天狼星

天狼星（Bd：α CMa）是夜空中最亮的恒星，其视星等为-1.46，几乎为第二亮恒星老人星的两倍。它的英文名称为Sirius，读法为/sɪɹiəs/，源自古希腊语的Σείριος。天狼星根据拜耳命名法的名称为大犬座α星。我们肉眼以为是一颗恒星的天狼星，实际上是一个联星系统，其中包括一颗光谱型A1V的白主序星和另一颗光谱型DA2的暗白矮星伴星天狼星B（Bd：α CMa B）。天狼星如此之亮除了因为其原本就很高的光度以外，还因为它距离太阳很近。天狼星距离地球约2.6秒差距（约8.6光年），并是最近的恒星之一。天狼星A的质量为太阳的两倍，而绝对星等为1.42等。它比太阳亮25倍，但光度明显比其它亮星较暗，如对比老人星或参宿七。此双星系统有约二亿至三亿年历史，而初期是由两颗蓝色的亮星组成。更高质量的天狼星B耗尽了能源，成为一颗红巨星，然后又渐渐削去外层，约在一亿二千万年前坍塌成为今天的白矮星状态。中国古代星象学说中，天狼星是“主侵略之兆”的恶星。屈原在《九歌·东君》中写到：“举长矢兮射天狼”，以天狼星比拟位于楚国西北的秦国；而苏轼《江城子·密州出猎》中“会挽雕弓如满月，西北望，射天狼”，以天狼星比拟威胁北宋西北边境的西夏。天狼星/索普代特的象形文字最早的天文记录已经有对天狼星的记载，它被古埃及人视为“索普代特”（Sopdet，即刺目的女神萨提特），而索普代特的象形文字是一颗星星和一个三角形。而在梵语中为Mrgavyadha、Lubdhaka，即猎人。埃及人在中王国时期期间的古埃及历法开始于天狼星偕日升那一天，那天早晨，由于天狼星距离太阳够远，可以比太阳更早升起，避开强光，在消失70天后重现天空。这一天在历法中的重要性是因为它也是尼罗河周期汎滥和夏至之前不久。天狼星消失在天空的70天在神话中象征着索普代特和艾西斯在埃及地府渡过。古希腊人相信天狼星的出现代表着干热的夏天，会引起植物枯干、男人软弱和女人烦燥。由于天狼星十分明亮，因此在初夏的不稳定天气下会出现更强的闪烁，表示不好的事件将会发生。受到其效应牵连的人被称为患上“astroboletos”（αστροβολητος）或称“star-struck”。在文字记载里会被写作“燃烧”或“火焰”。此星出现后的季节被称为夏天的“狗日”。爱琴海凯阿岛的土著为得到凉风而祭祀天狼星和宙斯，并等待天狼星出现在翌年夏天。如果它明亮地升起，就是财富的好兆头；若其升起时浑浊或昏暗，则预示瘟疫的到来。考古学家从岛上挖掘出公元前3世纪的钱币，它上面刻着散发光芒的狗或天体，显示出天狼星的重要性。罗马人于4月25日前后庆祝天狼星的偕日落，他们在当天向罗马的五谷枯萎之神（Robigo）奉上一头狗、点上香、祭上酒和一只羊，希望能阻止那一年星光带来的锈菌。亚历山大港的托勒密在自己的《天文学大成》中的第7及8卷所谱写的星图里，以天狼星作为天球的中线。他把天狼星描绘成六颗红色恒星之一（见以下的红色争议部分）。其余五颗实际上为M型和K型恒星，如大角星和参宿四。亮星对古波利尼西亚人十分重要，因为他们要在太平洋众多小岛和环礁之间靠天象导航。当亮星位于地平线上小许的时候，这些星体就被水手们作为星象罗盘，从而找到指定的地点。这些星体也可作纬度标记，天狼星的偏差和斐济岛相符合，因此，它每晚都越过斐济岛的正上空。天狼星是“巨鸟”星座“Manu”的身体，老人星是南边的翅膀，南河三是北边的翅膀，一共将波利尼西亚的夜空刚好分成两半。天狼星的偕日升标志着希腊夏天的开始，因此它相反地标志了毛利人冰冷冬天的开始，Takurua在当地语言代表天狼星和冬天。1676年，爱德蒙·哈雷于大西洋南部的圣赫伦那岛上度过了一年，目的是研究南半球的星空。