如何测量参宿四到地球的距离

前言：智利的ALMA望远镜以亚毫米波长捕获了红巨星参宿四的图像。图像展示了我们几乎从未见过的景象：在红巨星的左侧，一股热气体从红巨星的大气层喷涌而出。通过ALMA望远镜，我们看到了极不稳定的红巨星。

注定要爆炸的参宿四距离我们有多远？

参宿四是猎户座中一颗明亮的红色恒星，它正处于其恒星生命的末期，总有一天它会像超新星一样爆炸。在 2019 年底和 2020 年初，参宿四突然出乎意料地变暗了。有人开玩笑说它很快就会爆炸！但是它并没有，不过万一呢？当参宿四变成超新星时，会影响地球上的生命吗？参宿四距离我们到底有多远呢？

好消息是，如果参宿四真的爆炸了，它因为距离我们足够的近以至于可以为我们呈现一场壮观的灯光秀，与此同时它又距离我们足够的远而不会对我们的地球造成任何伤害。首先先来回答距离的问题。参宿四距离我们大约724光年。事实上要得到这个答案，即使对于参宿四这样的距离我们较近的恒星来说，也是非常困难的。

新的测量技术

直到最近30年，天文学家才获得了与参宿四和其他附近恒星的距离的更精确的测量结果。新技术解释了这一进步。这项技术始于1989年，当时航天局（ESA）发射了一个名为依巴谷的太空望远镜（以著名的希腊天文学家喜帕恰斯命名）。经过几年的观测，依巴谷太空望远镜提供了超过10万颗相对较近的恒星的视差和距离数据。

这些测量结果成为你今天看到的大多数估计恒星距离的基础。

依巴谷的原始数据给出了参宿四的视差为 7.63 毫角秒;这大约是满月宽度的百万分之一。基于视差的计算得出了大约430光年的距离。

当从2个位置观察时，附近恒星相对于遥远背景恒星的位置略有变化，对于相隔6个月的地球观测，这两个位置之间的距离是地球轨道的直径。α是视差角。

测量误差

因为参宿四是一颗变星，这意味着它的亮度会随着时间的推移而波动。我们很高兴看到参宿四此次变暗，因为这是有史以来观测到的最大亮度的下降，但是同样的这会增加测量参宿四距离的难度。

随后的研究发现，在依巴谷测试变星数据的方法中存在一些错误，这导致依巴谷的测试距离变小。纠正这些错误后，天文学家给出了5.07毫角秒的视差，这改变了参宿四的估计距离，从开始测量的430光年改变为大约643光年（存在±46光年的误差）。

2017年，天文学家发表了新的计算结果，将参宿四的视差进一步确认为4.51毫角秒。这项新的对依巴谷数据的分析还包括来自几个地面射电望远镜的观测结果。这使得参宿四的测试距离约为724光年，或者更准确地说，考虑到一些数据的不确定性，应该是在613到881光年之间。

为什么盖亚无法测量参宿四的距离

你可能知道，航天局的盖亚天体测量任务的目标是绘制银河系的三维地图。随着盖亚在2022年6月发布的第3波数据，欧空局表示现在银河系中估计有近20亿颗恒星。

然而，参宿四不在这些恒星之中，天文学家不能用盖亚为参宿四找到更精确的距离，主要因为参宿四对于航天器的传感器来说太亮了。

猎人猎户座的地图，显示了参宿四的位置

更多关于视差的信息

您是否曾经从两个不同的位置观察附近的物体，并注意到它相对于远处地标的位置如何变化？这就是所谓的视差效应。天文学家以附近的恒星为中心点，通过获取地球间隔六个月的位置所观察到的遥远背景恒星在天空中的位置来测定。在那段时间里，地球已经到达其轨道的另一侧。因此，两个位置相距约1.86亿英里（3亿公里），或者可以说是地球轨道的直径。利用被观测的恒星在两个位置上背景恒星的差异，天文学家能够得出视差角并计算其到地球的距离。

古希腊天文学家就已经知道视差的概念了，但他们缺乏在天空中进行非常精细的角度测量的技术。结果，所有恒星视差的测量都失败了，直到1838年德国天文学家弗里德里希·贝塞尔取得了成功。他使用了一台望远镜，尽管他的两个观测位置均位于地球轨道的两侧，但他还是很难辨认出微小的角位移，但这足以让他确定了天鹅座恒星61的距离为11光年。

使用视差的限制

从贝塞尔时代到1989年依巴谷发射，天文学家只编制了几千个视差。由于众多的影响因素，这一进程推进的很困难。所涉及的极小角度，仪器的缺陷以及地球自身大气层的浑浊都会阻碍测量。大气层扭曲了来自地球的观测，即使是从沙漠和山顶等非常清晰和黑暗的地方。

依巴谷从1989年开始从太空获得观测，突破了地球大气层的限制，以当时前所未有的精度获得恒星的位置数据。天文学家正通过仪器和数据分析方法的创新，综合利用地面和空间天文台来继续完善这些测量。

结论：测量到参宿四的距离特别困难，因为它是一颗变星。基于依巴谷太空望远镜和地面射电望远镜数据的复杂计算表明，它距离我们大约724光年。