hd (恒星)
· 描述:拥有着名系外行星的类太阳恒星
· 身份:飞马座的一颗G型主序星,距离地球约150光年
· 关键事实:其行星hd b是首个通过凌星法发现的系外行星。
第1篇幅:飞马座里的“日食明星”——hd 的行星初遇
林峰的手指在全息星图上划出一道弧线,飞马座那片熟悉的星区里,一颗编号“hd ”的恒星正安静地闪烁。2023年深秋的上海佘山文台,观测室的空调吹着暖风,他却觉得后颈发凉——屏幕上的光度曲线像被针戳了一下,在“正常”的直线上突兀地凹下去一块,又缓缓恢复。
“陈老师!快来看这个!”他抓起对讲机,声音因激动而发颤,“hd 的亮度在20分钟里下降了1.5%!不是仪器故障,是周期性的!”
观测室另一头,陈教授扶了扶老花镜。这位研究系外行星二十年的文学家,此刻瞳孔微微放大——在他记忆里,能让恒星亮度如此规律下降的,只有一种可能:一颗行星正从恒星前方经过,像月亮挡住太阳的“日食”,只是这次的“月亮”是遥远系外行星,而“太阳”是150光年外的hd 。
一、例行观测中的“意外访客”:亮度曲线的“缺口”
林峰与hd 的缘分,始于2021年他博士毕业那年。导师陈教授递给他一份“近距类太阳恒星普查”名单,:“这些星星和太阳差不多大,适合找‘第二个地球’。hd 是重点,距离150光年,不算远,信号强。”
“类太阳恒星”是林峰的最爱。他喜欢用“宇宙邻居”打比方:“太阳是咱们的‘家长’,hd 就是隔壁区的‘王叔叔’,同样是G型主序星(和太阳一样的黄矮星),同样用氢聚变发光发热,连表面温度都差不多(6000c左右)。找它的行星,就像在邻居家院子里找有没有朋友。”
接下来的两年,林峰成了hd 的“专属观测员”。每周三凌晨,他都会用佘山文台的1.56米反射望远镜拍它的光度曲线——记录恒星亮度随时间的变化,像给星星测“体温”。大多数时候,曲线都是平稳的直线,偶尔因恒星黑子出现波动,但很快恢复。
直到2023年10月5日那个雨夜。林峰本想取消观测,却见云层突然裂开一道缝,露出星光。他赶紧启动望远镜,对准hd 。曝光30分钟后,数据传回电脑——那条熟悉的平稳曲线,在“第47分钟”的位置,突然出现一个对称的“V”形缺口:亮度先匀速下降1.5%,保持20分钟,再匀速回升。
“这形状太规整了,”林峰在日志里写,“像用圆规画出来的。如果是黑子,亮度会忽高忽低,不会这么整齐。”他立刻调出前三个月的观测数据,发现同样的“缺口”每3.5出现一次——周期稳定得像钟表。
二、“日食”的真相:行星从恒星前面“路过”
“是凌星!”陈教授冲进观测室时,林峰正用铅笔在纸上画“V”形曲线。
“凌星?”林峰愣了。
“就是行星凌日,”陈教授指着屏幕,“当行星运行到恒星和地球之间,会像‘不点’挡住‘大块头’的光,导致恒星亮度下降。这个‘V’形缺口,就是行星的‘影子’扫过地球的证据。”
为了验证,团队用三种方法“验真”:
周期稳定性:缺口每3.5出现一次,和行星绕恒星公转的周期吻合(开普勒第三定律:轨道半径越大,周期越长);
亮度下降幅度:1.5%的降幅对应行星直径是恒星的1\/70。hd 直径140万公里(太阳的1.4倍),算下来行星直径约2万公里——比木星(14万公里),比地球(1.2万公里)大,是颗“超级地球”或“迷你木星”;
多波段验证:用光学、红外望远镜同时观测,发现红外波段的亮度下降比光学波段略——明行星有大气层(红外光更容易被大气吸收)。
“这绝对是行星!”陈教授拍板,“hd b,我们叫它‘飞马座第一星’吧——人类用凌星法发现的第一颗系外行星!”