约40年后，他在1718年对照自己的天体测量和托勒密的《天文学大成》后，发现恒星的自行运动，所以恒星并非“固定的”。大角星和天狼星都有显著的移动，而天狼星更在1800年间向南移动了30分角（约为月球的直径）。天狼星于1868年成为第一颗被测量出运行速率的恒星。威廉·哈金斯爵士仔细检查了天狼星的光谱，并观测到一个显著的红移。他因此认为天狼星以每秒约40公里的速度远离太阳系。虽然比目前测量值（每秒7.6公里）还大上许多，不过那次的测量却开始天体径向速度研究。德国天文学家弗里德里希·威廉·贝塞尔在1844年从天狼星自行运动的变化中推断出天狼星还有一颗当时未发现的伴星。将近20年之后，美国望远镜制作者和天文学家阿凡·格雷厄姆·克拉克（英语：Alvan Graham Clark）（Alvan Graham Clark）在1862年1月31日首次观测到这颗暗淡的伴星。天文学家称呼这伴星为天狼星B，或亲切地称为“小狼”。比较明亮并能被肉眼观测到的那一颗恒星现在有时候会被称为天狼星A。从1894年起，人们观测到了天狼星系统里一些明显的轨道不规则性，因此大家认为它还有第三颗很小的伴星，虽然此假设未被证实。数据指出，第二颗伴星围绕天狼星A的公转周期为6年，其质量只有0.06倍太阳质量。它比白矮星天狼星B要暗5到10级，因此很难被观测到。最近的观测数据虽然无法证实它的存在，但有可能是因为其太接近天狼星A，以致于观测不到。1920年代发现的“第三颗恒星”似乎只不过是一颗背景天体。沃尔特·亚当斯于1915年在威尔逊山天文台使用一座60英寸（1.5米）反射器观测天狼星B的光谱，确定其为一颗暗淡的白色恒星。天文学家们就此就断定它为一颗白矮星，是有史以来第二颗发现的白矮星。罗伯特·汉伯里·布朗（英语：Robert Hanbury Brown）（Robert Hanbury Brown）和李察德·土维斯（英语：Richard Q. Twiss）（Richard Q. Twiss）于1959年在卓瑞尔河岸天文台使用他们的光学干涉仪（英语：Intensity interferometer）首次测量出天狼星A的直径。天文学家在2005年利用哈勃空间望远镜确认天狼星B的直径几乎相等于地球的直径（12,000公里），不过其质量达到太阳的98%。早在公元前150年，天文学家托勒密就将天狼星描述为一颗红色天体，其余5颗恒星：参宿四、心宿二、毕宿五和北河三都同时被记述作桔黄色或红色色调的天体。这个不一致性由拉特兰Lyndon Hall的乡绅、业余天文学家托马斯·巴克（英语：Thomas Barker (meteorologist)）发现，他于1760年在伦敦皇家学院的聚会中演讲。由于许多其他的星体都能转变光度，使人们相信这些星体甚至也能转变颜色。约翰·弗里德里希·威廉·赫歇尔在1839年也注意到了这一点，有可能是因为他两年前观测过的海山二所影响的。汤玛斯·杰佛逊·杰克逊·希（英语：Thomas Jefferson Jackson See）在1892年重新提起红色天狼星的问题，他在1892年出版了几篇论文，并在1926年出版最后结论。他指出不只是托勒密发现天狼星的红色，连诗人阿拉托斯、演说家西塞罗、将军日耳曼尼库斯都认为天狼星是红色的，尽管他们都不是天文学家。塞内卡也把天狼星描述成暗红色的，比火星的颜色更深。虽然如此，并非所有的古代观测者都看到红色的天狼星，如公元1世纪诗人马库斯·马尼利乌斯（Marcus Manilius）把它描写为“天蓝”，4世纪诗人阿维亚涅（Avienus）也一样。在中国古代，白色是天狼星的标准颜色，公元前2世纪至公元后7世纪若干记录都记述天狼星呈现着白色的光芒。