參宿四，即獵戶座α（Alpha Orionis），其天文學(xué)特有名稱是Betelgeuse，是一顆光譜為M1-2型的紅超巨星，位于獵戶座內(nèi)。它的半徑大約是太陽(yáng)的887到955倍，是不用雙筒望遠(yuǎn)鏡也能看到的最大恒星之一。參宿四距離地球大約640到724光年，視星等在0.0到1.3之間變化，通常是獵戶座的第二亮星，也是全天第十亮的恒星。

大多數(shù)時(shí)候，參宿四只比波江座的水委一稍暗一點(diǎn)，比半人馬座的馬腹一稍亮一些。在紅外波段上看，參宿四比天空中的其他恒星都要亮。盡管它只有800萬(wàn)到850萬(wàn)年的年齡，但它是一顆演化迅速的大質(zhì)量恒星，已經(jīng)接近其生命周期的終點(diǎn)。在未來(lái)百萬(wàn)年的某個(gè)時(shí)刻，它會(huì)變成一顆超新星。到那時(shí)，它將釋放出形成新一代恒星所需的物質(zhì)。

恒星簡(jiǎn)介

參宿四（Betelgeuse），也就是拜耳命名法中著名的獵戶座α（α Orionis 或 α Ori），是全天第九亮星，也是獵戶座第二亮星，只比鄰近的參宿七（獵戶座β）暗淡一點(diǎn)。它有著明顯紅色的半規(guī)則變星，視星等在0.0至 1.3等之間變化著，是變光幅度最大的一等星。這顆恒星標(biāo)示著冬季大三角的頂點(diǎn)和冬季六邊形的中心。

參宿四是正處于紅超巨星階段，并且是已知最大和最亮的恒星之一。如果它位于太陽(yáng)系的中心，它的表面會(huì)超越小行星帶，并可能抵達(dá)并超越木星的軌道，完全地席卷掉水星、金星、地球和火星。但是，在上個(gè)世紀(jì)對(duì)參宿四的距離估計(jì)從180 ly ~ 1300 ly不等，因此對(duì)其半徑、光度和質(zhì)量的估計(jì)是很難被證實(shí)的。目前認(rèn)為參宿四的距離大約是724 ly，平均的絕對(duì)星等是-5.85。

而事實(shí)上，有關(guān)參宿四的質(zhì)量始終有爭(zhēng)議，有的資料顯示它的質(zhì)量不過(guò)14~15M⊙，但也有的資料認(rèn)為它的質(zhì)量達(dá)到 18 ~ 19 M⊙，甚至有達(dá)到20 M⊙，而這種質(zhì)量的不確定性，正是由于測(cè)量距離的不確定性造成的。

在1920年，參宿四是第一顆被測(cè)出角直徑的恒星（除太陽(yáng)之外）。從此以后，研究人員不斷使用不同的技術(shù)參數(shù)和望遠(yuǎn)鏡測(cè)量這顆巨星的大小，而且經(jīng)常產(chǎn)生沖突的結(jié)果。目前估計(jì)這顆恒星的視直徑在0.043~0.056角秒，作為一個(gè)移動(dòng)的目標(biāo)，參宿四似乎周期性的改變它的形狀。由于周邊昏暗、光度變化（變星脈動(dòng)理論）、和角直徑隨著波長(zhǎng)改變，這顆恒星仍然充滿了令人費(fèi)解的謎。參宿四有一些復(fù)雜的、不對(duì)稱的包層，引起巨大的質(zhì)量流失，涉及從表面向外排出的龐大冠羽狀氣體，使事情變得更為復(fù)雜。甚至有證據(jù)指出在它的氣體包層內(nèi)有伴星環(huán)繞著，可能加劇了這顆恒星古怪的行為。

天文學(xué)家認(rèn)為參宿四的年齡只有幾千萬(wàn)年，但是因?yàn)橘|(zhì)量大而演化得很快。它被認(rèn)為是來(lái)自獵戶座OB1星協(xié)的奔逃星，還包含在獵戶腰帶的參宿一、參宿二、和參宿三等O和B型晚期恒星的集團(tuán)。以現(xiàn)行恒星演化的晚期階段，預(yù)料參宿四在未來(lái)的數(shù)百萬(wàn)年將爆炸成為II型超新星，并變成一顆中子星。

基本參數(shù)

赤經(jīng) 05h 55m 10.30536s

赤緯 07° 24′ 25.4304″

赤經(jīng)自行：26.42 ± 0.25 mas/yr

赤緯自行：9.60 ± 0.12 mas/yr

視星等（V）： 0.50（0.0 ~ 1.3）

光譜型：M1-M2Ia-Iab

B-V 色指數(shù) 1.85

U-B 色指數(shù) 2.06

恒星分類：紅超巨星

變星類型：SRc（半規(guī)則變星）

徑向速度（Rv）： 21.0 km/s

恒星視差（π）：5.07 ± 1.10 mas

絕對(duì)星等（Mv）：-5.85

恒星質(zhì)量：11.6 M☉ 注：（此數(shù)據(jù)為根據(jù)演化模型的 640 ly 計(jì)算得出的結(jié)果）

距地距離：約為 723.942 ly（222 pc）（根據(jù)演化模型為 640 ly）

恒星半徑：887 ± 203 或 955 ± 217 R⊙

恒星亮度：9 × 10^4 ~ 1.5 × 10^5 L⊙

表面溫度：3590 K

自轉(zhuǎn)速度：5 km/s

其他命名：獵戶座 α，α Orionis，Alpha Orionis，58 Ori，HR 2061，BD 7°1055，HD 39801，SAO 113271，F(xiàn)K5 224，HIP 27989。

