揭秘天仓五（τ Cet）

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天仓五，又称为鲸鱼座 τ （Tau Cet / τ Cet） ，是在鲸鱼座内一颗在质量和恒星分类上都和太阳相似的恒星，与太阳系的距离约为12光年，相对来说是一颗比较近近的恒星。天仓五是颗金属含量稀少的恒星，人们推测它拥有类地行星（岩石行星）的可能性较低。根据观测结果，它周围的尘埃量大约是太阳系周围的 10 倍。这颗恒星看似稳定，只有少量的恒星变异。

通过天体位置和径向速度的测量并未发现天仓五有伴星，但是这只排除大如次恒星，如同褐矮星的伴星。 2012 年 12 月，天仓五被侦测到了周围可能有 5 颗行星存在的证据，其中一颗行星可能位于天仓五的适居带。因为有岩屑盘，任何环绕着天仓五的行星都将比地球面对更多的撞击事件。尽管这些事情导致行星不适宜居住，但普遍来说它拥有类似太阳的特性仍然在群星中引起大众对它的兴趣。它是搜寻地外文明计划（SETI）搜寻的目标名单上的常客，因为它的稳定性和与太阳类似，而且它出现在一些科幻小说的作品中。

天仓五不像其他著名的恒星，有广为人知的固有名称，它只是肉眼可以直接看见视星等为3等的暗星。从天仓五看太阳，也只是在鲸鱼座内的一颗3等星。

图片：天仓五的位置

自行是恒星横越天球的总运动量，是通过比较更遥远的背景天体位置确定出来的。虽然天仓五每年的移动量只有2弧秒以下，但它被认为是一颗有着高自行的恒星。然而需要数千年的时间，它的位置的移动才会超一度。高自行是距离靠近太阳的一个证据。邻近的恒星比遥远的背景恒星可以更快速的在天球上横越而过，也是研究视差的良好候选者。在天仓五的案例中，经由视差测量得到的距离是 11.9 光年，使他成为邻近太阳的近距离恒星表中的一员，是继南门二（α Cen）A之后最靠近的G型恒星。

径向速度是一颗恒星接近或远离太阳的运动，与自行不同的是恒星的径向速度不能直接观察到，而必须透过观察恒星的光谱来测量。由于多普勒位移，如果恒星远离观测者而去，光谱中的吸收谱线会向红色方向偏移（或是往更长波长的方向），反之接近的会向蓝色方向偏移（或是往更短波长的方向）。在天仓五的例子中，径向速度大约是 −17 km/s ，负值表示他是朝向太阳运动。

天仓五的距离，与它的自行和径向速度结合在一起，可以计算这颗恒星通过空间的运动，相对于太阳的空间速度大约是 37 km/s 。这个结果可以用来计算天仓五穿越银河的轨道路径，它的平均银心距离是 9.7 kpc（32,000光年），轨道离心率则是 0.22。

天仓五这个系统应该只有一颗伴星，有一颗可能受到重力束缚的黯淡伴星被观测到，但是它与主星的距离远达10弧秒。没有天体位置测量或迳向速度的摄动被曾经被侦测到，因此认为没有足够大的伴星，像是“热木星”的天体在邻近的轨道上运行，任何可能存在绕着天仓五运行的气体巨星，距离都会比木星要远。

有关于天仓五的已知物理特性都来自分光镜的测量。通过光谱和恒星演化模型的比较，能够估计天仓五的年龄、质量、半径和发光度。不过，通过天文干涉仪，相当准确的行星半径测量可以直接做到。天文干涉仪展开一条长基线所丈量的角度远较传统天文望远镜所能解析的要小。通过这种手段，天仓五的半径被假设为太阳半径的 81.6±1.3 %，因此预期它的质量会比太阳略低一些；更早的干涉仪测量建议半径为太阳的 77.3±0.4 %，但是精确度较低。

天仓五的自转周期是依据传统的H和K吸收线，对应着被电离的钙或是钙II线的变化测定的，这组谱线的变化，与其表面的磁性活动紧密的结合在一起，所以对行星来说，要完成恒星全自转的量度，需要对几个活动域测量其周期变化的时间。由这种方法估计的天仓五自转周期约为 34 天。由于多普勒效应，恒星自转的速率会导致吸收谱线的变宽（来自远离观测者那一侧的光线波长将增长，朝向观测者接近这一侧的光波长将缩短），所以分析谱线的宽度可以估计出恒星自转的速度。这显示出天仓五的自转速度为： Veq · sin i ≈ 1 km/s 。此处Veq是其在赤道上的速度，i是自转轴相对于观测者的倾角。对一颗典型的G8型恒星，自转速度大约是 2.5 km/s 。测量到的自转速度非常低，显示天仓五的自转轴几乎是朝向位于地球上的观测者。

