迄今為止最清晰的恒星表面圖像 　　——天文學家成功繪制出太陽以外的第一張恒星表面的速度場分布 　　借助于歐南臺（ESO，歐洲南方天文臺的簡稱，總部在德國慕尼黑的Garching，主要觀測設施在智利的La Silla, Cerro Paranal和Chajnantor）的甚大望遠鏡干涉儀（VLTI），天文學家對紅超巨星心宿二（距離地球約550光年，質量是太陽的12倍，半徑是太陽的近700倍）進行了成像觀測，得到了有史以來最清晰的恒星表面圖像，并繪制出了心宿二表面氣體物質運動的速度場分布圖。從心宿二的表面圖像和速度場圖可以得知，在心宿二的延展大氣中存在著劇烈的氣體湍流。這也是人類第一次有能力繪制除了太陽以外的其他恒星的表面圖像和速度場分布圖，相關研究結果已于8月16日發表在著名學術刊物《自然》上。 　　心宿二的高分辨表面圖像（ESO/K. Ohnaka） 　　心宿二表面的速度場分布（ESO/K. Ohnaka） 　　（紅色表示區域內氣體正朝遠離地球的方向運動， 　　藍色表示區域內氣體正朝靠近地球的方向運動， 　　空缺的環狀區域表示此處的氣體運動速度沒有測量值，并不是恒星表面的真實結構） 　　太陽的速度場分布（左）和光球層像（右）（SOHO） 　　（圖左：藍色表示紅色表示區域內氣體正朝遠離地球的方向運動， 　　藍色表示區域內氣體正朝靠近地球的方向運動； 　　圖右：在太陽光球層像中，可見明顯的太陽黑子群） 　　太陽的高分辨率像（NASA/SDO/AIA） 　　智利北方天主教大學(Universidad Católica del Norte)的天文學家Keiichi Ohnaka領導的一個研究小組利用歐南臺Paranal天文臺的甚大望遠鏡干涉儀（VLTI），成功地對心宿二（位于天蝎座，是一顆紅色的恒星，位置恰好在天蝎的心臟附近）進行了高分辨率的成像觀測和繪制速度場分布圖。 　　天蝎座及心宿二（紅圈所示）在星圖上的位置（ESO, IAU and Sky & Telescope） 　　心宿二在天空的實際位置（圖自網絡） 　　藝術家根據心宿二的高分辨率表面圖像而繪制的心宿二的想象圖（ESO/M. Kornmesser） 　　所謂的甚大望遠鏡干涉儀（VLTI），即利用歐南臺的4臺8.2米口徑的光學望遠鏡（這4臺望遠鏡合稱為甚大望遠鏡VLT）或VLT附屬的較小口徑（1.8米口徑）的望遠鏡，對目標進行觀測并干涉成像。VLTI最大可相當于一臺擁有200米口徑的單口徑虛擬光學望遠鏡。運用干涉技術，可以獲得比單臺望遠鏡更清晰的圖像細節特征，成像分辨率也大為提高。 　　Paranal天文臺的3條干涉基線（ESO） 　　（紅線標示，數字1-4標出了VLT的位置） 　　Keiichi Ohnaka說：“像心宿二這樣的紅超巨星為什么在演化的最后階段會迅速損失質量？這個問題已經困擾了天文學家長達半個世紀。VLTI是唯一能夠直接測量心宿二的延展大氣中氣體運動的設備，而測量心宿二大氣的速度場是澄清這個難題的關鍵。在確定了心宿二大氣中氣體的運動（即繪制其速度場分布圖）以后，科學家將面臨的下一項挑戰是找出心宿二延展大氣中劇烈氣體運動的形成機制。” 　　利用觀測的新數據，Ohnaka領導的研究小組成功繪制了太陽外的第一幅恒星表面的二維速度場圖。