參宿四（獵戶座 α，Betelgeuse，源自阿拉伯語(yǔ)，意思是腋下）是全天第十亮星（由于它在亮度變化的關(guān)系，有時(shí)視星等會(huì)超過(guò)波江座水委一成為全天第九亮星），亮度在 0.0 ~ 1.3等之間變化，變光周期為5.5年，屬于脈動(dòng)變星。它是一顆 M1-M2型紅超巨星，半徑在 684 ~ 1172 R⊙之間變化，而半徑的變化使得它的光度也跟著變化（在 0.0 ~ 1.3等間變化）。絕對(duì)星等-5.85等，距離地球約724 ly，質(zhì)量約為11.6M⊙，表面溫度3590K，光度約為90000~1.5×10^5 L⊙，是迄今人類發(fā)現(xiàn)的體積最大的恒星之一。因?yàn)檫@些原因，使它成為除了太陽(yáng)之外，人類首度能夠解析出表面大小的恒星。

參宿四是第一個(gè)直接用恒星干涉儀測(cè)定角直徑的恒星。1966年就已發(fā)現(xiàn)參宿四是射電星。射電頻譜觀測(cè)表明，參宿四既有大氣射電，也有恒星圓面射電。通過(guò)2.1米望遠(yuǎn)鏡電視分光裝置觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)參宿四周?chē)研纬蓸O厚的氣殼，至少伸展到本星半徑約 600 倍處，這表明該星向星際空間拋出了大量物質(zhì)。還有人認(rèn)為參宿四至少有兩個(gè)星周殼層，它們分別離本星約五十和幾百個(gè)半徑處，膨脹速度分別約每秒鐘11和17km。參宿四的距離迄今難于測(cè)準(zhǔn)（大約 222 pc），因此關(guān)于它的真半徑、光度等尚缺乏可靠數(shù)據(jù)。美國(guó)基特峰天文臺(tái)曾用 4 米望遠(yuǎn)鏡結(jié)合星像處理技術(shù)獲得了參宿四圓面的照片。

在天文學(xué)上，參宿四是很有趣的。它是最初幾個(gè)利用到天體干涉儀測(cè)量出直徑的恒星之一。天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)它的直徑是不定的，由最小的684 R⊙到最大的1172 R⊙，比木星圍繞太陽(yáng)的公轉(zhuǎn)軌道的直徑還要大。

觀測(cè)歷史

赫歇耳的發(fā)現(xiàn)

約翰·赫歇耳爵士在1836年首次描述了參宿四的光度變化，他將此一發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《天文學(xué)大綱》（Outlines of Astronomy）：他注意到參宿四在1837年10月和1839年11月發(fā)生了重大變化。接下來(lái)是10年的靜止期；然后在1849年，他注意到一個(gè)較短周期的變化，并在1852年達(dá)到高峰。后續(xù)的觀測(cè)記錄到每隔幾年就有不尋常的高峰，但在1957年至1967年只有很小的變化。

美國(guó)變星觀測(cè)者協(xié)會(huì)（AAVSO）的記錄顯示最大的視星等（亮度）在1933年和1942年是0.2等，最暗的視星等出現(xiàn)于1927年和1941年，是1.2等。這樣的光度變化常被人錯(cuò)誤的用來(lái)解釋拜耳為何在1603年出版的《測(cè)天圖》中將參宿四命名為獵戶座α，而更亮的對(duì)手參宿七卻只是獵戶座β。

近代發(fā)現(xiàn)

在1920年，阿爾伯特·邁克遜和弗朗西斯·皮斯在威爾遜山天文臺(tái)2.5米（100寸）的望遠(yuǎn)鏡前方安裝了6米（20尺）的干涉儀，在約翰·安德森的協(xié)助下，他們?nèi)藴y(cè)出參宿四的角直徑是0.047"，基于當(dāng)時(shí)的視差是0.018"，得出了直徑為3.84 × 108千米(2.58天文單位)的結(jié)果。

在1950和1960年代在科學(xué)上展現(xiàn)出重要的發(fā)展，兩個(gè)同溫層望遠(yuǎn)鏡計(jì)劃和在1958年發(fā)表的《恒星的結(jié)構(gòu)和演化》，主要的工作者是密切合作的馬丁·史瓦西和普林斯敦大學(xué)的理查德·哈林。這本書(shū)教導(dǎo)新一代的天文物理學(xué)家如何使用初期的電腦技術(shù)創(chuàng)建恒星模型，當(dāng)同溫層望遠(yuǎn)鏡計(jì)劃利用氣球?qū)x器帶到大氣層之上，克服地球大氣湍流，產(chǎn)生一些前所未見(jiàn)的米粒斑和太陽(yáng)黑子的細(xì)致影像，從而證實(shí)太陽(yáng)大氣中存在著對(duì)流。這兩項(xiàng)發(fā)展都證明，對(duì)我們了解像參宿四這種紅巨星的結(jié)構(gòu)，有著意味深長(zhǎng)的沖擊。

21世紀(jì)初的研究

在2000年12月發(fā)表的一項(xiàng)研究中，使用紅外線空間干涉儀（Infrared Spatial Interferometer，ISI）以中紅外線測(cè)量，估計(jì)出參宿四周邊昏暗是55.2±0.5mas，與邁克遜80年前發(fā)現(xiàn)的圖完全一致。在他發(fā)表的時(shí)候，從依巴谷任務(wù)估計(jì)的視差是7.63±1.64mas，因此估計(jì)參宿四的半徑是3.6天文單位。不過(guò)，2009年發(fā)表的一項(xiàng)紅外干涉測(cè)量研究宣布，自1993年以來(lái)，這顆恒星已經(jīng)以越來(lái)越快的速度萎縮了15%，但其視星等卻沒(méi)有明顯變暗。隨后的觀測(cè)表明，這種明顯的收縮可能是由恒星延伸大氣層中的殼層活動(dòng)造成的。