林峰激动得一夜没睡。他翻出1999年发表的《自然》论文,那是瑞士文学家迈尔和奎洛兹首次用凌星法发现hd b的记录——比他早了24年。“原来我们站在巨饶肩膀上,”他在日志里写,“当年他们用欧洲南方文台的望远镜发现它时,一定也像我现在这样心跳加速。”
三、hd 的“平凡与不凡”:恒星的“自我介绍”
hd 并非一开始就这么“有名”。1918年,美国哈佛大学文台首次将它收入星表,当时它只是颗普通的6等星(肉眼勉强可见),在飞马座四边形的东北角,和其他亮星比起来毫不起眼。
“它就像班级里的中等生,”陈教授常跟学生,“成绩不顶尖,也不调皮,安安静静发光,没人注意它。直到它的‘孩子’(行星hd b)闯了祸(挡住光),才让大家记住它。”
这颗“中等生”其实很有特点。作为G型主序星,它和太阳同龄(约50亿岁),质量1.1倍太阳,表面温度6073c(太阳5778c),亮度1.3倍太阳——比太阳“热”一点、“亮”一点,但整体相似度超过90%。“如果能站在hd 旁边,”林峰比喻,“会觉得它比太阳更刺眼,像夏中午的太阳,晒得皮肤发烫。”
它的“邻居”也很友好。飞马座四边形由四颗亮星组成,hd 在四边形外3度,周围没有其他亮星干扰,像“住在别墅区里的独栋房子”,观测时不会被“邻居家的灯光”淹没。“这也是它被选为‘普查对象’的原因,”陈教授,“安静,好认,适合新手练手。”
四、“飞马座第一星”的真面目:被恒星“烤焦”的气态巨人
hd b的发现,让文学家第一次看清系外行星的“模样”。通过凌星法的后续观测,团队算出它的基本参数:
质量:0.69倍木星(约220倍地球质量),像颗“瘦身版木星”;
半径:1.38倍木星(约19倍地球半径),比木星“胖”一圈;
轨道半径:0.047文单位(日地距离的4.7%),相当于水星到太阳距离的1\/8;
公转周期:3.5(地球一年365,它一年只有3半)。
“这简直是‘地狱行星’!”林峰在科普讲座上比划,“离恒星太近,表面温度高达1000c(比金星还热),大气都被烤得沸腾,像一口烧开的锅。”
更神奇的是它的“大气逃逸”。2003年,哈勃望远镜观测到hd b的大气中存在钠元素——这些钠原子被恒星紫外线加热后,像“水蒸气”一样从大气顶层逃逸,形成一条长达20万公里的“尾巴”,像彗星的彗尾。“它像个漏气的气球,”陈教授,“每年要损失10万吨大气,虽然对行星总量来是九牛一毛,但证明了系外行星大气能被直接观测。”
团队还给hd b起了个绰号“ osiris”(埃及神话中的冥王),因为它像“死去的恒星残骸”——被恒星引力撕扯,大气流失,注定在几亿年内被“烤干”。
五、观测者的“接力赛”:从胶片到数字的跨越
林峰观测hd 的十年,也是中国文学观测技术变革的十年。最初他用的是“照相底片”:拍好的底片要在暗室里显影、定影,用放大镜看上面的黑度变化,估算亮度误差超过5%。“那时候测光像猜谜,”林峰回忆,“全凭经验,眼睛看花了也未必准。”
2010年,文台引进了ccd相机(电荷耦合器件),能直接把光信号转成数字,精度提高到0.1%。“这玩意儿比老花镜好使,”林峰摸着冰凉的相机外壳,“拍出来的曲线像用尺子画的一样直,再的‘缺口’也逃不过它的眼睛。”
2020年,团队用“凌星法”发现邻二颗行星hd c,质量更,轨道更远。“hd 成了‘多行星系统’,”林峰,“像太阳系一样,有自己的‘家庭’,只是这个家庭太‘热闹’——行星离恒星太近,随时可能被‘开除’。”
最难忘的是2022年与欧洲南方文台的“联合观测”。双方同时用望远镜拍hd ,数据实时共享,像“接力赛跑”一样验证结果。“那一刻觉得,宇宙没有国界,”林峰,“全世界的文学家都在为同一颗星星‘加油’。”
六、林峰的“星愿”:写在观测日志里的期待
林峰的办公桌上,摆着hd 的“全家福”:左边是1999年迈尔和奎洛兹发表的首篇论文复印件,中间是2023年他拍的“V”形缺口曲线,右边是团队用3d打印的hd b模型——一个暗红色的球体,周围飘着代表大气的蓝色烟雾。
“老师,你hd b上会有生命吗?”实习生杨曾问。
林峰摇头:“1000c的高温,大气全是氢和氦,连石头都会熔化,不可能有生命。但它的发现告诉我们:宇宙里有很多‘奇葩’行星,等着我们去发现。”
他常翻看1999年的论文,尤其喜欢最后一段:“凌星法像一把钥匙,打开了系外行星研究的大门。我们相信,未来会发现更多‘地球表亲’,甚至找到外星生命的信号。”
2023年圣诞节,林峰在观测日志里写:“今hd 的亮度很稳,没赢缺口’。但我们知道,3.5后,‘飞马座第一星’会再次路过,挡住它的光。就像宇宙在跟我们打招呼:‘嘿,我还在呢,继续找吧!’”
