每年4月前后,可以说是观测北斗七星最佳的时间。在太阳落山后,北斗七星就随之出现在东北方向天空。随着夜色渐深,北斗七星的角度也变得越来越高。直到清晨,随着太阳逐渐照亮天空,北斗七星消失在西北方向的天空中。只要天气晴好,又没有光污染,整个晚上都非常容易看到明亮的北斗七星。
那么,北斗七星本身都是怎样的星星呢?它们在不在银河系之内?离地球到底有多远?它们本身究竟有多大?它们之间又有什么关系?
我国对北斗七星的记载可以追溯到两千年前的汉代,古人给每颗星都起了十分有意境的名字。其中斗第一至第四颗星分别为天枢、天璇、天玑、天权,它们又统称为斗魁;第五至第七颗星位玉衡、开阳、瑶光,它们又统称为斗杓。
从北斗七星的斗魁开口方向,也就是天璇到天枢的延长线,延长5倍左右,就能找到北极星,它在天空中的位置基本保持不变,包括北斗七星在内的群星都在围绕着北极星转动,找到它就能找到地理正北的方向。
至于北斗七星本身是什么样的星,我们可以简单了解一下星空中的星星构成。仅凭人类的肉眼,全球整个夜空可见的星星估计有七千多颗,这其中只有水、金、火、木、土这五颗是太阳系的行星,其他99.93%的星星都是恒星,都在太阳系之外。
而且这些肉眼可见的恒星都在银河系的范围之内,与地球相距大都不差过1000光年,都是属于太阳的近邻。也就是说,尽管银河系中的恒星数量在1000亿颗以上,但绝大多数我们是无法通过肉眼看到的,这是由于距离太远以及星际尘埃的阻挡。而银河系外的遥远恒星,我们就更无法用肉眼看到,除非它们出现超新星爆发,亮度突然变得极高。
北斗七星其实都是炽热的恒星,都像太阳那样,依靠核心区域的氢核聚变反应,源源不断产生光和,而且北斗七星本身都比太阳更大更热。虽然它们都在银河系之内,但以光年计的遥远宇宙距离,使得这些恒星发出的光在到达地球时已经变得非常微弱,只有在太阳落山之后,才能在夜空中显现出来。下面,我们来逐一了解一下北斗七星的本来面貌:
北斗一:天枢
通过现代观测数据显示,天枢其实是一个四恒星系统,距离地球约123光年。其中天枢A和天枢B相距23天文单位,互相绕转一圈的时间约为45年。在距离天枢A和B双星较远的地方,还有一对双星HD 95638,它们也是近距离互相绕转。这两对双星在引力作用下形成了一个整体,成为了四恒星系统。
在这个四恒星系统中,最大的当属天枢A,其质量估计是太阳的3.7倍,半径将近太阳的27倍,光度是太阳的339倍,年龄估计为2.8亿年。由于天枢A的质量比太阳更大,其核心的氢核聚变反应速度相比更快,所以衰老速度也比太阳快得多。
太阳核心的氢核聚变已经持续了46亿年,未来还能继续进行数十亿年。相比之下,天枢A核心区域的氢核聚变反应已经停止,核心积累了大量的氦元素,开始在核心外壳的氢层中进行核聚变,体积也不断膨胀开来,成为一颗巨星。未来,天枢A将继续膨胀为红巨星,直至最后外层剥离形成行星状星云,内核则坍缩成一颗白矮星,停止一切的核聚变反应,在宇宙中不断冷却下去。
北斗二:天璇
就目前所知,天璇就像太阳一样,也是单一恒星。天璇距离地球约80光年,其质量、半径和光度分别是太阳的2.6、2.8、63倍,年龄估计为3.9亿年。就像天枢一样,天璇也已经消耗完了核心区域氢燃料,演变成了一颗亚巨星,其最终结果与天枢相似。
北斗三:天玑
天玑距离地球约83光年,它其实是一个双星系统。主星天玑A肉眼可见,其质量为太阳的2.4倍,年龄估计为3.3亿年。由于天玑A的自转速度非常快,它在赤道处的自转速度高达每秒386公里,这使得它呈现椭球形,其赤道半径为太阳的3.4倍,而极半径只有2.2倍。天玑A的伴星天玑B则相比要小得多,其质量只有太阳的79%,两颗恒星互相绕转一圈的时间约为21年。
北斗四:天权
在中国古代天文中,天权又名文曲。通过现代天文观测可知,天权其实是一个三合星系统,距离约80光年,其中肉眼可见的天权A,其大小和质量差不多是太阳的两倍,年龄为4.1亿年。另外两颗伴星天权B和天权C则要小很多、暗淡很多。
北斗五:玉衡
玉衡与我们相距83光年,其质量和大小分别是太阳的2.9、4.3倍,年龄估计为3亿年。由于玉衡自身的亮度较高,这使其成为北斗七星中看起来最亮的恒星。
北斗六:开阳
开阳在中国古代天文中又称武曲,它位于83光年之外,年龄为3.7亿年。开阳本身其实是一个双星系统,开阳Aa和开阳Ab的质量和大小都是太阳的两倍左右,它们之间互相绕转一圈的时间约为21天。
在开阳双星附近,肉眼还能看到一颗较为暗淡的恒星,这就是开阳增一星,它是开阳星的伴星。事实上,开阳增一也是一个双星系统。因此,开阳其实是一个四合星系统。
北斗七:瑶光
瑶光距离地球104光年,它是北斗七星中个头最大、温度最高且最为年轻的恒星,它的质量超过太阳6倍,半径是太阳的3.4倍,表面温度超过1.5万度(差不多是太阳的3倍),年龄估计只有1000万年。
北斗七星其实是宇宙中各自独立存在的恒星,它们本身之间并不是属于同一恒星系统,只是从地球上看过来处在宇宙中大致相同的方位。而且随着太阳以及北斗七星在空间中存在各自的运动,它们之间的方位也会不断发生变化,北斗七星的勺子形状也会在数以万年后逐渐消失。