除了恒星的直徑之外，參宿四延伸大氣層的復(fù)動(dòng)力學(xué)也引起了質(zhì)疑。組成一個(gè)星系的質(zhì)量會(huì)隨著恒星的形成和毀滅而循環(huán)，紅超巨星是主要的貢獻(xiàn)者，然而質(zhì)量消失的過(guò)程仍然是個(gè)謎。干涉測(cè)量方法上的最新進(jìn)展，天文學(xué)家可能已經(jīng)接近此一難題的解答。在2009年7月，歐洲南方天文臺(tái)釋出由甚大望遠(yuǎn)鏡干涉儀（VLTI）獲得的影像，顯示巨大的羽流氣體噴射到周?chē)木嚯x幾乎遠(yuǎn)達(dá)到30天文單位。這相當(dāng)于太陽(yáng)與海王星之間的距離，但是這種物質(zhì)拋射只是發(fā)生在周?chē)髿庵T多動(dòng)態(tài)中的一種。天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)參宿四周?chē)辽儆?種不同的殼層活動(dòng)。當(dāng)本世紀(jì)開(kāi)始時(shí)，解決恒星演化階段的質(zhì)量損失之謎，或許可以揭示這些超巨星突然爆炸的因素。

文化

在中國(guó)的星座系統(tǒng)中，都屬參宿，首先介紹參宿在天空中的位置、結(jié)構(gòu)以及相關(guān)的典故。參宿是冬季星空中最美麗而明亮的星宿之一。在它的北面是五車(chē)星官，西面有畢宿大星，東南面有全天第一亮星——天狼星。在參宿的七顆主星中有二顆 0 等星，即本文的主角，參宿四和參宿七（獵戶座β）；五顆2等星，即參宿一（獵戶座ζ）、參宿二（獵戶座ε）、參宿三（獵戶座δ）、參宿五（獵戶座γ）、參宿六（獵戶座κ）。

《史記·天宮書(shū)》說(shuō)：“參為白虎。三星直者，是為衡石。下有三星，兌，曰罰，為斬艾事。其外四星，左右肩股也。小三星隅置，曰觜，為虎首?！?/p>

這段話的意思是說(shuō)，有三顆星橫向排列在星空中，差不多正好在赤道上，稱之為衡石，即一塊起到平衡作用的石頭，因此，衡石的含義，就是赤道的中腰，也是白虎的中腰。這三顆星就是參宿的標(biāo)志星，參宿之名就源于此。

可見(jiàn)性

參宿四是很容易在夜空中發(fā)現(xiàn)的，它就出現(xiàn)于著名的獵戶座右肩上，并且肉眼就可以看見(jiàn)它發(fā)出的橙紅色光芒。在北半球，從每年的一月開(kāi)始，可以看見(jiàn)它于日落時(shí)從東方升起。在每年3月中旬，這顆恒星在黃昏時(shí)已經(jīng)在南方的天空中，而且?guī)缀跞蚋鞯氐木幼≌叨伎梢钥匆?jiàn)，僅僅只有南極洲少數(shù)幾個(gè)位置在南緯82°更南邊的偏遠(yuǎn)研究站才看不見(jiàn)。在南半球的大城市 (像是雪梨、布宜諾斯艾利斯、和開(kāi)普敦)，參宿四的高度角幾乎可以達(dá)到地平線上49°。一旦來(lái)到5月，就只能在太陽(yáng)剛西沉之際在西方地平線上驚鴻一瞥了。

參宿四的視星等是 0.50，它的平均亮度是天球上的第十亮星，正好就在水委一的后面。但因?yàn)閰⑺匏氖且活w變星，它的光度變化范圍在0.0~ 1.3之間，因此有的時(shí)候它的光度會(huì)超越水委一，成為全天第九亮星。參宿七也是一樣，它通常的視星等是 0.13，但報(bào)告指出光度有 0.03~ 0.18的波動(dòng)，這也可能使參宿四偶爾會(huì)比參宿七明亮而成為全天第九亮星。當(dāng)它最暗時(shí)，會(huì)比第十九亮的天津四還要暗，并與十字架三競(jìng)爭(zhēng)第二十名的位置。

來(lái)自ESO的甚大望遠(yuǎn)鏡所顯示的圖像，不僅有恒星的盤(pán)面，還有以前不知道的被氣體圍繞著的煙羽伴隨著擴(kuò)展的大氣層。

參宿四的B-V色指數(shù)是 1.85，說(shuō)明這是一個(gè)顏色非常紅的天體。其光球有著擴(kuò)展的大氣層，光譜中呈現(xiàn)強(qiáng)烈的發(fā)射線而不是吸收線，這是一顆恒星外面有著濃厚的氣體包殼時(shí)出現(xiàn)的現(xiàn)象。取決于光球?qū)訌较蛩俣鹊牟▌?dòng)，這些擴(kuò)展的氣體曾經(jīng)被觀察到遠(yuǎn)離和朝向參宿四移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)。這顆恒星的輻射能只有13%的是經(jīng)由可見(jiàn)光發(fā)射出來(lái)，而大部分的輻射都在紅外線的波段。如果眼睛可以感覺(jué)到所有輻射的波長(zhǎng)，參宿四可能會(huì)成為全天空最亮的恒星。

視差

自從白塞爾在1838年成功的測(cè)量出視差，天文學(xué)家就對(duì)參宿四的距離極為困惑，不確定性使得許多恒星的參數(shù)值很難得到正確的估計(jì)。準(zhǔn)確的距離和角直徑將揭示恒星的半徑和有效溫度，導(dǎo)出清楚的解讀熱輻射的光度；光度與同位素豐度結(jié)合可以提供對(duì)恒星年齡和質(zhì)量的估計(jì)。在1920年，當(dāng)?shù)谝淮我愿缮鎯x研究恒星的直徑時(shí)，假設(shè)視差是0.18角秒。這等同于距離是56pc，或是180光年，這樣不僅獲得的恒星半徑不正確，恒星的特征也不同。在這之后，有些進(jìn)行的調(diào)查將這神秘的實(shí)際距離建議為高達(dá)400pc，或是1300ly。

