秋分时节的天空景象（下）

秋分时节

秋季星空有一个很显著的景象，就是头顶上由4颗星构成的一个秋季大四边形（或称飞马大四边形），这些都只是二、三等的星。其中，除了西北角的那颗属于仙女座，其余3颗属于飞马座。这两个星座连同旁边的仙王座、仙后座、英仙座和鲸鱼座，被称为王族星座。关于这些星座在希腊神话里，有一个著名的故事。

古代的埃塞俄比亚有个国王塞佛斯，王后卡西奥佩亚，他们有个美丽的女儿叫安德洛美达。王后的虚荣心极强，总是炫耀自己的女儿是世界上最美丽的姑娘，竟然夸口说海神波塞冬的女儿也比不上她。海神知道了非常生气，他要严厉地惩罚这个骄傲的王后，于是派出巨大的鲸鱼怪，到埃塞俄比亚王国的海边去兴风作浪。当这个怪物出现时，海上便掀起巨涛狂澜，百姓遭受到巨大的灾难。海神向埃塞俄比亚宣告，要想平息这场灾难只有把公主安德洛美达奉献给海怪吃掉。

国王和王后束手无策，为了拯救国家和人民，他们只好用铁链把公主锁在海边的岩石上。鲸鱼怪乘着排山倒海般的巨浪从远方向这块岩石游来，刹那间天空阴云密布，阴风嗖嗖，公主紧闭双眼，陷入失望无助的境地……

正在这危急之际，大神宙斯的儿子、英雄帕修斯骑着飞马比加苏斯正从这里经过。他的手上抓着被他刚刚割下的墨杜萨的脑袋。墨杜萨是一头可怕的妖怪，要是有人直接看它一眼，就会立即变成石头，它的头发是无数条毒蛇。帕修斯趁墨杜萨熟睡时，用青铜盾牌照着它，从映照出的像里看准了一把抓住它的头发，随即一刀砍下了它的脑袋。

正当海怪张着血盆大口，要向公主一口吞去的时候，帕修斯从空中嗖地降落下来，举剑向海怪刺去。海怪急忙转身来斗帕修斯，帕修斯把墨杜萨的脑袋突然举到了海怪眼前。刹那间，巨大的海怪就变成了石头。

国王一家人和全国人民都兴高采烈，衷心感谢帕修斯，美女安德洛美达嫁给了救美的英雄。古今中外，英雄救美，终成眷属，看来是文学的一个永恒主题。

19世纪英国出版的一册星座图集中的仙女座和三角形座（来源：维基百科）

这是一个动人的故事，牵涉到天上6个星座：仙王座（塞佛斯）、仙后座（卡西奥佩亚）、仙女座（安德洛美达）、英仙座（帕修斯）、飞马座（比加苏斯）和鲸鱼座（可怕的海怪）。这6个星座统称为王族星座。

飞马座

秋季大四边形

飞马座 鲸鱼座 仙王座 仙后座 英仙座 仙女座

秋季大四边形和王族星座（图左五边形为御夫座）

在这些星座中有许多值得一聊的天体。我们曾经在前面的“二月二 龙抬头”篇里介绍了几类双星，这里我们将介绍几类变星。变星是在较长时间（几年几天或几小时）内，亮度有明显变化的恒星。亮度指包含光学波段及其外的电磁波辐射的强度。按广义的定义，凡恒星的物理参数（如光谱和磁场）有变化的也是变星。引起亮度变化的原因可以是几何原因，如双星的相互掩食，也可以是物理原因，如星体的周期性膨胀和收缩（称为脉动）甚至爆炸，凡是通过探测设备能够感知其亮度变化的恒星都称为变星。恒星在演化过程中，其结构和亮度通常随时间缓慢变化，但在某些特定阶段变化却相当显着。变星亮度既有不规则的变化，也有周期性或半周期性变化，变化幅度也相差很大。

在鲸鱼座里有两颗不同类型变星的典型星，堪称“双典型”星座。鲸鱼ο（希腊字母“奥米克隆”，中名蒭藁增二），1596年由德国天文学家法布里休斯发现，这是最早发现的变星。它的光变范围2.0 ^m ~ 10.1^m, 光变周期在320 ~ 370日之间，平均约335日，属长周期变星，它是这类变星的典型星；这类变星统称为鲸鱼o型（变）星或蒭藁型变星。鲸鱼o型星在脉动变星中约占1/3，数量最多。一般特征是：周期范围为80 ~ 1000天，光变幅度较大，均为红巨星和红超巨星，光谱型大都属M型，少数属S、N和R型。大部分这类星的周期和变幅有不规则起伏，变化率可达15%。光度变化是由于它的半径和表面温度都在变化；恒星的光度与半径平方和表面温度四次方成正比。

