,科学家利用美国航空航天局凌日系外行星勘探卫星(凌日系外行星勘测卫星)发射任务,进行全天空调查,对织女星这样的明亮恒星进行进一步的研究。虽然TESS的主要任务是寻找太阳系外行星,但该卫星还将寻找恒星变化的迹象。TESS对织女星和类似恒星的检查将帮助科学家更多地了解恒星演化的早期阶段。

2021年的一项研究报告称,探测到一颗轨道周期为2.43天的类木星行星。该研究的作者分析了多个织女星光谱,以发现周期性的径向速度变化,通过研究径向速度信号,认为可能存在一颗轨道周期约为200天的土星质量行星。

相关文化

神话传说

中国神话

“牛郎织女的”的神话故事在中国广为流传,传说织女是天宫王母娘娘的孙女,她心灵手巧,善织,天上五彩缤纷的云朵就是出自她灵巧的双手。而牛郎是人间的一个孤儿,他勤劳但贫穷,只有一头老牛与其为伴。一次,在老牛的指点下,牛郎取走了在湖中洗澡的织女的衣裳,织女也喜爱牛郎,私自下凡,两人就结成了夫妻。从此,男耕女织,生下一儿一女,过上了幸福美满的生活。然而此事被王母知道,她大发雷霆,派天兵将织女捉回天宫。牛郎在老牛的帮助下,用箩筐装着儿女,挑着追到天上。王母见牛郎追来,就用头上的金钗在织女和牛郎之间划出一道大河,这就是银河系。牛郎和织女被迫分隔在两岸,他们只能隔河痛哭相望。农历七月七日夜晚,喜鹊主动给牛郎织女搭桥。传说中农历的七月七日,是织女与牛郎一年一度相会的日子,这就是七夕的由来。2006年5月20日,中国的“七夕节”被列入第一批国家非物质文化遗产名录。

日本神话

日本也流传着与七夕有关的神话,日本神话中的织女被称为织姬,牛郎称为彦星。织姬的身份同织女一样,也是天帝的女儿,她爱上了以牛郎星为代表的凡人彦星。织姬的父亲发现后,盛怒之下,禁止她与凡间爱人相会。众神将这对恋人抓到天庭,分于银河两边。后来天帝让他们在每年的七月七之夜团聚。但是彦星每年穿越天河的旅行是危险的,他没有成功。在这种情况下,织姬的眼泪形成了落在日本上空的雨滴。英仙座流星雨传说就是织姬的眼泪。日本的许多七夕庆祝活动都在7月举行,但有时也会在 8月举行。

希腊神话

希腊神话中,天琴座代表神话中的希腊音乐家和诗人俄耳甫斯里拉琴。根据传说,当俄耳甫斯弹奏竖琴时,具有神奇的魔力,无论是天神还是凡人都不能转身离开。

文献记载

织女星在文献记载中最初出现在《诗经·小雅·大东》:“维天有汉,监亦有光。跂彼织女,终日七襄。虽则七襄,不成报章。彼牵牛,不以服箱。”意思是天上的银河系,就像一面镜子,映照着人间的一切。在银河的两岸,一边是织女星,每天随着星空的运转动来动去,可是织不出布;另一边是牛郎星,虽然那么亮,却不能拉车。这首诗中将牛郎称为牵牛。

古人对天文学研究的出发点是为了确定时间和节令。“织女”这颗星,《夏小正》是一篇关于月令和农时的文献,在“七月”一段,出现了“织女星”的记载:“汉案户……初昏,织女正东向……斗柄悬在下,则旦。”古代的计时工具不发达,最易于辨认时间的就是初昏和拂晓,人们一看到黄昏时织女星座的性状,就可以判断出七月来了。《夏小正》记录的是古代天象,由于岁差的累计和历法的差异,当时的七月和现行农历相差大约一个月。《诗经·豳风》里说“七月流火,九月授衣”,指的就是这个七月,这时候要开始织布,才赶得上九月分发寒衣节。当织女星指示七月到来的时候,也是妇女们应该开始纺织工作的时候。而“织女正东向”的东隔着银河系的另一颗亮星就是牵牛

织女星变成爱情故事里的主角,较早出现在睡虎地出土秦简里的《日书》(一种占卜书,类似于后世的黄历)记载,《日书》里建议不要在牵牛娶织女的“戊申己酉”日成亲,以免招致不吉利的后果。牵牛和织女在此时已经从星星变成了人物。

织女和牵牛的故事正式进入文学史是在东汉无名氏的《古诗十九首》。其中的第十首《迢迢牵牛星》写道:“迢迢牵牛星,皎皎河汉女。纤纤素手,札札弄机杼。终日不成章,泣涕零如雨。河汉清且浅,相去复几许。盈盈一水间,脉脉不得语。“在刘彻时代,七夕成为了一个国家法定节日,人们在这一天晒书、晒衣服,陈设瓜果和“乞巧”。乞巧跟织女的职司有关,七夕这时候正是瓜果成熟的时节,牛郎星东侧有“瓠瓜”“败瓜”两组星座,看到它们出现在星空中就该收获瓜果,晚了就会烂掉,所以陈设瓜果的习俗跟节令有关。

牛郎织女七夕相会的传说定型于南朝时期,在随后的宋元时期,衍生出种种大同小异的分支传说。随着天文学和计时工具的发展,七夕脱离了提示岁时的功能,成为一个纯粹的民俗节日。而随着岁差的积累和历法的变迁,后世在七夕时看到的天文现象与《夏小正》所记载的有了偏差。晚唐诗人杜牧有一首《秋夕》诗:”银烛秋光冷画屏,轻罗小扇扑流萤。天阶月色凉如水,坐看牵牛织女星。和距其一千多年的“七月流火”相比,至唐朝时已是初秋景象。

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