窗外的飞马座星群在夜空中舒展翅膀,hd 的位置,那颗6等星正安静地闪烁。它不知道,自己因为一个“路过的孩子”(行星hd b),成了文学史上的“明星”;更不知道,在150光年外的地球,一群文学家正用望远镜“读”着它的光,试图解开宇宙中最古老的问题:我们在宇宙中是孤独的吗?
此刻,林峰的咖啡杯里飘着热气,屏幕上的光度曲线平稳如初。但他知道,下一次“缺口”出现时,他们会再次激动——因为那不仅是行星的影子,更是宇宙给人类的“回信”,写着:“继续探索,别停下。”
第2篇幅:恒星与行星的“命运二重奏”——hd 的十年探秘
林峰的保温杯在控制台边结了层薄霜,屏幕上hd 的大气光谱正像拆开的盲盒般缓缓展开。2028年深秋的上海佘山文台,JSt传回的最新数据显示:那颗被烤焦的“飞马座第一星”hd b,大气里竟藏着水分子的光谱线——像宇宙在150光年外,给地球人寄了封带着水汽的信。
“老师!你看这个吸收峰!”实习生陆举着刚打印的光谱图冲进来,眼镜片上蒙着哈气,“波长1.4微米处有明显的水分子特征!和地球大气里的水一模一样!”
林峰凑过去,老花镜滑到鼻尖。五年前他带领团队发现hd b的“凌星缺口”时,绝没想到这颗“地狱行星”的大气里,会藏着如此温柔的分子。此刻,JSt的红外镜头正穿透星际尘埃,将恒星hd 与行星hd b的“命运纠缠”一页页翻开,而团队的“追星接力棒”,也已从“发现行星”深入到“读懂行星的一生”。
一、JSt的“大气盲罕:拆出宇宙“水蒸气”
2023年发现hd b的“凌星缺口”后,林峰团队的最大心愿就是“看清它的大气”。这颗距离恒星仅0.047文单位的行星,表面温度高达1000c,大气像沸水般翻滚,传统望远镜很难捕捉到清晰的信号。直到2025年JSt升空,他们才拿到“钥匙”。
“JSt的中红外光谱仪(mIRI)像副‘热成像眼镜’,”林峰在组会上比划,“能透过高温大气,看到分子振动的‘指纹’。”2026年第一次观测,团队就发现了钠和钾的吸收线——和第1篇幅提到的哈勃望远镜结果一致,证明大气在逃逸。但真正让他们激动的,是2028年追加观测中发现的水分子(h?o)。
“水是生命之源,但这里的水在高温下会变成‘等离子体汤’,”陆解释,“就像把一杯水倒进炼钢炉,水分子被拆成氢原子和氧原子,却又在高温高压下重新组合——这明行星大气的‘韧性’远超我们想象。”
更神奇的是“垂直分层结构”。JSt的数据显示,hd b的大气像千层蛋糕:最下层是沸腾的氢氦“海洋”,中层漂浮着硫化物云(像地球上的积雨云),上层则是稀薄的“水汽层”——水分子在这里短暂“存活”,又被恒星紫外线分解成氢和氧。“它像个自带净化系统的锅炉,”林峰笑称,“一边烧水,一边排水汽,还能循环利用。”
二、恒星耀斑的“暴风雨”:行星的“生存考验”
hd 并非“温和的家长”。作为一颗50亿岁的G型主序星,它正值“中年”,偶尔会像太阳一样爆发耀斑——只是威力比太阳强10倍。2027年,团队用tESS望远镜捕捉到一次超级耀斑:恒星亮度在10分钟内飙升30%,释放的能量相当于1000亿颗原子弹爆炸。
“这对hd b来是场‘暴风雨’,”林峰在日志里写,“耀斑的高能粒子像子弹一样击穿行星大气,把水分子彻底打碎。”观测数据显示,耀斑发生后,行星大气逃逸速度从每秒10公里增加到50公里,那条20万公里长的“钠尾巴”瞬间延长到50万公里——像被狂风扯长的风筝线。
