书城文化天文历法研究(下)
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第9章 古代客星

古代客星

古代客星,现在天文学上称为新星和超新星,它们并不是新出现的星,而是原来较暗的星在几天之内突然增亮几万至几千万倍。这是恒星在演化过程中的一种剧烈爆发过程,有的星爆发时抛出大量物质,抛射速度为每秒500~2000公里,爆发过程结束后星体亮度逐渐变暗,又回到过去的暗星状态,这种星一般称为新星。这种新星还可能再爆发,直至结束恒星的一生。而爆发特别剧烈的就是超新星,经过爆发或者将物质全部抛出成为一团星云,结束其生命,或者其核心部分留下一些残核,成为白矮星、中子星或黑洞,进入恒星的晚期演化阶段或终结阶段。这些超新星爆发留下的遗迹都是强的射电源、X射线源或宇宙线源,也是星际重元素的主要提供者。

发现古代客星同现代天文学研究对象之间有联系是几十年前的事。我国古代的天象资料在1846年首次以西方文字在法国出版以后,不少研究者纷纷利用这一份资料。1921年,瑞典天文学家伦德马克编制新星表时列出了我国《宋史》中的一条资料,这是1054年天关客星的记录:“仁宗至和元年五月己丑客星出天关东南可数寸。岁余消没。”伦德马克同时给出一个小注,指出该客星的位置在金牛座蟹状星云附近。

1921年美国天文学家邓肯拍摄了蟹状星云照片,发现该星云各个细节比以前的照片向外分散了,他大体推算出这个向外扩散的运动开始于900年前。1928年美国天文学家哈勃也指出,900年前开始的扩散运动可能同中国人记录到的天关客星有关,但此时尚未引起天文界更大的关注。直到1942年荷兰天文学家奥尔特和汉学家戴文达共同研究了中国的古记录,确认天关客星是一个超新星,由于它的爆发抛出物质而形成蟹状星云,这一来才广泛引起注意。人们感到天体在不到1000年的时间内发生了巨大的变化,古代天象同现代天文学对象间有联系。这是一个很生动的演化实例。

古代客星遗迹

随着射电天文学的兴起,天空中发现了许多射电源,蟹状星云是最强的一个,天文学家感到许多强射电源是超新星遗迹。50年代,我国天文史家席泽宗系统收集中国古代的客星记录,并设法寻找与之对应的射电源。1965年席泽宗和薄树人收集了中朝日三国历史上的客星记录,编成《增订古新星新表》,在古代记录和射电源之间进行证认。当时的证认工作还是停留在位置证认方面,但它已引起世界天文界的广泛兴趣。

60年代蟹状星云脉冲星的发现使超新星遗迹的研究成了天体物理学研究的重要方面,它同恒星晚期演化和高能天体物理现象密切联系,因而古代客星记录的证认工作得到了进一步发展,找到了几颗著名古代客星的遗迹,它们是:

185年南门客星——RCW86(G315.4—2.3)

386年南斗客星——G11.2—0.3

1006年骑官客星——MSH14—415

1054年天关客星——蟹状星云(MI)

1181年传舍客星——3C58

1572年阁道客星——3C10

(第谷超新星)

1604年尾分客星——3C358

(克普勒超新星)

由于卫星探测技术的发展,超新星遗迹的数量不断增加,1981年已公布了132个超新星遗迹表。并且现代天文学已有一些方法可以判断其中有些是极年轻的,这些年轻的遗迹有可能在古代客星记录中找到对应体,因此六七十年代在古代记录与现代遗迹间进行证认的研究工作得到了新的进展。

