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How big is 造父四(仙王座 μ)?

1.4 billion kilometers!

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造父四(仙王座 μ)

造父四又稱為「赫歇爾石榴石星」,是仙王座中的一顆紅超巨星。一項2019年的研究估計,它的直徑大約是14億公里,大約是太陽寬度的970倍。這是恆星可見表面的寬度,主要由於恆星的距離所知有限,這個數值的不確定範圍大約是正負四分之一。

大小

恆星沒有固體表面,因此它的寬度是以光球層來測量的,光球層是發出恆星大部分光線的發光層。在一項2005年的研究中,天文學家利用干涉測量法(結合多台望遠鏡的光線)測量了從地球看到的造父四寬度。以紅外線觀測,它的光球層跨度是0.0141角秒,1角秒等於1/3600度。光球層外圍還有一層氣體分子層,寬度大約多三分之一。

要把這個角度換算成寬度,需要知道恆星的距離。已發表的估計範圍從大約1300光年到5900光年不等,光年是光在一年內行進的距離,大約是9.46兆公里。蓋亞太空望遠鏡測得的數據不確定性太大,無法解決這個問題。

2019年,一個團隊透過比較造父四與參宿四——一顆距離最近才重新測定過的相似恆星——推算出造父四的距離大約是2100光年。以這個距離計算,這顆恆星的半徑是太陽的972倍,正負228倍,因此直徑大約在10億至17億公里之間。2005年的一項研究將這顆恆星的距離定得更遠,得出的半徑是太陽的1420倍,這樣算來直徑大約是20億公里。

大小比較

  • 造父四的寬度大約是太陽的970倍,而太陽的直徑大約是139萬公里。
  • 如果它取代太陽的位置,表面會延伸到大約4.5天文單位之外,超過火星軌道,並幾乎到達木星軌道。天文單位是地球到太陽的平均距離,大約是1.5億公里。
  • 它比同類型的另一顆紅超巨星參宿四寬大約四分之一,寬度則大約是大犬座VY的三分之二——截至2024年,大犬座VY是已知銀河系中最寬的紅超巨星之一。
  • 從地球上看,造父四的視寬度,就像在大約1.5公里外看一根大約0.1公釐粗的頭髮。
  • 如果把太陽縮小到籃球的大小,造父四會是一顆直徑大約230公尺的球,長度大約相當於兩個美式足球場。

石榴石星

造父四有時也被稱為Erakis,但長久以來它更廣為人知的名稱是「赫歇爾石榴石星」,這個名字很符合它深紅的顏色。這顆恆星之所以看起來偏紅,部分原因是它的溫度比太陽低得多。恆星與地球之間的太空塵埃,也讓它的光線變得更紅。透過望遠鏡觀測,它出現在發光氣體雲IC 1396的邊緣附近。

造父四的亮度也會變化,大致的週期大約是兩年。《變星總表》將它列為這種半規律變化紅超巨星的代表範例。

正在流失質量的恆星

和其他紅超巨星一樣,造父四正緩慢地將外層物質釋放到太空中。2019年,天文學家利用NOEMA電波望遠鏡陣列,繪製出它周圍一氧化碳氣體的分布圖。結果顯示這些氣體呈團塊狀,而非均勻分布。這些氣體團塊,加上恆星風(它釋放到太空中的其餘氣體),兩者加起來,每年帶走的質量大約是太陽質量的40萬分之一,相當於地球質量的五分之四左右。

一項2023年的研究追蹤了從恆星表面以柱狀升起的熱氣體,這是對流作用造成的——熱氣體上升、較冷氣體下沉的翻攪過程。這些氣體升起的高度,至少達到恆星半徑的十分之一。到了這個高度,氣體就能輕易擺脫恆星的重力束縛。造父四預期最終會以超新星(大質量恆星的爆炸)的形式結束生命。

參考資料

  • NOEMA maps the CO J = 2-1 environment of the red supergiant μ Cep. Montargès et al., Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2019.
  • Study of molecular layers in the atmosphere of the supergiant star μ Cep by interferometry in the K band. Perrin et al., Astronomy & Astrophysics, 2005.
  • The Effective Temperature Scale of Galactic Red Supergiants: Cool, But Not As Cool As We Thought. Levesque et al., The Astrophysical Journal, 2005.
  • The height of convective plumes in the red supergiant μ Cep. López Ariste et al., Astronomy & Astrophysics, 2023.
  • General Catalogue of Variable Stars, version 5.1. Samus et al., Sternberg Astronomical Institute, 2020.
  • Mu Cephei. Astronomy Picture of the Day, NASA, 2023.
  • Standing on the shoulders of giants: New mass and distance estimates for Betelgeuse. Joyce et al., The Astrophysical Journal, 2020.
  • Fundamental properties and atmospheric structure of the red supergiant VY CMa based on VLTI/AMBER spectro-interferometry. Wittkowski et al., Astronomy & Astrophysics, 2012.
  • Red Supergiant Candidates for Multimessenger Monitoring of the Next Galactic Supernova. Healy et al., Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2024.
  • Sun Fact Sheet. NASA, 2024.
  • Mars Fact Sheet. NASA, 2025.
  • Jupiter Fact Sheet. NASA, 2024.
  • Measuring the Universe. International Astronomical Union.
  • Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.
  • Official Basketball Rules 2026: Basketball Equipment. FIBA, 2026.
  • 2026 NFL Rulebook. National Football League, 2026.

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