北极星的神秘面纱：地球的导航星竟有意想不到的斑点表面！

自古以来，北极星就一直是人类的好朋友，它高挂在地球的北极上空，指引着无数航海者安全归航。但你知道吗？北极星，也就是我们说的Polaris，它本身也是一颗非常有趣的星星，不仅仅因为它独特的位置哦。

Polaris实际上是一个三合星系统。其中最亮的主星，我们称之为Polaris Aa，是一颗黄色的超巨星，距离我们大约448光年。它还有一个小伙伴，名叫Polaris Ab，是一颗较小的伴星。在系统的外围，还有一颗星星叫Polaris B，它可能也有一个非常暗淡的伴星。但当我们说Polaris时，通常是指最亮的主星Polaris Aa。

你可能不知道，Polaris并不是一直都是北极星，将来也不会永远是。在公元前4000年到公元前2000年，是Thuban这颗星星担任北极星的角色，直到地球的轴向进动将这个位置让给了Polaris。有趣的是，北极星的位置会在一个大约26,000年的周期里变化，所以到了公元20346年，Thuban将会再次成为北极星。

但不管Polaris是不是北极星，它都是一个值得我们深入研究的天体。因为它的属性，可以帮助我们更好地理解宇宙的膨胀。

Polaris是一颗变星，它的亮度会随着时间而变化。它是一种特殊的变星，叫做造父变星。这类变星会有规律地膨胀和收缩，亮度变化呈现出可预测的模式。因为它们的脉动周期和亮度之间存在直接的关系，所以造父变星在测量宇宙距离时非常有用。它们就像是宇宙中的“标准烛光”，构成了宇宙距离阶梯的重要一环。

天文学家利用这些标准烛光来测量哈勃常数，也就是宇宙膨胀的速度。但有趣的是，当我们用不同的方法来测量哈勃常数时，比如用局部的造父变星，和用宇宙微波背景这样的大尺度现象，得到的结果却不一样。

Polaris作为离我们很近的标准烛光，吸引了一群天文学家的注意。他们使用望远镜阵列，对Polaris进行了长达30年的观测。通过更精确地观测Polaris和它的小伴星Polaris Ab，科学家们希望能够更准确地确定Polaris的质量和其他特性。这不仅有助于我们理解哈勃常数的矛盾，还在观测过程中发现了一些关于这颗恒星的新惊喜。

他们的研究成果发表在一篇名为《Polaris的轨道和动力学质量：用CHARA阵列进行的观测》的论文中。论文发表在《天体物理学杂志》上，主要作者是Nancy Evans，她是哈佛史密松天体物理中心的一位天体物理学家。

为了更好地了解Polaris，我们需要仔细观察它的暗淡伴星。但这是一个巨大的挑战，因为两颗星星非常接近，亮度差异又很大，很难在它们最接近时分辨出双星系统。

CHARA（高角分辨率天文中心）阵列就是为了解决这样的问题而建造的。它是一个由六个单独望远镜组成的干涉仪，每个望远镜都有一个一米直径的主镜。通过将每个望远镜的图像结合起来，CHARA能够达到一个直径330米的望远镜的分辨率。CHARA还有一个特殊的相机，叫做MIRC-X，专门为它设计。

利用这些工具，天文学家们对Polaris和它的暗淡伴星进行了长达30年的追踪。他们测量了这颗造父变星脉动时的大小变化，发现它的质量是太阳的五倍，直径是太阳的46倍。但这个质量测量受到了Polaris大轨道偏心率的影响，所以对它的质量还有些许不确定性。

测量的质量和亮度还显示出Polaris比它在演化轨迹上应有的亮度更亮。“Polaris至少比预测轨迹亮0.4星等，”作者在他们的论文中写道。这与所谓的“造父变星质量问题”有关，即从恒星演化轨迹和脉动计算中推断出的质量存在差异。

当造父变星处于双星关系中时，我们可以确定它的质量。这类变星很少，像Polaris这样的双星系统更是罕见，所以它是限制和理解造父变星质量的重要目标。这些测量都很重要，因为它们与宇宙距离阶梯、标准烛光和哈勃常数密切相关。

“这些测量的输入准确性取决于许多恒星特征：亮度、轨道周期、倾角以及组成部分的分离、距离和质量比。这意味着每个造父变星系统都是独特的，必须独立分析，”作者解释。

观测还发现了Polaris表面的可变斑点。“CHARA图像揭示了Polaris表面的大亮斑和暗斑，这些斑点随时间变化，”CHARA阵列的主任Gail Schaefer说。

这些斑点的发现与Polaris的其他特性一致。与其他造父变星不同，Polaris有一个非常低的脉动幅度，这可能意味着它的大气更像一个非变超巨星。这类大气通常看起来很活跃，就像Polaris上的斑点一样。“目前尚不清楚全幅度脉动如何影响脉动器的大气和磁场，所以Polaris是一个有趣的测试案例，”研究人员解释。

Polaris表面的斑点是可变的，这可能解释了为什么天文学家在这颗星星上难以识别其他“额外周期性”。它们还可以解释观测到的约120天的径向速度变化作为旋转周期。

Polaris表面的斑点增加了这颗星星的复杂性，它们迫切需要被理解。“我们计划在未来继续成像Polaris，”该研究的合著者、密歇根大学的天文学教授John Monnier说。“我们希望更好地理解在Polaris表面产生斑点的机制。”

所以，亲爱的小朋友们，下次当你抬头仰望星空，看到那颗明亮的北极星时，不妨想一想，它其实是一个复杂而神秘的宇宙实验室，等待着我们去探索和发现它的秘密呢！

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