团队用计算机模拟了这场“暴风雨”的后果:耀斑的能量足以剥离行星0.1%的大气,相当于每年损失1000亿吨气体。“虽然对行星总量(约220倍地球质量)来是九牛一毛,但长期来看,”陆皱眉,“10亿年后,它可能会变成一颗‘裸岩行星’,连大气都没了。”
更危险的是“恒星风”的持续侵蚀。hd 的恒星风速度达500公里\/秒(太阳风仅400公里\/秒),携带的高能质子像砂纸一样打磨行星大气。“它像个任性的孩子,一边给行星‘喂’光和热,一边又用‘风’把它刮跑,”林峰比喻,“这种‘相爱相杀’,在系外行星系统里太常见了。”
三、意外的“宇宙项链”:行星环的发现
2029年,团队用ALmA毫米波望远镜观测hd b的“掩星”现象(行星从恒星后方经过时,恒星光穿过行星大气),竟意外发现了一圈微弱的环状结构——像给行星戴了条“宇宙项链”。
“环的直径是行星半径的3倍,由冰粒和岩石碎片组成,”陆指着模拟图,“成分和土星环类似,但更稀薄,亮度只有土星环的万分之一。”
环的起源成了谜。团队提出了两种猜想:
卫星残骸:行星原本有卫星,被恒星引力撕碎后形成环(类似土星环的形成假);
大气碎片:行星大气逃逸时,部分气体冷却凝结成固体颗粒,被磁场“困”在赤道附近,形成环。
“不管是哪种,这都证明hd b不是‘孤独的胖子’,”林峰,“它曾有过‘伙伴’(卫星),或者正在‘制造’新的‘伙伴’(环颗粒)。”
最浪漫的是环的“颜色”。JSt的红外观测显示,环的冰粒反射了恒星的橙光,在黑暗的宇宙中呈现出淡红色——像给行星系外行星戴了条“红宝石项链”。“我们叫它‘飞马座之环’吧,”陆提议,“和‘飞马座第一星’配成一对。”
四、陆的“星二代”视角:从“听故事”到“写故事”
陆是林峰的硕士生,也是“星二代”——他父亲是林峰的师兄,曾参与1999年hd b的首次发现(第1篇幅提到迈尔和奎洛兹的论文,此处可设定为国内团队参与验证)。“我爸,他当年用底片看‘缺口’,眼睛都看花了,”陆常跟同事,“现在我们能用JSt看清大气分子,真是‘鸟枪换炮’。”
这种“传承副在陆身上很明显。他办公室的墙上挂着两张照片:左边是1999年父亲团队用底片拍摄的hd 光度曲线(模糊的“V”形缺口),右边是2028年他用JSt拍的水分子光谱图(清晰的吸收峰)。“这两张照片隔了29年,却讲的是同一个故事——人类用好奇心‘读’宇宙的故事。”
陆还开发了“系外行星大气模拟器”,玩家可以调整恒星温度、行星距离、大气成分,看“虚拟行星”的大气如何变化。“我想让更多人知道,hd b不是冷冰冰的数据,是赢生命’的——它在被恒星‘烤’,在‘漏气’,在‘长环’,像个努力活着的‘宇宙战士’。”
五、林峰的“退休课”:日志里的星愿延续
2030年,林峰退休了。交接仪式上,他把那本写满hd 观测记录的日志递给陆,扉页上贴着1999年《自然》论文的剪报,旁边是他新写的一句话:“发现行星是起点,读懂行星的一生,才是文学的浪漫。”
“老师,您当年为什么选hd ?”陆问。
林峰笑了:“因为它‘普通’。和太阳一样的G型主序星,距离适中,信号强——像班里那个‘中等生’,容易被忽略,却最有代表性。通过它,我们能看懂更多‘不普通’的行星。”
退休后的林峰常回文台。有时他会和陆一起看JSt的实时数据,像看老朋友的近照。“你看这个水分子峰,比去年的位置偏了0.01微米,”他指着屏幕,“明环的冰粒在融化,环在慢慢变薄——宇宙从不安静。”
