科学家首次收集北极星表面的高分辨率图像

对北极星的新高清观测显示，北极星的表面出人意料地参差不齐。

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在我们的太阳系中，六台蛋壳白色的望远镜散布在地球的一座青翠山脉上，凝视着宇宙深处。作为一个有凝聚力的蜂巢，这些圆顶结构收集宇宙光来引导现代天文学家探索太空——正是由于这个蜂巢，我们现在对过去引导天文学家的光有了一个辉煌的新视角：北极星。

我们对当前北极星的视觉了解（由于地球的轴向摆动，这个标题在亿万年里传递给不同的恒星）根深蒂固。新老艺术家都在他们的画作中描绘了北极星的光芒，天文摄影师在自家后院拍摄了它，科学家几十年来一直用仪器瞄准它。但这些新的北极星视图的特别之处在于分辨率，这些视图由加利福尼亚州威尔逊山的 CHARA 阵列提供。正如前面所提到的，CHARA 的特别之处在于它的望远镜可以相互协同工作。他们的光数据被整合到一个中央设施中，以提供完整、清晰的光源图像。就好像六台工作望远镜组成了一台直径为 330 米（1,083 英尺）的终极望远镜。正因为如此，该项目的图像分辨率——特别是角度分辨率——非常出色。

果然，在检查了一些北极星图像以及 2016 年至 2021 年期间进行的 CHARA 观测结果后，科学家发现了这颗恒星的一些以前未知的特征。最值得注意的是，恒星表面有一些可辨别的斑点，有点像我们时不时在太阳上看到的黑子。

“CHARA 图像揭示了北极星表面随时间变化的大亮点和黑点，”CHARA 阵列主任盖尔·谢弗 (Gail Schaefer) 在一份声明中说道。

这一发现令人惊讶的主要原因之一与北极星并不是任何老恒星这一事实有关。它是一种被称为造父变星的恒星，这意味着它会周期性地变亮和变暗。特别是北极星按照四天的周期变得越来越亮和越来越暗，由于这种非常可预测的行为，科学家们喜欢定位造父变星。这是因为它允许这些恒星用于宇宙距离测量。基本上，观察造父变星在一个周期内的亮度变化可以揭示其真实亮度。

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相比之下，如果没有可预测的周期性脉动，恒星的此类测量就不太可靠。例如，一颗暗淡的恒星可能距离很远，或者很小，或者由于其他原因而变得异常暗淡，这可能会带来简化的风险。 或者，它可能只是在观测期间恰好很暗。

回到这些地点，正如 CHARA 团队所说，这些北极星的高分辨率图像标志着人们第一次“一睹造父变星表面的样子”。因此，找到第一眼看到的地点是很有趣的。但这些点并不是团队分析的唯一结果。

与我们孤独的太阳不同，北极星不会独自在宇宙中漫游。它的大小约为我们主恒星的 46 倍，距离我们超过 400 光年，是三星系统的一部分。它恰好是它的兄弟姐妹中最聪明的一个。事实上，CHARA 北极星调查的最初目标是绘制每 30 年绕北极星运行一次的恒星的轨道地图。它比另一个更接近，使得这一努力成为一项复杂的壮举。这颗恒星不仅漂浮得非常接近北极星，而且伴星也非常微弱。由于哈勃太空望远镜的记录，直到 2005 年左右它才被证实存在。

哈佛和史密森天体物理中心的团队负责人南希·埃文斯（Nancy Evans）表示：“两颗恒星之间的微小间距和巨大的亮度对比使得在它们最近的接近期间解析双星系统变得极具挑战性，”她还帮助识别了伴星。声明中表示。因此，该团队还研究了其他一些天文学工具箱，例如新墨西哥州阿帕奇角天文台的散斑干涉仪。

这次任务确实取得了成功，有助于确认北极星的大小等事情，并表明这颗恒星的质量可能是太阳的五倍左右——比之前想象的要重。这一发现本身就很重要，因为正如埃文斯告诉 ScienceNews 的那样，只有少数造父变星的质量被确定。它还提出了一些值得未来探索的有趣问题。例如，研究作者写道：“质量与距离相结合表明，造父变星比根据进化轨迹预测的质量更亮。”

尽管如此，北极星的斑点性质似乎还是引起了人们的注意。考虑一下恒星上可见斑点的区域以及恒星自转的速度似乎表明了 120 天的径向速度变化——本质上是指沿着观察者的视线看到的物体速度的变化。这又带来了另一个难题。

“我们计划在未来继续对北极星进行成像，”密歇根大学天文学教授、该研究的合著者约翰·莫尼尔在声明中说。 “我们希望更好地了解北极星表面斑点的产生机制。”

该研究于 8 月 20 日发表在《天体物理学杂志》上。

最初发布于Space.com。