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17路(17LUBBS) · 看见更远的宇宙

牛郎星与织女星之间的 14.5 光年,银河只是背景

七夕前后的晚上,如果天够黑,能看到一条淡淡的光带从南边斜着升起。老人会指给你看:这边一颗是牛郎,那边一颗是织女,中间隔着银河,一年才见一次。这个说法有诗意,但那条光带并不在他们中间。

织女一(天琴座 α)距离约 25.0 光年,河鼓二(天鹰座 α)约 16.7 光年,两者在天球上相隔约 34 度,用余弦定理算出的空间直线距离约 14.5 光年。所谓「隔着银河」是投影效果——银河系的盘面在远处横过,与这两颗近邻恒星没有关系。

两颗星相隔 34 度,实际距离约 14.5 光年

天球上的角距离是 34 度,约等于伸直手臂时三四个手掌的宽度。这个角度看起来不小,但要算出真实距离,还需要两个已知量:各自的距离,以及它们与观测者构成的夹角。

已知两边长与夹角,用余弦定理就能求出第三边。代入 25.0 光年、16.7 光年与 34 度,得到约 14.5 光年。

这个数字的意思是:以光速从牛郎星出发,十四年半后才到织女星。太阳到比邻星才 4.2 光年。

距离靠三角视差,不靠亮度猜

视差的做法是:地球绕太阳转,半年后位置移动约 3 亿公里,同一颗星在天球上的位置会画出一个极小的椭圆。椭圆的大小与距离成反比,量出这个角度就能算出距离。

织女一的视差约 0.13 角秒,对应 7.68 秒差距;河鼓二约 0.19 角秒,对应 5.13 秒差距。依巴谷与盖亚的测量互相印证。

亮度不能直接换距离:一颗星看起来暗,可能因为本身暗,也可能因为远。先知道距离,才能从视亮度反推光度。

牛郎星转得太快,把自己压扁了

河鼓二的自转周期约 9 小时,赤道转速约每秒 286 公里,是太阳赤道转速的一百多倍。这个速度接近它能承受的极限。

快速自转产生的离心效应让赤道鼓出。2001 年,天文家用干涉仪测出它的形状确实不是正球,赤道半径比极半径大约 15%。

赤道区域的重力被离心力抵消一部分,温度与亮度都比极区低,这叫重力昏暗。实测的温度分布与这个预言一致。

「牛郎」「织女」是民间叫法,星官名是河鼓二与织女一

传统星官体系里,牛郎星叫河鼓二,属于河鼓三星,中间那颗最亮;织女星叫织女一,与织女二、织女三组成一组。这两个名字在《步天歌》一类的星官歌诀里都能查到。

民间后来把河鼓二叫成牛郎、把织女一叫成织女,接上了鹊桥相会的故事。这是文学层面的再命名。

再往外一层是西方专名:Altair 来自阿拉伯语,意为「飞翔的鹰」;Vega 意为「俯冲的鹰」。同一颗星在不同体系里有不同名字,彼此不构成替代关系。

参数 数值 口径与来源
织女一距离 约 25.0 光年 依巴谷视差,1997
河鼓二距离 约 16.7 光年 同上
两星角距 约 34 度 赤经赤纬换算
两星空间距离 约 14.5 光年 余弦定理计算
河鼓二自转周期 约 9 小时 谱线展宽测定

哪些是观测,哪些还是推断

观测证实两颗星的视差被多次独立测量;河鼓二的扁率由干涉测量直接给出,不是推算;它的自转速度由谱线展宽定出,误差很小。
理论预言快速自转的恒星,赤道必然隆起、极区温度必然高于赤道。这个推论在河鼓二上被观测证实。
尚未定论织女星周围有尘埃盘的红外信号,但盘的结构与是否形成行星仍不清楚;河鼓二的年龄区间较宽,从几亿年到十亿年都有文献支持。

常见问题

它们会撞上吗?

不会。两颗星都在以每秒几十公里相对银河系运动,14.5 光年的间距远超它们几十万年内的相对位移。

为什么织女星看起来更亮?

因为它本身更亮。织女一光度约 40 倍太阳,河鼓二约 10 倍太阳;跨过距离差之后,织女星仍高出约 0.7 个星等。

七夕的日期是怎么定的?

农历七月初七。农历按朔望月排月,七夕对应的公历日期每年不同,通常在 8 月上中旬浮动。

延伸阅读

  • 依巴谷星表说明页,欧洲空间局,1997(cosmos.esa.int)
  • van Belle, G. T. et al. 2001, Altair's Oblateness and Rotation Velocity from Long-Baseline Interferometry, Astrophysical Journal 559, 1155
  • Gaia Collaboration 2018, Gaia Data Release 2, Astronomy & Astrophysics 616, A1
免责声明:本文为科普性整理,依据文末所列公开资料与观测数据写成,不构成科研结论或任何形式的建议。科学认识会随新观测与新模型修正,引用请注明来源。如有侵权请联系删除。
文章名称:牛郎星与织女星之间的 14.5 光年,银河只是背景
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