德国天文学家沃尔夫德·西洛瑟（德语：Wolfhard Schlosser）（Wolfhard Schlosser）和沃纳·伯格曼（Werner Bergmann）于1985年拿出了一件8世纪的伦巴第手稿，其中包含了都尔的额我略的De cursu stellarum radio。这份拉丁文的文稿教导读者如何从星辰的位置确定夜祷的时刻，并且描述天狼星是呈现弥散的红色。作者据此提出天狼星B当时是颗红巨星的说法 。但是其他的天文学家认为都尔的额我略所描述的应该是大角星。天文学家已经推翻用天狼星A或天狼星B恒星演化的可能性来解释颜色争议的理论，因为几千年的演化时间太短，并且天文学家从星云的分析中并没有发现发生过这种演化过程的迹象。与至今还未发现的第三颗星的交互作用也是天文学家提出的可能性之一。其他解释包括：它被描述成红色是因为诗词里有隐喻凶兆的意思，或是升起时强烈的闪烁使人们以为天狼星是红色的。当肉眼观测它时，天狼星在地平线不远处的时候似乎闪烁著红色、白色和蓝色的光辉。天狼星的视星等为-1.47，为夜空中最亮的恒星，几乎为第二亮的老人星两倍。然而它仍然不如月球、金星或木星明亮，水星和火星偶尔也会比天狼星更亮。天狼星几乎能在地球上所有有人居住的地方观测到，除了居住于北纬73度以北的人以外。但部分地球较北的城市观测到的天狼星亦不会升得很高，例如从圣彼得堡观测到的天狼星只会升到地平线上13°。天狼星、南河三和参宿四对于居住在北半球的人来说，组成了冬季大三角的三个顶点。由于天狼星的赤纬约为-17°，因此从南纬73°起它是一颗拱极星。7月初从南半球可以看到天狼星在太阳落下后西沉，但在太阳升起前又先从东方升起。人们能在适当环境条件之下甚至在太阳出现的时候使用肉眼观测天狼星。当然天空需要非常清澈，观测地点的海拔必须要够高，太阳要低低的挂在地平线上，再加上天狼星要在头顶上，这种情况十分难得。基于天狼星双星系统的环绕运行轨道，两颗星的最小分距为3角秒而最大分距为11角秒。在它们距离最近的时候，人们在观测时辨认两颗星体十分困难，因为白矮星天狼星B就在距离很近却有明亮许多的天狼星A旁边。要清楚辨认它们，除了天气理想以外，需要一座口径至少有300mm的天文望远镜。1994年，两颗星到达了它们的拱点，从那时开始，这对双星开始远离对方，用天文望远镜辨认它们就更加容易。天狼星A和天狼星B距离地球8.6光年（2.6秒差距），也是前8颗最接近太阳系恒星之一，更是第5接近太阳系的恒星系。距离太阳很近是天狼星如此亮的原因之一，其他相似的星体则有昏暗的南门二，比起遥远却极明亮的超巨星，例如老人星、参宿七或参宿四。天狼星比太阳要亮25倍。距离天狼星最近的大恒星是南河三，距离为5.24光年（1.61角差距）。1977年发射的旅行者2号飞船，在完成研究四颗类木行星的任务后，预计将于大约296,000年之后到达天狼星的4.3光年以外。天狼星是一个双星系统，当中的两颗白色恒星互相围绕公转，相距约20天文单位（大概是太阳和天王星之间的距离），公转周期却只有50多年。较亮的一颗星（天狼星A）是一颗A1V型主序星，估计表面温度为9,940K。其伴星天狼星B，已经度过了主序星的过程，成为了一颗白矮星。尽管现在天狼星B的光谱比天狼星A暗10,000倍，它却曾经是两颗星体之中质量较大的一颗。这个双星系统的年龄估计为大约2亿3000万年。在其生命前期，人们猜想有两颗蓝白色恒星互相以椭圆围绕公转，周期为9.1年。红外天文卫星量度到，天狼星系统要比预计的放射更多的红外线辐射。这可能是系统里星尘的表现，并且对于双星系统来说较为罕见。天狼星A的质量约是太阳的2.1倍。天文学家利用光学干涉仪量度出它的半径，估计角直径为5.936±0.016mas。