星空“情侶”

天狼星的伴星β星,是人類最早發現的白矮星.它體積很小,和地球差不多,肉眼看不見;但密度特別大,比水大了三萬倍,質量跟太陽差不多。

基本介紹

• 中文名：天狼星伴星

天狼星伴星

天狼星是天文學家的“坐上賓”，這不但因為它是夜間全天空最亮（星等-1.45等）的恆星，還因為它有“天狼星人”之類的離奇故事。更為主要的是天文學家發現了它在宇宙空間進行著奇妙的波浪式運動，並由此發現了天狼星“情侶”——天狼星伴星。

雙星系統

4年，德國的天文學家貝賽爾在觀測天上最亮的恆星——天狼星運行時，發現它的運動狀況有些古怪。後來他結合前人的觀測資料，確認天狼星的運動路徑不是通常那種均勻地直線前進，而是表現出一條以一種奇特的“舞步”運動著的波浪起伏的形狀。經過反覆的思考分析，貝賽爾於1844年公布了自己的研究成果。他說：“我確信天狼星屬於雙星系統，是由一顆可見星和一顆不可見星組成的。”正因為天狼星同他的伴星互相旋轉著，如同在舞場跳雙人舞一樣，向著一定的方向前進，所以看起來它的自行路線是一條浪形的曲線。

7年過後，貝賽爾的一位德國同胞、天文學家比特斯，套用萬有引力定律計算出了天狼星雙星系統的運動軌道，認為天狼星伴星的繞轉周期是50年。又過了11年，人們才在望遠鏡里看到了這顆僅憑肉眼看不見的伴星，這顆伴星同天狼星相比實在太暗，看起來簡直像是鏡頭缺陷造成的假象。望遠鏡中的這一發現，證實了貝賽爾預言的正確性，這位發現者就是阿·克拉克。

發現時間

1862年，美國光學家 阿·克拉克父子為美國數學家巴納德磨製了兩塊47厘米的高質量透鏡。為了調試用這種透鏡製成的望遠鏡性能，晚上他們將望遠鏡對準天空最亮的恆星天狼星,發現天狼星旁有一顆很暗的小伴星,阿·克拉克以為望遠鏡頭有缺陷,讓他的兒子小克拉克看看,小克拉克看後高興的說:“這是顆天狼星的情侶天狼伴星。”這時他想起1844年德國天文學家貝賽爾公布的天狼雙星系統的預言。就這樣克拉克之子小克拉克在試鏡過程中，意外地發現了在明亮的天狼星旁邊的那顆暗弱的伴星。克拉克並不是天文學家，而是美國著名的光學儀器製造家，他原本以肖像畫為業，但酷愛天文，後來在他兩個兒子的支持下開辦了一家透鏡磨製工廠，為美國天文台製造了多架至今仍是世界上最大最好的折射望遠鏡。克拉克的這一發現證實了貝賽爾的預言，克拉克父子為此獲得了法國科學院的獎章。

光芒

晚上我們觀看天狼星時，看到它不斷的向人們發射藍白色的光芒，由光譜計算出其表面溫度約1萬攝氏度。那么它的伴星呢？開始曾經假定它是一顆直徑很大而很冷的“紅星”，可是1914年傳出了一個驚人的訊息，長期從事光譜輻射研究的美國科學家亞當斯，在威爾遜天文台考察這顆伴星的光譜時，吃驚地發現這顆恆星一點也不冷，它的光譜中有一些只有在高溫下才能產生的特殊的譜線，說明它的溫度很高（今知為26000攝氏度左右），是顆白色或藍白色星。

這就怪了。一方面，天狼星是全天最亮的一顆星（視星等為-1.45），而它的伴星卻是一顆淹沒在主星光里的微弱的暗星，視星等為8.7等，兩者幾乎相差10等，由於天狼星及伴星離我們一樣遠，所以它們的絕對星等即光度也應該是相差10等即1萬倍。既然天狼星及其伴星都是高溫的白色星或藍白色星，伴星的表面溫度甚至比天狼星還高，那么，造成伴星暗和主星亮的惟一原因，就是伴星的表面積遠遠小於主星的表面積，這樣看來，天狼星伴星的半徑就頂多只有天狼星半徑的1/100或太陽半徑的1/50，甚至有可能比地球還小。體積怎么也不可能超過天狼星的萬分之一。

另一方面，根據測得的主伴星運動軌道的數據，算出天狼星伴星的質量大約是天狼星的1/2，也就是同太陽的質量差不多。請想想吧，一個半徑不到地球半徑兩倍，甚至有可能比地球還要小的星體，竟然裝進了一個太陽那么多的物質，這顆星的平均密度之大也就可想而知了。難怪英國天文學家愛丁頓在1924年這樣風趣的寫道：“把天狼星伴星傳來的信息翻譯過來就是：‘我的物質組成比你所遇見的任何東西的密度都要大3000倍。我的1噸重的材料小到可以放在火柴盒裡。’”對於這樣的說法人們以前怎樣也接受不了。

白矮星

在恆星世界裡，真是五花八門，無奇不有。有的恆星個頭挺大，卻“腹中空虛”，而且表面溫度也很低；相反，有的恆星雖亮度很暗，體積較小，表面溫度卻很高，密度很大，我們就叫它為“白矮星”。1924年愛丁頓根據恆星結構理論和愛因斯坦的廣義相對論，論證了白矮星的一系列特徵之後指出，天狼伴星就是一顆白矮星。它的亮度只有8.7等，幾乎完全湮沒在天狼星星輝中。但這顆白矮星的表面溫度高達26000K，質量與太陽量相當，體積比地球還要小，密度卻高達3.8噸/立方厘米。

理論

根據現代恆星演化理論，質量不超過太陽6倍的恆星，當內部熱核反應終止後，就發生收縮，變成高度緊密的白矮星。構成白矮星的物質由於高溫和高壓，使原子外層的電子都失去了，只留下光禿禿的原子核擠在一起，如同將一大箱電燈泡砸的粉碎，再把碎屑塞在一個小盒子裡，壓實以後就是白矮星的物質。美籍印度天文學家錢德拉賽爾推算出白矮星的質量最大不超過太陽的1.44倍。他主要因這項成果而榮獲1983年諾貝爾物理學獎。

至今發現的目視雙星約有8萬對，它們的互繞周期有短到幾小時的，也有長達萬年以上的。有些離得很近的密近雙星由於萬有引力作用很強，兩顆星不再呈圓球形，而是拉長為鴨蛋形，兩者的外層大氣有拉長的氣流相連，還可以通過這“橋”來交換物質呢！

從貝賽爾的科學預言，到比特斯的繞轉周期計算；從望遠鏡中克拉克父子的發現，到亞當斯的光譜分析；從愛因斯坦的廣義相對論的提出到愛丁頓的恆星結構理論。經過了90年的驗證，人們不僅發現了天狼星的暗伴星是個白矮星，而且同時也證明了萬有引力定律不僅適用於研究太陽系內的天體運動，而且也適用於研究太陽系外的天體運動。