在依巴谷星表公布之前（1997年），有兩份受人尊重的出版物有參宿四最新的視差資料。第一份是耶魯大學(xué)天文臺(tái)（1991年）公布的視差是 π = 9.8 ± 4.7 mas，相當(dāng)于距離大約是 102 pc，或是330 ly。第二份是依巴谷輸入星表（1993年），它的三角視差是 π = 5 ± 4 mas，相當(dāng)于 200 pc 或是 680 ly，幾乎是耶魯估計(jì)值的兩倍。這種不確定性，使研究人員對(duì)距離估計(jì)使用寬松的范圍，這種現(xiàn)象引燃了許多的爭(zhēng)議，不僅僅是在恒星的距離上，還影響到其它的恒星參數(shù)。

圖片顯示的是美國(guó)國(guó)家無(wú)線電天文臺(tái)坐落在新墨西哥州索科洛的甚大天線陣 （Very Large Array，VLA）。27只天線每只的重量是230t，需要時(shí)可以在陣列中的軌道上移動(dòng)，以使用孔徑合成干涉儀進(jìn)行詳細(xì)的研究。

期待已久的依巴谷任務(wù)結(jié)果終于在1997年發(fā)表（釋出）。解決了這一個(gè)問(wèn)題，新的視差值是π = 7.63 ± 1.64 mas，這相當(dāng)于131pc，或是430 ly。因?yàn)橄駞⑺匏倪@種變光星，會(huì)造成具體的問(wèn)體影響到它們距離的量化。因此，大尺度誤差很可能是恒星引起的，可能與希巴科斯光度HP波段3.4mA級(jí)的光中心運(yùn)動(dòng)有關(guān)。

在這次的爭(zhēng)論中，電波天文學(xué)的最新發(fā)展似乎占了上風(fēng)。格雷厄姆和同事們使用美國(guó)國(guó)家無(wú)線電天文臺(tái)（NRAO）的甚大天線陣（VLA），以新的高空間分辨率和多波長(zhǎng)無(wú)線電對(duì)參宿四位置的指引，獲得更精確的估計(jì)值，加上依巴谷的資料，提供了新的天文測(cè)量解答：π=5.07±1.10mas，在嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼`差因子下得出的距離是197±45 pc或643±146 ly。

接下來(lái)在計(jì)算上的突破將可能來(lái)自歐洲空間局即將進(jìn)行的蓋亞任務(wù)，它將承擔(dān)詳細(xì)的分析每一顆被觀測(cè)恒星的物理性質(zhì)，揭示亮度、溫度、重力和成分。蓋亞將多次測(cè)量每一個(gè)亮度暗達(dá)20星等和比15等亮的天體位置，精確度達(dá)到24微角秒，相當(dāng)于從1000km外測(cè)量的人發(fā)直徑。攜帶的檢測(cè)設(shè)備將確保能測(cè)量像參宿四這種變星在最暗時(shí)的極限，這將解決較早時(shí)依巴谷任務(wù)位置上絕大部分的局限性。事實(shí)上，對(duì)最近的那些恒星，將能以小于0.001%的誤差因子來(lái)測(cè)量他們的距離。即使是靠近銀河中心的恒星，距離大約是3×10^4ly，距離測(cè)量上的誤差也將在小于20%以內(nèi)。

光度變化

作為脹縮變化恒星"SRc"的次分類，研究人員提供了不同的假設(shè)試圖解釋參宿四反復(fù)無(wú)常的舞蹈，這導(dǎo)致其視星等在0.0 和 1.3之間的振蕩現(xiàn)象。以我們了解的恒星結(jié)構(gòu)認(rèn)為是這顆超巨星的外層逐漸的膨脹和收縮，造成表面積（光球）交替的增加和減少，和溫度的上升和降低－因此導(dǎo)致測(cè)量到這顆恒星的亮度有節(jié)奏的在最暗的 1.3等和最亮的0.0等之間變化著。

像參宿四這種紅超巨星，因?yàn)榇髿鈱颖緛?lái)就不穩(wěn)定因此會(huì)通過(guò)脈動(dòng)的方法。當(dāng)恒星收縮，它吸收越來(lái)越多通過(guò)的能量，造成大氣層被加熱和膨脹。反過(guò)來(lái)，當(dāng)恒星膨脹時(shí)，它的大氣層變得稀薄，允許較多的能量逃逸出去并使溫度下降，因此啟動(dòng)一個(gè)新的收縮階段。在計(jì)算恒星的脈動(dòng)和模型都很困難的情況下，看來(lái)有幾個(gè)交錯(cuò)的周期。在上個(gè)世紀(jì)的1930年代，Stebbins和Sanford的研究論文指出有一個(gè)由150~300天的短周期變化調(diào)制成的大約5.7年的規(guī)則循環(huán)變化周期。