天仓五的光度大约只有太阳光度（Solar Luminosity）的 55 %， 一颗类地行星需要在 0.7 AU 的轨道上绕行，才能得到如同地球所获得的太阳照度，这要比金星还要更接近太阳一些。

天仓五的色球层目前呈现很弱或没有磁场的活动，显示这是颗稳定的恒星。一项为期9年的温度研究，米粒组织和色球层没有明显的系统性变化，环绕着钙II的H和K线红外谱带显示可能有，但相对于太阳是微弱的 11 年循环。对此另一种说法是：天仓五正处于类似蒙德极小期的低活动阶段——历史上的一个短周期，与欧洲的小冰期结合，当时太阳表面的黑子变得非常罕见。天仓五的谱线轮廓非常狭窄，显示被观察到的自转和扰动都非常低。

恒星的化学成分能够提供重要的演化历史，包括他的形成和年龄。组成星际物质的主要成分是尘埃和气体，而从中形成的恒星主要成分是氢和氦，以及微量的重元素。当邻近的恒星持续的演化和死亡，因此年轻恒星的重元素含量会倾向比老年的恒星为多。这些重元素都被天文学家视为金属，并且将其含量称为金属量。恒星中的金属量主要是依据铁（Fe）元素含量的比率，很容易从氢当中分辨出来的重元素，并以对数与太阳的铁丰度作比较。在天仓五的案例里，大气中的金属量大约是：log [ Fe / H ] = – 0.5 ，或大约是太阳丰度的三分之一，以前的测量值在 -0.13 ~ -0.60 之间变动着。

低的铁丰度显示天仓五是比太阳更早诞生的恒星：估计他的年龄在 100 亿岁，相较于太阳的 45.7 亿岁，100 亿岁的年龄代表着经历可见宇宙的大部份时期。但是计算机模拟的年龄，依据选用的模型不同，在 44 亿至 120 亿年之间。

除了自转之外，恒星谱线致宽的因素还有来自于恒星压力的扩大出现在附近的微粒会影响到单一微粒发散的辐射，所以谱线的宽度与恒星表面的压力有关，而这又受到温度和表面重力的影响。利用这样的技术测量天仓五的表面重力，得到的是 log g，或恒星表面重力的对数值，大约是  4.4，非常接近太阳的 log g = 4.44。

在 2004 年，一组英国由珍 · 格里维斯（Jane Greaves）领导的天文学家测量围绕在周围低温的尘埃和小天体之间发生的碰撞，发现天仓五有总数十倍于太阳系彗星和小行星的材料。这是通过量度小天体间碰撞产生、环绕天仓五的冰冷尘埃基盘而决定。这样的结果可能在复杂的生命系统上投入了抑制器，因为所有行星遭受大撞击事件的频率十倍于地球。格里维斯在她研究时注意到：“任何一颗行星都可能持续经历消灭恐龙的小行星撞击事件”，像木星这种尺度的气体行星足以使彗星和小行星偏向。

岩屑盘的发现是透过测量系统在远红外线光谱部分的辐射总量侦测出来的。它以行星为中心形成对称的形状，并且外径平均 55 AU 。在靠近天仓五附近，缺乏红外线而比较温暖的盘面部份在半径 10 天文单位处；相较之下，太阳系的柯伊伯带出现在 30 – 50 AU 处。要长时间的维护，环中的尘土必须有更大的天体经由经常的碰撞来补充。出现在距离天仓五 35 AU的巨大盘面已经位在适居带的外面，在这个距离上，尘埃带也许类似于在太阳系的海王星轨道外的柯伊伯带。

天仓五显示恒星即使到了老年也不需要丢掉巨大的尘埃盘，而且像太阳这样的恒星有盘面是很平常的。天仓五的环带密度只有邻近的天苑四（ε Eri）的二十分之一。相对在太阳系附近的缺乏岩屑也许是异常的情况：一位研究小组的成员认为，太阳在历史的早期可能紧邻的经过另一颗恒星，导致大量的彗星和小行星被剥离而失去。恒星与大岩屑盘修改了天文学家对行星形成的考虑，尘埃是由连续的碰撞造成的，并且很自然的形成行星。