它的恒星自转速度较慢，每秒为16公里，因此星体未明显成为扁球形。织女一和天狼星B的体积相近，但自转速度更快（每秒274公里），所以它的赤道地区向外隆起。天体模型指出天狼星A形成于一次分子云坍塌，到了1千万年后，其能源产生已经完全由核聚变提供。它的核心为对流层，并利用碳氮氧循环制造能量。天文学家预测天狼星A会在形成后10亿年（109）内用尽储存在核心的氢，此时它会经历红巨星阶段，然后再温和变成一颗白矮星。天狼星A的光谱显示出很深的金属线，表示一些重于氦的元素增加（如铁）。与太阳相较之下，天狼星A大气层里相对于氢含量的铁含量为 [ F e H ] = 0.5 {displaystyle {begin{smallmatrix}=0.5end{smallmatrix}}} ，也等于100.5，意思是说大气层中的铁含量是太阳的316%。因为不太可能整颗恒星都富有金属元素，所以这些金属元素其实可能是悬浮在表面的一层薄对流层上。天狼星B是已知质量最大的白矮星之一，其质量几乎与太阳的质量相当（0.98 M☉），是白矮星平均质量0.5~0.6 M☉的两倍，但是这么多物质被压缩成为地球般大。天狼星B目前的表面温度为25,200 K。但是由于内部已经没有能量生成，剩余的热量会以辐射的形态放射出去，天狼星B终究会逐渐冷却，需时超过20亿年。一颗恒星要经过主序星和红巨星阶段才会成为白矮星。天狼星B成为白矮星时的年龄比它现在的年龄小一半多一点，约为1亿2千万年前。还是一颗主序星时，它估计有5个太阳质量大，而且是一颗B型星（约为B4-5）天狼星B是红巨星的时候，可能增加伴星天狼星A的金属量。天狼星B最初由碳及氧元素组成，这两种元素是形成天狼星B的已死亡恒星里的氦核聚变产生的。这些元素被更轻的元素覆盖，并根据质量来分层，因为天狼星B有着高表面重力。因此，天狼星B的外层大气层几乎为纯氢，宇宙中最轻的元素，光谱中也找不到任何其它元素。埃希纳·赫茨普龙观测天狼星系统在天空中的移动路径后，在1909年提出天狼星属于大熊座移动星群的结论，是历史上第一位提出这种看法的人。大熊座移动星团有220颗恒星左右，在太空有相同的移动路径。其最初形成时是疏散星团的一部分，从此便逐渐脱离引力的牵引。不过，天文学家在2003年和2005年作出的分析却表示天狼星未必属于这一星团。大熊座移动星团估计年龄为4到6亿年，而天狼星的金属量和太阳的相似，因此年龄只有2亿多年，对于这星团来说太过年轻。天狼星可能属于一个“天狼星超级疏散星团”，该疏散星团的明亮恒星可能包括御夫座β、北冕座α、巨爵座β、波江座β和巨蛇座β等。天狼星超级疏散星团500光年以内的三个星团之一，其余两个为毕宿星团和昴宿星团，都各有几百颗恒星。天狼星的英文正统名称来自于拉丁语Sīrius，该词来自于古希腊语Σείριος（Seirios是“热烈”或“炎热的天气”之意），但是这个古希腊名称也可能在希腊古风时期之前从某处传过来的。这个名称最早可以追溯到公元前7世纪赫西俄德的诗作《工作与时日》中。天狼星还有另外50多个编号和名称。天狼星在阿拉伯语中被称为الشِّعْرَى‎（拉丁转写：‘aš-ši‘rā或‘al-shi‘ra），意为首领，曾出现在在古兰经中，英文的另一个名称Aschere就从其而来。天狼星在梵语里是Mrgavyadha（意思是猎鹿者）或Lubdhaka（意思是猎人），天狼星被称作Mrgavyadha时，代表楼陀罗（湿婆）。在哈萨克语里， 天狼星被称为 Sumbile (сүмбіле, 意思是‘天上的魅力’）。在斯堪的纳维亚文化中，天狼星被称为Lokabrenna（“洛基放下的火”或“洛基的火炬”）。在日本，天狼星名为青星／あおぼし ao boshi ?。