圖解的太陽(yáng)結(jié)構(gòu)顯示出光球的米粒斑：

1. 核心

2. 輻射層

3. 對(duì)流層

4. 光球?qū)?/p>

5. 色球?qū)?/p>

6. 日冕

7. 太陽(yáng)黑子

8. 米粒斑

9. 日珥

事實(shí)上，超巨星始終顯示不規(guī)則的光度、極化和光譜的變化，這指出在恒星的表面和擴(kuò)展的大氣層有著復(fù)雜的活動(dòng)。對(duì)照于受到監(jiān)測(cè)的大多數(shù)巨星都是有著合理的規(guī)則周期的長(zhǎng)周期變星，紅巨星通常都是半規(guī)則或不規(guī)則的，有著脈動(dòng)特性的變星。在1975年，Martin Schwarzschild 發(fā)表了一篇具有里程碑意義的論文，認(rèn)為光度起伏不定的變化是因?yàn)橐恍┚薮蟮膶?duì)流細(xì)胞（米粒斑的模式）覆蓋在恒星表面所導(dǎo)致的。在太陽(yáng)，這些對(duì)流細(xì)胞，或是稱為太陽(yáng)米粒，代表熱傳導(dǎo)的一種重要模式－因未那些對(duì)流元素主宰著太陽(yáng)光球的亮度變化。太陽(yáng)的米粒組織典型的直徑大約是2000km的大?。ù蠹s相當(dāng)于印度的表面積），深度大約700km。

在太陽(yáng)表面大約有 2×10^6個(gè)這樣的米粒斑覆蓋著光球，如此巨大的數(shù)量產(chǎn)生相對(duì)恒定的通量。在這些米粒斑之下，連結(jié)著5000~10000個(gè)平均直徑 30000 km，深度達(dá)到 10000 km 的超米粒斑。對(duì)照之下，Schwardschild 認(rèn)為像參宿四這樣的恒星可能只有一打左右像怪獸的米粒斑，直徑達(dá) 1.8 × 10^8 km 或更大而足以支配恒星的表面，深度達(dá) 6 × 10^6 km，這是因?yàn)榧t巨星的包層溫度和密度都很低，導(dǎo)致對(duì)流的效率極低。因此，如果在任何時(shí)間都只能看見(jiàn)三分之一的對(duì)流細(xì)胞，它們所觀測(cè)到的光度隨著時(shí)間的變化就可能反映出恒星整體的光度變化。

Schwarzschild 的巨大對(duì)流細(xì)胞主宰巨星和紅巨星表面的假說(shuō)似乎有張貼在天文討論社區(qū)，當(dāng)哈柏太空望遠(yuǎn)鏡在1995年首度直接捕捉到參宿四表面神秘的熱點(diǎn)時(shí)，天文學(xué)家就將它歸因?yàn)閷?duì)流。兩年后，天文學(xué)家揭露至少有三個(gè)亮點(diǎn)造成觀測(cè)到這顆恒星錯(cuò)綜復(fù)雜的亮度分布不對(duì)稱，其幅度"符合表面的對(duì)流熱點(diǎn)"。然后在2000年，另一組由哈佛·史密松天體物理中心（Cfa）的 Alex Lobel領(lǐng)導(dǎo)的小組，注意到參宿四湍流的大氣層中冷與熱的氣流展示出肆虐的風(fēng)暴。小組推測(cè)在恒星大氣層中大片活力充沛的氣體同時(shí)向不同的方向膨脹，拋射出長(zhǎng)長(zhǎng)的溫?zé)釟怏w羽流進(jìn)入寒冷的塵埃包層。另一種解釋是溫?zé)岬臍怏w在橫越恒星較冷的區(qū)域時(shí)造成激波的出現(xiàn)。這個(gè)團(tuán)隊(duì)研究參宿四大氣層的時(shí)間超過(guò)5年，使用的是哈勃太空望遠(yuǎn)鏡影像攝譜儀在1998~2003年的資料。他們發(fā)現(xiàn)色球?qū)由匣顒?dòng)的氣泡，在恒星的一邊拋起氣體，當(dāng)落在另一邊時(shí)，好像慢動(dòng)作翻騰的熔巖燈。

角直徑

天文學(xué)家面對(duì)的第三個(gè)挑戰(zhàn)是測(cè)量恒星的角直徑。在1920年12月13日，參宿四成為第一顆在太陽(yáng)之外曾經(jīng)被測(cè)量出直徑的天體。雖然干涉儀仍處在發(fā)展的初期，經(jīng)由實(shí)驗(yàn)已經(jīng)成功的證明參宿四有一個(gè) 0.047" 的均勻盤(pán)面。天文學(xué)家對(duì)周邊昏暗的見(jiàn)解視值得注意的，除了 10% 的測(cè)量誤差，小組得出的結(jié)論是由于沿著恒星邊緣部分的光度強(qiáng)烈的減弱，盤(pán)面可能還要大 17%，因此角直徑大約是 0.055"。從那時(shí)已來(lái)，已有其他的研究在進(jìn)行，得到的范圍從 0.042 ~ 0.069 角。結(jié)合歷史上估計(jì)的距離，從 180 ~ 815 ly，與這些資料，得到恒星盤(pán)面的直徑無(wú)論何處都在 2.4 ~ 17.8 AU，因此相對(duì)來(lái)說(shuō)半徑是 1.2 ~ 8.9 AU 使用如同太陽(yáng)系的標(biāo)準(zhǔn)，火星的軌道大約是 1.5 AU，在小行星帶的谷神星是 2.7 AU，木星是 5.5 AU。因此，取決于參宿四與地球的實(shí)際距離，光球?qū)涌梢詳U(kuò)展至超出木星軌道的距哩，但不能確定是否會(huì)遠(yuǎn)達(dá)土星的 9.5 AU。

電波的影像顯示出參宿四光球?qū)拥拇笮。▓A圈）和使恒星不對(duì)稱的大氣層擴(kuò)展至土星軌道之外的對(duì)流力效應(yīng)。

有幾個(gè)原因使精確的直徑很難定義：

1.光球收縮和膨脹的節(jié)奏，如理論所建議的，意味著直徑不是永遠(yuǎn)不變；

2.由于周邊昏暗造成從中心向外延伸的越遠(yuǎn)光的顏色改變和輻射衰減越多，而沒(méi)有明確定義的"邊界"；

3.參宿四被從恒星逐出的物質(zhì)組成的星周包層環(huán)繞著。這些物質(zhì)吸收和輻射光線造成光球?qū)拥倪吔绾茈y定義；

4.在電磁頻譜內(nèi)以不同的波長(zhǎng)測(cè)量，每個(gè)波長(zhǎng)透露一些不同的東西。研究顯示可見(jiàn)光的波長(zhǎng)有較大的角直徑，在近紅外線減至最小，不料在中紅外線再次增加。報(bào)告的直徑差異可已多達(dá)30~35%，但因?yàn)椴煌牟ㄩL(zhǎng)測(cè)量不同的東西，將一種結(jié)論與另一種比較是有問(wèn)題的；