鲸鱼o距离太阳299光年；光谱型M5e ~ M9e，e表示谱线里含有发射线，显示有气流抛射出来。它是一颗红巨星；它的质量1.18M_☉，半径在332R_☉与402R_☉之间变化，温度在3192K与2918K之间变化，光度在9360 L_☉与8400L_☉之间变化。（M、R、L分别表示质量、半径和光度，☉表示太阳）。实际上，它与一颗白矮星组成了一对双星，它正在不断地向伴星抛射物质。

鲸鱼ο的光变曲线（来源：《天文学教程（下册）》，朱慈墭编著，高等教育出版社，2000年）

NASA的GALEX卫星拍摄的鲸鱼o抛射的气流及其前端的弓形激波（来源：维基百科）

鲸鱼UV星是称为耀星的一颗变星，1948年由荷兰裔美籍天文学家鲁伊滕发现。在很短时间内，星的亮度突然增加，增加率大于0.3^m/分钟的星称为耀星，也称鲸鱼UV型星。它们都属于红矮星；光谱大多数属M型，少于10%的为K型。有时在几分钟甚至几秒钟之内突然增加十分之几至几个星等，个别可达10个星等，而下降稍缓慢，经过几分钟至几十分钟后回复到正常状态。耀亮发生在从射电到X射线波。耀星在宁静时有效温度约为3000K，光谱中有发射线；耀亮时，吸收线几乎全部消失，温度超过10000K。估算出耀亮发生在占星面1%的区域里，人们认为这类似于太阳的耀斑爆发，产生于贮藏在恒星大气里的磁能。耀亮是年轻恒星特有的现象。最初发现耀星是在1924年，它们是天鹅V1936和显微镜AT。

由上可知，鲸鱼UV星并不是同类型星中的第一颗，不过它的“表现突出”，被作为耀星的典型星。它在耀亮时亮度的增加几乎达到极限，例如1952年仅仅在20秒里亮度增加到75倍。它是一颗红矮星，光谱型为M6.0e；质量约0.1M_☉，半径0.14 R_☉，表面温度2650K，光度仅0.00004L_☉。它与鲸鱼BL星组成了一对双星，它们到太阳的距离仅8.72光年。

鲸鱼UV型星耀发时在光学、射电和X射线波段的光变曲线

（来源：《天文学教程（下册）》，朱慈墭编著，高等教育出版社，2000年）

在英仙座里有一颗很著名的星，在西方自古以来称为魔星，也就是上述神话故事里的那个墨杜萨，这就是英仙β（中名大陵五）。据传，古人察觉它的亮度在变化，感到诡异，给他起了这个名字。1667年，意大利天文学家蒙塔纳里证认了英仙座β是变星。1783年英国青年业余天文学家古德里克说明了它的光变原因：这是一对双星，由于互相掩食引起光变。

这类双星称为食双星，又称食变星。它们的典型星是英仙β，称为英仙β型星或大陵型变星。如果我们的视线几乎与双星的轨道面平行，且主星亮，伴星暗，则能观测到两颗子星互相掩食的现象，双星的亮度呈周期性变化。光变曲线出现两个极小；主星被伴星掩食出现主极小, 伴星被主星掩食出现次极小。大部分时间，两星互不遮掩，我们能看到来自两颗恒星的光线，这时看到的恒星最亮。食双星的光变周期就反映了它们的轨道周期。这类变星的周期分布广，从0.2天至1万天以上；光变辐度达几个星等。交食开始和终止时刻可精确确定。主极小和次极小的深度不等。也有的不出现次级小。

英仙β距太阳98.2光年，光变最亮2.1^m，最暗3.4^m，周期2.86731天。主星光谱型B8，质量3.17M_⊙，半径2.73 R_⊙，光度182L_⊙；伴星光谱型G0，质量0.70 M_⊙，半径3.48R_⊙，光度6.92L_⊙，两星相距0.2天文单位，伴星比主星暗得多。