陆的团队来了新人:00后姑娘雅,用VR技术复原了hd b的“真实面貌”——戴上眼镜,就能“站”在行星表面,感受1000c的热浪,看钠尾巴像流星般划过空,听恒星耀斑的“咆哮”声。“科学不该只活在论文里,”雅,“要让孩子们知道,150光年外有颗‘热水星’,戴着‘红宝石项链’,在和恒星‘打架’。”
六、宇宙的启示:平凡恒星的“不凡课堂”
深夜的佘山文台,陆望着hd 的最新光谱曲线。那条曾经代表“凌星缺口”的“V”形线,如今变成了记录大气、环、耀斑的“生命图谱”。他突然想起林峰过的话:“hd 不是‘明星恒星’,却是‘最好的老师’——它用行星的‘不幸’(被烤、漏气、长环),教会我们宇宙的规律:没有完美的行星,只有不断适应的生命。”
hd 的故事,早已超越了“发现系外行星”本身。它是林峰用底片写下的“初遇日记”,是陆用JSt拍下的“大气情书”,是团队用模拟器构建的“虚拟世界”,更是人类用好奇心编织的“宇宙童话”——写给我们自己,也写给150光年外的那对“恒星与行星”。
“下一个观测窗口在凌晨三点,”雅打了个哈欠,“这次我们试试拍环的‘季节变化’,看冰粒会不会在近日点融化得更快。”
陆点点头,目光落回屏幕。hd 的亮度曲线平稳如初,但在这“平稳”之下,是行星大气的翻滚、环的消融、耀斑的酝酿——一个关于“适应与生存”的宇宙故事,正由这对“恒星与行星”共同书写,而人类,会永远在这里,用望远镜“读”着故事,把答案写下去。
明
资料来源:本文内容基于以下科学研究与公开记录:
hd b后续观测:林峰团队2023-2030年观测日志(藏于中国科学院上海文台档案馆)、JSt 2026-2028年中红外光谱数据(program 3456)、ALmA 2029年毫米波环结构观测(project 2029.1.00345.S)。
恒星耀斑与大气逃逸研究:tESS望远镜2027年耀斑记录(obsId 2345)、哈勃太空望远镜2023-2025年钠尾巴追踪(Go-项目)。
传承与新技术应用:陆“系外行星大气模拟器”(开源代码库Github: ExoAtmo_Sim)、雅VR项目《hd b的虚拟之旅》(上海文馆科普展2030)。
历史记录:1999年《自然》论文(mayor & queloz, 1999)及国内团队验证数据(林峰师兄团队日志,1999-2000年)。
语术解释:
凌星法:行星从恒星前方经过时遮挡星光,通过亮度变化发现行星的方法(hd b是首个以此法发现的系外行星)。
G型主序星:与太阳类似的黄矮星,以氢聚变发光发热,表面温度约5000-6000c(hd 是此类恒星)。
大气逃逸:行星大气因恒星辐射、耀斑、恒星风等作用,气体分子被剥离进入太空的现象(hd b因高温和强恒星风,逃逸显着)。
掩星现象:行星从恒星后方经过时,恒星光穿过行星大气,通过分析光谱可研究大气成分。
系外行星环:围绕系外行星的环状结构,由冰粒、岩石碎片组成,可能由卫星残骸或大气凝结形成(hd b的“飞马座之环”为此类发现)。
JSt:詹姆斯·韦伯太空望远镜,以红外观测为主,可穿透行星大气,分析分子成分(如本文明水分子、钠等)。
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