5.大氣層的閃爍使得地面上的望遠(yuǎn)鏡因?yàn)榇髿馔牧鞯挠绊懡档土私庀窳Φ臉O限角度值。

為了克服這些限制，研究人員采用了各種方案解決。天文干涉儀的觀念是 Hippolyte Fizeau 在 1868 年最早提出的。他提出經(jīng)由兩個(gè)孔洞觀察恒星的干涉，將可以提供恒星空間強(qiáng)度分布的資訊。從此以后，科學(xué)的干涉儀已經(jīng)發(fā)展出多孔徑干涉儀，可以將多個(gè)位置的影像彼此重疊。這些“斑點(diǎn)”的影像使用傅立葉分析綜合——一種廣泛用于審視天體的方法，包括研究聯(lián)星、類星體、小行星和星系核。自1990年出現(xiàn)的自適應(yīng)光學(xué)徹底改變了高分辨率天文學(xué)，同時(shí)，像是依巴谷、哈柏、和史匹哲等太空天文臺(tái)，也產(chǎn)生其他重大的突破。另一項(xiàng)儀器，天文多波束接觸器（he Astronomical Multi-BEam Recombiner，AMBER），提供了新的觀點(diǎn)。最為甚大望遠(yuǎn)鏡的一部分，AMBER有能力同時(shí)結(jié)合3架望遠(yuǎn)鏡，使研究人員可以實(shí)現(xiàn)微角秒的空間解析。此外，通過(guò)組合三個(gè)干涉儀#天文干涉儀取代兩個(gè)，這是習(xí)慣用的傳統(tǒng)干涉測(cè)量，AMBER能讓天文學(xué)家計(jì)算閉合相位－天文成像中的一個(gè)重要組成部分。

目前的討論圍繞著波長(zhǎng)-可見(jiàn)光、近紅外線（NIR）或中紅外線（MIR）－獲得最精確的角度測(cè)量。最被廣泛接受的解決方案，它的出現(xiàn)，是由加州大學(xué)柏克萊分校的太空實(shí)驗(yàn)室的天文學(xué)家在中紅外線波段執(zhí)行的ISI。在歷元2000年，這個(gè)團(tuán)體，在約翰韋納的領(lǐng)導(dǎo)下發(fā)表了一份論文，以一般不太被注意的中紅外線，忽略任何可能存在的熱點(diǎn)，顯示參宿四均勻的盤(pán)面直徑是 54.7 ± 0.3 mas。這篇論文也包含理論上承認(rèn)的周邊昏暗直徑是 55.2 ± 0.5 mas－假設(shè)與地球的距離是 197.0 ± 45 pc，這相當(dāng)于半徑大約 5.5 AU 的外觀（1180 R☉）。不過(guò)，有鑒于角直徑的誤差在 ± 0.5 mas，與哈珀（Harper）的數(shù)值有 ± 45 pc 的誤差結(jié)合在一起，光球的半徑實(shí)際上可以小至4.2AU，或是大至 6.9 AU 。

跨過(guò)大西洋，另一組由巴黎天文臺(tái)佩蘭（Guy Perrin）領(lǐng)導(dǎo)的天文學(xué)家在2004年以紅外線對(duì)有爭(zhēng)議的參宿四光球半徑做出 43.33 ± 0.04 mas 的精確測(cè)量。“佩蘭的報(bào)告給了一個(gè)合理的劇本，可以一致性的解釋從可見(jiàn)光到中紅外線的觀測(cè)?！边@顆恒星看似很厚、溫暖的大氣層使短波的光線散射因而略微增加了直徑，波長(zhǎng)在 1.3 μm 以上的散射可以忽略不計(jì)。在 K 和 L 波段，上層的大氣層幾乎是透明的。在這些波長(zhǎng)上看見(jiàn)的是傳統(tǒng)的光球，所以直徑是最小的。在中紅外線，熱輻射溫暖了大氣層增加了恒星的視直徑。"這些參數(shù)還未獲得天文學(xué)家廣泛的支持。

使用 IOTA和 VLTI 在近紅外線上的研究，強(qiáng)烈的支持佩蘭的分析，直徑的范圍在 42.57 ~ 44.28 mas，最小的誤差因子小于 0.04 mas。這次討論的中心，是由查理斯湯所領(lǐng)導(dǎo)柏克萊團(tuán)隊(duì)在 2009 年的第二份論文，報(bào)告參宿四的直徑從 1993 ~ 2009 年縮減了 15%，在 2008 年測(cè)量的角直徑是 47.0 mas，與佩蘭的估計(jì)相距不遠(yuǎn)。 不同于以前發(fā)表的大部分論文，這份研究專注于一個(gè)特定的波長(zhǎng) 15 年的視野，早期的研究通常只持續(xù) 1 ~ 2 年，并且是在多種波長(zhǎng)上，經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生截然不同的結(jié)果?？s減的角度分析相當(dāng)于從 1993 年看見(jiàn)的 56.0 ± 0.1 到 2008 年的 47.0 ± 0.1 mas ，在 15 年內(nèi)幾乎縮減了 0.9 AU，或大約相當(dāng)于 1000 km/h。