他們運用VLTI（主要是VLT的3臺附屬望遠鏡AT和一臺簡稱AMBER的干涉儀），在近紅外波段獲得了比心宿二直徑精細7倍的分辨率的高分辨恒星表面圖像（如果算上心宿二的延展大氣厚度，這個分辨率相當于比心宿二直徑精細12倍），并得出了在心宿二表面不同位置的氣體和物質的相對速度。 　　甚大望遠鏡VLT的附屬望遠鏡AT（ESO/Y. Beletsky） 　　AMBER干涉儀的內部結構（ESO） 　　（圖中可見多個鏡子和黃色的光纖，AMBER的光譜分辨率有三種， 　　分別是R=30（低分辨率），R=1500（中等分辨率），和R=12000（高分辨率）） 　　天文學家發現，心宿二上氣體的運動比之前理論預測的更劇烈，氣體密度也更低（即大氣更稀薄），這樣的結果說明心宿二大氣中的氣體運動不太可能是由于對流產生的（對流在恒星內部是一種很常見的大尺度的能量傳導方式（從產生熱核聚變反應的內核將能量傳導到恒星的外層大氣）和物質運動方式，例如太陽）。因而，天文學家推斷是一種現在還不清楚的物理機制造就了像心宿二這樣的紅超巨星的外層延展大氣中的劇烈氣體運動。 　　太陽的對流區（Convective Zone）（UC Davis） 　　“將來，這種觀測技術（指VLTI的高分辨率干涉成像技術）可以運用到對不同光譜類型恒星（心宿二的光譜型是M，太陽的光譜型是G）的表面成像和大氣研究中去，有助于了解它們那里正在發生的物理過程的細節，就像我們現在對太陽進行的觀測研究一樣”，Ohnaka總結道，“我們的工作僅僅是為恒星物理開啟了一個新的方向，也為觀測恒星天文學開啟了一扇新的窗戶。” 　　（按恒星的光譜型特征，依次可分為O-B-A-F-G-K-M，其表面溫度依次降低， 　　Oh，Be A Fine Girl/Gentleman Kiss Me） 　　后記： 　　1.心宿二是一顆典型的紅超巨星。所謂的“紅超巨星”，是大質量恒星（質量在太陽的9倍至40倍）演化到末期的一個特殊階段，當恒星變成紅超巨星時，其大氣層會延展到很遠，恒星的體積也變大，大氣層會變得十分稀薄，此時恒星也會變得更明亮。以心宿二為例，它現在的質量是太陽的12倍，但半徑卻是太陽的近700倍（由此不難算出，其平均密度只有太陽平均密度的3.5億分之一，而它的延展大氣的氣體密度就更加稀薄）。心宿二被認為最初擁有15倍太陽的質量，在其生命演化過程中，有3個太陽質量的物質通過星風（類似太陽風）等形式被損失掉了。 　　太陽和紅超巨星心宿二的大小比較（wikipedia） 　　（太陽是圖中右上方的小點， 　　心宿二在圖中的左下方） 　　2.速度場分布圖的繪制要求確定物質相對于地球的徑向速度（即是靠近地球還是遠離地球），而徑向速度的測定則依賴于多普勒效應。多普勒效應使得光譜的譜線發生紅移（發射譜線的物質遠離地球時）或藍移（發射譜線的物質靠近地球時）。最常見的多普勒效應就是火車朝我們駛來時，由遠及近，火車的鳴笛聲會越來越尖銳（因為聲音的頻率變高了，類似于譜線的藍移），當火車駛過我們身邊，向遠處駛去時，由近及遠，火車的鳴笛聲會越來越低沉（因為聲音的頻率變低了，類似于譜線的紅移）。 　　2MK（2百萬開爾文，不同高度的日冕的溫度不同）日冕（太陽最外層大氣）的EIS多普勒速度分布圖（Nature/D. Brooks） 　　（藍色表示紅色表示區域內氣體正朝遠離地球的方向運動， 　　藍色表示區域內氣體正朝靠近地球的方向運動） 　　本文由中國科學院國家天文臺研究員鄭永春進行科學性把關

噫！天蝎座的心臟被偷拍了高清照

圖文簡介