织女星

天琴座中最亮的恒星

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,长轴和短轴约为2.362×2.818 R⊙,赤道半径比两极大19%。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 和 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 的 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,表面温度约为9602±180 K。织女星的年龄大约是4.55亿年,已经要超过它在 主序星 阶段寿命的一半, 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,织女星的氦中元素丰度较低。织女星在赤道处的旋转速度更是高达274 km/s,每12.5小时自转一周。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,并在极点达到最大值。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红外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 和 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 把 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

历史上首先发表 恒星视差 的俄国天文学家瓦西里·斯特鲁维,于1837年宣布从17次观测结果中推断织女星有1/8角秒(0.125″)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,反而将织女星的视差值扩大至原来的两倍,但 贝塞尔 对斯特鲁维发表的 数据表示 怀疑。

1840年7月17日,哈佛大学天文台科学家约翰·亚当斯·惠普尔 (John Adams Whipple) 和乔治·菲利普斯·邦德 (George Phillips 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年大卫·邓拉普天文台对织女星的测量表明,它有轻微光度变化,因此天文学家建议将其归类为矮造父变星(Delta Scuti型恒星),这类恒星具有低振幅脉动的特征。

1979年,天文学家使用美国白沙导弹靶场发射的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。这也是人类首次在太阳以外的单主序星观测到这种现象。

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 的 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 的 牛郎星 和 天鹅座 的 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 。织女星会在每年7月1日午夜左右通过 天球 经线,那时的位置最接近 天顶 。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,将取代少卫增八(仙王座γ),再次以“北极星”的身份存在,成为人类文明史上最明亮的“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%,其极区温度高达10060K而赤道区域约为8152K,赤道面的亮度仅为极区的一半。肉眼无法观察到织女星的赤道隆起。这种情况导致强烈的重力昏暗效应,相对于普通的基本球对称 恒星 而言,如果从极区方向观测织女星,它会比预期的还要黑暗。温度梯度还意味着赤道周围可能存在对流区,而其余的大气层基本都处于辐射平衡。 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 光球 层的金属丰度只有太阳大气层金属丰度的32%。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 氧 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 状 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,成为一颗白矮星。

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, 天琴座流星雨 是大型的流星雨,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,位于夏威夷莫纳克亚山的詹姆斯·克拉克·麦斯威尔望远镜观测显示,织女星的中心区有朝向东北延伸9″(70天文单位)的明亮团块。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,Plateau de Bure干涉仪的观测揭示了碎片盘的光滑对称,并未发现先前观测到的团块。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 的 小行星 互相碰撞才能产生。因此这些环绕织女星的尘埃比较像 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 的 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,传说织女是天帝的女儿。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,牛郎来到五龙口阳落山后大水潭边,取走了在潭中洗澡的织女的红裙子。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。然而此事被天帝知道,因织女贪欢不归发怒并谪归织女,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。王母见牛郎眼看就要追上织女了,就用头上的金钗在织女和牛郎之间划出一道波涛滚滚的大河,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。中国农历七月七日夜晚,喜鹊主动在银河上给牛郎织女搭桥。传说中农历的七月七日,是织女与牛郎一年一度短暂地相会的日子。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 的 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。纤纤擢素手,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,至唐代时已是初秋景象。

参考资料

  1. Vega Star Facts on Our Future North Star ThoughtCo 2023-12-07
  2. Vega(αLyr):StarType,Facts,Name,Location,Constellation Star Facts 2023-12-07
  3. 七夕传说中的它们 也是夏季星空的主角 国家航天局 2023-12-02
  4. 织女星质量是太阳2.15倍 科学网 2023-12-07
  5. Summer Triangle star: Vega is bright and blue-white earthsky 2023-12-07
  6. “牛郎”“织女”:渐行渐远爱依旧 中国科学院 2023-12-07
  7. Vega: The North Star of the Past and the Future SPACE 2023-12-07
  8. Vega (α Lyrae) Facts nineplanets 2023-12-08
  9. 织女星:天琴座最亮的星星 Star Walk 2023-11-22
  10. 七夕浪漫夜,如何寻找牛郎星和织女星? 新华网 2023-11-23
  11. 牛郎星织女星七夕难相会 中国科学院 2023-11-23
  12. 2023-12-22
  13. 2023-12-22
  14. “牛郎织女”的传说是怎么来的? 澎湃新闻 2023-11-23
  15. 科学家讲科学:牵牛和织女的人设是怎么来的?从古诗和天文学角度带你解读七夕 中国数字科技馆 2023-11-23