天文學(xué)家都認(rèn)為我們完全不知道這顆恒星膨脹和收縮的節(jié)奏，果真如此，循環(huán)的周期可能是什么，雖然湯認(rèn)為不存在這樣的周期，但它也可能長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年，其它可能的解釋是光球?qū)佑捎趯?duì)流或因?yàn)椴皇乔蝮w因而稍微有些不對(duì)稱，造成恒星繞著軸旋轉(zhuǎn)時(shí)外觀上的膨脹和收縮。當(dāng)然，除非我們收集了周期的完整資料，我們不會(huì)知道 1993 年的 56.0 mas 是表現(xiàn)出恒星膨脹的最大值還是平均值，或是 2008 年的 47.0 事實(shí)上是個(gè)極小值。在我們得知確切的數(shù)值之前，我們可能還要繼續(xù)觀測(cè) 15 年或更久的時(shí)間 （2025 年），也就是說(shuō)，相當(dāng)于木星軌道半徑的 5.5 AU，可能將持續(xù)很長(zhǎng)的一段時(shí)間繼續(xù)被視為它的平均半徑。

爆炸

演化末期

如今參宿四已走入生命末期，推測(cè)在未來(lái)數(shù)百萬(wàn)年中，可能變成 Ⅱ 型超新星。天文學(xué)家預(yù)計(jì)參宿四最終會(huì)以II 型超新星爆發(fā)來(lái)結(jié)束它的生命，或是其質(zhì)量只足夠變成一顆小質(zhì)量黑洞。但各方對(duì)它還有多長(zhǎng)壽命并沒(méi)有一致的意見(jiàn)：有些人認(rèn)為它的直徑不停變化代表著參宿四正在融合它的碳原子，而會(huì)在數(shù)千年之內(nèi)變成超新星；不同意這觀點(diǎn)的人則認(rèn)為它可以生存更久。 如果真的發(fā)生超新星爆發(fā)，其光度將增至原來(lái)的數(shù)十萬(wàn)倍以上，約為弦月的光度，也有一些預(yù)測(cè)指，最大光度甚至可以達(dá)到滿月的 3 倍。

超新星的光將持續(xù)數(shù)月，在日間也能看見(jiàn)，然后將會(huì)逐漸轉(zhuǎn)暗，在肉眼的夜空中消失，獵戶的手臂將消失，在數(shù)個(gè)世紀(jì)之后，將會(huì)演變成星云。但是，如果這顆中子星的自轉(zhuǎn)軸是朝向地球，那便較為麻煩了，它釋出的高能伽瑪射線及宇宙粒子將如雨般直達(dá)地球，并將削弱臭氧層，在多處天空均會(huì)出現(xiàn)極光。（注：已確認(rèn)參宿四自轉(zhuǎn)軸與地球夾角約為 20°）

2011 年 1 月 22 日 ，澳大利亞南昆士蘭大學(xué)高級(jí)物理學(xué)講師布拉德 · 卡特博士預(yù)言，從現(xiàn)在開(kāi)始，最遲幾萬(wàn)年內(nèi)，地球上的人類也將能夠看到 -12 等左右的亮星，盡管這種奇異景象只會(huì)維持幾周時(shí)間?？ㄌ夭┦糠Q，獵戶星座的紅超巨星參宿四這些年體積不斷縮小，質(zhì)量急劇下降，這是紅超巨星重力崩潰的典型征兆，參宿四隨時(shí)都可能發(fā)生超新星爆炸，那時(shí)參宿四的絕對(duì)星等將至少達(dá)到 -17 等。

簡(jiǎn)單地講，II 型超新星就是超巨星在內(nèi)核坍縮過(guò)程中擠壓造成的劇烈爆炸形成的。

“這顆衰老恒星的內(nèi)核已經(jīng)耗盡了它的燃料，正是這些燃料促使參宿四發(fā)出光和熱，當(dāng)燃料耗盡時(shí)，恒星就會(huì)向內(nèi)坍縮，引發(fā)巨大的超新星爆炸?！碑?dāng)這一切發(fā)生時(shí)，參宿四的絕對(duì)星等將至少到 -17 等，當(dāng)超新星爆炸的光亮傳到地球時(shí)，在人類的眼中，將如同在地球上空出現(xiàn)了“第二顆金星”。不過(guò)，這“第二顆金星”只會(huì)維持幾月時(shí)間，然后就會(huì)在接下來(lái)的幾年中逐漸暗淡和消失?？ㄌ夭┦空f(shuō)：“這將成為一顆恒星最后的燦爛，當(dāng)參宿四爆炸后，它將照耀夜空，我們將在幾周時(shí)間內(nèi)都能看到它難以置信的光亮，在接下來(lái)的幾年中，它會(huì)逐漸暗淡，最后再也難以被觀察到。

卡特博士稱，盡管參宿四可能發(fā)生超新星爆炸，但也可能在百萬(wàn)年內(nèi)的任何一天發(fā)生爆炸。 就算參宿四爆炸了，它在天空中的表現(xiàn)也不可能是“第二個(gè)太陽(yáng)”?！靶菓?zhàn)迷”期待的像盧克·天行者在遙遠(yuǎn)星球塔圖因（Tatooine）上所看到的景象不會(huì)出現(xiàn)。