天狼星在中世纪占星术里是一颗吉普赛人之星，与绿柱石及刺柏有关。神秘哲学家阿格里帕·冯·内特斯海姆（Heinrich Cornelius Agrippa von Nettesheim）也以特定的符号来象征它天狼星在许多的文化中都有特别的意义，特别是代表狗。它是大犬座中最明亮的恒星，口语上最常被称为犬星。它亦是传统的俄里翁神话中的狗：古希腊人认为天狼星的光芒对狗有不良的影响，使它们反常出现夏季热：它们过度的喘气导致过分的干燥和置身疾病的危险中。在极端的例子中，口吐白沫的狗也许有狂犬病，可能导致被咬的人受到传染和死亡。古罗马人称这颗恒星是小犬（Canicula），在夏季出现时，称为犬日。这颗恒星在中国天文学中被称为天狼（拼音：Tiānláng；日语罗马字：Tenrō；韩语：천랑；韩语罗马字表记法：Cheonlang），所属星官是井宿。许多北美洲的原住民将天狼星与狗连结在一起；在西南方的原住民Seri和托赫诺奥哈姆族（英语：Tohono O'odham）注记这颗恒星是跟随着山羊的狗，黑脚人称之为狗脸，切罗基人（Cherokee）将天狼星和心宿二配成一对，做为灵魂之路两端的看守犬。内布拉斯加的波尼族有几种联想；狼族视它为狼星，而其他的部落认为是郊狼星。居住在阿拉斯加白令海峡的因纽特人称这颗星为月之犬。有些文化将这颗恒星与弓和箭联系在一起。中国人古代将它与船尾座和大犬座结合，想像成一把横跨在南天的大弓，箭头则为天狼星。相似的组合也出现在埃及登德拉（英语：Dendera）的哈索尔神庙（英语：Dendera Temple complex#Hathor temple）壁画上，萨提特将她的箭画在牛头人身女神哈索尔（天狼星）上。在晚期波斯文化中，这颗恒星称为Tir，并且被当成一支箭。多贡人是西非马里地区的一个种族，他们对天狼星有望远镜未出现的时代中不可能得知的天文知识。依据马塞尔·格里奥尔的著作《与 Ogotemmêli的对谈》和《苍白的狐狸》记载，他们早在西方天文学家之前就知道天狼星和它的伴星间存在50年的公转周期，亦提到环绕天狼星A和天狼星B的第三颗恒星。罗伯特·坦普尔（Robert K. G. Temple）在1976年的著作《神秘的天狼星》中，认为他们知道伽利略卫星和土星环的知识。这是具争论和猜测性的主题，1978年的《怀疑和察问者》文章认为这是文化污染的结果。最近这种污染被认为是人种学者所造成的，其他人则认为这种解释太过单纯了。吉恩洛奇对古利欧文件的研究结果并没有获致相同的论断，特别是围绕着西基（Sigui）的节庆日。天狼星经常会出现在通俗文化相关的科幻小说主题上，它也是麦觉理大学校徽标志和女校友学报的期刊名称。从18世纪起，英国皇家海军有7艘船舰被命名为HMS 天狼星（英语：HMS Sirius），第一艘HMS 天狼星（英语：HMS Sirius (1786)）在1788年成为澳大利亚第一舰队旗舰，澳大利亚皇家海军之后又命名了另一艘船为HMAS 天狼星（英语：HMAS Sirius (O 266)）以尊荣这艘旗舰。。美国船舰也用天狼星来命名，例如USNS 天狼星 (T-AFS-8)（英语：USNS Sirius (T-AFS-8)），而查尔斯·林白驾驶的第一架单翼机模型则称为洛克希德天狼星 。这个名称在1980年代被三菱马达作为三菱天狼星引擎的名称。北美洲卫星收音机公司的CD收音机在1999年11月以“夜空中最明亮的恒星”更名为天狼星卫星收音机 。J·K·罗琳在哈利波特系列小说中，以天狼星作为哈利教父的名字，他的动物造型是一只巨大的黑狗。作曲家卡尔海因茨·施托克豪森曾经数度宣称他来自天狼星系内的一颗行星，并且他的音乐许多都是参考这颗恒星的。