现已收集到了古代客星记录96次以上(包括中、日、朝、阿拉伯及欧洲记载),其中我国的80项。将它们在银道坐标中的分布和132个超新星遗迹沿银经的分布比较会发现,遗迹的分布在银河系中心的方向上集中,而古代客星记录在银河系中心方向和反中心方向都有集中的趋势,反银心方向探测到的超新星遗迹颇少,这可能是今后要加强探索的区域。古代客星记录较为集中的两个方向一是银经340~40度之间,另一个是100~140度之间(银心方向为银经零度),而这两个方向正是太阳附近银河系旋臂所在的位置。我们知道银河系中的旋臂是物质集中的地方,星云物质很多,许多恒星在那里生成,而客星爆发是恒星晚期演化的一个过程,可见旋臂是银河系中年轻的恒星诞生、年老的恒生死亡的地方。

过去寻找古代客星记录同超新星遗迹的对应往往只从位置上着手,忽视了物理性质上的联系。1983年刘金沂提出一种四维证认法,认为要证认某一个古代客星记录同现今观测到的超新星遗迹有联系,应该在方位、距离、年龄三方面都有较好的符合,可用x、y、z、t四个量来描述。

方位系指古代客星记录与超新星遗迹在天球上的方向,可用经纬度x、y来表示,如古代记录的方位与超新星遗迹的方位相近,可认为x、y得到证认。这是建立联系的基础,其后面可进行下二个量的证认。

z表示距离。超新星遗迹的距离可用现代天文学方法定出,古代记录中一般没有距离,但有时出现视星等m(即眼睛看上去的光亮程度,越亮的星m值越小,太阳的视星等是-26.7等,北极星是2等,肉眼刚可见的星是6等)。如果某一对古代记录和超新星遗迹已满足方位相近的条件,就可以用视星等m和该遗迹的距离r通过公式Mm 5-5lgr-A(r)\来求得绝对星等M。上式中r已知,A(r)是跟距离r有关的消光因子,可以根据超新星遗迹所在的方位和距离估计一个值。求得的M是绝对星等,它表示恒星的真实亮度。打一个比方,两个同样亮的灯放在不同的距离上看,显然是远灯显暗,近灯显亮,故看上去的亮暗程度并不表示它们本身的真实情况。要比较它们的亮度必须将它们放在同样远的地方看。根据这一道理,天文学上比较恒星的亮度是看它们的绝对星等,即将恒星放在一个标准距离处的视星等。这个标准距离为32.6光年,我们的太阳在这个距离上只是一个5等小星。如果得到的M值大体符合超新星的平均极大星等-17等到-19等,可认为z方面得到证认。

t是年龄,从客星出现至今就是它的年龄。超新星遗迹的线直径D可用天文学方法测出,它的线大小是从古代超新星爆发以来逐渐膨胀而形成的,所以其膨胀速度V是:

VD/2

t\由此求出速度V值,看它是否合理。V值一般不应大于每秒2万公里,一般在每秒几千公里的程度,这样可判断t方面是否得到证认。当然有些超新星遗迹可以直接求出膨胀速度,拿这个速度同计算值比较也可做出判断。

要在四个方面都得到证认往往是不容易的,因为古代的记录给出的信息太少,消光因子A(r)难以估计准确,超新星遗迹的距离测定会有误差,古代记录中客星方位的理解和视星等的估计也都会出现偏差。因此,即使是四维证认成功的一组对象也只能理解为是可能的结果,还要通过现代研究不断去证实。

目前,利用四维证认法确实取得了一些成绩,如前述大家比较公认的7组古代客星遗迹用这一方法都得到了满意的结果。同时又发现了一些新的证认对象,如公元437年出现的井宿的客星,大白天可以看见黄而带红,它可能同超新星遗迹IC443相对应;还有公元前134年中国和古希腊都见到的房宿客星,可能就是年轻遗迹RCW103的前身。

目前,超新星遗迹的研究正在深入发展,中国古代客星记录中还有很多未能找到证认对象。有的研究者认为,客星爆发后的形成物可能是多种多样的,也可能在不长的时间内就在宇宙中散布开来,烟消云散,找不到遗迹了,因此,应该放宽思路,寻找新的归宿。有的研究者发现了在相同的位置上时隔不久有二次客星记录,提出超新星有可能出现再次爆发的设想,这些都引起了天体物理界的注意。