由于天仓五与太阳相似，而它亦可能拥有行星和孕育生命，于是便成了吸引人们研究这颗恒星的主要原因。霍尔（Hall）和洛克伍德（Lockwood）的报告中指出“所谓的‘类似太阳的星球（solarlike star）’‘太阳相似体（solar analog）’和‘太阳双生子（solar twin）’是逐渐限制的叙述。”天仓五适合做为第二颗太阳，因为它的质量近似而且稳定，只是相对缺乏金属，这种相似性引领了通俗文化参考数十年，并列入科学测验。

天仓五是少数几颗以径向速度搜寻行星的目标，但失败而未能发现可归诸于行星的任何周期性变化。目前能达到的精确度是时间间隔在五年，速度在 11 m/s 的变化。这样的结果排除了热木行星存在的可能，并排除了周期短于 15 年，质量下限等于或大于木星的行星存在的可能性。换言之，以哈勃空间望远镜的广域和行星照相机在 1999 年对邻近恒星完成的观察，包括对天仓五的暗弱伴星的搜寻，以该望远镜分辨能力的极限依然是什么都没发现。

这样的搜寻只排除了较大的褐矮星和比大行星略小的行星，像地球这样轨道的行星并未被排除。存在于内侧轨道上的“热木星”会对适居带造成破坏，将其排除对类地行星的存在有正面的意义。一般性的研究显示系外行星的出现和高金属量的母恒星之间有正相关性，使像天仓五这种低金属量恒星拥有行星的机率减少了。一个厚实的岩屑盘存在的证据，即使认为会增高被轰击的机率，依然使一颗或多颗岩石行星环绕恒星的可能性增高了。如果行星被发现，随后的研究是使用解析力够高的望远镜寻找水、大气和温度适合的适居性。就像氧气是地球上有生命的正面显示，原始生命也不太可能在大气显示是无机状态下存在的。

迄今最乐观的搜寻项目是由天文学家法兰克·德雷克执行的奥兹玛计划（Project Ozma），是后来产生搜寻地外文明计划（SETI）的“寻找外星高智生命”计划，该计划向经过筛选的恒星目标发送出人为的无线电讯号，他选择了天仓五和天苑四做为最初的目标，两者都是邻近太阳系，且物理性质相似的恒星。在持续 200 小时的观测，均未发现人为的讯号 。随后对这个恒星系的无线电搜寻结果也是负面的。

这些负面的结果并未挫败对天仓五系统生物搜寻的兴趣。在 2002 年，天文学家玛格丽特·杜布尔（Margaret Turnbull）和吉尔·塔特（Jill Tarter）在凤凰计划项目的赞助下，发展出另一个SETI的努力成果：适居恒星表（HabCat）。表中列出了 17,000 个理论上适合居住的恒星系统，大约有 10 % 是原先的样本。第二年，杜布尔从在邻近太阳 100 光年内的 5,000 颗恒星中精选出 30 颗最有希望的，天仓五就包含在其中，作为亚伦望远镜阵列以无线电搜寻的基础依据。她也选择天仓五最为类地行星发现者望远镜系统最精简搜寻名单中五个的名册之一，并评论说：“如果上帝将我们投入至另一个星球，那会是我想居住的地方。”

北京时间 2012 年 12 月 21 日消息，据国外媒体报道，天文学家们近日观察到在鲸鱼座τ星周围似乎存在多达 5 颗系外行星。这颗恒星非常特别，它是距离太阳系距离最近的单颗恒星，并且其温度和光度条件都和太阳相接近。如果这些行星确实存在，那么其中有一颗行星的位置几乎恰好位于合适的距离上，从而使其地表得以保持适宜的温度，允许液态海洋的存在，甚至有可能存在生命。不过先不要急着兴奋，科学家们表示这项发现目前还需要进一步的证实。

鲸鱼座τ星距离地球仅有 12 光年，比距离太阳系最近的恒星半人马座α仅远了大约 3 倍。这颗恒星和太阳之间在诸多方面都极其相似，以至于在上世纪 60 年代美国著名天文学家弗兰克·德雷克开展首次对地外文明可能存在的无线电信号监听行动时便挑选了鲸鱼座τ星作为其首颗监听目标。和宇宙中大部分恒星所呈现的那种暗淡，相对低温和小质量的情形相比，鲸鱼座τ星和太阳一样，是一颗明亮的G型主序星。除此之外，和半人马座α不同，后者拥有一颗G光谱型合星甚至还拥有行星。相比之下，鲸鱼座τ星是一个单颗的恒星，其周围没有伴星，因此也没有其它恒星的引力摄动作用会导致其周遭可能存在的行星被弹射出去。