当暗次星掩食亮主星时形成主极小（A），当亮主星掩食暗次星时形成次极小（C）

大陵五的光变曲线及对应的掩食情况（来源：同上）

中世纪阿拉伯天文书籍中的英仙座

（来源：《图解天文学史》，黑泽·库珀等著，萧耐园译，湖南科技出版社，2006年）

1784年古德里克发现了仙王δ（中文名造父一）的光变。后来成为又一类变星的典型星，它们称为仙王δ型星或造父变星。造父变星的光变周期大都在1 ~ 50天之间，光变幅度一般为1星等左右。周期非常稳定。它们是黄色的巨星或超巨星，质量为太阳的4～20倍左右，光度很大，直至太阳的10万倍，光谱型在F6～K2间变化。伴随着光度的变化，同时表面温度、半径和视向速度都有变化。半径的变幅不大，约为5%~ 10%，因而亮度变化主要由表面温度的改变所引起。

1908年，美国哈佛大学天文台的女天文学家李维特发现造父变星的光度与它的光变周期有关；这种关系称为造父变星的周期-光度关系，简称周光关系。1914年美国天文学家沙普利首次正确地指出，造父变星光变的原因是由于它的径向脉动，即恒星外层向里和向外运动。1915年，沙普利利用11个造父变星的自行和视向速度资料，以间接的方法求出了这些造变星的距离，进而首次为周光关系给出定量的表达式。1918～1919年，英国天文学家爱丁顿建立了造父变星的脉动理论。一颗恒星从主序星演化到晚期脱离了主序，出现结构不稳定现象，导致星体有节奏脉动，这种脉动是径向的。质量越大的恒星，光度越大，但脉动却越慢，因而造父变星的光变周期与它的光度有确定的关系，这就是周光关系。天文学家在测定了一颗造父变星的光变周期和视星等以后，就能利用周光关系算出它的距离。他们测量一些星团和河外星系里的造父变星，就测定了这些星团和星系的距离。1923～24年，美国天文学家哈勃测量仙女座大星云（M 31）和三角座星云（M33）里的造父变星，进而确定它们是银河系之外的星系，取得了世界天文学史上一个划时代的成果。因而造父变星有了量天尺的美誉。

哈勃在美国威尔逊山天文台工作（来源：网络）

实际上造父一是一个四合星，距离887光年。主星仙王δA的光变范围3.48^m ~4. 37^m, 光谱型同步改变，由F5 变为 G3，周期5.366249日；质量4.5 M_⊙，半径44.5R_☉，光度约2000L_☉，表面温度5500～6800K。它的光变曲线如下图所示。对造父一的测量显示它既是一个天体测量双星，又是分光双星。仙王δA有一颗伴星仙王δB，以6年为周期环绕其旋转，近星距仅2天文单位，质量仅主星的1/10。在距离造父一40角秒处有一颗7.5^m的恒星，它本身又是一颗分光双星，称为仙王δC。

造父一的光变曲线（来源：维基百科）

真是无独有偶，仙王座也是一个“双典型”星座，仙王β又是一类变星的典型星。这类变星称为仙王β型变星（也称大犬β型变星），其亮度因恒星表面的脉动而呈现快速的小变化，典型的情况是在2.4～7.2小时里改变0.01～0.3星等。它们通常是光谱型B的热蓝白主序星，质量在7～20 M_⊙。人们认为这是鉄元素在恒星内部20万K的高温下不透明度增加，以致能量在那一层积聚，压力增加而膨胀，一当压力释放则收缩；如此循环往复。1902年，美国天文学家弗罗斯特发现了仙王β视向速度的变化，认为这是一颗分光双星。1913年德国天文学家古特尼克首次测定了它的光变。直到50年代才确定这是脉动变星。仙王β和仙王δ都属于短周期变星。

仙王β的亮度在3.16^m～3.27之间以4小时34分为周期变化，当星体收缩到极小时达最亮。这是一个三合星，由一对分光双星和一颗光学伴星组成，距离690光年。主星仙王βAa是一颗蓝色超巨星，光谱型B1，质量7.4 M_☉，半径5.6 R_☉ ，光度15100L_☉，表面温度27000K，是年龄只有870万年的年轻恒星。光学伴星仙王βAb是一颗质量达5M_☉的B6型恒星，与主星相距25角秒，以81年为周期相互绕行。另一伴星仙王B，是一颗A2型恒星，与主星相距13.6角秒。

仙王β的光变曲线（来源：维基百科）

王族星座里真是变星荟萃，典型汇聚啊。如果我们放眼上列“秋季星座”图的整个星空，可见又一个“双典型”星座天琴座，这是织女星所在的星座，其中的天琴β（中名渐台二）和天琴RR分别是又一种食变星渐台型变星和短周期造父变星天琴RR型变星的典型星（限于篇幅恕不详细介绍）。在天鹅座里，天津四本身就是不规则变星天鹅α型变星的典型星。因此，秋季星空真可以说是变星咸集，典型毕至了。