天文學家對準參宿四按下上萬次快門，發現了不得了的事情

最近參宿四又上新聞了，但不是爆炸，也不是亮度異常，而是發現這顆已走進演化末期的大質量恒星似乎有一個不為人知的小伙伴！長期以來天文學家普遍認為參宿四孑然一身，獨來獨往，但一篇即將在《天體物理學報通信》（ApJL）發表的論文[1]中，由Steve B. Howell領導的研究團隊表示他們確實找到了參宿四可能有一顆伴星的直接證據。

發現參宿四伴星的研究論文︱參考文獻[1]

作為全天最亮的21顆恒星之一，參宿四自古以來就吸引著全世界人類的目光，它也是除太陽以外歷史上第一顆被測量出確切直徑的恒星。有如此高的關注度，為何參宿四這顆伴星一直不見蹤影呢？為何現在人類又能找到這顆隱藏多時的天體呢？

這就要提到本次發現中研究團隊運用的一種能夠榨干望遠鏡理論分辨能力的成像技術。

參宿四位于獵戶座︱International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA

分辨率可以說是觀測天文學家的一生之敵，當年伽利略因為自制望遠鏡分辨率不夠高不僅錯失了土星環的發現，還誤將土星環當成了土星的兩顆衛星。隨著望遠鏡制造技術的發展，望遠鏡的口徑不斷擴大，理論分辨率是夠用了，這時候輪到地球大氣跳出來刷存在感——大氣湍流會引起大氣抖動，改變星光的傳播路徑，導致星星「一閃一閃」。

閃爍不停的天狼星︱茲基派德

天文學上以「視寧度」（Astronomy Seeing）表示大氣抖動的幅度，可以用點光源因大氣抖動形成的光斑直徑衡量，單位為角秒（″）。一般認為1″是不錯的視寧度，優秀天文臺址的視寧度中位數大多在1″以下[2]。

青海冷湖天文臺前期勘測獲得的視寧度中位數在0.76″︱參考文獻[2]

1″是1′的1/60，1°的1/3600，看起來已經是一個很小的值了，但對于天文觀測來說還不夠小。現代天文望遠鏡的理論分辨極限已經遠小于視寧度的大小，用我們小學二年級就學過的望遠鏡理論分辨本領計算公式，在可見光波段（取λ=550nm）下，

以口徑8m（D=8000mm）的望遠鏡為例，其理論分辨率為0.0175″，但在視寧度1″的環境下，口徑8米的望遠鏡的真實分辨率跟口徑15厘米（D=150mm）左右的望遠鏡不會有太大區別（根據公式計算得后者的理論分辨率為0.93″）。

8米與15厘米望遠鏡的口徑比較

如果想要榨干大口徑望遠鏡的分辨本領，就要想辦法減少大氣抖動的影響。設想一個場景，你發現遠處有一個人的褲腿上寫著字，你想用相機拍下來仔細研究，但這個人一直在抖腿，有什么辦法可以把褲腿上的字拍清楚呢？兩個思路，一是讓相機也按同樣的節奏抖起來，與褲腿的字保持相對靜止后拍攝；二是提高相機快門速度，當快門時間足夠短，抖腿導致的位移足夠小，字也就變清晰了。前者對應到天文觀測的成像技術上就是自適應光學（Adaptive Optics），而后者就是這次做出參宿四伴星發現使用的斑點成像法（Speckle Imaging）[3]。

自適應光學通過技術手段消除大氣抖動的影響，從而讓圖像穩定︱Wikipedia@acopo Bertolotti

自適應光學旨在讓望遠鏡跟上星星「抖」的節奏，可以說是門技術活，相比之下斑點成像就頗有「大力出奇跡」的味道：只要曝光時間足夠短，就能將大氣的抖動「凍結」，星光也就穩定了。斑點成像技術過去已經在柯伊伯帶天體、多星系統、系外行星等研究領域得到驗證[4]，這次研究使用的北雙子望遠鏡（Gemini North）上搭載了可以進行斑點成像的`Alopeke成像儀，在斑點模式下`Alopeke可以用最快10毫秒的快門速度拍攝數千張圖像，500nm波段下的分辨率高達0.016″，幾乎等于望遠鏡的理論衍射極限。

`Alopeke裝置全貌，右下角裝置logo，`Alopeke是夏威夷語「狐貍」之意︱參考文獻[4]

在這臺「超級攝影利器」的加持下，天文學家先后于2020年初和2024年末對準參宿四所在天區，按下上萬次快門，原始數據經過電腦處理后得到參宿四附近空間的精確圖像，從而在觀測層面找到參宿四可能存在伴星的直接證據。該研究指出拍攝時參宿四的伴星距離主星0.052″，合52mas（毫角秒，1mas=0.001″），作為對比參宿四的直徑約為40mas。

本次發現使用的是位于夏威夷的北雙子望遠鏡，口徑8.1米︱International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/J. Chu

從本次論文的標題來看，研究團隊目前還是相當謹慎的：「Probable Detection」，這次發現的置信度確實也只有1.5個標準差。不過基于圖像聲稱伴星存在的結論并非草率做出，關于參宿四存在伴星的想法早在上世紀80年代就有討論，最近的研究不僅從歷史觀測數據中尋找伴星的蛛絲馬跡[5]，以此預測伴星的質量區間以及軌道半徑，最關鍵的是結合參宿四約6年的次要光變周期給出了四個特殊時間點[6]：2024年12月6日，2027年11月26日，2030年11月15日，2033年11月4日。

參宿四及伴星的恒星與軌道參數︱參考文獻[6]

如果伴星存在的話，它與參宿四的角距離會在這四個時間點達到最大，從而有機會通過直接成像捕捉到。這次研究的其中一次拍攝時間為2024年12月9日，比預測日期晚三天，就捕捉到了疑似伴星的信號，對比2020年用同一儀器拍攝時并沒有出現類似的信號，很難說僅僅是巧合。

`Alopeke相隔4年的兩次參宿四成像，箭頭處為疑似伴星信號︱參考文獻[1]

論文在討論了高自行前景恒星、背景恒星等其他可能性之余，也呼吁學界在下一個日期（2027年11月26日）前后使用有足夠分辨能力的儀器對參宿四進行觀測，進一步揭示問題背后的本質。

參考&拓展

[1]https://arxiv.org/abs/2507.15749

[2]鄧李才,楊帆,何飛,等.冷湖賽什騰山光學天文臺址勘選結果及暗夜保護[J].青海科技, 2022(003):029.

[3]https://nadc.china-vo.org/astrodict/termdetails?id=23459

[4]https://arxiv.org/abs/2503.10765

[5]https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ad93c8

[6]https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ad87f4

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