英国赫特福德大学天文学家米克·托米(Mikko Tuomi)和他的同事们分析了鲸鱼座τ星 6000 多条观测数据，这些数据来自智利，澳大利亚和夏威夷境内的望远镜。根据研究组即将递交给《天文学和天体物理学》杂志的论文，科学家们认为鲸鱼座τ星所显示出的空间晃动可能是由于其周围存在5颗行星，这些行星的引力扰动导致了这颗恒星的运动发生轻微变化。根据估算，这些行星的质量大多介于地球质量的 2 ~ 7 倍之间。

如果这种推测正确，那么这 5 颗行星的位置应该都十分靠近恒星，其距离都小于火星到太阳的距离；然而，由于鲸鱼座τ星的光度仅有太阳的大约 45 % ，因此在相同的距离上，围绕鲸鱼座τ星运行的行星要比围绕太阳的行星接受到的光热就要少得多。围绕鲸鱼座τ星运行的最内侧三颗行星的公转周期分别仅有 14 天， 35 天以及 94 天。这三颗行星中位置最外侧的一颗 (d) ，它的轨道距离也几乎和水星到太阳那么近。

自内向外的第四颗行星编号是e，正是这颗行星引起了天文学家们的广泛关注，它被认为运行于宜居带范围内，其温度环境可能使其具备支持生命生存的条件，尽管这颗行星的重力值是地球的 4 倍。如果你在那里生活，你会看到头顶上是一颗黄色的太阳，而一年的长度却只有 168 天。这是因为e星到鲸鱼座τ星的距离比金星到太阳的距离还要小一些。而最外侧，也就是第五颗行星编号为f，其公转周期约为 640 天，其运行轨道距离比火星到太阳的距离稍稍近一些。

然而托米小组的科学家们同时也警告称，来自恒星自身的震动也有可能造成这种探测到的信号，而并不一定是由于行星的引力作用造成。萨拉·赛格尔(Sara Seager)是一位来自美国麻省理工学院的天文学家，她本身并未参与此项研究，不过她对此评论说：“他们确实在这方面做了很多工作。天文学界对于从如此大的背景噪音中识别出来的信号通常会感到难以接受。”

而格里高利·拉弗林(Gregory Laughlin)，一位美国加州大学圣克鲁兹分校的天文学家则表示：“他们正在挑战极限。这些行星中很有可能会有一些可能会被证明其实是不存在的，甚至也有可能这里根本就没有任何行星。但是考虑到数据的质量，我认为他们已经做到了最好。”有一个令人沮丧的现实，那就是那些和地球质量接近的小质量系外行星非常难以探测。拉弗林说：“我们必须在多年之中积攒无数的径向速度测量数据，然后你就必须非常非常小心地对这些数据进行处理，正如在这篇论文中所做的那样，去小心地踢除那些系统误差效应。”

研究组成员克里斯·蒂尼(Chris Tinney)是一位来自澳大利亚悉尼新南威尔士大学的天文学家，他也赞同这样的评价。他说：“这确实是一个非常有趣的，有关可能存在一个行星系统的线索。”但是他也补充认为要想确认这一发现可能还将花费10年以上的时间，而天文学界并不打算等待那么久。他说：“我们认为现在要去做的事情就是让研究组尽快发表他们的结果，然后就把文章让大家看到，然后看看有没有其他人能够独立地去证实或否定它。”

如果这些行星果真存在，那么它们围绕运行的那颗恒星的年龄几乎是太阳的两倍老，因此围绕其运行的行星体应当已经经历了足够长的时间去进化出远比我们人类更加高级的生命形式。这样的推测可能也就解释了为何没有来自鲸鱼座τ星的智慧文明联系我们——又有谁会在乎跟一只蚂蚁交流呢？

2012 年 12 月 19 日，有报告指出观测资料显示有五颗行星存在于天仓五周围的证据。这些行星的质量被认为在地球的2到6倍之间，轨道周期 14 到 640 日。其中一颗行星鲸鱼座τ e（HD 10700 e）和天仓五的距离大约是日地距离的一半。因为天仓五的体积和光度都低于太阳，该行星可能位于天仓五的适居带内。波多黎各大学阿雷西博分校的行星适居性实验室（Planetary Habitability Laboratory）的计算则认为最外侧的鲸鱼座τ f可能也在天仓五的适居带内。

鲸鱼座τ星的行星系统