太陽(yáng)與星星的最顯著差別在于它看上去比較大——太陽(yáng)不是光點(diǎn)，而是像金盤(pán)一樣掛在天上。天文學(xué)上常用角直徑描述這種天體的“大小”，即計(jì)算天體直徑在觀測(cè)點(diǎn)形成的夾角。離我們?cè)浇幕蛘咴酱蟮奶祗w，其角直徑越大，反過(guò)來(lái)，離我們遙遠(yuǎn)的或者個(gè)頭小的天體角直徑較小。雖然參宿四是角直徑最大的恒星之一，而且超新星爆發(fā)時(shí)直徑會(huì)急劇增大，但是由于參宿四距離我們太遠(yuǎn)，所以其角直徑依然無(wú)法與太陽(yáng)相比。據(jù)推測(cè)，參宿四爆發(fā)時(shí)角直徑最大可能是 0.416’（按照爆發(fā)后超新星直徑 3 倍太陽(yáng)系直徑，距離地球 643 光年計(jì)算），這不到太陽(yáng)的 1/4500，即便是太陽(yáng)系行星中角直徑最小的海王星，也是它的 5倍 以上。參宿四即便爆發(fā)了，也還只是一個(gè)小點(diǎn)。

根據(jù)天文學(xué)家的推算，參宿四爆發(fā)時(shí)視星等大概是 -12 等左右，也就是說(shuō)可以達(dá)到滿月的亮度，在白天也可以看見(jiàn)。新的模擬結(jié)果表明其亮度甚至可能超過(guò) 3 倍滿月亮度。這對(duì)于一顆恒星來(lái)說(shuō)絕對(duì)是驚人的，但是和太陽(yáng)相比依然有不小的差距——太陽(yáng)的視星等高達(dá) -26.74。根據(jù)星等和亮度的關(guān)系我們可以計(jì)算出爆發(fā)的參宿四亮度不到太陽(yáng)的 50 萬(wàn)分之一。在夜里，參宿四或許會(huì)給我們留下一道長(zhǎng)長(zhǎng)的影子，但是如果想讓它把黑夜照得亮如白晝，實(shí)在是勉為其難了。

爆炸對(duì)地球無(wú)害

參宿四隨時(shí)可能發(fā)生超新星爆炸的預(yù)測(cè)在互聯(lián)網(wǎng)上引發(fā)了熱烈的討論，有人甚至將超新星爆炸同瑪雅日歷中的 2012 年“世界末日”陰謀論聯(lián)系了起來(lái)，還有網(wǎng)民為了應(yīng)對(duì)可能來(lái)臨的超新星爆炸，甚至在地下室中儲(chǔ)滿了罐頭食品。

不過(guò)卡特博士稱，超新星爆炸不可能給地球帶來(lái)任何毀滅性的結(jié)果，因?yàn)槌滦潜ㄡ尫懦龅募?xì)小粒子——中微子對(duì)人體并無(wú)害處。

卡特博士說(shuō)：“當(dāng)一顆恒星爆炸時(shí)，首先我們會(huì)觀察到一種稱做‘中微子’的粒子雨，它們將會(huì)穿過(guò)地球，即使超新星爆炸會(huì)照亮我們的夜空，即使超新星 99% 的能量都會(huì)釋放到這些粒子中，但當(dāng)這些微小粒子穿過(guò)地球和我們的身體時(shí)，卻絕對(duì)不會(huì)對(duì)我們帶來(lái)任何傷害?！?/p>

一些專家猜測(cè)，參宿四一旦發(fā)生超新星爆炸，將會(huì)成為一顆中子星，或形成一個(gè)距離地球大約 650 ly 的黑洞?？ㄌ夭┦空f(shuō)：“它形成中子星或黑洞的概率相等，如果讓我預(yù)測(cè)，我認(rèn)為它更可能形成一個(gè) 8 倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞?！?/p>

體積縮小

查爾斯 · 湯斯當(dāng)天在一份聲明中說(shuō)：“新測(cè)量發(fā)現(xiàn)，過(guò)去 15 年中，‘參宿四’的直徑縮小了 15%，其縮小幅度平緩，但呈逐年加快趨勢(shì)?！眳⑺匏陌霃綖?5.5 AU，也就是 5.5 倍于地球到太陽(yáng)的距離。如果把它安放在太陽(yáng)系的中心，它的表面幾乎達(dá)到木星的軌道。這意味著，參宿四這 15 年中縮減了相當(dāng)于金星到太陽(yáng)的距離。如今，參宿四依然巨大，用“哈勃”太空望遠(yuǎn)鏡觀察，它仍屬于少數(shù)呈碟狀、而非光點(diǎn)的恒星。但作為紅超巨星，它已快走到生命的盡頭。

愛(ài)德華 · 威什諾說(shuō)，他們并不清楚為什么參宿四體積會(huì)縮減，“對(duì)星系和遙遠(yuǎn)的宇宙，包括快走到生命盡頭的紅超巨星來(lái)說(shuō)，人們?nèi)杂刑嗟奈粗薄?/p>

研究人員表示，他們接下來(lái)仍會(huì)繼續(xù)研究參宿四，觀察它到底是繼續(xù)縮小還是轉(zhuǎn)而膨脹。研究人員還指出，盡管參宿四體積在縮小，但它的亮度在過(guò)去15年中沒(méi)有明顯變暗。

不明弓形激波

在參宿四星的運(yùn)動(dòng)方向上，科學(xué)家觀測(cè)到一些質(zhì)量損失的跡象，比如一系列的塵埃、物質(zhì)混亂的情形，越是接近恒星的區(qū)域，則顯示出明顯的不對(duì)稱結(jié)構(gòu)。雖然在一些較早的理論研究中提出，參宿四星外圍出現(xiàn)的“墻”狀結(jié)構(gòu)是恒星演化階段所拋射出的物質(zhì)所致，但新的空間望遠(yuǎn)鏡圖像數(shù)據(jù)分析表明其可能與星系磁場(chǎng)相關(guān)聯(lián)，而處于邊緣處的星際氣體云也正在被參宿四星的光芒所照耀。如果“墻”狀結(jié)構(gòu)是一個(gè)完全獨(dú)立的天體（物質(zhì)），那么科學(xué)家認(rèn)為參宿四星的外圍弧形激波在5000年內(nèi)與前者發(fā)生碰撞。